Pb污染土壤的钝化处理及Pb形态转化研究

将矿粉∶水泥熟料∶硅粉以51∶9∶40的质量比混合配制钝化剂处理人工配置Pb污染土(Pb分别为500、10 000mg/kg),通过对固化体试件力学性能、Pb浸出特性及形态分布的分析,探究土壤钝化剂对Pb的钝化效果与钝化机制。结果表明,两种Pb污染土经钝化处理后,养护28d的固化体试件无侧限抗压强度均能达到2.0 MPa以上,满足填埋的强度需求。其中,低浓度固化体试件养护28d的Pb浸出质量浓度均在0.6mg/L以下,Pb的钝化率高达97%以上。高浓度固化体试件养护28d的Pb浸出质量浓度降至50mg/L以下,Pb的钝化率达87%以上。钝化处理后,土壤中的Pb从不稳定的酸可提取态、可还原态向稳定的可氧化态、残渣态转化,磷化物及氯化物的添加可以增强钝化剂对Pb的钝化效果。钝化剂水化生成钙矾石和水化硅酸钙,并与Pb发生化学吸附及同晶替代反应生成固溶体是Pb钝化的主要机制。     

垃圾焚烧底灰固化污水厂污泥的岩土工程性质实验

对污水处理厂污泥采用垃圾焚烧底灰进行固化处理,分别测试不同掺量和不同养护龄期时固化体的岩土工程性质,通过测试发现,固化体重度基本位于11～13 kN/m3之间,与垃圾焚烧底灰的重度相近;固化体含水率随着垃圾焚烧底灰掺量的增大而急剧减小;抗剪强度指标和无侧限抗压强度随垃圾焚烧底灰的掺量增加和养护龄期的增长而增大,其内摩擦角位于10°～30°之间。建立的固化强度预测模型,可对不同掺量和龄期的固化污泥强度进行预测。     

生活垃圾焚烧飞灰制备植草砖的研究

以生活垃圾焚烧飞灰为主要原料制备植草砖。通过单因素实验考察了灰矿比、激发剂投加量、加水量和养护温度对植草砖抗压强度的影响;在最佳条件下,利用X射线衍射(XRD)仪探究植草砖在不同龄期的水化产物,并通过浸出实验对试样的重金属浸出进行检测分析,通过吸水率和抗冻性测试植草砖的性能。结果表明:在标准养护条件下,当灰矿比(质量比)为7∶3、激发剂投加量(质量分数)为3.0%、加水量(质量分数)为35.5%、养护温度为30℃时,28d可制备抗压强度达23.655 MPa的植草砖;在最佳条件下,植草砖在不同龄期的主要水化产物均为C—S—H凝胶,试样浸出结果低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3—2007)中各项限值,其抗压强度、吸水率和抗冻性均满足《植草砖》(NY/T 1253—2006)的要求。     

铜渣基磷酸铁化学键合材料固化重金属Pb

铜渣堆积会造成资源浪费和环境污染等问题,利用铜渣与磷酸盐反应制备铜渣基磷酸铁化学键合材料(CBIPCs),并用其固化重金属Pb。研究铜渣与磷酸二氢铵(m(CS)/m(P))配比、缓凝剂以及硝酸铅掺量对CBIPCs固化重金属Pb的影响。结果表明:随着硝酸铅掺量的增加,固化体抗压强度降低,Pb毒性浸出浓度略增大;在m(CS)/m(P)=3:1和硼砂掺量为2%的条件下,当硝酸铅掺量为12%,固化体自然养护28 d的抗压强度仍达到24.5 MPa,Pb毒性浸出浓度为0.086 mg·L~(-1),远低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3-2007)要求的最高限值5.0 mg·L~(-1)。XRD和SEM/EDS分析表明,固化体中生成了PbHPO_4、Pb_3(PO_4)_2、Pb_5(PO_4)OH等铅类磷酸盐产物,并被胶凝相物质紧密包裹。铜渣与磷酸盐反应制备的铜渣基磷酸铁化学键合材料(CBIPCs),可通过化学键合和物理固封双重作用实现对重金属Pb的稳定固化。     

不同还原剂对某铬渣污染场地修复效果的实验研究

分别向某铬渣污染场地土样中投加7种还原剂(糖蜜、七水合硫酸亚铁、硫代硫酸钠、硫化钠、多硫化钙、硫化亚铁及还原性铁粉),还原剂投加量均为3%(质量分数,下同),考察了不同养护时间(1、5、12、28d)下土样中Cr(Ⅵ)含量及其浸出液中Cr(Ⅵ)浓度,对比7种还原剂对Cr(Ⅵ)的稳定效果。实验结果表明,糖蜜和多硫化钙对Cr(Ⅵ)的稳定化效果最佳,养护时间为28d时,土样中Cr(Ⅵ)质量浓度从3 094.78mg/kg分别降至26.14、5.45mg/kg,土样浸出液Cr(Ⅵ)质量浓度从98.42mg/L分别降至0.09、0.07mg/L,土样中Cr(Ⅵ)还原率均在99%以上。糖蜜和多硫化钙对土样的处理成本分别为60、150元/t,糖蜜的处理成本相对较低,具有较好的工程应用前景。     

水泥、粉煤灰及DTCR固化/稳定化重金属污染底泥

采用水泥、粉煤灰及有机硫稳定剂DTCR固化/稳定化处理重金属污染的底泥,考察固化体的抗压强度及重金属浸出毒性,确定了底泥固化/稳定化的最佳工艺条件。结果表明:仅用水泥固化/稳定化重金属污染底泥,固化体抗压强度随水泥用量的增加而上升,重金属浸出浓度则下降,当水泥∶干底泥质量比为0.6∶1.0时,固化体7 d抗压强度能达到0.99 MPa的标准值;进一步研究发现,水泥∶粉煤灰∶干底泥质量比为0.54∶0.06∶1.0时,重金属浸出浓度有所上升,但7 d及28 d抗压强度仍能分别达到1.2 MPa和2.8 MPa;加入DTCR后,当水泥∶粉煤灰∶DTCR∶干底泥质量比为0.54∶0.06∶0.012∶1.0时,固化体7 d及28 d抗压强度分别为1.1 MPa和2.1 MPa,醋酸缓冲溶液法浸出的Cd、Pb、Zn和Cu浓度分别为0.102、0.189、0.180和0.032 mg/L。     

不同粒径垃圾焚烧底渣对固化市政污泥工程特性的影响

在有膜标准养护和自然养护7 d和28 d的情况下,测定了固化体的含水率、有机质含量、抗剪强度、无侧限抗压强度及增容比等工程指标。研究结果表明,固化体含水率随垃圾焚烧底渣颗粒增大而增大;有机质含量则与颗粒大小没有明显相关性;粘聚力随垃圾焚烧底渣颗粒粒径增大而减小;内摩擦角随垃圾焚烧底渣颗粒粒径增大而增大;无侧限抗压强度随垃圾焚烧底渣粒径增大而增大;实验配比为100∶20∶20情况下的增容比均小于1.08。底渣中2 mm以上大颗粒对固化起到了更加积极的作用。垃圾焚烧底渣作为骨料,增强工程特性、减小固化剂用量、降低成本。研究成果拓展了污泥处理处置途径。     

利用拜耳法赤泥和氟化钙污泥制备烧结砖块

拜耳法赤泥是用氢氧化钠溶解铝土矿生产氧化铝过程中产生的固体废弃物。针对拜耳法赤泥的强碱性、重金属含量高等特点,提出了一种利用酸性氟化钙污泥进行共同烧制砖块的方法。以砖块的氟离子浸出量、铬离子浸出量、抗压强度、砖块密度及烧失量5个变量为评价指标,利用主成分分析法对五个指标进行综合评分,并研究了以氟化钙污泥与赤泥比,黏土添加量、铝灰添加量、黏结剂添加量、烧结温度为自变量对综合评分的影响。利用响应面法(RSM)对实验数据进行分析,得出最佳实验条件依次为氟化钙污泥与赤泥比=61.1%,黏土添加量=21.4%,铝灰添加量=15%,黏结剂添加量=2.5%,烧结温度=1 000℃。此条件下所得砖块对应的氟离子浸出量为0.33 mg·L~(-1),铬离子浸出0.034 mg·L~(-1),抗压强度5.73 MPa,烧失量9%,砖块密度1.07 g·cm~(-3)。可用做非承重砖。     

对乙酰氨基苯磺酰氯生产废水的UASB处理及硫酸盐的影响

采用UASB处理以甲醇为有机溶剂的对乙酰氨基苯璜酰氯(p-ASC)生产废水。通过逐步减少HRT,考察有机负荷(OLR)从2.0 g COD/(L·d)逐步提高到24.0 g COD/(L·d)过程中反应器处理效果的变化。结果表明,在最优的OLR 7.0 g COD/(L·d)的条件下,p-ASC和COD的去除率分别能达到76%和100%。虽然进水没有硫酸盐,但是出水却有硫化物和硫酸盐的产生。进一步保持最优的OLR条件下的HRT(0.45 d)不变,逐步增加进水p-ASC浓度到1 100 mg/L,产甲烷菌没有发现受到抑制。持续增加进水硫酸盐浓度到3 000 mg/L,发现硫酸盐还原菌没有受到抑制,但是产甲烷菌却受到抑制,最后减少硫酸盐浓度到1 000 mg/L,厌氧系统在1周后几乎完全恢复。     

稳定剂协同水泥固化/稳定化重金属污染土壤的工程特性

采用稳定剂(SR)协同水泥(PC)固化/稳定化重金属污染土壤,以Pb、Zn浸出毒性和药剂吨处理成本为综合指标确定PC和SR的最优配比,并对固化土体进行无侧限抗压强度、不固结不排水三轴压缩实验和柔性壁渗透实验,探讨固化土体强度以及渗透特性。结果表明,最优配比为SR掺量2.5%,PC掺量8%;最优配比下固化土体中重金属铅锌的浸出浓度分别降低97.5%和74.5%,均低于固体危险废物浸出标准值。其养护28 d无侧限抗压强度达到1 080 kPa,比未固化土体对应值高9.6倍;随着PC掺量增加,固化体的有效黏聚力及有效内摩擦角均不断增大,其中最优配比固化土体有效黏聚力达到216.9 kPa,有效内摩擦角为34.8°。加入稳定剂SR使固化体渗透系数增大,但随着PC掺量增加,渗透系数急剧降低。其中最优配比固化土体渗透系数相对未固化复合污染土体降低一个数量级至10~(-6)cm·s~(-1),可有效增强土体的防渗阻隔能力,提高稳定化土壤的安全利用率。     

利用工业锰渣中温固化硫化砷渣

利用工业锰渣通过中温煅烧对硫化砷渣进行固化,考察煅烧温度、铁盐、碱性激发剂、水灰比、养护时间对固化效果的影响。结果表明:煅烧对砷的挥发影响较大,但是能显著降低砷的浸出浓度。同时"锰渣-铁盐—碱性激发剂"所构建的固化体系对砷具有很强的束缚能力。当硫化砷渣、锰渣、氧化钙、碳酸钙、氢氧化钠、硫酸铁和硫酸亚铁质量比为6∶1∶0.8∶0.05∶0.1∶0.5∶1时,在550℃下煅烧2 h,养护28 d,砷的浸出浓度为4.4 mg·L~(-1),达到危险废物填埋污染控制标准。     

四川省某铅锌矿尾矿库周边环境重金属污染特征

对四川省某铅锌尾矿库周边土壤、地表水和地下水中的重金属含量及其相关性进行了研究。结果表明:(1)尾矿库周边土壤中Pb、Zn、Cd、As分别为19.8~187.0、11.6~249.0、0.01~3.44、2.6~9.3mg/kg。土壤中重金属元素都存在一定的相关性,Pb与Zn相关系数为0.951,达到极显著相关。(2)尾矿库周边土壤并未受到大面积的重金属污染,综合污染指数平均值为0.98,而选矿厂废水排放至尾矿库的明渠、尾矿库渗滤液排水沟附近土壤污染达到中污染水平。(3)尾矿库尾砂堆积处两翼地下水中有一定Pb污染,推断因为尾砂深度堆积与地下水直接接触。(4)含高浓度硫酸盐的尾矿库废水携重金属沿尾矿库重力坝下渗,对尾矿库渗滤液排放口下游区土壤、地下水造成了重金属和硫酸盐污染。     

预处理垃圾焚烧飞灰作为碱胶凝材料混合材的研究

试验分析了垃圾焚烧飞灰的主要化学成分及矿物组成,探讨了预处理垃圾焚烧飞灰作为碱胶凝材料混合材的可能性.研究表明,垃圾焚烧飞灰主要由黏土类矿物组成,飞灰直接作为混合材参与水化过程会产生明显膨胀现象,加入30%(质量分数)飞灰制成的矿渣/飞灰试块在成型1 d脱膜时膨胀率达到15.7%,标准养护28 d后无侧压抗压强度只有12.4 MPa.对飞灰进行热活化预处理,900℃条件下活化效果最佳,同样的飞灰掺量下,试块在标准养护28 d后无侧压抗压强度达到46.0 MPa,膨胀现象消失,且碱胶凝材料中重金属稳定性良好.     

交联阳离子淀粉螯合剂对铬渣的处理研究

合成了作为重金属螯合剂的交联阳离子淀粉 ,并将它用于铬渣的固化实验 ,对固化体的浸出毒性、表面浸出率、抗压强度等指标进行了测试。结果表明 ,添加高分子螯合剂后的固化体的浸出毒性降低 6 6 4 % ,远远小于国家标准的1 5mg/L ;2 8d后的表面浸出率仅为 1 0 -6数量级 ;抗压强度有所下降 ,但 2 8d养护后的抗压强度大于 30MPa ,符合填埋或建筑综合利用的强度要求     

磷石膏基胶结材固结磷尾矿性能及浸出特征

以磷石膏基材料代替水泥作为磷尾矿充填胶结材,研究了磷尾矿固结浆体和硬化体性能、浸出液污染特性和固结机理。结果表明,在同样条件下,磷石膏基材料固结磷尾矿浆体比水泥泌水量要小、浆体流动性能更优;磷石膏基材料胶结磷尾矿硬化体除3 d抗压强度略低外,其他龄期的强度是水泥的1.21~1.95倍。3 d之后,磷石膏基材料和水泥胶结尾矿硬化体浸出液总磷含量基本相近,但pH明显远低于水泥,总磷也低于污水综合排放标准限值,对环境危害低。硬化体SEM和XRD分析发现,磷石膏基材料水化生成的水化硅酸钙凝胶、针状钙矾石晶体和磷尾矿中白云石、含磷矿物生成的透钙磷石等,是整个磷尾矿固结硬化体具有较高强度、较低总磷含量和pH值主要原因。该研究表明,磷石膏基材料固化磷尾矿比水泥更有应用前景。     

β-半水磷石膏低温制备及固化铅污染土壤性能研究

惰性材料、化学物质和工业废渣掺入磷石膏,低温制备改性β-半水磷石膏(MHG),并对其煅烧温度、抗压强度、凝结时间及固化铅污染土壤的效果进行研究。结果表明,磷石膏、矿渣、粉煤灰和生石灰按91∶4∶3∶2(质量比)制备的MHG性能最好,抗压强度达到6.47MPa,相对于β-半水磷石膏抗压强度提高了24.18%,凝结时间延长7～23min。MHG固化铅污染土壤,养护3d的铅浸出质量浓度为0.015～0.028mg/L,相对于水泥铅浸出质量浓度降低了43.90%～57.14%。     

垃圾焚烧飞灰中Cd、Pb、Zn的螯合稳定与水泥固化处理

采用有机硫稳定剂(DTCR)与水泥对城市垃圾焚烧飞灰进行稳定/固化处理,研究了飞灰中Cd、Pb、Zn的浸出毒性和固化体的抗压强度,比较了螯合稳定与水泥固化对Cd、Pb、Zn的处理效果、养护时间对固化体抗压强度的影响,并对飞灰的结构形貌进行了分析。结果表明,在稳定固化过程中飞灰中发生了复杂的螯合、水化反应,重金属形态由不稳定态向稳定态转变,螯合稳定对Cd的处理效果最好,水泥固化更适用于Pb、Zn。固化时间大于7 d后,飞灰中的重金属以及固化体的抗压强度已较为稳定。螯合稳定协同水泥固化的处理效果优于单一的稳定或固化方法,飞灰在固化7 d后可同时达到重金属浸出毒性和抗压强度标准,满足安全填埋要求。     

基于硫酸亚铁的机械化学还原法处理六价铬污染土壤

通过机械化学还原法对六价铬污染土壤进行固化稳定化处理,采用《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T 299-2007)对处理效果进行评价,以及使用激光粒度仪、SEM和XPS对处理前后土壤样品的粒径、形貌以及铬的价态变化等性质进行表征。分析结果显示,机械化学还原法处理可以有效降低土壤中六价铬的浸出浓度。当未添加七水合硫酸亚铁时,土壤中六价铬的浸出浓度由115 mg·L~(-1)降低至2.0 mg·L~(-1);而添加七水合硫酸亚铁作为还原剂时,六价铬浸出浓度由115 mg·L~(-1)降至0.16 mg·L~(-1)。另外,经过机械化学还原处理后的土壤样品颗粒变细并形成致密的团聚体以及发生六价铬向三价铬的转化。     

组合骨料型百喜草植生混凝土去除氮磷

以6组90 d龄期的组合骨料型百喜草植生混凝土盆栽为研究对象,用配制溶液静态培养的方法,选择氨氮(NH3-N)、总氮(TN)和总磷(TP)为主要指标,考查沸石与钢渣、沸石与浮石两种组合骨料型的植生混凝土对污染物的去除效果。结果表明,各组NH3-N 1 d、7 d的去除率分别为13.0%~16.9%和45.7%~56.7%,1 d去除率约占7 d的30%。各组TN 1 d、7 d的去除率分别为9.0%~14.1%和25.6%~39.2%,1 d去除率约占7 d的30%。各组TP 1 d、7 d的去除率分别为22.0%~33.3%和57.3%~89.3%,1 d去除率约占7 d的40%。NO-3-N、NO-2-N含量很低,NO-3-N浓度基本在0.50 mg/L以下,NO-2-N浓度变化范围在0.10 mg/L以下。综合NH3-N、TN和TP去除效果,沸石与浮石按1∶1~1∶3混合的百喜草植生混凝土具有良好的脱氮除磷效果。     

两级自养反硝化实现垃圾渗滤液的深度脱氮

针对目前生物工艺难以解决垃圾渗滤液深度脱氮的问题,探究了短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化(两级自养)工艺处理高氨氮、低C/N比垃圾渗滤液的脱氮效果。结果表明,当进水垃圾渗滤液中氨氮平均浓度为2 560 mg·L~(-1),COD值为4 000～5 000 mg·L~(-1)时,经过短程硝化反硝化-厌氧氨氧化处理后,总氮去除负荷可达1.19 kg·(m~3·d)~(-1)、总氮去除率可达93.1%(出水TN=176.3 mg·L~(-1))、COD去除率可达52.2%。但是,厌氧氨氧化反应器出水中NO_x~--N浓度为154.5 mg·L~(-1),仍未达到我国生活垃圾填埋场垃圾渗滤液处理排放标准(TN≤40 mg·L~(-1))。在厌氧氨氧化反应器之后串联硫自养反硝化,整体工艺最终出水NH_4~+-N、NO_2~--N、NO_3~--N平均浓度分别为1.9、0.6、9.7 mg·L~(-1),TN≤15 mg·L~(-1),进水总氮去除率为99.5%。在短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化两级自养深度脱氮反应系统中实现了垃圾渗滤液深度脱氮。