利用水泥和甘蔗渣处理污染粘土的初步研究

张建军

摘 要：大量农业废弃物如果处理不当，会对环境造成极大的危害。本文研究了使用甘蔗渣（SCB）作为部分替代粘结剂与水泥稳定和固化（S / S）污染土壤的可行性。着重介绍了用SCB和水泥处理铅（Pb）污染土壤的强度和浸出特性。采用两个试验，即无侧限抗压强度（UCS）试验和毒性特征浸出程序（TCLP）来测量S / S样品的强度和浸出特性。实验结果表明，对于含有水泥和SCB的样品强度有效改善并且Pb可浸出性显著降低。根据这一研究结论，SCB可以作为廉价易得的替代粘结剂用于污染土壤的处理。

关键词：水泥；甘蔗渣；稳定和固化；无侧限抗压强度；浸出特性

中图分类号：X53 文献标识码：A

Abstract：Disposals of agricultural waste in a large volume have an extremely harmful effect on the environment if they are ineffectively treated.This paper focused on the strength and the leaching characteristic of lead（Pb）contaminated soil treated with SCB and cement.Two tests，namely the Unconfined Compressive Strength（UCS）test and Toxicity Characteristic Leaching Procedure（TCLP）were employed to measure the strength and leaching performance of S/S samples.The experimental results demonstrated that the sample containing cement and SCB effectively improve the strength development as well as significantly in reducing the Pb leachability.Based on the finding，SCB could be useful as cheaper，easy available alternatives binder for the treatment of contaminated soil.

Key words：Cement；Sugarcane Bagasse；Stabilized and solidified；Unconfined Compressive Strength；Leachability

受重金屬污染的土壤是一个需要关注的全球性问题。土壤中的重金属可能通过意外的土壤摄入、呼吸受污染的土壤粉尘颗粒或摄入受土壤污染的饮用水或农产品而对人体健康构成威胁。重金属尤其是铅（Pb）污染土壤是全世界常见的问题，而铅是一种影响人体神经系统、血管和肾脏的金属，因此污染土壤的修复对于工程师和研究人员都是非常重要的。稳定/固化（S / S）补救方法已被用作一种潜在的技术，由于其低成本，可用性和多功能性，添加了粘结剂以减少危险废物元素的迁移。[1]

1 材料和方法

1.1 粘结剂体系和土壤污染过程

土壤样品在105℃的烘箱中干燥24小时，然后使用橡胶锤将土壤压碎，再用研磨机将其研磨至2mm大小，通过2mm筛的土壤颗粒储存在聚乙烯塑料中。Pb的初始浓度为500 ppm，选择这个百分比是为了测试污染土壤的最坏情况。P.II型普通硅酸盐水泥（OPC）与甘蔗渣（SCB）一起用作主要粘结剂以处理铅污染的土壤，SCB在酸性条件下进行处理以除去纤维素纤维并释放木质素。用HCl将SCB煮沸45分钟，洗涤残余物以除去糖和水解产物，该过程重复3至4次，直至滤液变成无色。最后，将SCB在105℃的烘箱中干燥24小时以除去所有水分，然后研磨成尺寸为90μm的颗粒。

原料使用小型混合器混合以确保S / S样品的均匀性。然后，将S / S样品在分开的模具中压实成直径38mm和高度76mm的样品。使用微型手动压实工具将混合物压成4层，每层击打50次。然后将挤出的样品包裹并储存7天、14天和28天。右表显示了本文中使用的S / S样品的设计配比。

1.2 无侧限抗压强度（UCS）

将样品从模具中挤出，平整，测量长度和直径，称重并以1%/分钟的恒定应变速率进行单轴压缩测试。在测试之前，仔细调整加载装置以确保上压板刚好与样品接触。注意确保样品的两端尽量平坦，以尽量减少测试过程中的端垫误差。收集测试样品并在105℃的烘箱中干燥24小时，然后在TCLP测试之前将其破碎通过1mm筛。

1.3 毒性特征浸出程序（TCLP）

通过将固定体积的TCLP浸出剂（5.7ml / l，pH 2.88的冰醋酸水溶液）加入20倍于样品重量（20：1）的溶液进行TCLP测试。样品的提取期以30rpm旋转搅拌持续18小时。然后使用0.7-μm玻璃纤维滤纸过滤样品，并在该过程结束时测量pH值。样品在18 h提取期的2小时内过滤，以确保方法的可重复性。[2]过滤后，渗滤液中的金属浓度通过原子吸收光谱仪测定。

2 结果和讨论

2.1 水泥SCB的强度发展

抗压强度是一个重要的因素，因为它决定了材料可承受的载荷。混合物的强度取决于所添加的添加剂。S / S强度的结果如图1所示。可以看出，在28个养护日，具有100%OPC的样品（样品C95O5，C90O10和C85O15）具有最高的抗压强度，分别为0.73Mpa、2.79Mpa和5.66Mpa。而对照样品在28天时仅显示出0.29Mpa的较低强度。经过处理的SCB样品的中间抗压强度范围为0.35 Mpa至1.39 Mpa。当SCB作为OPC中的部分替代物添加时，与没有SCB的样品相比，强度变弱。但即使SCB样品的UCS与没有SCB的样品没有显著提高，其结果仍然超过0.34 Mpa的最小垃圾填埋处理限制。

2.2 铅的浸出特性

图2显示了在7，14和28天的Pb浸出率。这些数据表明，S / S样品中Pb的浓度取决于两个主要因素，即配比和固化天数。样品C85O7.7S7.5表现出较高的还原性，其7天、14天和28天Pb浓度分别为6.23 mg / L，4.26 mg / L和2.11 mg / L。对照样本显示小幅下降，7天、14天和28天Pb浓度分别为236.11 mg / L，183.19 mg / L和93 mg / L。这种情况是因为S / S方法中重金属的浸出特性取决于水化天数。除此之外，数据还表明含有SCB的样品在最终浸出液中浸出了最少量的Pb。简而言之，研究发现SCB作为一种纤维材料，与OPC结合后成功地吸附了S / S法中的Pb。

3 结论

研究表明，与仅含有OPC的样品相比，使用SCB不足以获得最高的强度。但是，所有样品均超过了0.34 Mpa的垃圾填埋处理限制。对于含有水泥和SCB的样品，28天时的UCS在0.82至5.66MPa范围内，相比之下，相同龄期的对照混合物为0.29MPa。除外之外，含OPC和SCB的土壤样品经TCLP成功地将铅的浓度降低到美国环保局规定的标准限值以下（<5mg / L））。含有15%OPC的样品在固化28天后以11mg / L浸出Pb，含有7.5%OPC + 7.5%SCB的样品显示更好的结果为211mg / L，这种显著的减少表明使用SCB作为部分替代物可以降低最终浸出液中Pb的浓度。

參考文献：

[1]A.T.S.Azhar，N.S.Nordin，A.Marto，A.Madun，“The monitoring and cementation behavior of electrokinetic stabilisation technique on Batu Pahat marine clay，Inter.J.GEOMATE 11（4），2581-2588（2016）.

[2]M.W.A.Raouf and H.G.Nowier，Assessment of Fossil Fuel Fly Ash Formulations in the Immobilization of Hazardous Wastes，J.Environ.Eng.，499-507，（2004）.