地质聚合物固化稳定化重金属复合污染土壤

以污染土壤部分替代偏高岭土,在碱激发剂的作用下制备地质聚合物稳定化处理Pb、As、Cd复合污染土壤,研究了其稳定化效果及处理后固化体中重金属的赋存形态。结果表明:污染土壤部分替代高岭土降低了固化体抗压强度,从力学性能上看,土壤掺量低于50%时,能满足建筑材料的强度要求(10 MPa),掺量为60%仅能满足固废填埋要求(5 MPa),土壤掺量≥70%均不能满足要求。随着土壤掺量增加,对土壤中重金属的稳定化效果也逐渐降低,当土壤Pb、As和Cd浓度分别为600、80和22 mg·L~(-1)(HJ 350-2007B)时,土壤掺量在20%~50%,固化体中3种元素浸出浓度均低于浸出标准;当土壤掺量达到60%时,Pb的浸出浓度不能满足标准要求,当土壤掺量增加至70%,固化体中Pb、Cd浸出浓度均超标。固定土壤掺量为30%,随着污染土壤中重金属含量的增加,浸出浓度也增加:土壤中3种重金属浓度为HJ 350-2007B时经过30 d的稳定化处理,浸出浓度满足标准要求;而当浓度达到HJ 350-2007B的2倍时,Pb浸出浓度超标;达到HJ 350-2007B的3倍时,3种Pb、As和Cd均超出浸出标准。固化体中Pb、As、Cd的形态研究表明,外源重金属进入土壤后多以活性较高的形态存在,经过固化稳定后活性态占比降低、残渣态占比增加。     

干湿循环对Pb污染土固化体力学和浸出特性的影响

为研究干湿循环作用对Pb污染土固化体力学和浸出特性的影响规律,采用普通硅酸盐水泥(OPC)和磷酸镁水泥(MPC)2种固化剂对Pb污染土进行固化/稳定化处理。基于无侧限抗压强度实验、渗透实验和浸出实验,探讨干湿循环作用对Pb污染土固化体力学和浸出特性的影响规律,并结合压汞实验分析干湿循环作用对Pb污染土固化体力学和浸出特性影响的微观机制。结果表明:干湿循环作用均会降低OPC和MPC固化体的力学特性,MPC固化体耐久性要优于OPC固化体;通过浸出实验发现,OPC和MPC固化体浸出浓度均随干湿循环次数的增加而增加,当干湿循环次数大于5次时,OPC固化体浸出浓度高于浸出安全标准,而MPC固化体的浸出浓度均低于浸出安全标准;通过压汞实验发现,干湿循环作用破坏了固化土的结构完整性,增大了固化体中大孔隙(孔径＞1 μm)体积。这是导致Pb污染土力学特性降低的根本原因,而固稳机制的不同是干湿循环作用下OPC和MPC固化体浸出浓度差异的本质原因。     

低水泥含量垃圾焚烧飞灰重金属离子蒸养固化实验研究

对垃圾焚烧飞灰(以下简称飞灰)的矿物组成、微观形貌及其重金属浸出浓度进行了测试分析,结果表明,飞灰中Cd与Pb的浸出浓度远高于《生活垃圾填埋场控制标准》(GB 16889—2008)规定的限值,在进行安全填埋之前需固化处理。引入水泥蒸养固化技术,减少水泥掺量,增加粉煤灰掺量来处理飞灰。研究了不同配比下固化体的抗压强度以及不同飞灰掺量对固化体浸出浓度的影响。结果表明,蒸养后的固化体抗压强度基本都能达到安全填埋的要求,其重金属浸出浓度都低于GB 16889—2008规定的限值,可以进行安全填埋。     

水泥对垃圾焚烧飞灰的固化处理试验研究

对垃圾焚烧飞灰的化学成分、重金属物质的含量及浸出浓度进行测试分析.结果表明,飞灰中Pb和Cr等重金属物质浸出量超过浸出毒性标准,因而被认为是危险废物,必须进行固化处理.还考察了水泥对焚烧飞灰中重金属物质固化的效果,研究表明当飞灰掺量适当时,重金属物质的固化效果良好.重金属物质通过物理固封、替代,沉淀反应和吸附等形式可固化进水泥水化产物结构中.     

基于重金属提取的垃圾焚烧飞灰无害化处理

采用加酸浸出工艺对垃圾焚烧飞灰进行无害化处理。研究证明盐酸能有效分离飞灰中重金属,重金属浸出率与盐酸浓度及液固比有关;重金属在实验的盐酸浓度和液固比下都能达到高浸出率,但液固比越低,浸出液中重金属的浓度就越高,越有利于重金属的回收。当盐酸浓度为5 mol·L~(-1)、液固比为2(mL:g)时,Pb、Cd和Zn浸出率均达到95%以上,而Cu的浸出率也达到81.38%,Pb、Cd、Zn和Cu的浓度分别为468.10、78.12、2 268.80和347.78 mg·L~(-1)。残灰采用加盐水洗工艺后,浸出毒性超标的重金属Pb和Cd浸出毒性低于GB 16889-2008标准限值,符合填埋要求。     

草炭对Cd~(2+)的吸附及其用于Cd污染土壤修复的实验研究

通过室内模拟实验研究了草炭对Cd2+的典型吸附特征,以及添加草炭对Cd污染土壤中其浸出毒性和存在形态的影响。结果表明,溶液pH为3~6时,草炭对Cd2+的吸附量随着pH升高而增加,pH为6~8时草炭对Cd2+的吸附量趋于平稳;当溶液体系Cd2+初始质量浓度不超过800mg/L时,草炭对Cd2+的吸附未达到平衡,其吸附率随Cd2+初始浓度的增大而由98.60%降低至88.53%;草炭对Cd2+的等温吸附行为可用Langmuir、Freundlich方程拟合,r均达到极显著水平;添加草炭能降低轻污染(总Cd为3.0mg/kg)土样中Cd2+浸出量,Cd2+钝化率随草炭添加量增加而增加;相对较低(1%~2%,质量分数,下同)的草炭添加量对重污染(总Cd为6.0mg/kg)土样中的Cd2+表现出活化效果,导致Cd2+浸出量增加;但较高(4%)的草炭添加量下,重污染土样中Cd2+的钝化率要明显大于轻污染土样;添加草炭能影响土样中Cd的存在形态。在2种污染程度的土样中添加草炭后,有效态、无机结合态和残留态Cd所占比例均降低,而有机结合态Cd所占比例均增加。     

城市生活垃圾焚烧飞灰水泥固化技术研究

用硫铝酸盐水泥对城市垃圾焚烧飞灰(简称飞灰)进行固化实验,研究了飞灰重金属浸出特性,分析了飞灰掺量、浸提剂pH值对重金属浸出特性以及飞灰掺量对不同龄期(3、7、28 d)飞灰固化体抗压强度的影响,并对飞灰及其固化体进行XRD分析。结果表明,在HJ/T 299-2007和HJ/T 300-2007两种不同浸出体系下,飞灰中Cu、Zn、Cd、Pb、Cr和Mn等重金属浸出浓度差别较大,建议应根据评价目标合理选择重金属浸出测量方法。其中,飞灰中Pb的浸出浓度超过《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3-2007)限值的3.35倍,因此被列为危险废物,应妥善处理。除飞灰掺量小于40%时的固化体Cd符合标准,其余飞灰固化体Pb和Cd的浸出浓度仍超过《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008)限值,故达不到卫生填埋的要求。固化体抗压强度随飞灰掺量增大而降低,重金属浸出浓度与之相反。飞灰掺量为40%时,固化体中重金属浸出浓度随浸提剂pH值降低而增大,但pH值大于5时,未测出重金属浸出。XRD结果表明:飞灰中可溶性盐参与水泥水化反应,重金属Cr以CrO42-的形式固化于钙矾石中。     

微生物沥浸法去除底泥中的重金属

以硫酸亚铁盐为底物,培养以氧化亚铁硫杆菌为主要菌种的土著沥滤微生物,采用批式方法对湘江长沙段底泥进行微生物沥浸实验。实验结果表明,底物投加量与底泥固体浓度比(Sd/Sc)为1.5时已能满足底泥的微生物沥浸要求,进一步研究发现底泥固体浓度为13%、底物投加量为19.5 g/L、沥浸时间为6 d时,底泥中超标重金属Cd、Zn和Cu的去除率可分别达到83.1%、75.3%和61.2%;沥浸后底泥中大部分重金属以残渣态存在,且含量低于农用污泥中污染物控制标准,其中硫化物有机结合态Cu浸出较Zn、Cd需更低的pH,且Cu以间接机理浸出为主;以Fe2+为底物的沥浸体系中,黄铁矾的重吸附或共沉淀是沥浸实验后期重金属浸出率下降的原因之一。     

垃圾焚烧飞灰水泥固化体的抗压强度和浸出性研究

利用垃圾焚烧飞灰掺入普通硅酸盐水泥制备水泥固化体,通过浸出性实验,研究了飞灰掺量(0%、20%、40%与60%)、浸出液pH及水洗预处理对水泥固化体抗压强度及重金属(Zn、Pb、Cu、Cd、Cr、Ni)浸出的影响。结果表明:对于非水洗飞灰水泥固化体,pH为4.2和10.0下浸出84 d时,相同组成固化体抗压强度较为接近,飞灰掺量20%,40%和60%的固化体抗压强度分别为41、15和10 MPa左右;除掺量为40%和60%的固化体浸出液中重金属(pH为4.2时Ni和Pb,pH为10.0时Ni)超出生活饮用水卫生标准(GB 5749-2006)外,掺量为40%和60%的固化体的其余浸出液及掺量20%的固化体浸出液中测定的重金属浓度均符合生活饮用水卫生标准。对于水洗飞灰水泥固化体,pH为4.2和10.0下浸出84 d时,相同组成固化体抗压强度较为接近,飞灰掺量20%、40%和60%的固化体抗压强度分别为37、32和10 MPa左右;除掺量为60%的固化体浸出液(pH为4.2和10.0)中Ni和Pb均超出生活饮用水卫生标准外,掺量为60%的固化体的其余浸出液及飞灰掺量20%和40%的固化体浸出液中测定的重金属浓度均符合生活饮用水卫生标准。飞灰水洗预处理提高了飞灰掺量40%水泥固化体抗压强度,同时降低了重金属浸出性。     

粉煤灰-膨润土阻隔墙控制地下水中镉污染

为了探究以固体废弃物粉煤灰和吸附性强的膨润土为材料制备的阻隔墙对镉污染的控制效果,采用微观表征、渗透实验、吸附实验、穿透实验、单轴抗压实验和侵蚀实验研究阻隔墙的性能。结果表明：阻隔墙材料的最佳质量配比为粉煤灰∶膨润土=5∶1,水泥质量占整个体系的5%;所得阻隔墙的渗透系数为1.11×10-8 m·s-1;最大抗压强度291.97 kPa;复合材料最大吸附率为98.38%。同时发现,固化体系中膨润土填充在粉煤灰球体的空隙处和表面,粉煤灰和膨润土都与水泥产生了水化产物和胶结物,Cd2+附着在阻隔材料表面;阻隔墙吸附的系统符合准一级动力学模型和Freundlich方程;系统的总吸附速率受液膜扩散与颗粒扩散同时影响;阻隔墙对Cd2+作用以物理吸附为主;墙体的抗碱腐蚀性比抗酸腐蚀性、耐有机污染物腐蚀性强。该研究可为将阻隔墙技术应用于地下水污染场地提供理论依据。     

定流量条件下壤土夹层对苯和Br-穿透包气带的影响

为研究壤土夹层对VOCs穿透包气带的影响,以苯为特征污染物,NaBr为示踪剂开展室内的渗流模拟土柱实验。模拟包气带对苯的吸附实验,确定吸附平衡时间、最大吸附量,分析砂土和粉质壤土对苯的吸附特性;设计渗流土柱实验,模拟定流量降雨条件下苯在不同构型的土柱中的迁移过程,分析壤土夹层在时间和空间上对苯穿透包气带到达含水层的影响,并得出弥散系数和阻滞系数。结果表明,相对黏粒含量高的壤土夹层显著改变了溴离子的穿透曲线,对污染水有明显的阻水减渗作用,不仅延迟了苯向含水层的迁移时间,而且在一定程度上起到了吸附、降解的阻滞作用,有效降低了特征污染物穿透包气带的含量。     

KOH活化制备蚕沙基生物炭及其对镉的吸附特性

以蚕沙生物炭为原料,以KOH为活化剂,通过浸渍(KBC)和浸渍-热解(KBC400)活化工艺制备蚕沙基生物炭,用于吸附去除水体中的镉离子(Cd²⁺)。运用一系列的表征技术分析了生物炭的形貌和性质,并通过批量实验考察了投加量、pH、共存离子、吸附时间和Cd²⁺浓度等因素对Cd²⁺吸附性能的影响。表征实验结果表明,活化的蚕沙基生物炭孔隙结构丰富、清晰,KBC400表面有KOH受热刻蚀的凹陷;生物炭的石墨化程度较高且表面带有负电荷。蚕沙基生物炭吸附Cd²⁺以静电作用和Cd²⁺-π键结合为主。吸附实验结果表明：在投加量为0.4 g·L⁻¹、pH=5.0的条件下,KBC和KBC400的最大吸附量分别为63.80 mg·g⁻¹和89.15 mg·g⁻¹;在弱酸性(pH为4.0~6.0)和K⁺、Na⁺存在下对其吸附行为的影响较小;吸附过程更符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温方程,表明吸附以化学过程为主并且是单分子层吸附。综上所述,浸渍-热解活化方式更有利于增加其对Cd²⁺的吸附量;2步KOH活化法中第1步(浸渍)和第2步(热解)对于吸附Cd²⁺的相对贡献率分别为28.69%和71.31%。     

Leaching behavior of Cr(III) in stabilized/solidified soil

The leaching behavior of chromium was studied using batch leaching tests, surface complexation modeling and X-ray absorption near edge structure (XANES) spectroscopy. A contaminated soil sample containing 1330 mg-Cr kg(-1) and 25600 mg-Fe kg(-1) of dry soil was stabilized/solidified (S/S) with 10% cement, 25% cement, 10% lime and a mixture of 20% flyash and 5% lime. The XANES analysis showed that Cr(III) was the only Cr species in untreated soil and S/S-treated samples. The leachate Cr concentration determined using the toxicity characteristic leaching procedure (TCLP) was reduced from 5.18 mg l(-1) for untreated soil to 0.84 mg l(-1) for the sample treated with 25% cement. The Cr leachability in untreated and treated soil samples decreased dramatically as the pH increased from 3 to 5, remained at similar levels in the pH range between 5 and 10.5, and further decreased at pH>10.5. Modeling results indicated that the release of Cr(III) was controlled by adsorption on iron oxides at pH<10.5, and by precipitation of Ca(2)Cr(2)O(5).6H(2)O at pH>10.5.     

基于超声波-微波耦合效应的石油烃类污染土壤的热脱附规律与参数优化

以邻二甲苯为石油烃类污染物代表,以污染土壤质量的减少量以及冷凝液质量的增加量表征土壤污染物的平均脱附效率,研究了微波-超声波耦合热源处理石油烃类污染土壤的脱附规律。结果表明,在超声波功率恒定(800 W)情况下,增大微波功率 (从200 W增到400 W),能显著提升装置内反应温度(从128.3 ℃增到270.1 ℃),显示了微波较强的热效应;在微波功率恒定(350 W)情况下,增大超声波功率 (从600 W增到1 400 W),对装置升温效果影响不明显(从169.4 ℃增加到187.9 ℃),表明了超声波较弱的热效应。超声波/微波耦合热源修复壤土的最优工艺参数为土水比20∶1、超声波功率800 W、微波功率350 W、辐照10 min,相应的最高污染物平均脱附率为77.28%,处理效果优于单热源条件。对于不同的土壤粒径及有机质含量,不同类型土壤的平均脱附率排序为砂土(88.36%)>壤土(64.29%)>黏土(52.61%);综合考虑土壤介电损耗因子、土壤比热容、土壤通透性影响的结果,土水比最优值设为10∶1;综合考虑土壤颗粒单层吸附/多层吸附作用的结果,土壤污染物浓度最优值为8%(砂土)、4%(壤土、黏土)。     

页岩气井油基钻屑固化处理技术

针对页岩气井油基钻屑安全处置的难题,采用无机胶凝材料辅以界面改性剂KX对其进行了固化处理,考察了PC32.5水泥、粉煤灰和活性增强材料对固化效果的综合影响,利用X射线衍射仪、扫描电镜和压汞仪等测试技术,探索了固化材料对油基钻屑的固化机制。结果表明：水泥、粉煤灰和活性增强材料对14 d无侧限抗压强度线性效应显著,水泥和粉煤灰、水泥和活性增强材料对14 d无侧限抗压强度交互作用显著;得出了固化材料CS在14 d的最佳质量比。确定了油基钻屑固化配方为：油基钻屑+20%CS+2.2%KX,处理后油基钻屑固化体7 d无侧限抗压强度为960 kPa,浸出液成分达到国家《污水综合排放标准》（GB 8978-1996）I级要求。同时处理后油基钻屑固化体中生成了C-S-H凝胶和少量AFt,使其结构更为致密,降低了固化体中污染物的浸出。     

Effect of arsenate on adsorption of Cd(II) by two variable charge soils

The effect of arsenate on Cd(II) adsorption in two variable charge soils and the desorption of Cd(II) pre-adsorbed in the presence of arsenate were studied. The batch type experiments showed, the presence of arsenate led to increase in Cd(II) adsorption and the desorption of pre-adsorbed Cd(II). Further it was observed that the extent of adsorption and desorption of Cd(II) was greatly influenced by the initial concentrations of arsenate and Cd(II), the solution pH, and the nature of the soils. In general the increase in arsenate concentration and pH favored the uptake of Cd(II). Moreover, the arsenate concentration influenced more in Hyper-Rhodic Ferralsol than Rhodic Ferralsol at least for the Cd(II) adsorption/desorption. This may be due to the content of Fe/Al oxides in these soils. The larger the content of Fe/Al oxides, the more the adsorption of arsenate by the soil, hence greater the uptake of Cd(II). It can be assumed that the enhanced Cd(II) adsorption was mainly due to the increase in net negative surface charge of the soil induced by the adsorption of arsenate, because the presence of arsenate led to the decrease in zeta potential of these soil suspensions. The increase of electrostatically adsorbed Cd(II) was responsible for the increase in the desorption of Cd(II) pre-adsorbed in the presence of arsenate.     

Field sampling of soil pore water to evaluate trace element mobility and associated environmental risk

Monitoring soil pollution is a key aspect in sustainable management of contaminated land but there is often debate over what should be monitored to assess ecological risk. Soil pore water, containing the most labile pollutant fraction in soils, can be easily collected in situ offering a routine way to monitor this risk. We present a compilation of data on concentration of trace elements (As, Cd, Cu, Pb, and Zn) in soil pore water collected in field conditions from a range of polluted and non-polluted soils in Spain and the UK during single and repeated monitoring, and propose a simple eco-toxicity test using this media. Sufficient pore water could be extracted for analysis both under semi-arid and temperate conditions, and eco-toxicity comparisons could be effectively made between polluted and non-polluted soils. We propose that in-situ pore water extraction could enhance the realism of risk assessment at some contaminated sites.     

可渗透反应墙技术在固废填埋场渗滤液处理中的应用

可渗透反应墙技术(PRB)是一种高效、节能、绿色、可持续的原位修复技术,能有效治理垃圾渗滤液及污染地下水。由于固废填埋场渗滤液性质类似,PRB技术也可用于固废填埋场渗滤液的原位处理。以重金属污染土壤经固化/稳定化修复后安全填埋产生的渗滤液为研究对象,经前期调研筛选PRB反应介质,采用静态批实验、动态柱实验评估反应介质的修复效果,同时通过PRB设计、施工、运行监测等工程实践验证PRB技术处理渗滤液的可实施性。结果表明,选择赤铁矿和石灰石作为PRB反应介质,当赤铁矿∶石灰石=2∶1、反应时间为12 h时,对镍、砷、锑吸附容量分别达到499.31、494.32、18.63 mg·kg⁻¹。以赤铁矿∶石灰石=2∶1作为柱实验填充材料时,反应0~28 d溶液中砷、锑的浓度均远低于修复目标值,镍的浓度在反应0~14 d内达标、21 d后浓度急剧上升穿透PRB柱。采用上述填充材料建设与渗滤液收集池一体化的连续反应墙时,设计墙体厚度1.5 m。在工程运行初期,PRB建成使用1~3月后,场内监测井污染物数据均达到地下水Ⅳ类标准,且下游监测井污染物数据施工前后无变化未造成二次污染。PRB处理固废填埋场渗滤液具备一定应用前景。