【摘 要】
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目前,世界各国正不断加快推进本国的农业集约化、工业化和城市化,对于产业结构升级和城市布局调整也在抓紧完成,因此大量对环境(水、大气、土壤等)造成了严重危害的高污染风险企业被关停或搬迁。随着环保意识的不断增强,对于其遗留下的重金属污染场地的治理问题也逐渐引起了人们的重视,目前各国治理重金属污染土的主流的修复技术方案是固化/稳定化技术(S/S)。然而治理后污染土的固化修复效果往往会随着所处环境的改变而
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目前,世界各国正不断加快推进本国的农业集约化、工业化和城市化,对于产业结构升级和城市布局调整也在抓紧完成,因此大量对环境(水、大气、土壤等)造成了严重危害的高污染风险企业被关停或搬迁。随着环保意识的不断增强,对于其遗留下的重金属污染场地的治理问题也逐渐引起了人们的重视,目前各国治理重金属污染土的主流的修复技术方案是固化/稳定化技术(S/S)。然而治理后污染土的固化修复效果往往会随着所处环境的改变而产生劣化,其中冻融循环作为一种改变土壤温度场的重要外部营力,对固化/稳定化修复重金属污染土的工程以及环境稳定性的影响值得深入研究,通过系统研究冻融交替作用下固化重金属污染土的工程特性与环境稳定性的变化规律,对我国冻土地区重金属污染场地再利用和保证其固化/稳定效果长期稳定具有重要意义。本文依托于国家自然科学基金“长期冻融作用下固化改性高浓度重金属污染土工程劣化效应机理研究(41772306)”,将长期冻融循环作用作为主要影响因素,结合工程实际,设置不同固化配比方式和不同重金属污染浓度,通过室内土工试验、淋滤试验和金属赋存形态分析,初步探究了复合固化铅污染土的工程特性和环境稳定性的劣化规律。主要研究成果如下:(1)复合固化铅污染土试样在冻融循环过程中,其无侧限抗压强度的劣化机理随冻融时间增加而发生改变。在短期冻融循环作用下,试样强度的劣化主要取决于试样固化剂的水解程度,而长期冻融循环作用下,试样强度劣化的主要影响因素是试样结构的破坏程度。(2)C2.5S5F5、C5S2.5F2.5和C5S5配比的固化修复的铅污染土在经过长期冻融循环后,进行室内土工试验。结果表明:水泥、石灰和粉煤灰的添加都能有效抵抗冻融循环作用对试样无侧限抗压强度的劣化作用,固化剂中水泥+石灰的含量越高,冻融循环作用对试样强度造成的劣化效果越小。同时粉煤灰的添加能很好的改善试样的抗冻性能,提高试样在长期冻融中的强度和稳定性。(3)重金属离子会抑制固化剂的水化水解反应,并因此对试样的抗压强度产生劣化效应,并显著作用于固化剂中水泥含量较高的铅污染土试样。(4)长期冻融循环作用会降低复合固化铅污染土试样的耐酸性。具体体现在,毒性浸出试验中,浸提液的p H值随着冻融循环次数的增加而减小;半动态淋滤试验中,冻融次数较多的固化配比试样与冻融次数较少的固化配比试样相比,其滤出液的p H值会更早达到峰值。(5)在毒性浸出试验中,试样浸提液中铅离子浸出浓度都随冻融循环次数的增加而增大。铅离子的浸出浓度受固化剂配比的影响,水泥+石灰的含量占固化剂总量较大的试样相较于其他试样,其浸出铅离子的浓度显著降低,而用粉煤灰代替水泥、石灰作为固化剂,浸出铅离子的浓度会显著上升。在半动态淋滤试验中,随着冻融次数增加,滤出液中铅离子达到浸出峰值的时间点将会向推迟,且相较于冻融次数较少的试样,冻融次数较多的试样的铅离子浸出峰值较大。水泥和石灰占固化剂总量较高的C5S5试样的有效扩散系数De要小于C5S2.5F2.5试样和C2.5S5F5试样,同时石灰含量较高的C2.5S5F5试样的有效扩散系数De也要小于C5S2.5F2.5试样,说明水泥和石灰的含量会影响试样中铅的有效扩散系数De,水泥和石灰含量较多的试样,铅的有效扩散系数De较小,且石灰含量的影响更为明显。(6)在金属赋存形态分析中,长期冻融循环作用主要影响的是离子交换态铅和碳酸盐结合态铅的分布。通过降低金属稳定性较强的碳酸盐结合态铅的含量,增加了金属稳定性差的游离态铅的含量,使原本固化稳定的铅离子重新获得活性,固化效果遭到破坏,导致复合固化铅污染土试样的工程特性和环境稳定性产生劣化。
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