1绪论
自上世纪中叶,随着世界人口数量急剧增长、人类活动对自然环境影响程度不断增强、污染问题集中在三个方面:工业发展的加速!生活垃圾的增加以及土体环境逐渐恶化,这些问题都造成了人类赖以生存的大气、水体、土体的污染。土体作为地下的工程材料一旦直接与污染物质接触,将对人类生产生活的安全造成十分严重的危害"研究土体材料在复杂环境条件下物理、力学、化学等性能的变化规律,分析环境对其产生的效应和这些效应的演变机理,已成为目前岩土工程学研究中的一个热门课题(刘传正,1994;覃祖森等,1995;罗国煌等,一995),因此出现了一门新的学科一一环境岩土工程(Geo一environmentalEngineering)。环境岩土工程是基于岩土工程!环境工程和地下水工程三大学科的一个交叉学科(方晓阳,2000),这一学科概念在1982年的第十届国际土力学与基础工程会议上由意大利和日本两位学者正式提出(李相然等,.2002)"随后在世界范围内,岩土工程专家对环境岩土问题给予了关注和重视。
环境岩土工程与传统的岩土工程中各个分支学科相比侧重点不同,环境岩土工程强调大气、水、生物、化学等与岩土体的相互作用。环境岩土工程以环保理念为出发点,将传统的岩土工程和环境科学与工程相结合(,陈云敏,2007),所研究的方法和内容扩展到垃圾填埋处置、土体污染、核废料的处置、沙漠化问题和海岸侵蚀等问题(Fang,1997;周健等,2004)。本文基于环境岩土工程的研究思路及方法,针对表面活性剂对土体的污染问题进行了一系列研究。
1.1污染土体的现状及对工程实际的影响
我国经济持续高速发展带动了化工、金属加工、采矿冶炼等高污染行业的快速扩张。三废不达标排放,即使生产过程中的滴漏也会造成厂区及周边区域土壤污染。城市扩张及产业升级转移导致大量工业用地的置换,成为新一轮住宅、商业、公共事业开发的热土。城市土壤污染物主要以水为载体影响环境,如我国自来水管网渗漏和破损经常发生,土壤中污染物就可能渗入自来水,有些还以挥发态摄入人体,或通过植物生长带入地表环境"土壤污染物会长期危害公民的身心健康,也影响土地的高附加值利用。美国、欧盟、日本等都制定了严格的工业用地退出机制,企业不再使用时,需检测是否符合生态安全标准,否则需将其恢复国家要求,修复成本极其昂贵。这一问题在我国也正在得到重视,如广州氮肥厂旧址主要为第四纪近代冲沉积层,污染面积约20万平方米,深6米,其中34%为重金属污染,28%为有机污染,能否作为高附加值住宅用地成为社会焦点。无锡市投入2000多万元对原惠山农药厂108亩,深3一10米的16万立方重污染土进行了挖掘和搬迁,建成了职教园区。2007年国家环保总局为了确保上海2010年世博会环境质量,发布了5展览馆用地土壤环境质量评价标准(暂行))),将评价标准分为A(土壤环境质量目标值)、B(土壤修复行动值)两级,接近欧美发达国家同类标准。2008年十一届全国人大一次会议上,徐景龙等31名全国人大代表更是联名提出了关于制定5土壤污染防治法6的议案。足见土壤污染已给社会经济可持续发展带来较大的负面影响。
人类生活的环境受到污染,土体环境恶化,岩土材料的物理、力学、化学性质发生恶化也会产生相应的变化。特别是工业废渣、废液、尾矿污水、施用化肥、生活和建筑垃圾及岩土工程施工等人类活动的污染物流失在环境中,造成了大范围的岩土环境影响。岩土环境污染现状有以下特点:
1)污染范围广大
罗国煌等(2000)对污染的耕地进行统计,发现我国受污染的耕地约有1.5亿亩,合计约占耕地总面积的1/10以上,主要有两个方面的污染源:一则是污水灌溉引起的耕地污染,二则是固体废弃物堆存占地和毁田。前者约有3250万亩,后者约200万亩,而这两种污染问题主要集中在经济较发达的地区。
2)污染类型复杂
污染范围广使得污染的类型也多种多样,比较关注的有:无机化合物污染、农药、抗生素、重金属、持久性有毒有机物等污染,此外,目前对于含有放射性!病原菌等污染类型由于对生命安全问题造成的威胁更大给予了高度关注。
3)污染消解困难
由于没有采取有效的解决方案,例如重金属和难降解有机污染物这类物质在土壤中长期累积,致使局部地区土壤污染负荷累积增加,不断加大。
2试验设备、原料及方法
2.1试验设备
本文主要研究土体被表面活性剂污染后的力学强度、渗透性、压缩性、湿陷性、土水特征曲线、微观结构的变化以及对重金属离子吸附性能的变化,其中测试强度、压缩性、湿陷性、渗透性采用的常规岩土试验的仪器,故本章主要对于土水特征曲线、微观结构分析、重金属吸附性能分析的试验仪器下面将详细介绍。
3黄土受表面活性剂污染后力学性能的改变..............20
3.1黄土受阴离子表面活性剂污染后力学强度的改变.................20
3.2黄土受阳离子表面活性剂污染后力学强度的改变..................23
3.3黄土受阴离子表面活性剂污染后压缩性、湿陷性、渗透性的改变.................25
3.4边坡问题数值算例...................28
3.5本章小结....................36
4黄土和膨润土受阴离子表面活性剂污染后吸附性能的研究...............38
4.1试验方法及数据分析方法...............38
4.2黄土受阴离子表面活性剂污染后吸附性能的研究..................40
4.3膨润土受阴离子表面活性剂污染后吸附性能的研究.............43
4.4本章小结...................49
5黄土被阴离子表面活性剂污染后的土水特征曲线和微观结构分析......,,51
5.lSL土水特征曲线..................51
5.2CL和SL的微观结构分析............52
5.3本章小结.................56
结论
表面活性剂有机物污染土非常普遍,危害性大,黄土的分布范围比较广,有必要研究表面活性剂有机物对黄土的工程性质的影响,本文以室内试验为基础,系统地分析了黄土的力学强度、渗透性、压缩性、湿陷性等,并且利用试验结果分析对工程实际的影响。除此,还进行了原状黄土和污染黄土吸附重金属离子Pb(II)的试验!天然钙基膨润土和污染后钙基膨润土吸附重金属离子Pb(II)的试验,获得了一系列有意义的结论。
l)黄土受到表面活性剂污染后,污染土的力学强度较原状黄土明显降低、污染土的渗透系数变小、压缩性增大!故最大击实干密度增大,湿陷性也有所减弱"工程强度的减弱对工程问题的影响较大,利用有限元软件GEO一sl叩e对边坡问题模拟,发现土体被表面活性剂污染后,安全系数明显降低,基本与黄土的湿陷性对边坡安全的影响相同,在以后的工程实际中应对污染土体的污染物浓度进行测定,继而对工程实际的土体参数进行修正。
2)阴离子表面活性剂有助于吸附重金属离子Pb(II),黄土对重金属离子Pb(II)的吸附性较好,故本文研究了受表面活性剂污染的黄土对重金属离子Pb(II)的吸附特性。通过Batch试验进行研究,结果表明污染土对重金属离子Pb(II)的吸附性能并没有明显的促进作用,但吸附性也没有减弱,故可利用这一特性进行污染土的再利用。
3)天然钙基膨润土对重金属离子Pb(II)吸附性并不突出,故本文希望利用阴离子表面活性剂进行改善"通过Batch试验进行研究,结果表明在土水比较小的情况下,阴离子表面活性剂污染后的膨润土吸附重金属离子Pb(Il)的性能较天然钙基膨润土要好。并且由于添加了阴离子表面活性剂,污染土的最优的吸附温度发生变化,可利用这一特性改善天然钙基膨润土吸附重金属离子Pb(II)的最优吸附温度。
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