太湖污染底泥固化特性探究

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1、太湖污染底泥固化特性探究【摘要】研究了硅酸盐水泥、改性粉煤灰、硫酸铝、硫酸钙、硫酸钠等几种固化剂对太湖污染底泥固化块抗压强度和重金属浸出特性的影响。通过各固化材料的对比，结果表明,以硅酸盐水泥为主料，改性粉煤灰为辅料，硫酸钙为添加剂复配使用的固化剂效果最好，其最佳掺入量分别为60、4.8和3g/Kg（以脱水底泥计），以此制得的固化剂能较大的提高固化块的抗压性能，养护7d的固化土强度达到136KPa,满足填埋的土工力学要求。改性粉煤灰的吸附及固化剂的固定作用能使固化块浸出液中的重金属含量较脱水底泥浸出液进一步降低，可对脱水底泥中的重金属起到良好的稳定作用。【关键词】

2、污染底泥；固化；抗压强度；重金属；稳定化太湖流域经济高速发展和环境保护相对滞后，导致湖泊个别区域富营养化严重，污染底泥富集量大，在控源截污清淤工作的同时，全面开展安全有效的污染控制已刻不容缓。将清淤上岸的污染泥浆进行机械脱水处理已经得到技术验证，而脱水后的干泥含有大量的有机物、病原微生物、重金属以及氮、磷等物质[1],如果不进行妥善处理会造成严重的二次污染。目前，淤泥处置的主要手段为堆肥、填埋、焚烧［2］、土地利用等［3］。其中填埋因操作管理方便，运行成本较低等被较多采用［4］。太湖底泥的主要成分为粘土，其土工实验测得的各类指标都与常规土的典型范围不同，由于其渗透

3、性差，淤泥在承压过程中难以将孔隙水排出，导致淤泥固结困难，受压易流变。为达到安全填埋的要求，淤泥填埋前须进行改善土力学性能的预处理［5］。近年来，处理淤泥废弃物的固化、稳定化方法开始在河湖底泥疏浚处置中得到运用，特别是水泥基固化材料的运用［6〜7］。河湖疏浚底泥经过固化处理后，经过一定时间的标准养护即可进行填埋或用作回填覆土，能大大提高其填埋处置的安全性［8］。本研究以太湖梅梁湖生态清淤工程实际获得的机械脱水底泥为原料（含水率45%）,以硅酸盐水泥、改性粉煤灰作为主要固化剂，氯化钙、硫酸铝、硫酸钙分别作为添加剂，将上述试剂复配使用，研究这几种固化材料对固化处理后的

4、太湖底泥抗压强度和重金属浸出率的影响，取得污染淤泥稳定化数据，以期为河湖底泥安全处置提供一种新的固化材料。1.2实验方法。1.2.1淤泥固化。本实验采用硅酸盐水泥和改性粉煤灰作为基础固化剂。先获得硅酸盐水泥和改性粉煤灰最佳掺入比，然后再分别研究硫酸钙、硫酸铝及硫酸钠对固化土的强度提升率。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为主的玻璃珠、少量金属氧化物及未燃尽炭[9],具有发达的大孔，表面积较大，表面能高，对许多污染物质，尤其是重金属离子及有机物具有较强的吸附作用。通过对粉煤灰的热处理活化改性，粉煤灰会失去孔道中的残余水分，使得

5、内部孔道面积和活性吸附点的数量增加，进而提高粉煤灰的吸附性能。（2）利用这些优良的性能，研究活化粉煤灰在作为脱水底泥固化骨料时，对固化块抗压强度的提升，同时也研究其作为吸附剂富集重金属离子及有机物，改善重金属离子浸出率的情况。1.2.3重金属浸出实验。根据美国环境保护署的固体废弃物毒性浸出（TCLP）法[10〜13],按样品的酸碱度和缓冲量不同采用不同的重金属浸出方法。当样品PH小于5时，加入试剂1（将5.7mL冰醋酸加入到500mL蒸馆水中,再加入64.3mLlmol/L的NaOH溶液，用蒸憎水定容至1L值得，PH为4.93±0.05）；当样品PH大于5时，加入

6、试剂2（将5.7mL冰醋酸用蒸馆水定容至1L值得，PH为2.88±0.05）o缓冲液的PH用lmol/LHN03溶液和lmol/LNaOH溶液来调节，缓冲液和样品的质量比为20：1.混合液以(30±2)r/min于常温下振荡(18土2)h,离心，过滤，再用lmol/LHN03溶液调节浸出液PH约至2,以便长期保存。1.2.4测试方法。本实验将粉煤灰在300°C下焙烧60分钟，取出冷却，密封保存备用。采用YYW-2型应变控制式无侧限压力仪测定固化块的抗压强度，以衡量其土力学性质。将抗压强度最大的固化块研磨过筛，得到粒径小于425um的粉末，用TCLP法浸出其中的重金

7、属，并用IrisAdvang-tage1000感应耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)[15]测定浸出液中的重金属浓度。2.结果与讨论2.1硅酸盐水泥的最佳掺量。(1)取lKg脱水底泥，分别掺入20、40、60、80g/Kg(以脱水底泥计，下同)，考察固化块抗压强度的变化趋势,结果如图1所示。图1硅酸盐水泥掺量对固化块抗压强度的影响(1)从图1可以看出，当硅酸盐水泥的掺量到达60g/Kg时，养护7、14、28d的固化块抗压强度都达到最大值，分别为78、129、169KPa,掺入量大于60g/Kg时，固化块的抗压强度变化不大。这是由于水泥与淤泥中的水分发生水化反应，生

8、成凝胶，将