自新世紀以來,我國經(jīng)濟快速發(fā)展,綠色新型的經(jīng)濟發(fā)展模式已逐漸取代了粗獷的經(jīng)濟發(fā)展模式,然而在經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的過程中出現(xiàn)了一系列的環(huán)境污染問題。其中場地污染問題尤為嚴重,我國場地污染的管理、調(diào)查及修復(fù)等方面尚處于起步階段,缺乏相關(guān)管理制度及修復(fù)技術(shù)經(jīng)驗。因此,對場地污染土壤處理與處置的研究具有重要意義。本研究針對復(fù)合重金屬污染場地土壤,提出高溫固化的修復(fù)方法,使土壤中的重金屬穩(wěn)定化,即解決污染場地的重金屬污染問題,又可以再加工為有價值的產(chǎn)品。研究選取Cd、Pb、Cu、Zn 4種重金屬元素,通過外源引入重金屬來模擬復(fù)合重金屬場地污染土壤,選擇粘土和玻璃粉為添加劑,對污染土壤進行高溫固化再利用試驗。通過正交試驗的方法,得出最佳燒結(jié)配方,進而對其進行物理學性能指標檢驗,然后通過重金屬固溶率和重金屬浸出濃度來分析燒成溫度和燒結(jié)時間對重金屬穩(wěn)定性的影響,同時對復(fù)合重金屬污染場地土壤高溫固化后再利用的綜合效益進行分析。研究結(jié)果表明:染毒后的土壤重金屬浸出濃度分別為:Cd(0.4545mg·L~(-1))、Pb(6.3817mg·L~(-1))、Cu(0.9255mg·L~(-1))、Zn(24.9667mg·L~(-1)),污染嚴重。正交試驗得出的最佳燒結(jié)配方為污染土壤添加量62.5%,粘土添加量25%,玻璃粉添加量12.5%,最終燒成溫度950℃。燒結(jié)過程為按污染土壤、粘土、玻璃粉按5:2:1的配比混合制成生坯,室溫下放置24h,后再置于105℃環(huán)境中干燥,使磚坯的含水率下降至3%-5%。然后將其置于馬弗爐中,以300℃、550℃、750℃、950℃分別燒結(jié)1h,再隨爐溫自然冷卻至室溫。燒制后磚體的重金屬浸出濃度為:Cd(0.0006mg·L~(-1))、Pb(0.0041mg·L~(-1))、Cu(0.0030mg·L~(-1))、Zn(0.0046mg·L~(-1)),屬于非危險類材料,可以直接利用。不同燒制溫度與時間的研究表明,當燒成溫度為950℃,燒結(jié)時間為1.0h,即可達到最理想的燒結(jié)環(huán)境,磚體的重金屬穩(wěn)定性較好。通過對燒結(jié)磚物理學性能指標進行測試,磚體的體積密度在1.8-2.1g·cm~(-3)之間,吸水率均值為11.4%,飽和系數(shù)均值為0.53,均符合要求。磚體無石灰爆裂現(xiàn)象,有輕微泛霜現(xiàn)象,抗壓強度等級為MU10,抗凍性耐酸堿性良好。從燒制后磚體的可利用性方面來講,復(fù)合重金屬場地污染土壤高溫固化制磚具有較好的經(jīng)濟效益,是一條有效的處理與利用途徑,且具有一定的環(huán)境效益和社會效益。
【學位單位】：河南大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：X53
【部分圖文】：

加量為 62.5%，粘土添加量 25%，玻璃粉添加量 12.5%，燒成溫度 950℃。（2）通過比較各列 R 值，RA=0.0037、RB=0.0017、RC=0.0016、RD=0.0039。RD>RA>RB>RC，四個因素對產(chǎn)品考核指標的影響大小順序為：燒成溫度>污染土壤添加量>粘土添加量>玻璃粉添加量。由此可以確定最終原料配方為A2B2C1D3，即土壤添加量為62.5%，粘土添加量25%，玻璃粉添加量 12.5%，燒成溫度 950℃。該試驗條件下制得磚塊的重金屬浸出毒性見表2-11，污染土壤高溫固化后的樣品見圖 2-2。表 2-11 最優(yōu)配方重金屬浸出毒性值 （mg·L-1）元素 Cd Cu Pb Zn浸出值 0.0006 0.0030 0.0041 0.0046地表水環(huán)境質(zhì)量標準（GB3838-2002）Ⅲ類 0.005 1.0 0.05 1.0Ⅳ類 0.005 1.0 0.05 2.0Ⅴ類 0.001 1.0 0.1 2.0

圖 4-1 不同燒成溫度下磚塊中重金屬固溶率（a:不同燒成溫度下 Cd 的重金屬固溶率；b:不同燒成溫度下 Pd 的重金屬固溶率；c:不同燒成溫度下 Cu 的重金屬固溶率；d:不同燒成溫度下 Zn 的重金屬固溶率）由圖 4-1 可知，4 種重金屬的固溶率在 40%-50%之間波動。重金屬 Cd 的固溶率在燒成溫度為 750℃時達到最大值，之后隨著燒成溫度的增加，Cd 的固溶率持續(xù)下降，最終在燒成溫度為 1050℃時，Cd 的固溶率降至 39.21%。Cd 的熔點為 321℃，沸點為765℃，屬于易揮發(fā)重金屬元素，有研究表明 Cd 元素在超過 600℃時就會揮發(fā)。磚體中重金屬的固化率逐漸降低的原因可能是在焙燒過程中重金屬 Cd 氣化隨著煙氣會發(fā)到外界，所以在污染土壤制磚的過程中應(yīng)著重考慮煙氣的處理問題，防治造成二次污染問題。重金屬 Pb、Cu 和 Zn 的固溶率隨溫度的變化規(guī)律相識，變化過程為先上升后下降再上升又下降。Pb 的固溶率在 800℃時達到最大值 45.72%，900℃時達到最小值 41.32%，Cu 和 Zn 的固溶率在 800℃時達到最大值 48.14%和 46.15%，1050℃時達到最小值 41.88%和 41.56%。

n 的固溶率呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，并且在此區(qū)間內(nèi)亦滿足磚體物理學指標的燒制要是理想的穩(wěn)定化燒制區(qū)間。在該溫度區(qū)間內(nèi)，輔料中粘土和玻璃粉富含的 SiO2和4與金屬氧化物發(fā)生復(fù)雜的化學反應(yīng)。當 Al3O4與金屬氧化物充分接觸時，易生成尖晶石，可對重金屬進行有效的固定，當 SiO2與金屬氧化物接觸時，易生成穩(wěn)定酸鹽，當三者同時接觸時則會形成一個低共熔體系。隨著溫度提高，發(fā)生部分融化，的大骨架結(jié)構(gòu)對重金屬元素進行吸附和包封，從而抑制揮發(fā)物質(zhì)的逃逸。當溫度繼加時，樣品的玻璃相黏度升高，流動性增強，可揮發(fā)性重金屬揮發(fā)量隨之增加，因金屬 Pb、Cu 和 Zn 的固溶率在 1000℃以后隨溫度的升高開始逐漸下降。綜上分析，磚體中的重金屬固溶率在 40%-50%范圍內(nèi)浮動，部分重金屬隨煙氣揮外界，剩余則被高溫生成的尖晶石和硅酸鹽類物質(zhì)固化。900℃-950℃可以認為是金屬到達最佳穩(wěn)定化燒成溫度區(qū)間。（2）燒結(jié)時間將制得的磚坯在 950℃下燒結(jié) 0.5h、1.0h、1.5h 和 2.0h，測定燒結(jié)成品中的重金屬。在 0.5h-2.0h 時間區(qū)間內(nèi)，磚體不同燒結(jié)時間下重金屬固溶率見圖 4-2。
【參考文獻】

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本文編號：2872392