1.1.2 动态浸出试验
动态浸出试验是通过连续或间歇性的更换浸提剂,考察污染物的浸出浓度随时间的变化规律。与振荡浸出试验相比,动态浸出试验操作较为繁琐,所需时间较长,试验结果的重现性不高,因此,其使用频率相对较低。常用的动态浸出试验包括:
1.1.2.1 连续浸出试验方法
连续浸出试验方法(serialbatchtests)和振荡浸出试验方法相似,同样将固化/稳定化产物破碎到一定尺寸以下,通过振荡加速固相和浸提剂之间的接触程度,不同的是需要每隔一定时间更换一次浸提剂直到试验所需的条件。最常用的连续浸出试验方法是USEPA提出的MEP方法(multipleextractionprocedure,USEPA1320方法),该方法模拟设计不合理的卫生填埋场经多次酸雨冲蚀后污染物的浸出状况,是TCLP和SPLP方法的组合,保护目标为地下水。首先采用TCLP方法对破碎后的样品浸提,然后继续用SPLP方法对样品浸提9次。如果第10次浸提剂中污染物的浓度低于第8次和第9次浸提剂中污染物的浓度,则需要继续重复浸提直到浸提剂中污染物的浓度不再下降为止。该浸出过程可测试固化/稳定化产物中污染物向环境中可释放的最高浓度,可用于评估固化/稳定化产物的长期浸出毒性。
1.1.2.2 绕流浸出试验方法
绕流浸出试验方法(flowaroundtests)考察块状体通过表面释放至浸出液中的速率和累计量。采用整块固化/稳定化产物作为试验对象,将固化/稳定化产物浸入到浸提剂中,保持一定的水土比,当固化/稳定化产物中的污染物与浸提剂的自然扩散达到平衡时,置换成新的浸出液,重复浸出过程。该方法以保持固化/稳定化产物本身的形状为前提进行动态释放通量测试,因此模拟更接近实际环境状况,能够预测长期风险累积效应。主要适用于污染土壤固化处理后的潜在风险预测,但操作相对复杂,所需要时间较长。常用的绕流浸出试验方法有美国核能协会提出的ANS16.1方法和USEPA的1315方法。
1.1.2.3 穿透浸出试验方法
穿透浸出试验方法(flowthroughtests)考察液固比对污染物浸出的影响。以多孔性的固化/稳定化产物或破碎后的样品作为试验对象,将样品装入到圆柱体中,浸提剂以向上渗透的方式连续或间歇性的穿透土柱,检测浸提剂中污染物的浓度。该方法同样以保持固化/稳定化产物本身的形状为前提进行动态释放通量测试,因此模拟更接近实际环境状况,能够预测长期风险累积效应。主要适用于污染土壤稳定化处理后的潜在风险预测,但操作相对复杂,所需要时间较长。常用的试验方法有美国材料与测试协会的ASTMD4874方法、EUCEN/TS14405方法[27]和USEPA的1314方法。
1.2 物理评价方法
目前有一系列物理指标用于评价固化/稳定化技术处理的污染土性状,包括无侧限抗压强度试验、耐久性试验(如冻融试验,干湿循环试验)、凝固时间试验、膨胀/收缩试验、渗透试验和碳化试验等。大部分试验方法采用混凝土的力学性能测试方法。最常见的试验方法是无侧限抗压强度试验和渗透性试验。
1.2.1 无侧限抗压强度试验(UCS)
无侧限抗压强度用来表征固化/稳定化产物承受机械压力的能力,其大小与固化/稳定化产物的水化反应程度及耐久性有关,是评价固化/稳定化效果的重要参考指标之一。目前各国制定了测定无侧限抗压强度的标准方法,这些方法均在不加任何侧向压力的情况下对固化/稳定化产物施加轴向压力,直至固化/稳定化产物被剪切破坏为止;主要不同点在于固化/稳定化产物的形状和大小不同。因此,为了便于测试结果之间的比较,需要清晰记录固化/稳定化产物的形状和大小。
1.2.2 耐久性试验
冻融试验和干湿循环试验常用来检验固化/稳定化产物耐受温度和湿度变化的能力。常用的试验标准为USASTMD559方法、ASTMD560方法和GB/T50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的抗冻试验方法和抗硫酸盐侵蚀试验方法。测量固化/稳定化产物经过一定次数的冻融或干湿循环后重量的损失程度,经过冻融或干湿循环后固化/稳定化产物的机械和化学变化不需要进行检测。
1.2.3 渗透试验
渗透试验用来评价固化/稳定化产物的抗水渗透性能。常用的试验方法为USASTMD5084—00方法和GB/T50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的抗水渗透试验方法。由于固化/稳定化产物的渗透系数很小,为了准确且快速测定其渗透系数,一般采用变水头试验法。将固化/稳定化产物密封后压入到抗渗仪的试模中,每隔一定时间增加一定的水压,测定固化/稳定化产物表面的渗水体积。
1.2.4 回弹模量
回弹模量是指固化/稳定化产物在荷载作用下产生的应力与其相应的回弹应变的比值。土基回弹模量表示土基在弹性变形阶段内,在垂直荷载作用下,抵抗竖向变形的能力,如果垂直荷载为定值,土基回弹模量值愈大则产生的垂直位移就愈小;如果竖向位移是定值,回弹模量值愈大,则土基承受外荷载作用的能力就愈大。目前有两种测试方法:静力受压弹性模量和动弹性模量.静力受压弹性模量的常用测试方法为USASTMC469—02方法、UK的BS1881:Part121方法和GB/T50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》中的静力受压弹性模量试验;动弹性模量的常用测试方法为USASTMC215—02方法、UK的BS1881:Part209方法和GB/T50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的动弹性模量试验。
1.2.5 加州承载比(CBR)
CBR是美国加利福尼亚州提出的一种评定基层材料承载能力的试验方法。常用的试验方法为USASTMD1883—99方法和我国的GB/T50123—1999《土工试验方法标准》[42]中的承载比试验。承载能力以材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征,并采用标准碎石的承载能力为标准,以相对值的百分数表示CBR值。这种方法后来也用于评定土基的强度,即标准试件在贯入为2.5mm时所施加的试验荷载与标准碎石材料在相同贯入量时所施加的荷载之比值,以百分率表示。
1.2.6 微观结构检验
常用的微观结构检验的方法包括扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等。应用这些技术可以更好地了解污染物与固化/稳定化药剂的结合状态以及污染物对药剂水化的影响。这些技术更多地应用于研究工作,在实际工程中使用较少。
2、固化/稳定化修复效果的评价标准
基于固化/稳定化修复效果的评价方法,固化/稳定化修复效果的评价标准同样包括浸出毒性评价标准和物理学评价标准。固化/稳定化产物的处置有填埋废弃处理和资源化再利用两种方式,最终处置方式的选择需要满足相应的评价标准。从保护自然资源和降低填埋场负荷的角度,资源化再利用优于填埋废弃处理,但资源化再利用与填埋废弃处理相比对固化/稳定化产物的评价标准更加严格。
2.1 浸出毒性评价标准
污染土壤固化/稳定化处置的目的一般是为了防止地下水或地表水受到污染。图1为固化/稳定化产物对下游水体风险的影响模型图。由于固化/稳定化产物中污染物的浸出导致流经的水中的污染物的浓度Cn为
式中:F为固化/稳定化产物中污染物的释放速率,mg/(m2·s);Aexp为固化/稳定化产物与水的接触面积,m2;An为固化/稳定化产物在水流方向上的横截面积,m2;q为水的线性流速,m/d。为了防止关注点的水质超标,固化/稳定化产物的最大浸出浓度Cmax为
式中,Cpoc为关注点的允许浓度,DAF为稀释衰减系数。DAF跟污染物的存放位置、土壤的特性、污染物性质及水文地质条件等相关,综合这些因素的影响,DAF的取值一般≥1且特定的污染场地往往具有不同的DAF,根据DAF取值以及保护目标的不同,世界各国制定了相应的浸出毒性评价标准。
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