磷矿粉改性土-膨润土隔离墙增强重金属阻隔性能机理研究

Soil-bentonite cutoff wall (SB) is a kind of commonly used blocking technology to control the underground heavy metal pollution, which may has performance degradation and failure risk in chemical field. Phosphate rock (PR) power is added to improve SB’s performance. The following work is planned in this proposal: (1) adsorption behavior and mechanism of PR powder modified soil-bentonite mixture are studied by combination of batch test methods and microscopic analysis, and the microscopic mechanism is revealed; (2) the soil column test groups for single parameter determination and microscopic analysis are carried out to study the influence of chemical field system on characteristics and mechanism of permeability and adsorption of modified cutoff wall, its chemical compatibility is evaluated; (3) based on the results of batch test and soil column test, microcosmic mechanism of difference in adsorption behavior of batch test and soil column experiment is revealed, and the method of determining the adsorption model of soil column was proposed based on adsorption model from the batch test; (4) centrifuge modelling test is carried out to investigate the heavy metal migration behavior in PR-amended cutoff wall, and a two-dimensional migration model of vertical diffusion and horizontal advection-dispersion is established, the breakthrough time of PR powder modified cutoff wall is predicted. Research results provide a theoretical basis for putting forward a kind of economical, effective PR-amended cutoff wall.

土-膨润土隔离墙是治理水土重金属污染的常用阻隔技术，但其在化学场中阻隔性能存在劣化和失效风险。为此，本研究拟采用磷矿粉作为改性材料，以改善化学场中隔离墙阻隔性能。研究工作包括：（1）联合batch试验与微观分析，研究磷矿粉改性土-膨润土混合材料的吸附行为，揭示其微观机理，提出考虑相关因素影响的吸附模型；（2）开展单参数确定的土柱试验与微观分析，系统研究化学场对磷矿粉改性隔离墙渗透、吸附特性的影响机理，评估其在化学场中的相容性；（3）对比batch试验与土柱试验结果，揭示batch试验与土柱试验中吸附行为差异的微观机理，提出基于batch试验吸附模型确定土柱状态吸附模型的方法；（4）采用离心模型试验，模拟磷矿粉改性隔离墙中重金属迁移行为，建立竖向扩散、水平对流-弥散的二维迁移模型，预测磷矿粉改性隔离墙的击穿时间。研究成果为提出一种经济、有效的隔离墙阻隔性能磷矿粉改良技术提供理论基础。

土-膨润土隔离墙是治理水土重金属污染的常用阻隔技术，但其在化学场中阻隔性能存在劣化和失效风险。为此，本研究采用磷矿粉作为改性材料，以改善化学场中隔离墙阻隔性能。项目推导了抗剪强度与锥入深度之间的关系，提出了基于统一抗剪强度指标的对应液限锥入深度值。项目测试了膨润土的吸湿规律，推导了基于吸湿含水率的真实比重计算公式，提出了考虑吸湿性影响的改良的比重测试方法，提出了考虑吸湿性影响的测试强吸湿性土吸附、解吸附参数的batch试验方法，解决了吸湿性对比重、吸附参数、解吸附参数测试的影响。通过batch试验测试了磷矿粉、原位土和膨润土的等温吸附模型、吸附动力学模型和热力学特性，并对batch试验前后的土样进行了微观分析，结果表明：粒间扩散和液膜扩散同时参与控制吸附过程；吸附过程为放热反应过程，对Pb(II)的吸附量随着温度的升高而降低；磷矿粉的掺入提升了酸性环境下混合材料对Pb(II)的吸附量，使其具备在酸性环境下的缓冲能力。项目提出了一种连续测定土体状态等温吸附曲线的方法，解决了现有方法存在的试验工作量大、对于原状土样不太适用以及所需时间长等问题。开展了吸附模式对污染物迁移影响分析工作，发现源浓度对应的吸附量相同时，相比线性模型，上凸型模型对应的浓度锋面较窄，与Dh（即PL）减小的效果类似；下凹型模型对应浓度锋面较宽，与Dh（即PL）增大的效果类似。分析了不同吸附模型下满足规范要求的2m厚压实黏土衬垫的服役性能，发现吸附模式对于屏障的防污性能影响非常明显。研究成果为提出一种经济、有效的隔离墙阻隔性能磷矿粉改良技术提供理论基础。