酸/碱溶液预降解淤泥有机质的效果与机理讨论

淤泥是一种富含有机质的特殊土。受微生物作用,其有机质会分解出腐殖酸,而腐殖酸又影响有机质降解;同时,腐殖酸还会影响淤泥固化效果。为掌握有机质的降解规律与腐殖酸的释放模式,营造3种酸/碱度的缓冲溶液环境,酸性（pH=4.0）、中性（pH=7.0）和碱性（pH=9.0）,将淤泥分别浸泡其中,观测其有机质含量和pH值的变化过程。结果发现,酸性和碱性缓冲溶液均能加快其有机质的降解速度;但只有碱性缓冲溶液能加快有机质释放腐殖酸,同时也能消耗掉腐殖酸,使溶液呈碱性;有机质分解腐殖酸呈现“释放-消耗-释放-消耗……”的交替过程;当有机质分解完成,腐殖酸也释放结束。淤泥固化土的长期强度表明,经碱溶液浸泡后,淤泥中有机质得到预先加速降解,其长期强度不会发生衰减。由此说明,通过碱性缓冲溶液预降解淤泥有机质,可以提升其固化土长期强度。     

酸/碱溶液预降解淤泥有机质的效果与机理讨论

淤泥是一种富含有机质的特殊土。受微生物作用,其有机质会分解出腐殖酸,而腐殖酸又影响有机质降解;同时,腐殖酸还会影响淤泥固化效果。为掌握有机质的降解规律与腐殖酸的释放模式,营造3种酸/碱度的缓冲溶液环境,酸性（pH=4.0）、中性（pH=7.0）和碱性（pH=9.0）,将淤泥分别浸泡其中,观测其有机质含量和pH值的变化过程。结果发现,酸性和碱性缓冲溶液均能加快其有机质的降解速度;但只有碱性缓冲溶液能加快有机质释放腐殖酸,同时也能消耗掉腐殖酸,使溶液呈碱性;有机质分解腐殖酸呈现“释放-消耗-释放-消耗……”的交替过程;当有机质分解完成,腐殖酸也释放结束。淤泥固化土的长期强度表明,经碱溶液浸泡后,淤泥中有机质得到预先加速降解,其长期强度不会发生衰减。由此说明,通过碱性缓冲溶液预降解淤泥有机质,可以提升其固化土长期强度。     

有机质含量对淤泥固化效果影响的试验研究

淤泥固化技术是淤泥资源化利用的一个重要方法,而有机质对淤泥固化效果的影响是淤泥固化技术研究中的重要课题。在淤泥固化的试验研究中发现有机质含量对淤泥固化的效果有着显著影响。通过对不同有机物含量的固化试验揭示了该种影响的规律,发现淤泥中的有机质存在着一个极限含量4.3 %,当超过这一极限含量后,有机质量的增加不再对固化效果产生更大的影响。根据这一研究结果,提出了对于高有机质淤泥采用水泥-石膏进行固化的方法。     

固化有机质淤泥试验研究

淤泥固化技术是淤泥资源化的一个重要方法。当采用水泥基材料对有机质淤泥固化处理时,淤泥中的有机质严重影响了淤泥固化的效果。对此,笔者进行了固化有机质淤泥的试验研究,在分析有机质对淤泥固化效果影响机理的基础上,掺加不同外加剂改善有机质淤泥的固化效果,试验结果发现,碱性剂的加入会导致有机质的溶解,削弱淤泥的固化效果,粉煤灰的加入削弱了有机质对水泥水化的阻碍作用,有效提高了固化体的强度,采用水泥一粉煤灰一硫酸钠复合固化材料大幅度提高了固化淤泥的短期强度和长期强度,粉煤灰的加入提供了大量的钙离子,其掺量越大,固化淤泥无侧限强度后期增长率越大。     

偏高岭土增强石灰-水泥固化淤泥的耐久性研究

淤泥富含有机质,分解后产生腐殖酸,进而影响淤泥固化效果。仅掺入12%水泥固化淤泥,当标准养护期超过60 d,其强度不增反减。联合掺入3%石灰和12%水泥,固化淤泥的pH值持续180 d处于10.5以上;无侧限抗压强度由750 kPa(养护期28 d)提升到1 500 kPa(120 d),说明借助石灰营造强碱性环境,可以提高水泥固化淤泥的强度;但养护到180 d后,其强度又降到1250k Pa;钙离子浓度变化规律表明,这是由于腐殖酸溶蚀水泥和石灰的水化胶结物所致。借助偏高岭土卓越的火山灰反应能力,掺入3.0%偏高岭土,提升石灰(3%)-水泥(12%)固化淤泥的耐久性,发现180 d养护期内,其强度始终处于增长趋势,究其原因是偏高岭土富含无定形硅、铝氧化物,具有快速捕获氢氧化钙溶液中钙离子的能力,形成稳定的胶结物,而且不易受腐殖酸的侵蚀作用,证明偏高岭土能够有效提升石灰-水泥固化淤泥长期强度。     

淤泥固化处理中有机物成分的影响

针对有机质对疏浚淤泥固化处理效果产生的影响,研究有机质的主要成分腐殖酸对水泥固化的影响。研究表明,腐殖酸对水泥的水化具有抑制作用,腐殖酸含量对淤泥固化土的无侧限抗压强度和破坏应变的影响存在一个极限含量（3.62 %）,超过这一极限含量,随腐殖酸含量的增加固化土的强度和破坏应变几乎不再变化。同时,研究结果表明,随着腐殖酸含量的增加,固化土塑性增强。     

天然有机质和不同pH环境对纳米黑炭的迁移行为影响及作用机制

作为典型的黑炭,近年来生物炭的应用发展受到人们广泛关注。由于生物炭施加在土壤中,在表生地球化学长期作用下,会有部分逐渐破碎变小,直至微米、纳米级别,在土壤或水体中迁移,因此,对生物炭、特别是活性更强的纳米级生物炭的迁移性研究具有十分重要的意义,而关于纳米级生物炭的迁移性研究目前十分匮乏。通过石英砂柱中纳米生物炭的柱迁移实验,获得天然有机质和不同pH值(4、7、10)条件下的穿透曲线和空间滞留曲线,研究影响作用机制。结果表明：天然有机质(腐殖酸)能增强纳米生物炭的迁移性,中碱性pH环境也有助于其迁移。一方面纳米炭的分散性得到改善,另一方面腐殖酸和碱性环境有助于增加纳米炭和石英砂介质的颗粒表面负电荷,增大Zeta电位值(负值),从而使颗粒间静电排斥力增强,有助于纳米炭的迁移。研究结果对深入理解生物炭在自然界中地球化学迁移行为及其吸附污染物后的潜在迁移风险具有重要意义。     

有机质对黏性土热传导系数的影响与机制

有机质是土中常见组分,对土体热性质有显著影响。为明确有机质对黏性土热传导系数影响与机制,以膨润土为基质,通过添加腐殖质制备不同有机质含量土样。利用热探针法测定其热传导系数λ,分析λ随干密度ρd、含水率w(饱和度Sr)和有机质含量w_u的变化规律;并通过分析膨润土对有机质的吸附特征,探讨了有机质对土热传导系数影响机制。试验结果表明：有机质含量w_u相同时,热传导系数λ随干密度ρd、含水率w、饱和度Sr增大而增大。在土体饱和、ρd相同条件下,λ随w_u增大而减小,但并非单调线性递减关系;可分为急剧下降段、过渡段和平缓下降段3个阶段。过渡段对应的w_u大致范围为7.5%～15.0%。通过傅积平法测试得出膨润土对紧结态有机质饱和吸附量w_u,1大致为8.0%,对紧结态+稳结态有机质的饱和吸附量w_u,2约为14.0%;即有机质赋存形态变化的两个阈值(w_u,1、w_u,2)和λ-w_u关系曲线过渡段对应的w_...     

内蒙古西胡里吐盆地有机质特征及其与铀矿化的关系

在砂岩型铀矿床中 ,有机质与铀矿化之间有着较为密切的关系。西胡里吐盆地的有机质主要是以松柏类和蕨类等高等植物残体为母质的腐殖型有机质。通过镜质体反射率、有机质碎屑的颜色、粘土矿物X 衍射和古地温恢复等分析测试发现 ,有机质的成熟度较低 ,处于未成熟—低成熟早期阶段。有机质的类型和成熟度决定了其在热演化中产生了大量腐殖酸并保存在地层中。褐煤、腐殖酸、残余植物碎屑和地沥青等是现存有机质的主要类型。除大量产出的煤层外 ,有机质主要呈碎屑状和细分散状分布于地层之中。 70 %的岩石中有机质的丰度在 0 1 %～ 3 % ,对铀矿化的形成较为有利。铀与有机质的紧密共生以及二者之间的正相关性 ,表明了有机质在西胡里吐盆地铀矿化形成中所起的重要作用。有机质中的腐殖酸与铀矿化的关系最为密切 ,有机粘土复合体、蚀变岩屑、植物碎屑和地沥青等吸附剂对铀的吸附均与腐殖酸有关。腐殖酸吸附铀后可以将铀还原 ,还可以与铀酰离子等进行络 (鳌 )合形成铀酰腐殖酸盐 ,并最终引起铀的沉淀富集。     

大掺量粉煤灰淤泥固化土的强度与耐久性研究

基于传统水泥和石灰固化处理方法,提出了利用大掺量低钙粉煤灰、水泥和石灰固化剂进行淤泥固化处理的方法,以期改善淤泥的强度和耐久性,达到淤泥和粉煤灰双重资源化利用的目的。通过一系列室内试验,探讨了该方法处理后固化淤泥的击实特征、强度特性、水稳性和耐久性。试验结果表明：淤泥固化后最优含水率有所降低、最大干密度则略有增加;弹性模量、无侧限抗压强度和抗拉强度均有不同程度的增加,水泥掺量越大,养护时间越长,强度和弹性模量越大;固化后淤泥水稳性得到明显改善;浸水软化和冻融循环导致固化土抗压强度显著劣化,冻胀融缩导致设计混合料的无侧限抗压强度减小约22%。     

Forms and bioavailability of phosphorus associated with natural organic matter

Natural organic matter （NOM） is an important ingredient in soil which can improve physical, chemical, and biological properties of soils and nutrient supplies. In this study, we investigated the spectral features and potential availability of phosphorus （P） in the IHSS Elliott Soil humic acid standard （EHa）, Elliott soil fulvic acid standard Ⅱ （EFa）, Waskish peat humic acid reference （WHa）, and Waskish peat fulvic acid reference （WFa） by fluorescence spectroscopy, FT-IR, solution 31P NMR, 3-phytase incubation and UV irradiation. We observed more similar spectral features between EHa and EFa as well as between WHa and WFa than between the two humic acids or two fulvic acids themselves. Phosphorus in WHa and WFa was mainly present in the orthophosphate form. However, only about 5% was water soluble. After treatment by both UV irradiation and enzymatic hydrolysis, soluble orthophosphate increased to 17% of WHa P, and 10%o of WFa P. Thus, it appears that a large portion of P in Waskish peat humic substances was not labile for plant uptake. On the other hand, both orthophosphate and organic phosphate were present in EHa and EFa. Treatment by both UV irradiation and enzymatic hydrolysis increased soluble orthophosphate to 67% of EHa P and 52% of EFa P, indicating that more P in Elliott soil humic substances was potentially bioavailable. Our results demonstrated that source （soil vs. peat） was a more important factor than organic matter fraction （humic acid vs. fulvic acid） with respect to the forms and lability of P in these humic substances.     

不同土壤有机质组分对憎水有机物的吸附机理研究

采用完全混合一步平衡反应实验方法，选择菲、萘、三氯苯和二甲苯作为憎水有机物(HOCs)的探针，研究了它们在土壤及其中的胡敏酸、胡敏素等有机质组分中的等温平衡吸附行为，探讨了非线性吸附的机制。结果表明，HOCs在水与土壤体系中表现为非线性吸附，其非线性的吸附行为主要受到土壤有机质(SOMs)的控制。SOMs具有高度不均匀的性质，HOCs表现出非线性吸附行为是其在不同的SOMs相扩散转移以及在相对聚结的胡敏素和“黑炭”的表面吸附的结果。     

处置库污泥工程特性测试研究

对某填埋场污泥库中取样的污泥进行了岩土工程特性测试,包括有机质含量、含水率、界限含水率、颗粒级配、渗透系数、压缩固结特性及抗剪强度等。试验结果表明,与常规淤泥相比,污泥库中经一段时间降解后污泥有机质含量及含水率较高,平均值分别为45%和520%;污泥在历时2 a的生物降解作用下,污泥含水率、有机质含量沿深度呈较为明显的减少趋势;污泥具有极高的压缩性,压缩系数a100-200高达7 MPa-1;污泥的固结表现为非线性大变形特性,其固结系数在10-5～10-6 cm2/s,比淤泥低1～2个数量级,固结系数随压力的增加而显著减少;污泥的抗剪强度参数较小,其黏聚力为0,内摩擦角为14.7°。有机质含量高是污泥高含水率、高液塑性指数、高压缩性,低渗透性、低固结系数及低抗剪强度的本质原因。以上成果可为污泥库的固化处置、稳定分析等提供必要的参数。     

Use of ultrasonic treatment for extraction of humic acid with inorganic reagents from soil

The use of ultrasonic vibrations (1 hr) on the extraction of humic acids (HA) from a brown soil has been compared with the extraction by mechanical stirring (24 hr) with two extractants: 0.5 N and 0.1 M Na₄P₂O₇, followed by extraction with 0.5 N NaOH. In the pyrophosphate extraction, ultrasonic and mechanical treatments produced the same yield of HA. Further extraction with NaOH and mechanical stirring gave higher yields.The elemental composition of HA changed remarkably with both ultrasonic and mechanical systems. The HA extracted with ultrasonic treatment showed a higher ash content and a lower content of COOH and phenolic OH groups. These HA's showed higher optical density at 260 and 450 nm when pyrophosphate-extracted, and lower optical density when NaOH-extracted. Moreover the ultrasonic-treated HA in both extractants showed a lower E₄₀₀/E₆₀₀ ratio.Infrared examination confirmed the difference in chemical characteristics of extracted HA. The HA distribution in the different classes of nominal molecular weights by Sephadex gel filtration was influenced by both ultrasonic and mechanical systems, specially for molecular weights between 5000 and 150,000. It has been noted that the differences due to both systems are less marked than those caused by ssing different extractants.     

有机骨架材料充填地下溶洞的支护性能及稳定性分析

基于有机骨架材料的吸附作用,分析有机物质降低岩石矿物电解质的电导性质的作用机理,通过渗透试验、抗疲劳试验等验证了有机骨架材料良好的透水性能、抗疲劳性能、抗冲击性能及胶结泥化性能,在静载条件下对实际溶洞进行充填应用,验证了充填效果及材料性能,并建立仿真模型研究了下沉位移的变化规律。结果表明：有机复合材料能够使矿物元素活度系数变小,介电常数降低,与矿物颗粒结合后会形成稳定的晶格结构;有机骨架材料作为治理溶洞的充填材料,其结构性、耐久性都优于传统的充填材料,可满足岩溶地面塌陷治理工程中强度、稳定性与渗透性的材料要求,有效的提高了基础的抗沉降能力;实际充填施工过程中的数值分析与现场监测的位移变化规律与沉降趋势都具有较好的一致性,表明数值模拟的计算参数选取合理,得出的仿真变形规律可应用于指导工程施工。     

疏浚淤泥化学絮凝−真空预压深度脱水效果评价

为实现疏浚淤泥高效快速脱水减容,选取化学絮凝和真空预压相结合的脱水技术,利用自制真空预压抽滤装置对5种类型絮凝剂调理淤泥进行系列室内脱水试验,通过上清液高度、泥水分界面高度、沉降速率、底泥含水率等指标,综合评价疏浚淤泥沉降过程与深度脱水效果。结果表明：5种絮凝剂对应最优添加量分别为Ca(OH)2(1 500 mg/L)、PAFSI(200 mg/L)、PAC(200 mg/L)、HCA(50 mg/L)、APAM(500 mg/L);与原始淤泥自然沉降过程相比（底泥高度17.14 cm、含水率96.8%）,真空预压可实现絮凝调理淤泥脱水减容、底泥平均含水率降至53.5%,使底泥体积进一步压缩20.48%～36.99%;真空预压作用下,絮凝调理淤泥在50 min内达到沉降速率峰值,前120 min内淤泥絮凝效果明显、泥水分离程度占据主导;与原始淤泥真空预压对比,絮凝?真空预压大幅提升淤泥沉降速率、有效缩短峰值对应沉降时间,最优絮凝剂（APAM）底泥沉降速率峰值、淤泥总高度沉降速率峰值对应时间点缩短87.5%和83.33%,峰值速率分别增加3.56倍、5.18倍;添加适量絮凝剂能有效改善淤泥脱水性能,增大泥粒尺寸、防堵促排,加速疏浚淤泥沉降与泥水分离效率。化学絮凝?真空抽滤技术有利于实现疏浚淤泥减量化,显著缩短工期、加快施工进度、减少堆积占地,具有显著的工程应用价值。     

pH effect on stabilization/solidification of industrial heavy metal sludge

The leaching character and toxicity of the stabilization/solidification （S/S） products of industrial heavy metal sludge were experimentally researched at different pH （1-13）. The results showed that the leaching solutions of cement S/S and lime S/S products were all alkaline; the S/S treatments could fix Pb, Cd, Cu, Zn and Ni in solid; the Cr concentration was obviously high in the leaching solution of S/S products and exceeded the regulation value of ＂Landfill Control Standard for Hazardous Wastes＂ （GB 1858 01）.