【摘 要】
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传统底泥固化稳定化技术中掺加水泥,固化成本较高,而且底泥固化后回用于土壤,环境友好性差。探索农村就地可取、低成本、环境友好的固化稳定化材料,可促进农村河道污染底泥资源化利用。本研究首先优选了固化效果最佳的矿物质材料及胶凝剂材料;在此基础上,通过单因素及响应面优化试验探究了固化材料的最佳掺量配比。同时,对固化材料与底泥之间的固化反应机理进行了探究,并对固化剂的生态安全稳定性及经济效益进行了综合评价。
【基金项目】
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国家重点研发计划项目（2019YFD1100205）；
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传统底泥固化稳定化技术中掺加水泥,固化成本较高,而且底泥固化后回用于土壤,环境友好性差。探索农村就地可取、低成本、环境友好的固化稳定化材料,可促进农村河道污染底泥资源化利用。本研究首先优选了固化效果最佳的矿物质材料及胶凝剂材料;在此基础上,通过单因素及响应面优化试验探究了固化材料的最佳掺量配比。同时,对固化材料与底泥之间的固化反应机理进行了探究,并对固化剂的生态安全稳定性及经济效益进行了综合评价。主要研究结论如下:不同絮凝剂促进底泥自然干化脱水试验结果表明,相同掺量条件下,聚合硫酸铁（Polymeric Ferric Sulfate,PFS）促进底泥自然干化脱水的效率高于聚合氯化铝（Poly Aluminium Chloride,PAC）,同时PFS最佳掺量为2.5 g/kg。矿物质材料（膨润土、白云石、碳酸钙、石英砂、炉渣）及胶凝剂材料（柑橘皮、柚子皮、豆腐柴、红薯秸秆、羧甲基纤维素钠、桑树叶、败酱草、海藻酸钠、鸡粪）筛选试验结果表明,膨润土对固化土抗压强度的提高效果最好,柑橘皮粉胶凝效果最优。单因素试验结果表明,随水泥掺量增加,固化土强度提高;膨润土掺量5 g/kg、柑橘皮粉掺量10 g/kg时,能显著提高固化土强度,但过量掺加反而会导致固化强度降低。响应面优化得出固化剂最佳掺量配比为:水泥15 g/kg、膨润土5.14 g/kg、柑橘皮粉9.66g/kg;在此掺量下固化土28 d强度可达3144.84 kPa。对不同掺量配比的固化土试样进行X射线衍射和电镜扫描测试发现,随水泥掺量增加,固化土孔隙减小,纤维状、针棒状的水化铝酸钙和水化硅酸钙的含量增加,柑橘皮释放的果胶含量增加。随膨润土掺量增加,水化硅酸钙和水化铝酸钙的含量先增加后降低,固化土孔隙变大。随柑橘皮粉掺量增加,固化土孔隙由紧密逐渐变得疏松,水化硅酸钙和水化铝酸钙含量降低,团状、球状的低酯果胶絮体含量先上升后下降,低酯果胶絮体含量与固化土抗压强度变化趋势一致。生态安全稳定性试验结果表明,固化土的重金属、TN、TP浸出浓度均符合相应的环境质量标准。固化底泥培养黑麦草试验发现,水泥、膨润土、柑橘皮粉单独掺入底泥,均不利于黑麦草发芽。研究还发现膨润土掺入底泥,对黑麦草生长后期有促进作用;柑橘皮粉直接掺入底泥会促进底泥中致病菌繁殖,不利于黑麦草生长。经济效益评价结果表明,膨润土及柑橘皮粉的掺入在保证了固化土强度的同时,减少了水泥使用量,节约了固化成本。
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