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1、太湖污染底泥固化特性探究【摘要】研究了硅酸鹽水泥、改性粉煤灰、硫酸鋁、硫酸鈣、硫酸鈉等幾種固化劑對太湖污染底泥固化塊抗壓強度和重金屬浸出特性的影響。通過各固化材料的對比，結(jié)果表明,以硅酸鹽水泥為主料，改性粉煤灰為輔料，硫酸鈣為添加劑復(fù)配使用的固化劑效果最好，其最佳摻入量分別為60、4.8和3g/Kg（以脫水底泥計），以此制得的固化劑能較大的提高固化塊的抗壓性能，養(yǎng)護7d的固化土強度達到136KPa,滿足填埋的土工力學(xué)要求。改性粉煤灰的吸附及固化劑的固定作用能使固化塊浸出液中的重金屬含量較脫水底泥浸出液進一步降低，可對脫水底泥中的重金屬起到良好的穩(wěn)定作用?！娟P(guān)鍵詞】
2、污染底泥；固化；抗壓強度；重金屬；穩(wěn)定化太湖流域經(jīng)濟高速發(fā)展和環(huán)境保護相對滯后，導(dǎo)致湖泊個別區(qū)域富營養(yǎng)化嚴(yán)重，污染底泥富集量大，在控源截污清淤工作的同時，全面開展安全有效的污染控制已刻不容緩。將清淤上岸的污染泥漿進行機械脫水處理已經(jīng)得到技術(shù)驗證，而脫水后的干泥含有大量的有機物、病原微生物、重金屬以及氮、磷等物質(zhì)[1],如果不進行妥善處理會造成嚴(yán)重的二次污染。目前，淤泥處置的主要手段為堆肥、填埋、焚燒［2］、土地利用等［3］。其中填埋因操作管理方便，運行成本較低等被較多采用［4］。太湖底泥的主要成分為粘土，其土工實驗測得的各類指標(biāo)都與常規(guī)土的典型范圍不同，由于其滲透
3、性差，淤泥在承壓過程中難以將孔隙水排出，導(dǎo)致淤泥固結(jié)困難，受壓易流變。為達到安全填埋的要求，淤泥填埋前須進行改善土力學(xué)性能的預(yù)處理［5］。近年來，處理淤泥廢棄物的固化、穩(wěn)定化方法開始在河湖底泥疏浚處置中得到運用，特別是水泥基固化材料的運用［6?7］。河湖疏浚底泥經(jīng)過固化處理后，經(jīng)過一定時間的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護即可進行填埋或用作回填覆土，能大大提高其填埋處置的安全性［8］。本研究以太湖梅梁湖生態(tài)清淤工程實際獲得的機械脫水底泥為原料（含水率45%）,以硅酸鹽水泥、改性粉煤灰作為主要固化劑，氯化鈣、硫酸鋁、硫酸鈣分別作為添加劑，將上述試劑復(fù)配使用，研究這幾種固化材料對固化處理后的
4、太湖底泥抗壓強度和重金屬浸出率的影響，取得污染淤泥穩(wěn)定化數(shù)據(jù)，以期為河湖底泥安全處置提供一種新的固化材料。1.2實驗方法。1.2.1淤泥固化。本實驗采用硅酸鹽水泥和改性粉煤灰作為基礎(chǔ)固化劑。先獲得硅酸鹽水泥和改性粉煤灰最佳摻入比，然后再分別研究硫酸鈣、硫酸鋁及硫酸鈉對固化土的強度提升率。1.2.2粉煤灰改性。（1）由于粉煤灰富含以活性氧化物SiO2和A1203為主的玻璃珠、少量金屬氧化物及未燃盡炭[9],具有發(fā)達的大孔，表面積較大，表面能高，對許多污染物質(zhì)，尤其是重金屬離子及有機物具有較強的吸附作用。通過對粉煤灰的熱處理活化改性，粉煤灰會失去孔道中的殘余水分，使得
5、內(nèi)部孔道面積和活性吸附點的數(shù)量增加，進而提高粉煤灰的吸附性能。（2）利用這些優(yōu)良的性能，研究活化粉煤灰在作為脫水底泥固化骨料時，對固化塊抗壓強度的提升，同時也研究其作為吸附劑富集重金屬離子及有機物，改善重金屬離子浸出率的情況。1.2.3重金屬浸出實驗。根據(jù)美國環(huán)境保護署的固體廢棄物毒性浸出（TCLP）法[10?13],按樣品的酸堿度和緩沖量不同采用不同的重金屬浸出方法。當(dāng)樣品PH小于5時，加入試劑1（將5.7mL冰醋酸加入到500mL蒸館水中,再加入64.3mLlmol/L的NaOH溶液，用蒸憎水定容至1L值得，PH為4.93±0.05）；當(dāng)樣品PH大于5時，加入
6、試劑2（將5.7mL冰醋酸用蒸館水定容至1L值得，PH為2.88±0.05）o緩沖液的PH用lmol/LHN03溶液和lmol/LNaOH溶液來調(diào)節(jié)，緩沖液和樣品的質(zhì)量比為20：1.混合液以(30±2)r/min于常溫下振蕩(18土2)h,離心，過濾，再用lmol/LHN03溶液調(diào)節(jié)浸出液PH約至2,以便長期保存。1.2.4測試方法。本實驗將粉煤灰在300°C下焙燒60分鐘，取出冷卻，密封保存?zhèn)溆谩２捎肶YW-2型應(yīng)變控制式無側(cè)限壓力儀測定固化塊的抗壓強度，以衡量其土力學(xué)性質(zhì)。將抗壓強度最大的固化塊研磨過篩，得到粒徑小于425um的粉末，用TCLP法浸出其中的重金
7、屬，并用IrisAdvang-tage1000感應(yīng)耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)[15]測定浸出液中的重金屬濃度。2.結(jié)果與討論2.1硅酸鹽水泥的最佳摻量。(1)取lKg脫水底泥，分別摻入20、40、60、80g/Kg(以脫水底泥計，下同)，考察固化塊抗壓強度的變化趨勢,結(jié)果如圖1所示。圖1硅酸鹽水泥摻量對固化塊抗壓強度的影響(1)從圖1可以看出，當(dāng)硅酸鹽水泥的摻量到達60g/Kg時，養(yǎng)護7、14、28d的固化塊抗壓強度都達到最大值，分別為78、129、169KPa,摻入量大于60g/Kg時，固化塊的抗壓強度變化不大。這是由于水泥與淤泥中的水分發(fā)生水化反應(yīng)，生
8、成凝膠，將
