[發(fā)明專利]一種污染土壤加速碳化試驗(yàn)器及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510375752.0
• 申請(qǐng)日: 2015-06-30
• 公開（公告）號(hào): CN104907328B
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張長波;倪曉芳;陳保華;陳海紅;吳向陽;商照聰;楊桂蘭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海化工研究院有限公司
• 主分類號(hào): B09C1/08
• 分類號(hào): B09C1/08
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司31225
• 代理人: 蔣亮珠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及污染土壤修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種污染土壤加速碳化試驗(yàn)器及其加速碳化模擬試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)

隨著城市化和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移進(jìn)程的加快，我國城市工業(yè)企業(yè)搬遷或遺留的污染場(chǎng)地?cái)?shù)量與日俱增，場(chǎng)地污染土壤已成為我國許多大中城市土地資源安全再利用的限制因素。場(chǎng)地污染土壤修復(fù)的研究和實(shí)踐已成為我國環(huán)境治理領(lǐng)域的重要內(nèi)容。

固化穩(wěn)定化已成為我國重金屬污染土壤修復(fù)的主要技術(shù)方法。目前，湖南、湖北、重慶、江蘇、浙江和上海等省市均主要采用了固化穩(wěn)定化技術(shù)處理土壤重金屬污染物。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前國內(nèi)實(shí)施的土壤固化穩(wěn)定化修復(fù)工程案例已超過50例。

污染土壤的固化穩(wěn)定化可以細(xì)分為固化技術(shù)和穩(wěn)定化技術(shù)，兩者具有不同的含義。污染土壤固化技術(shù)主要通過將污染物固封在結(jié)構(gòu)完整的固態(tài)產(chǎn)物(固化體/固化塊)中，隔離污染土壤與外界環(huán)境的聯(lián)系，從而達(dá)到控制土壤污染物遷移的目的；穩(wěn)定化技術(shù)將土壤污染物轉(zhuǎn)化為不易溶解、遷移能力或毒性更小的形式來實(shí)現(xiàn)其無害化，降低對(duì)生態(tài)系統(tǒng)危害性的風(fēng)險(xiǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國的污染土壤固化穩(wěn)定化技術(shù)以穩(wěn)定化為主，其比例占到90％以上。固化技術(shù)的研究和工程化應(yīng)用相對(duì)較少。

固化穩(wěn)定化技術(shù)只改變了土壤中污染物的賦存形態(tài)而其總量并沒有降低，污染物依然可能會(huì)被再次活化或激活從而增大遷移出土壤污染周圍環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。因此經(jīng)過固化穩(wěn)定化處理后土壤污染物的長期穩(wěn)定性就成為環(huán)境主管部門和土壤領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者極為關(guān)心的問題，在土壤固化穩(wěn)定化修復(fù)項(xiàng)目論證和驗(yàn)收時(shí)也最為關(guān)注。

目前，國內(nèi)外依然缺失成熟的固化穩(wěn)定化修復(fù)后土壤污染物長期穩(wěn)定性評(píng)估的技術(shù)方法和標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)室研究也比較缺乏。

《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》(GB/T 50082-2009)中采用碳化試驗(yàn)測(cè)試水泥混凝土的長期性能。其基本原理是利用高濃度二氧化碳對(duì)水泥水化產(chǎn)物加以破壞，從而降低水泥固化體的強(qiáng)度。應(yīng)用水泥類固化材料生產(chǎn)固化體或混凝土?xí)r，水泥中的硅酸鹽化合物與水形成水合產(chǎn)物，生成一種硅酸鈣水合凝膠(水化硅酸鈣CSH)。CSH是一種由不同聚合度的水化物所組成的固體凝膠，是形成水泥基體的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。二氧化碳含量較高的情況下，水化硅酸鈣與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣，從而對(duì)水化硅酸鈣聚合而成的水泥基體造成破壞，表現(xiàn)為水泥基體強(qiáng)度下降。GB/T 50082-2009中的碳化試驗(yàn)具有以下特點(diǎn)：

(1)適用對(duì)象主要是混凝土試件，基本原理是二氧化碳破壞水泥水化產(chǎn)生的水化硅酸鈣；

(2)混凝土試件形狀一般為棱柱體或立方體，而非粉狀或顆粒狀；

(3)試驗(yàn)設(shè)備主要為碳化箱，其技術(shù)關(guān)鍵是將碳化箱的二氧化碳濃度、相對(duì)濕度和溫度控制并保持在一定水平；

(4)其主要目的是測(cè)定試件或固化體在各試驗(yàn)齡期時(shí)的平均碳化深度，繪制碳化時(shí)間與碳化深度的關(guān)系曲線。

從上述技術(shù)特點(diǎn)可以看出，該試驗(yàn)流程主要是測(cè)定混凝土試件的平均碳化深度來說明高濃度二氧化碳對(duì)混凝土物理結(jié)構(gòu)及穩(wěn)固性方面的影響，這與研究土壤中污染物的長期穩(wěn)定性的目的差異較大。

有研究者曾嘗試?yán)眉铀偬蓟夹g(shù)研究水泥基或其他固化材料對(duì)土壤污染物的長期穩(wěn)定效果，但研究過程往往有以下兩個(gè)方面的不足：(1)試驗(yàn)材料一般為固化體/固化塊，而非粉狀或顆粒狀，因此穩(wěn)定化處理土壤的加速碳化研究案例較為匱乏；(2)加速碳化試驗(yàn)過程中并未采取防止樣品交叉污染的措施，這將顯著影響試驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。

由于污染土壤固化穩(wěn)定化處理的主要目的是改變土壤污染物的賦存形態(tài)，降低其活性、毒性和遷移性，因此一般用土壤浸出毒性即浸出液中污染物濃度來評(píng)估污染土壤固化穩(wěn)定化的處理效果，即加速碳化處理完成后，需要進(jìn)一步用化學(xué)提取方法及其結(jié)果評(píng)估高濃度二氧化碳是否對(duì)浸出液中污染物濃度產(chǎn)生顯著影響，這與混凝土穩(wěn)定性主要采用物理性指標(biāo)評(píng)估存在根本差異，因此試驗(yàn)過程和配套措施均應(yīng)有所差別。在加速碳化過程中，碳化箱內(nèi)的相對(duì)濕度一般控制在70％以上，且箱內(nèi)樣品放置區(qū)主體為不銹鋼框架，濕氣易在不銹鋼框架上凝結(jié)成水滴，從而形成從上層框架向下層框架流動(dòng)的水流，而水流對(duì)試件或樣品中土壤污染物具有一定的提取作用，若不采取措施避免水流與土壤樣品的接觸，則可能導(dǎo)致樣品間的交叉污染。

若將碳化箱內(nèi)的不銹鋼框架結(jié)構(gòu)變更為不透水的槽狀結(jié)構(gòu)，可以避免從上層框架向下層框架流動(dòng)的水流，但槽狀結(jié)構(gòu)內(nèi)可能產(chǎn)生大量積水，導(dǎo)致樣品間的交叉污染；若將樣品放入培養(yǎng)皿或其他容器中，則會(huì)影響土壤樣品或試件與二氧化碳的接觸面積，導(dǎo)致不同部位的土壤樣品或試件其碳化程度不同，從而影響試驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。