铬渣污染场地土壤烧结制取陶粒研究

作     者：胥广震 

作者单位：沈阳航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：可欣

授予年度：2012年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：污染土壤 陶粒 重金属 固化机理 

摘      要：长期堆积的铬渣对堆积地造成严重的污染,产生大量的污染土壤。我国将铬渣堆积地列为重点治理的对象,传统的处理方法耗费较多的能量及化学试剂,易造成二次污染,存在环境健康风险。因此,开辟一条有效处理铬污染土壤的途径显得尤为重要。 通过多种分析方法对污染土壤及粘土的特性进行测定,结果表明污染土壤中硅、钙、镁、铁元素的含量较高,其重金属铬、铜、铅、锌及镉含量均超过土壤环境质量标准(GB15618-1995)中规定的土壤中污染物的最高允许浓度指标,其水溶性铬及六价铬含量均超过《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3-2007)规定的限值,污染土壤属于危险废弃物,因此污染土壤的处理与处置过程要着重考虑其环境危害。 本研究以污染土壤为主原料,添加粘土烧结制取陶粒,通过分析不同原料配比下陶粒的性能指标(抗压强度、浸出铬浓度)选择适合烧制陶粒的原料配比,进而确定最佳的焙烧温度及焙烧时间,并分析最佳条件下陶粒的微观结构。结果表明,污染土壤的添加量α≥80%时,陶粒的抗压强度及浸出液中重金属铬的浓度均不符合相关要求,最终确定污染土壤的添加量α=50%、70%。通过陶粒的抗压强度及浸出液铬浓度评价陶粒品质的优劣,进而确定不同原料配比下陶粒的最佳烧制参数,在最佳的烧制条件下,陶粒的抗压强度及吸水率满足《轻集料及其试验方法第1部分:轻集料》(GB/T 17431.1-2010)中相关的要求,其浸出液铬浓度均低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3-2007)中15mg/L的限值。陶粒的性能变化与物相的变化、其晶相组成及内部微观结构息息相关,通过XRD及SEM分析可知,原料的配比、焙烧温度及焙烧时间影响陶粒中晶体的种类、含量及内部微观结构等,从而影响陶粒的品质。依据试验测定的陶粒品质参数可知,适合制备建筑墙体材料及承重结构材料,其应用范围广泛。 基于第一性原理计算方法,利用Materials Studio分子模拟软件对陶粒中存在的晶体结构进行模拟计算,利用量子化学理论对晶体固化重金属铬的机理进行分析,掺杂重金属的新体系的结合能高于浸洗过程提供的能量,其晶体对重金属的固化效果良好,通过重金属铬的平衡实验证明陶粒中的铬主要以残渣态存在,其尾气中重金属铬低于EU2000/76/EC(欧盟2000标准)中0.5 mg/m的限值同时未造成环境污染。 铬污染土壤的危害极大,其全过程管理控制原则主要是遵从“减量化、无害化、资源化,重视铬污染土壤的处理处置及资源化利用,根据实际情况研究开发了各种处置方法。