利用水泥和甘蔗渣處理污染粘土的初步研究

張建軍

摘 要：大量農業(yè)廢棄物如果處理不當，會對環(huán)境造成極大的危害。本文研究了使用甘蔗渣（SCB）作為部分替代粘結劑與水泥穩(wěn)定和固化（S / S）污染土壤的可行性。著重介紹了用SCB和水泥處理鉛（Pb）污染土壤的強度和浸出特性。采用兩個試驗，即無側限抗壓強度（UCS）試驗和毒性特征浸出程序（TCLP）來測量S / S樣品的強度和浸出特性。實驗結果表明，對于含有水泥和SCB的樣品強度有效改善并且Pb可浸出性顯著降低。根據(jù)這一研究結論，SCB可以作為廉價易得的替代粘結劑用于污染土壤的處理。

關鍵詞：水泥；甘蔗渣；穩(wěn)定和固化；無側限抗壓強度；浸出特性

中圖分類號：X53 文獻標識碼：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個需要關注的全球性問題。土壤中的重金屬可能通過意外的土壤攝入、呼吸受污染的土壤粉塵顆?；驍z入受土壤污染的飲用水或農產品而對人體健康構成威脅。重金屬尤其是鉛（Pb）污染土壤是全世界常見的問題，而鉛是一種影響人體神經系統(tǒng)、血管和腎臟的金屬，因此污染土壤的修復對于工程師和研究人員都是非常重要的。穩(wěn)定/固化（S / S）補救方法已被用作一種潛在的技術，由于其低成本，可用性和多功能性，添加了粘結劑以減少危險廢物元素的遷移。[1]

1 材料和方法

1.1 粘結劑體系和土壤污染過程

土壤樣品在105℃的烘箱中干燥24小時，然后使用橡膠錘將土壤壓碎，再用研磨機將其研磨至2mm大小，通過2mm篩的土壤顆粒儲存在聚乙烯塑料中。Pb的初始濃度為500 ppm，選擇這個百分比是為了測試污染土壤的最壞情況。P.II型普通硅酸鹽水泥（OPC）與甘蔗渣（SCB）一起用作主要粘結劑以處理鉛污染的土壤，SCB在酸性條件下進行處理以除去纖維素纖維并釋放木質素。用HCl將SCB煮沸45分鐘，洗滌殘余物以除去糖和水解產物，該過程重復3至4次，直至濾液變成無色。最后，將SCB在105℃的烘箱中干燥24小時以除去所有水分，然后研磨成尺寸為90μm的顆粒。

原料使用小型混合器混合以確保S / S樣品的均勻性。然后，將S / S樣品在分開的模具中壓實成直徑38mm和高度76mm的樣品。使用微型手動壓實工具將混合物壓成4層，每層擊打50次。然后將擠出的樣品包裹并儲存7天、14天和28天。右表顯示了本文中使用的S / S樣品的設計配比。

1.2 無側限抗壓強度（UCS）

將樣品從模具中擠出，平整，測量長度和直徑，稱重并以1%/分鐘的恒定應變速率進行單軸壓縮測試。在測試之前，仔細調整加載裝置以確保上壓板剛好與樣品接觸。注意確保樣品的兩端盡量平坦，以盡量減少測試過程中的端墊誤差。收集測試樣品并在105℃的烘箱中干燥24小時，然后在TCLP測試之前將其破碎通過1mm篩。

1.3 毒性特征浸出程序（TCLP）

通過將固定體積的TCLP浸出劑（5.7ml / l，pH 2.88的冰醋酸水溶液）加入20倍于樣品重量（20：1）的溶液進行TCLP測試。樣品的提取期以30rpm旋轉攪拌持續(xù)18小時。然后使用0.7-μm玻璃纖維濾紙過濾樣品，并在該過程結束時測量pH值。樣品在18 h提取期的2小時內過濾，以確保方法的可重復性。[2]過濾后，滲濾液中的金屬濃度通過原子吸收光譜儀測定。

2 結果和討論

2.1 水泥SCB的強度發(fā)展

抗壓強度是一個重要的因素，因為它決定了材料可承受的載荷?；旌衔锏膹姸热Q于所添加的添加劑。S / S強度的結果如圖1所示?？梢钥闯觯?8個養(yǎng)護日，具有100%OPC的樣品（樣品C95O5，C90O10和C85O15）具有最高的抗壓強度，分別為0.73Mpa、2.79Mpa和5.66Mpa。而對照樣品在28天時僅顯示出0.29Mpa的較低強度。經過處理的SCB樣品的中間抗壓強度范圍為0.35 Mpa至1.39 Mpa。當SCB作為OPC中的部分替代物添加時，與沒有SCB的樣品相比，強度變弱。但即使SCB樣品的UCS與沒有SCB的樣品沒有顯著提高，其結果仍然超過0.34 Mpa的最小垃圾填埋處理限制。

2.2 鉛的浸出特性

圖2顯示了在7，14和28天的Pb浸出率。這些數(shù)據(jù)表明，S / S樣品中Pb的濃度取決于兩個主要因素，即配比和固化天數(shù)。樣品C85O7.7S7.5表現(xiàn)出較高的還原性，其7天、14天和28天Pb濃度分別為6.23 mg / L，4.26 mg / L和2.11 mg / L。對照樣本顯示小幅下降，7天、14天和28天Pb濃度分別為236.11 mg / L，183.19 mg / L和93 mg / L。這種情況是因為S / S方法中重金屬的浸出特性取決于水化天數(shù)。除此之外，數(shù)據(jù)還表明含有SCB的樣品在最終浸出液中浸出了最少量的Pb。簡而言之，研究發(fā)現(xiàn)SCB作為一種纖維材料，與OPC結合后成功地吸附了S / S法中的Pb。

3 結論

研究表明，與僅含有OPC的樣品相比，使用SCB不足以獲得最高的強度。但是，所有樣品均超過了0.34 Mpa的垃圾填埋處理限制。對于含有水泥和SCB的樣品，28天時的UCS在0.82至5.66MPa范圍內，相比之下，相同齡期的對照混合物為0.29MPa。除外之外，含OPC和SCB的土壤樣品經TCLP成功地將鉛的濃度降低到美國環(huán)保局規(guī)定的標準限值以下（<5mg / L））。含有15%OPC的樣品在固化28天后以11mg / L浸出Pb，含有7.5%OPC + 7.5%SCB的樣品顯示更好的結果為211mg / L，這種顯著的減少表明使用SCB作為部分替代物可以降低最終浸出液中Pb的濃度。

參考文獻：

[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）.