用于固废堆场垂直防渗阻隔的抗硫酸盐腐蚀固化材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及固化材料领域，具体涉及用于固废堆场垂直防渗阻隔的抗硫酸盐腐蚀固化材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、固体废物分为工业固体废物、城市生活垃圾和危险废物。其中，城市生活垃圾逐渐纳入城市日常管理中，工业固体废物和危险废物则由于分属不同的行业领域，再加上长期缺乏科学的管理体系和配套的处理技术，相关管理问题日益显现。

2、2019年全国196个大、中城市一般工业固体废物产生量达到13.8亿吨，综合利用量约8.5亿吨，处置量3.1亿吨，贮存量3.6亿吨，倾倒丢弃量4.2万吨。一般工业固体废物综合利用处置及贮存总量的55.9％，处置和贮存分别占比20.4％和23.6％。一般工业固体废物的每年贮存量仍保持高速增长趋势，但当前多数一般工业固废堆存场地并未经过有效阻隔防渗处理，其产生的污染包括粉尘、酸碱性废水、重金属、有毒有害有机物、无机盐等，对环境破坏严重，尤其是在降水的作用下，污染物随着雨水淋溶进入土壤和地下水扩散。

3、阻隔技术是指通过铺设阻隔层阻断土壤介质中污染物迁移扩散的途径，使污染介质与周围环境隔离，避免污染物与人体接触和随降水或地下水迁移进而对人体和周围环境造成危害的技术。阻隔系统主要有几方面的功能：(1)阻断污染土壤与人体的直接接触；(2)阻止受污染地下水迁移扩散；(3)阻断污染土壤或污染地下水挥发出的气体扩散。阻隔仅能切断暴露路径，限制污染羽迁移，但不能彻底去除污染物质或降低污染地块上的污染物浓度，不是真正的修复技术，因此，阻隔技术尽管可以单独用于污染地块的风险管控，也经常需要与其他修复技术结合使用才能达到修复目标

4、阻隔技术包括水平阻隔和垂直阻隔两大类，其中，垂直阻隔可分成取代法、挖掘法、注射法等基本类型。对于阻隔技术的应用，应基于污染地块风险三要素的分析，以及设定的风险管控目标，判断其适用性，同时还要考虑其与其他技术经济成本的比较情况。阻隔技术实施的工作程序包括设计、施工和监测维护等内容。设计阶段需考虑工程建设、阻隔材料选择、主要暴露途径和使用寿命等因素；施工阶段的质量非常重要，直接关系到阻隔措施的效果，因此应做好质量控制与质量保证，确保阻隔措施完全按照设计说明实施；同时，阻隔措施需要开展常规监测，证明阻隔系统达到设计目标的最初性能，并确保在地块开发后阻隔效果得以持续；此外，阻隔措施需要进行长期维护，如果定期监测结果表明阻隔措施未能达到预期效果，应及时进行修理或更换。目前，关于固体废物填埋场应用较多的是从水利、冶金、矿山等行业引进的防渗技术，水利工程和土木工程的混凝土地下阻隔墙，其应用的环境流体一般是未有污染物的地下水，主要考虑混凝土的强度。

5、固废堆场垂直防渗阻隔固化材料由于要阻隔受污染的地下水，其中污染物浓度较高，所处岩土赋存条件复杂，周边环境敏感，使用条件苛刻，垂直防渗阻隔固化材料在多种因素的长期作用下性能不断裂化，一旦损坏不易或不可更换，并严重影响垂直防渗阻隔的性能。硫酸盐腐蚀既是垂直防渗阻隔固化材料耐久性的一项重要内容，也是影响因素最复杂、危害性再大的一类环境腐蚀。

6、垂直防渗阻隔固化材料受硫酸盐腐蚀的机理主要是：固化材料由于固化过程不均及其它原因产生缺陷裂隙，地下水中大量so42-离子通过裂隙扩散渗透进入固化材料中，与固化材料中的ca(oh)2以及水化铝酸钙3cao·al2o3·6h2o发生化学反应，生成大量的石膏(caso4·2h2o)，再与单硫型硫铝酸钙和含铝的胶体反应生成次生的钙矾石(3cao·al2o3·3caso4·31h2o)，由于钙矾石具有结晶膨胀性，其体积较同量反应物增大一倍以上，造成固化材料内部应力不均，进而使得固化材料出现膨胀开裂，抗渗透性下降。

7、目前，垂直防渗阻隔固化材料抗硫酸盐腐蚀主要包括以下几种方法：(1)控制固化材料中的硅酸三钙和铝酸三钙含量；(2)在固化材料中添加矿物掺合料；(3)控制固化材料的水灰比；(4)在固化材料中添加外加剂；(5)提高固化材料中的水泥用量；(6)严格管理垂直防渗阻隔施工质量；(7)在固化材料表面设置防腐涂层。

8、所以，对于固废堆场的地下水污染场地阻隔技术而言，阻隔材料与污染流体的作用尤为重要，二者能否“兼容”，保持防渗能力的持久有效性，这些都是地下水污染阻隔技术所必须要解决的关键问题，而传统的地下水防渗阻隔则无需考虑这方面的因素。

9、基于现有技术的研究，如何开发一种用于固废堆场地下垂直防渗阻隔固化材料，有效提高阻隔墙的抗裂抗渗抗硫酸盐腐蚀能力，防止固废堆场的重金属阳离子、硫酸盐阴离子、有机污染物等的侵入，从而达到固废堆场长久垂直防渗阻隔的目的，成为目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述问题，提供一种用于固废堆场垂直防渗阻隔的抗硫酸盐腐蚀固化材料及其制备方法和应用。

2、为了实现上述目的，本发明一种抗硫酸盐腐蚀固化材料，所述固化材料包括第一组分、第二组分和第三组分；

3、所述第一组分包括水泥；

4、所述第二组分包括矿渣；

5、所述第三组分包括硫酸盐还原菌和任选的产甲烷菌。

6、本发明第二方面提供一种制备具有防渗阻隔功能固化材料的方法，所述使用方法包括：在水的存在下，将上述的第一组分、第二组分和第三组分混合。

7、本发明第三方面提供一种制备墙体的方法，将上述方法制备得到的固化材料堆砌形成墙体。

8、本发明第四方面提供一种上述固化材料和/或上述方法制备得到的固化材料在固废堆场垂直防渗阻隔中的应用。

9、通过上述技术方案，本发明所述的固化材料，通过水泥和氯化钙制备的固化材料形成墙体与产甲烷菌和硫酸盐还原菌配合，不仅可以提高阻隔墙抗压抗渗抗硫酸盐腐蚀能力，延长阻隔墙的寿命，还可以降低化学需氧量，化学需氧量可以反应有机污染物的降解效率，因此可以有效修复和防止固废堆场的重金属阳离子等污染物的侵入和降解有机污染物。进一步优选的，通过调节各组分的比例，可以有效地实现阻隔墙强度、抗渗、抗硫酸盐腐蚀和降解有机污染物性能的调控，且制备方法简单易操作。

技术特征：

1.一种具有防渗阻隔功能的固化材料，其特征在于，所述固化材料包括第一组分、第二组分和第三组分；

2.根据权利要求1所述的固化材料，其中，所述第一组分、第二组分和第三组分的重量比为1:0.02-0.05:0.01-0.04；

3.根据权利要求1或2所述的固化材料，其中，所述第三组分为含硫酸盐还原菌和任选的产甲烷菌的微胶囊；

4.根据权利要求3所述的固化材料，其中，所述微胶囊包括壁材、培养基、硫酸盐还原菌和任选的产甲烷菌，所述壁材包裹所述培养基、硫酸盐还原菌和任选的产甲烷菌；

5.根据权利要求4所述的固化材料，其中，所述培养基包含磷酸盐、nh4cl、na2so4、cacl2、镁盐和铁盐中的至少一种；

6.根据权利要求5所述的固化材料，其中，所述培养基还包含柠檬酸钠、乳酸钠、巯基乙酸钠、丙酮酸钠和酵母浸膏中的至少一种；

7.根据权利要求4-6中任意一项所述的固化材料，其中，所述壁材包括明胶、卡拉胶、琼脂、海藻酸盐、硅胶、壳聚糖、聚乙二醇、聚乙烯蜡、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、三聚氰胺甲醛树脂、丙烯酸树脂、乙烯/醋酸乙烯共聚物、乙酸丁酸纤维素、聚脲类和聚氨酯类中的至少一种；

8.一种制备具有防渗阻隔功能固化材料的方法，其特征在于，所述使用方法包括：在水的存在下，将权利要求1-7中任意一项所述的第一组分、第二组分和第三组分混合；

9.一种制备墙体的方法，其特征在于，将权利要求8所述方法制备得到的固化材料堆砌形成墙体。

10.权利要求1-7中任意一项所述的固化材料和/或权利要求8制备得到的固化材料在固废堆场垂直防渗阻隔中的应用。

技术总结
本发明涉及固化材料领域，公开了一种用于固废堆场垂直防渗阻隔的抗硫酸盐腐蚀固化材料及其制备方法和应用。所述固化材料包括第一组分、第二组分和第三组分；所述第一组分包括水泥；所述第二组分包括氯化钙；所述第三组分包括硫酸盐还原菌和任选的产甲烷菌。本发明所述的固化材料，通过水泥和氯化钙制备的固化材料形成墙体与产甲烷菌和硫酸盐还原菌器配合，不仅可以提高阻隔墙抗裂抗渗抗硫酸盐腐蚀能力，延长阻隔墙的寿命，还可以有效修复和防止固废堆场的重金属阳离子等污染物的侵入和降解有机污染物。

技术研发人员：王宁,陈辉霞,郭靖东,董天宝,李绍华,孟庆强,刘春燕,刘晋恺,秦杰
受保护的技术使用者：中化环境修复（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15