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摘 要

论文作者签名：导师签名：＿＿＿＿日期：2019.5.29

赤泥基固化土的耐久性能研究

21815124 张琛

指导教师 王菲

摘要

固化/稳定化技术是处理重金属污染土壤修复的一项重要技术，该技术的关键在于固化剂的选择，以往通常以水泥作为固化剂，但水泥固化剂存在资源消耗大、环境污染重等问题。

本实验在前人研究的基础上选择一定配比的赤泥磷石膏作为固化剂。对两种不同配比的赤泥磷石膏固化剂配制的固化污染土，在养护7d后进行物理力学性能研究，测定其浸出液pH值；再通过干湿、冻融循环试验来模拟外界环境变化对固化土样造成的影响，从而研究固化土样的耐久性能。具体指对循环试验前后土样的外观、质量损失率、无侧限抗压强度和浸出液pH值进行分析，并全程设置水泥固化污染土样为对照组。最终得出，赤泥磷石膏生石灰固化剂掺量为15%（简称RPCA15）时配制的固化土的耐久性能最好。水泥固化剂本身也有较为不错的耐久性能和固化效果。但用RPCA15取代水泥固化剂，不仅能提高固化效果，还能够减少水泥的用量，减少环境污染和资源消耗，并且能利用赤泥磷石膏这类工业废渣，变废为宝。

关键词：土壤修复；赤泥；磷石膏；固化；重金属

Study on durability of red mud-based solidified soil

Abstract

S/S is an important technology for the treatment of heavy metal contaminated soil. The key to this technology lies in the choice of curing agent. In the past, cement was usually used as a curing agent, but the cement curing agent has problems such as high resource consumption and heavy environmental pollution.

Based on the previous studies, this experiment selected a certain proportion of red mud phosphorus gypsum as a curing agent. Curing contaminated soil obtained from two different ratios of red mud-phosphorus gypsum curing agent, physical and mechanical properties were studied after 7 days of curing, and the pH value of the leachate was measured. The dry-wet, freeze-thaw cycle test was used to simulate the external environment change to the solidified soil. The effect of the sample, thus studying the durability of the solidified soil sample. Specifically, the appearance, mass loss rate, unconfined compressive strength and pH value of the leachate before and after the cycle test were analyzed, and the cement solidified contaminated soil sample was set as the control group. Finally, RPCA15 solidified soil has the best durability. The cement curing agent itself also has relatively good durability and curing effect. However, replacing cement curing agent with RPCA15 can not only improve the curing effect, but also reduce the amount of cement, reduce environmental pollution and resource consumption, and use industrial sludge such as red mud phosphorus gypsum to turn waste into treasure.

Key words: Soil remediation ; Red mud ; Phosphogypsum ; Solidify ; Heavy metal

目 录

摘要 I

第一章. 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 3

1.2.1 固化/稳定化技术研究现状 3

1.2.2 赤泥作为固化剂的研究现状 4

1.2.3 磷石膏作为固化剂的研究现状 4

1.3 主要技术路线 7

第二章. 试验内容与试验方法 9

2.1 实验材料 9

2.1.1 赤泥 9

2.1.2 磷石膏 9

2.1.2 水泥 10

2.1.3 生石灰 10

2.1.4 污染土 11

2.2 制样方案及实验方法 11

2.2.1 试样制备与养护 11

2.2.2 无侧限抗压强度实验 12

2.2.3 毒性浸出实验（TCLP） 13

2.2.4 干湿循环试验 15

2.2.5 冻融循环试验 16

第三章. 强度与毒性浸出特性分析 17

3.1 外观分析 17

3.2 无侧限抗压强度 18

3.3 浸出液酸碱性（pH）分析 20

3.4 本章小结 21

第四章. 干湿冻融循环试验分析 23

4.1 干湿循环试验分析 23

4.1.1 固化试样外观变化 23

4.1.2 质量损失率变化 24

4.1.3 无侧限抗压强度变化 25

4.1.4 浸出液pH变化 26

4.2 冻融循环试验分析 27

4.2.1 固化试样外观变化 27

4.2.2 质量损失率变化 28

4.2.3 无侧限抗压强度变化 29

4.2.4 浸出液pH变化 30

4.3 本章小结 31

第五章. 结论与展望 32

5.1 主要结论 32

5.2 研究创新点 32

5.3 未来展望 33

致谢 34

参考文献 35

绪论

研究背景

随着我国城市化工业化的高速发展，人口过多、交通堵塞、环境污染等问题日益严重。在我国城市工业区分布着数以万计个工业企业，产生了许多污染物，不仅严重破坏环境，威胁到周边地区乃至整个城市居民的生命健康，也阻碍了城市的发展，影响了国家前进的脚步。20世纪90年代后，国家开始调整产业布局、实施节能减排、扩大城市建设，原城区内及周边地区大量的高污染、高能耗工业企业逐步关停整顿或搬迁至远离城市的郊区。这些关停或搬迁的工业企业不再会给城市带来新的污染，但它们遗留下的工业污染场地却成为了城市发展的新隐患^[1]。

有别于其他类型的土壤污染，工业对土壤的污染通常极为复杂，不仅污染物成分多、毒性大，而且污染范围广、深度大，甚至会污染城市地下水，因此工业污染场地对周边环境极为恶劣，且影响修复难度较大。这些污染场地中的污染物大致包括两类：一类为无机污染物，即重金属及复合重金属污染物，代表污染物为砷、铅、锌、镉、铬等；另一类为有机污染物，代表污染物为苯系物、石油类、农药、多氯联苯等^[2]。美国在1980年国会通过的《环境应对、赔偿和责任综合法》中将这些被重金属或有机物污染的前工业和商业用地称为“棕色土地”，具体包括那些废弃加油站、干洗店、晒相馆、工业用地以及可能含有有毒有害物质的建筑物等。“棕地”对人体的毒害，在国外早有惨痛教训。20世纪70年代，著名的美国拉夫运河小区中毒事件发生，1974年起的四年内，小区出生的孩子56%在生理方面存在缺陷，住在小区内的妇女流产率翻了三倍。导致婴儿畸形、孕妇流产，是因为拉夫运河小区曾经是化学工业废物堆积场，这些有毒的化学物质使得当地人逐渐被毒害。据悉，棕色地块所蕴含的毒素可通过土壤、管道等，缓慢挥发、释放，上百年都难以消散。在我国，“棕地”数量之多、面积之大也令人生畏，2014年发布的首个全国土壤污染调查报告显示全国土壤总点位超标率为16.1%。工业废弃地土壤超标34.9%、工业园区超标29.4%，涉及的工业行业包括：有色金属、矿业、冶金业、化工医药等，污染类型以无机型为主，有机型次之。具体无机污染物超标率如下表所示：

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