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附录2 常见粘合剂举例
(1)水泥
水泥是一种无机水硬性凝胶材料,经过水化反应后放置一段时间可以形成坚硬的水泥固化体,并能够在浸水环境中保持其强度及稳定性,最常用的即为普通硅酸盐水泥。在水泥的水化过程中,重金属可以通过吸附、pH-沉降、离子交换、并入结晶体等多种方式固定污染物,形成的低渗结构可以阻止污染物流出。
水泥固化在固化/稳定化技术的应用成熟,简单易得,形成的固化体结构稳定、硬度高,可耐受低pH 或强氧化环境;修复时,可根据修复要求调节用量达到指定修复效果、干化方便。使用时应注意体积膨胀、水化作用放热导致的挥发性污染物释放、有机污染物对修复体固结的影响等问题。常配合使用的添加剂多具有助凝作用,如活性氧化铝。水泥固化不适用于酸性地块,其浸出特性不适用于部分污染物。
(2)石灰
石灰是一种碱性非水硬性胶凝材料,通常与水泥、粉煤灰、高炉矿渣及其他火山灰材料混用产生波索来反应提高修复效果。石灰有生石灰、熟石灰、石灰乳之分。
生石灰通过与水反应会放热并形成熟石灰,是一种降低介质含水量的稳定剂;介质含水量不足时则需要加水摇匀;熟石灰多由生石灰制得,与水反应时无热量释放,多用于无需水分干燥和控制温度升高的介质修复活动。生石灰、熟石灰均可与粘性土反应提升其承载力、降低塑性、控制体积,有助于对污染土壤进行进一步处理如压实、与其他粘合剂混合等;随着时间延长,石灰可以与粘性土中的黏土成分发生石灰化反应进一步提升土壤强度。石灰对土壤中重金属的影响主要是增加土壤的pH,促进重金属生成碳酸盐、硅酸盐、氢氧化物沉淀从而固定/稳定化重金属。
除粘性土外,石灰还可稳定各种颗粒状、粘性状或泥浆状的油性土壤;生石灰还可以添加防水涂层来提升与油性土壤的混合效果。另外,生石灰与污染土壤中的水反应时会形成表面积较大的氢氧化钙,提升处理效果,可作为固化/稳定化的前处理手段。
(3)粒化高炉矿渣粉
粒化高炉矿渣粉是由高炉矿渣研磨至玻璃粉状的细粉,是一种慢性水硬性水泥材料,能在数周至数月形成一定强度;通常使用水泥、石灰或其他碱性材料对其进行活化后加速硬化。由于胶结性能强、简单易得,粒化高炉矿渣粉替代水泥广泛应用于混凝土结构(英国年消耗量在150 万吨),节约了大量成本。
根据目前研究,粒化高炉矿渣粉能够抵抗包括硫酸盐、硫化物等污染物对粘合剂的干扰作用。
(4)粉煤灰
粉煤灰是粉煤的燃烧产物,多为粒状或玻璃粉状,具有火山灰性质,主要成分为SiO2 和Al2O3。粉煤灰一般通过烟煤、无烟煤的炉烧或煤烟的静电或机械沉淀得到。石灰含量较高的粉煤灰有明显的自胶结性,在单用时会大量放热;石灰含量较少的粉煤灰则自胶结性较差。水分含量较大或有石灰、水泥时,粉煤灰会形成较好的胶结性化合物。
粉煤灰通常配合水泥使用,形成的修复体通常比水泥单用时形成的更具持久强度;当粉煤灰中有未燃碳时,还会吸附有机物等特定污染物。
(5)热塑塑料
热塑塑料多用于对污染土壤的塑封处理,常见热塑塑料有沥青、乳化沥青、泡沫沥青、石蜡、聚乙烯和聚丙烯等。根据热塑性原理,热塑塑料基本是对污染土壤进行固化处理,因此形成修复体的物理结构完整性对污染物浸出毒性的影响巨大;另外,沥青质粘合剂可以低温混合污染介质,对干的废弃物使用时会进行加热处理,因此不适用于挥发性污染物处理。
热塑塑料形成的修复产物结构均匀,渗透性差,抗降解能力强,并能抵抗外界环境影响;在储存时,热塑塑料以固化形态存在,占用体积小。在使用热塑塑料时要注意:加热时的着火、爆炸等事故,强氧化盐类或较高初始含水量可能会影响修复产物的长期性能,铁、铝盐会导致修复体过早硬化。
由于较为常见,这里对沥青、乳化沥青、泡沫沥青分别展开描述:
沥青通常不与土壤或污染物反应,因此使用沥青进行土壤固化/稳定化时比较初级的方法即为将污染土壤塑封,断绝污染物的水利接触。使用沥青作为粘合剂时,通常将沥青热溶液与污染土壤浆液混合,土壤中的水分会蒸发出去并留下沥青和被沥青压实的土壤固体,经过放置散热至常温后会固化。 乳化沥青可在室温下分散在亲水溶液或半液相物质中的细滴沥青混合而成,并通过化学乳化剂稳定制得。这种状况下会使乳剂发生“断裂”,固废中的水分会释放,有机物会与疏水沥青形成连续结构体包覆在固体周围。
乳化沥青在氧化或还原条件下均可用,若介质处于极端pH 条件下则需要预先进行中和处理。
泡沫沥青通过使用特质喷杆向热沥青中注入冷水制得,并使其体积扩大10-15 倍,混合污染土壤后会形成结合性很强的乳膏状修复产物。
附录3 常用固化/稳定化技术装备举例
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