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寒区重金属污染土壤修复稳定化材料优选及抗冻效能分析

土壤；重金属复合污染；固化/稳定化；冻融循环；绿色材料

随着我国产业布局调整乃至全球产业结构调整，城市及周边地区开始出现大量重金属污染场地，它们具有复合污染、浓度高和污染深度大等特点，已对区域生态环境、居住环境和人体安全构成了严重威胁与挑战。其中，铜、铬和铅单一污染土壤在我国分布非常普遍。

对铜、铬和铅污染土壤进行了稳定化材料优选、复配及稳定化效果研究。筛选了绿色稳定化材料为钢渣、骨粉和磷矿粉，并通过响应面得到了三者之间的最优配比为3:1:5时可以同步稳定三种重金属，按此比例球磨得到钢渣-骨粉-磷矿粉复配材料（S-B-P）。在最不利条件下，材料在20%添加量下能将土壤中的Cu、Cr和Pb的3种毒性浸出浓度分别降低85%，82%和99%以上，证明材料的稳定性可以满足所有场地需求。材料也降低了Cu和Pb的生物毒性。形态提取实验证明，Cu、Cr和Pb的可交换态在土壤中的含量在稳定后已不足1%。材料的添加也影响了土壤的基本理化性质，包括提升土壤肥力，提高了土壤的pH，降低土壤氧化还原电位值等。

研究东北地区气候条件对土壤重金属活性和材料稳定化效果的影响，及材料稳定化和抗冻融机理。冻融循环显著提高了重金属的活性和迁移性，在60次冻融循环后Cu、Cr(VI)和Pb的TCLP浸出浓度分别上升了18.9%、38.7%和7.2%，。同时冻融循环提高了有机质含量，并使得土壤平均粒径降低。土壤颗粒的相对运动导致的土壤团聚体破坏是造成上述现象主要原因。而S-B-P表现出良好的抗冻融能力，即使在3倍污染土壤中，20%添加量下重金属的浸出浓度几乎不随冻融次数的延长而变化，材料水解生成的水化硅酸钙（C-S-H）类物质可以在土壤中形成致密的凝胶状网络，连结周围土壤颗粒，阻止冻融循环带来的团聚体破坏。

以上结果可为绿色复配材料修复东北地区复合重金属污染土壤提供实验支撑和理论依据，在东北地区场地修复、复杂污染场地治理、工业副产物的再利用等方面具有重要的工程实践意义。