固化/稳定化-真空脱水联合技术(SSVD)提升重金属污染土壤修复效果的机理与应用研究

为解决重金属污染土壤固化/稳定化(S/S)过程中混合均匀性差、修复质量不佳的问题，南京工业大学研究人员创新性提出固化/稳定化-真空脱水联合技术(SSVD)。通过实验室研究和中试验证，发现该技术可显著提升Zn2+污染土壤的强度(最高提升4.1倍)、降低渗透系数(最大降低17.8倍)，并有效减少Zn2+扩散系数和增容比。研究成果为重金属污染土壤修复提供了新思路。

　　

随着工业化和城市化的快速发展，重金属污染土壤已成为威胁生态环境和人类健康的重大环境问题。其中，锌(Zn)污染因其对水泥基材料固化过程的特殊干扰作用而备受关注。传统固化/稳定化(Solidification/Stabilization, S/S)技术面临混合均匀性差、修复体强度不足、污染物易迁移等瓶颈问题。尤其当土壤粘性大、含水率低时，常规搅拌设备难以实现充分混合，导致修复质量参差不齐。

针对这一难题，南京工业大学的研究团队创新性地提出了固化/稳定化-真空脱水联合技术(SSVD)。该技术通过提高水胶比改善混合均匀性后，立即进行真空脱水处理，既保证了施工可操作性，又避免了高含水量对材料性能的负面影响。研究人员以Zn²⁺污染土壤为研究对象，通过实验室模型试验和现场中试，系统评估了该技术的可行性。

研究采用了多项关键技术方法：实验室真空脱水模型模拟现场工况；无侧限抗压强度试验(UCS)评估力学性能；柔性壁渗透仪测定水力传导系数；批量浸出和半动态浸出试验分析Zn²⁺迁移特性；压汞法(MIP)表征微观结构；并通过现场100m²试验区验证工程适用性。

3.1 脱水行为
实验室数据显示，真空脱水在前60分钟内可去除75%的游离水，12小时后达到稳定状态。脱水过程中同步带走了部分Zn²⁺，水胶比为2.3时Zn²⁺去除量最大。

3.2 无侧限抗压强度
28天养护后，真空脱水组样品强度较传统方法提升1.9-4.1倍。值得注意的是，随着水胶比增加，脱水组强度呈上升趋势，这与非脱水组形成鲜明对比，证实了SSVD对施工可操作性的改善作用。

3.3 水力传导特性
真空脱水使渗透系数降低1.7-17.8倍，水胶比2.3的样品渗透系数从3.17×10^-7 cm/s降至1.82×10^-8 cm/s。现场试验显示脱水区渗透系数(1.19×10^-6 cm/s)较非脱水区降低1.7倍。

3.4 浸出行为
半动态浸出试验表明Zn²⁺迁移机制主要为扩散，真空脱水使观测扩散系数D^obs降低2倍。现场渗透试验中脱水区出水未检出Zn²⁺，而非脱水区浓度为0.011 mg/L。

3.5 微观结构
压汞测试显示，脱水组(2.3-Y)累计孔隙体积显著减少，特别是0.1-1.0μm孔径范围的孔隙明显减少，证实真空脱水能有效密实固化体基质。

3.6 中试工程
现场数据显示，真空脱水区平均强度(46.5 kPa)较传统方法提高1.8倍，增容比从1.38降至1.17，验证了SSVD技术的工程适用性。

研究讨论部分深入剖析了SSVD的作用机理：提高水胶比改善混合均匀性；水泥水化产生的高Ca²⁺环境促使Zn²⁺从黏土矿物中解吸；真空脱水同步去除游离水和部分重金属；最终形成致密的微观结构。该技术不仅适用于污染土壤修复，在软基改良领域也展现出应用潜力。

这项发表在《Soil and Tillage Research》的研究具有重要理论与实践意义：一方面为解决S/S技术混合均匀性难题提供了创新方案；另一方面通过多尺度试验验证了SSVD在提升工程性能、控制污染物迁移、降低增容比等方面的综合优势。尽管在大型工程应用中仍面临排水板堵塞、作业时间窗口有限等挑战，但通过开发缓凝剂、优化真空度等技术改进，SSVD有望成为重金属污染土壤修复的重要技术选择。