当前世界环境

介绍

土壤污染是一些工业产生的不寻常的副作用。石油工业是造成土壤污染的主要原因，原因是与原油开采、炼油厂和转运、地下原油储罐和废水有关的活动。¹

多环芳烃(PAHs)就是上述污染物之一。它们是碳氢化合物——一种只含碳和氢的有机化合物，由两个或多个苯环组成。²美国环境保护署(USEPA)根据其在极低浓度下的致癌性和诱变性将16种不同的多环芳烃化合物列为优先污染物。^3、4

稳定化/凝固(S/S)法已广泛应用于重金属的处理⁵和其他污染物的危险废物，工业污泥，电厂残留物，城市灰，核废料，和污染的土壤和碎片，最后处置前的20年前。⁵美国环保署将S/S方法作为土地处理大多数有毒有害物质的最佳演示可用技术(BDAT)。^{6 - 8}此外，这是美国超级基金场址最常用的修复过程之一(1982年至2002年间，约24%的场址采用了这种方法)，^8、9它被认为是最具成本效益的技术之一。^10、11稳定化是指将污染物转化为流动性、可溶性和毒性更小的形式的过程。^8、11此外，固化将污染物封装在具有高结构完整性的整体固体中^8、11。

由于有机化合物会干扰水泥水化过程，因此S/S技术在试图固定有机污染物时可能会遇到困难。^12、13提高有机污染物S/S效率的一种可能方法是使用粘合剂作为添加剂，如粉煤灰、改性粘土、活性炭。¹⁴微二氧化硅是金属硅冶炼和硅铁合金生产过程中的副产物。¹⁵它是无定形结构，高SiO₂含量高，表面积大，可与水泥水化产生的氢氧化钙发生反应。^{15 - 17日}

本研究旨在分析添加质谱对硅酸盐水泥固化稳定高含油多环芳烃污染土壤浸出行为的影响。

材料与方法

取样和制备

在伊朗德黑兰东南部的石化工业(Rey石化工业)的不同部分进行了土壤采样(图1)。

图1:多环芳烃污染土壤样品 收集到的雷伊石油化工 点击此处查看图

样品收集后，在室温下干燥24小时。随后将土壤样品移入1000毫升的玻璃罐中，然后放入冰箱(温度为4°C)。采用美国材料试验学会(ASTM)的方法表征土样的特性[18](表1)。

表1:雷石油化工土壤样品特征

土壤特性	价值
砾石	4.30%
沙子	69.50%
淤泥和粘土	26.20%
水分含量	38%
pH值	6.21

绑定

PC是使用最频繁、研究最广泛的粘结剂。水泥的S/S被广泛理解和简单，易于获得并产生稳定的产品。¹⁹本研究中使用的PC来自德黑兰水泥厂。其他粘结剂(活性炭、粉煤灰、MS、改性粘土、石灰等)可部分加入到PC中，对S/S水泥的性能有增强或负面影响。^{月19 - 21日}

质谱的性质是由它在制造过程中经历的程序决定的，也基于此，它的颜色可以从浅到深灰色变化。MS的表面积在15000到35000米之间²/kg，平均粒径小于1 μm，可分为浆料、粉状和凝聚态。^22、23在过去的几年里，许多研究人员通过在水泥中加入MS来评估混凝土的性能^{24 - 26日}表2列出了本研究中使用的MS和PC的比较物理性质和化学成分。

表2:PC和MS的化学成分和物理性质比较

复合	电脑(%)	女士(%)
SiO2	22.57	87.6
艾尔2O3.	5.31	1．35
菲2O3.	3.25	0.9
所以3.	0.59	0.13
SpecificSurface (m2/公斤)	312	23500

它的作用与强度、延展性、空隙率、冻融耐久性、渗透性、收缩率、蠕变率、比热、耐磨性、热膨胀系数(CTE)、抗化学侵蚀性、与增强钢的结合强度、缺陷动力学、导热性和纤维在含有短微纤维的混合物中的分散程度有关。^{每股26到29}

标本制备

本研究中使用的各种混合物及其存在、不存在和不同比例的MS的名称见表3。标本分为两组:

• C25与恒定波特兰水泥的百分比为25
• C35与恒定波特兰水泥的百分比为35

样品被转移到模具中，模具是根据ASTM D 1633:方法A制作的，高径比为1.15。¹⁸

测试方法

美国环境保护署(环保局)开发了毒性特性浸出程序(TCLP)，以模拟在垃圾填埋场处置城市固体废物和危险废物的最坏可能情况，并已被广泛应用为评价污染水平的管制试验。^30、31日在过去的十年中，TCLP已被广泛用于测试土壤中污染物的淋溶性，以评估污染物固定的效率。^32、33

对破碎废料进行浸出，采用USEPA(1992)毒性特性浸出程序SW-846中的方法1311。^34、35经过28天的固化，圆柱体样品被压碎至小于9.5毫米的尺寸。提取液采用pH为2.88的醋酸-水溶液，液料比为20:1。在室温下将其加入粉碎的标本中，并在不锈钢制成的提取瓶中以28至30 rpm的速度彻底滚动18小时。采用0.45 μm膜过滤去除渗滤液中的悬浮物，最后采用气相色谱-火焰离子化检测器(GC-FID)和分离/不分离进样器对多环芳烃进行分析。³⁵

结果与讨论

浸出行为

采用气相色谱法测定了TCLP渗滤液中多环芳烃的含量。为分析S/S过程中质谱效率，采用未添加任何质谱的污染土壤对照样品，将固化样品的渗滤液中污染物浓度与对照样品进行对比，作为指标(100%)。当这个量接近于零时，表明较高的凝固和防稳定化性能。考察了影响S/S工艺效果的两个因素:(1)污染物浓度;(2)使用MS对渗滤液行为的影响。表4和表5显示了渗滤液浓度和百分比的结果。这些观察结果表明，与未处理的污染土壤相比，添加MS对S/S样品的渗滤液量有显著的降低作用。

表3:混合比例

混合的代码	PC /土壤	MS/污染土壤	污染土壤(克)	W / C
C25女士0	0.25	0	55	0．35
C25女士4	0.25	0.04	55	0．35
C25女士8	0.25	0.08	55	0．35
C35女士0	0．35	0	55	0．35
C35女士4	0．35	0.04	55	0．35
C35女士8	0．35	0.08	55	0．35

在MS为4%的C25组(C25MS4)中，MS为22.47%的B[a]P是渗滤液率最低的标本。而在MS为8%的C25样品中，浸出率最低的是B[a] a，浸出量为6.06%。结果表明，当MS含量增加到8%时，平均渗滤液百分比下降了近50%。证实了上述结果，C25MS4的TPAH渗滤液从36.54%下降到C25MS8的14.66%。

C35组数据与C25组有差异。虽然4%的质谱含量导致浸出量减少，但当质谱增加到8%时，不仅没有观察到改善，而且浸出率明显增加。这种情况的发生可能是由于使用质谱增加了样品水化所需的水分，使用较多的质谱破坏了样品中水泥的水化过程。^24日,36

表4:S/S样品中PAHs浸出相对浓度

水泥百分比	女士百分比	浓度(ppm)
25	0	午睡1	Chry2	B [a]3.	B (a) P4	TPH energy5
		302.703	886.647	569.22	258.878	2017.448
	4	118.919	377.225	182.89	58.163	737.198
	8	58.108	175.087	34.495	28.061	295.751
35	0	286.486	852.601	536.101	232.755	1907.94
	4	52.838	143.064	53.761	22.398	282.061
	8	94.596	252.139	112.661	41.276	500.669
1.Naphtaline 2。屈,3。苯并[a]蒽4。苯并芘及5。总多芳烃

表5:多环芳烃的相对浸出百分比

水泥百分比	微二氧化硅百分比	渗滤液的百分比
		午睡	哭	B [a]	B (a) P	TPH energy
25	0	One hundred.	One hundred.	One hundred.	One hundred.	One hundred.
	4	39.29	42.55	32.13	22.47	36.54
	8	19.2	19.75	6.06	10.84	14.66
35	0	One hundred.	One hundred.	One hundred.	One hundred.	One hundred.
	4	21.93	16.78	10.03	9.62	14.78
	8	33.02	29.57	21.01	17.73	26．24

污染物释放量与MS比例之间的关系呈对数模式，如图2和图3所示。高相关系数(r2 > 0.94)表明，微二氧化硅的少量增加显著降低了浸出中污染物的浓度。

图2:渗滤液之间的对数关系 和微二氧化硅的百分比萘和菊花 点击此处查看图

此外，从图2和图3中提取的方程表明，S/S样品中水泥含量的增加提高了去除效率。然而，方程中的Ln系数表明，与MS对固化和稳定样品浸出行为的影响相比，这种改善可以被认为是微不足道的。

图3:渗滤液与百分比的关系 苯并[a]蒽和苯并[a]芘的微二氧化硅 点击此处查看图

结论

综上所述，稳定/固化似乎是减少污染场地浸出的有效方法。与污染土壤和沉积物的其他补救办法相比，S/S具有技术优势。这种方法通过物理手段减少和防止危险废物和污染物在环境中的进一步移动和流动。当凝固在一个有限的空间中包含污染物时，稳定化将有毒化合物转化为毒性较小的化合物。本研究的结论如下:

• 污染最小的渗滤液与B[a] a膏体S/S的相关性为25%的水泥和8%的MS，为6.06%
• 在c25组，MS百分比从4%增加到8%，污染土壤的污染物浸出率降低了近50%。
• 25%水泥和8% MS组合的TPAH渗滤液低于其他所有S/S组合
• 在C35组中，添加更多的MS对S/S样品中污染物的浸出性有不利影响
• 从浸出数据中提取的图表分析表明，35%水泥和不同比例MS对土壤S/S的固定化效果较好
• 从结果中提取的方程表明，与水泥本身相比，添加MS对污染土壤S/S的影响更大。

参考文献

1. Zamani, M.M.， Fallahpour, M.， Yousefi Harvani, G.， Khodi Aghmiuni, S.， Zamani, M.， Minai Tehrani, D.，德黑兰炼油厂场地土壤原油污染评价的最新比例处理方法。Thrita，3.(1): 12113 (2014)
   CrossRef
2. 李建军，李建军，李建军，污染土壤中多环芳烃的致癌性评价。清洁-土壤，空气，水，39(9): 820 - 826 (2011)
   CrossRef
3. Essumang, D.K. Dodoo，和G. Hadzi，加纳海岸角大都市一些厨房烟尘中多环芳烃的分布、水平和风险评估。毒理学与环境化学，2006(9): 1633 - 1647(2010)。
   CrossRef
4. 李建军，陈建军，陈建军，陈建军，陈建军，陈建军，陈建军，陈建军，陈建军，陈建军，陈建军，陈建军，陈建军，等。环境监测与评价，186(6): 3541-3552 (2014.)
5. 龚P.， P. l . Bishop，粉末活性炭添加剂对固化/稳定危险废物中有机物浸出的影响.环境技术,24(4): 445-455(2003)。
   CrossRef
6. 石春华，杨晓华，杨晓华，等。水泥基固化/稳定有害、放射性和混合废物的配方设计。环境科学与技术评论，34(4): 391 - 417(2004)。
7. 辛格，T.S.和k.k.p antant，含砷固体废物的固化/稳定使用硅酸盐水泥，粉煤灰和聚合物材料。有害物质学报，131(1-3): 29-36(2006)。
8. 尹,I.-H。，等。硅酸盐水泥与水泥窑尘对砷污染土壤稳定固化机理研究。环境管理杂志，91(11): 2322-2328(2010)。
   CrossRef
9. (美国环境保护署)，美国环境保护署，场地清理处理技术:年度状况报告，第十二版。92(2007)。
10. Dermatas, D.， Moon, D. H.， Menounou, N.， Meng, X.， Hires, R.，使用改进的半动态浸出试验对整体固体中砷释放的评估。有害物质学报，2016(1-2): 25-38(2004)。
    CrossRef
11. 陈志强，《化学固结与固化》。范·诺斯特兰德·莱因霍尔德(1990)
12. 李建军，李建军，李建军。水泥和粘土对土壤固化稳定性的影响。废物管理，15(5-6): 399-406(1995)。
13. Faschan, A.， Tittlebaum, M.， Cartledge, F.， Eaton, H.，添加剂对API分离器污泥凝固的影响。环境监察及评估，18(2): 145-61(1991)。
14. Leonard, S.A.和J.A. Stegemann，石油钻屑的稳定/凝固:浸出研究。危险物质杂志，174(1 - 3): 484 - 491(2010)。
15. 杨建军，杨建军，杨建军，有机污染€€废物水泥基固化过程中OPC/硅灰/ na€€膨润土相互作用的微观结构分析。环境科学与健康杂志。A部分:环境科学与工程与毒理学，32(4): 913-928(1997)。
    CrossRef
16. 马克·阿特金斯，D.E.M.和P.G.弗雷德里克，混合水泥系统中的化学建模。特殊的出版,114(1989)。
17. 梅塔，p.k.，《混凝土中的火山灰和水泥副产品——另一种看法》。特殊的出版物，114(1989)。
18. 土壤粒度分析的标准试验方法;ASTM国际。(2007)。
19. 《危险废物固化/稳定化的影响因素:综述》有害物质杂志;。17(1): 267-276(2006)。
    CrossRef
20. Cheilas, A.， Katsioti, M.， Georgiades, A.， Malliou, O.， Teas, C.， Haniotakis, E.，硬化条件对水泥-污水污泥-黄钾铁矾/明矾稳定/固化产物的影响。水泥与混凝土复合材料，2009(4): 263-269(2007)。
    CrossRef
21. Garces, P.， Perez Carrion, M.， Garcia-Alcocel, E.， Paya, J.， Monzo, J.， Borrachero, M. V.，污水污泥灰混合水泥的机械和物理性能。浪费等，28(12): 2495-502(2008)。
    CrossRef
22. Panjehpour, M.， A.A. Abang Ali, R. Demirboga，硅粉的表征及其对混凝土性能的影响。国际可持续建筑工程与技术杂志，2(2)(2011)。
23. 王晓明，潘志强，朱超，朱宏。硅灰的反应程度及其对水泥-硅灰共混物抗压强度的影响。武汉理工大学学报。科学。艾德。，29(4): 721-725(2014)。
24. 马尔霍特拉，v.m.，《混凝土中的浓缩硅灰》。CRC的新闻(1987)。
25. 德拉，m.r.，粉煤灰和硅粉化学和水化。特殊的出版物，114(1989)。
26. Behnood, A.， Ziari,H.;硅灰掺量和水灰比对高温后高强混凝土性能的影响。水泥及混凝土复合材料，30.(2): 106-112(2008)。
27. 钟德华，复合材料裁剪，《复合材料科学与应用》。施普林格伦敦中文信息:157-201(2010)。
28. 估算高强混凝土的长期徐变和收缩。水泥与混凝土复合材料，2014(4): 316-326(2008)。
29. Mazloom, M.， Ramezanianpour,A.A.，Brooks, J.J. Effect of silica fume on mechanical properties of high-strength concrete.水泥与混凝土复合材料，26(4): 347-357(2004)。
    CrossRef
30. Mantis, I.， D. Voutsa，和C. Samara。用化学和生物方法评价城市和工业废水处理污泥的环境危害。生态毒理学与环境安全，62(3): 397-407(2005)。
    CrossRef
31. Dermatas, D.， Chrysochoou, M.和Moon, D.地球环境特征评估废物稳定/固化处理性能和可持续性。2008年全球地理大会: 660-667(2008)。
32. Scheckel, k.g.， Diamond, g.l.， Burgess, m.f.， Klotzbach, j.m.， Maddaloni, M.， miller, b.w.， Partridge, c.r.， Serda, s.m.。用磷酸盐改良土壤作为减轻土壤铅危害的手段:对科学现状的批判性回顾。[J] .环境与卫生，.16(6): 337-80(2013)。
    CrossRef
33. 曾志伟，陈志强，叶志强，曾志强，曾志强，曾志强，曾志强，曾志强，曾志强，曾志强，曾志强，曾志强，曾志强，曾志强，曾志强，叶志强。光化层,。93(11): 2839-2847(2013)。
    CrossRef
34. Tiwari, M.K, Bajpai, S, Dewangan, uk, Tamrakar, R. K.粉煤灰和矿渣浸出试验方法的适用性研究进展。辐射研究与应用科学杂志，8(4): 523-537(2015)。
    CrossRef
35. 帕特尔，H.和S.潘迪。波特兰波佐罗纳水泥固化纺织废水处理厂化学污泥的物理稳定性和浸出性评价。有害物质杂志，。207- - - - - -208: 56-64(2012)。
    CrossRef
36. Köksal, F.， Altun, F.， YiÄŸit, I.， Åžahin, Y.硅灰与钢纤维对高强混凝土力学性能的联合影响。建筑与建材，22(8): 1874-1880(2008)。
    CrossRef