摘 要：探究建筑垃圾骨料作为渗透性路面底基层替代材料的适用性，必须考虑建筑垃圾对地下水的污染问题。本文选取两种常见建筑垃圾再生骨料：再生砖骨料(CB)和再生混凝土骨料(RCA)，探究其浸出重金属浓度含量及其污染物的释放特征及规律，分析建筑垃圾试样配比、液固比、pH 值等因素对重金属浓度的影响，同时根据国内外相关规范标准，对建筑垃圾材料环境影响进行风险分析，评估不同条件下建筑垃圾作为路面底基层替代性材料对地下水环境的影响。结果表明，建筑垃圾再生骨料浸出后的重金属浓度低于我国相关标准，可作为路面填料。
关键词：建筑垃圾;环境;污染;路面;重金属
1 研究背景
由于大部分建筑垃圾材料被认为是惰性的，因此，运转良好的建筑垃圾填埋场对人类健康和环境的危害可能要比城市生活垃圾填埋场的小[1]。因此，许多国家对建筑垃圾的处理设施的环保要求与允许填埋生活垃圾的填埋场要求的保护程度不同。但是，确实存在因建筑垃圾材料而可能对环境造成污染的担忧。建筑垃圾包含各种不同的成分组成，其中一些成分可能是危险的(例如：铅基油漆、经过处理的木材)[2]。目前已经认识到可能造成的环境影响，污染物的浸出可能会影响潜在的土壤，甚至可能影响地下水，对生态系统产生毒性影响，并通过间接暴露对人类健康造成潜在影响，此外还可能破坏饮用水资源[3]。为了确保保护自然环境并最终保护人类健康，在某些国家/地区已经确定了有关污染物的总含量和可浸出性的限值(例如，德国，荷兰，意大利)。在其他国家/地区(例如丹麦)，仅允许使用源头隔离且无污染的建筑和拆除碎片，但未执行任何法规限制或测试，所需的控制程度和所造成的环境影响仍然是争论的话题[4]。部分原因是由于有关建筑垃圾填埋场产生的渗滤液的特性及其对地下水的影响的可用数据有限。
可从已引入限值的国家获得建筑垃圾相关数据：例如德国、比利时和芬兰。但是，大多数研究都集中在从试验室配制的水泥基材料中浸出[5-8]，很少有研究报告从建筑垃圾材料的实际样本中提取的用于回收利用的浸出。一些研究侧重于建筑啊垃圾实际样品的特征：Galvín 等人[9]分析了西班牙两个回收处理设施的残留物，Meza 等人[10,11]研究了美国一所大学建筑的拆除所产生的碎混凝土和砖，王罗春等 [12]研究了在不同降雨条件下把建筑垃圾进行填埋对环境造成的风险，结果表明建筑垃圾中重金属带来的风险不容忽视。但是，在大多数情况下，所提供的信息是零散且不完整的。例如，仅分析了很少的样品，污染物的覆盖范围有限。建筑垃圾材料是一种高度异质的材料，有关在建筑工程中实际回收的建筑垃圾的材料特性和潜在浸出特性的信息非常有限，为评估建筑垃圾材料利用的环境后果提供了较差的基础。
本研究将重点针对实际工地产出的建筑垃圾，测试分析试验样品中的重金属(Cd、Cu、Cr、Pb、Zn、 Ni)浓度含量及其污染水平，本次试验通过柱浸出试验分析研究建筑垃圾中重金属的释放特征及规律，改变建筑垃圾样品的配比、液固比、pH 值等因素，根据相关国内外规范标准，对建筑垃圾再生骨料可否运用于透水路面填料进行风险评估，为以后建筑垃圾用于国内道路工程的环境影响提供数据支撑。
2 试验方案
2.1 柱浸出试验
试验前先将建筑垃圾的大粒径破碎并过 4mm 的筛，取 50 克材料做为浸出样品。以醋酸溶液稀释后作为浸提剂，蠕动泵的速率设置为 10mL/h，如图 1 所示，蠕动泵的单位是 μL/min，将 10mL/h 换算成 166.67μL/min，再对样品进行浸出。改变建筑垃圾混合料的配比，再生混凝土和砖块的配比分别为 10:0、8:2、5:5、2:8、0:10，收集浸出的实时样品和收集瓶中的混合样品，实时样品可以计算实时的浸出速率，混合样品可以计算浸出率。浸出液通过浸出柱上端的收集口溢出并收集，如图 2 所示。而后使用岛津AA-6880原子吸收分光光度计分别对浸出液中重金属(Cd、Cu、Cr、Pb、Zn、Ni)的含量进行测定。
2.2 不同固液比试验方案
通过前期的预试验发现，在液固比小于 3 时重金属不易析出。所以需要调整液固比≥3 时再进行试验。取建筑垃圾混合样品 50g，加入用醋酸调 pH 值为 4 的浸取液，分别隔 15、25、50、75、100h 后(每个时间点设 3 个平行样)，吸取建筑垃圾-水体系中的水，对应的液固比分别为 3:1、5:1、10:1、15:1、 20:1，经 0.45μm 滤膜过滤后，用岛津 AA-6880 原子吸收分光光度计测定其中六种重金属含量。
2.3 不同 pH 值试验方案
建筑垃圾用于公路建设时环境 pH 可能值范围在 4～10 之间，一般情况下 pH 值越小，浸出量越高。所以试验调节浸取液在极端 pH 值的条件(pH=4)下进行，是为了更加明显的观察到污染物的释放规律。取粉碎后过 4mm 筛网的混合建筑垃圾，浸取液用醋酸调 pH 值为 4，取液固比为 10:1，隔 50h 后(设 3 个平行样)吸取浸出液，经 0.45μm 滤膜过滤后，用岛津AA-6880原子吸收分光光度计测定其中六种重金属含量，用醋酸调整浸取液 pH 值分别为 6、8、 10，其余步骤与以上相同，进行试验。
3 试验结果分析
3.1 建筑垃圾不同液固比下重金属的浸出特性分析
改变建筑垃圾混合料的配合比由图 3 所示。由图 4 可知，每种重金属含量的释放呈现不同规律。其中重金属 Cd、Cu、Ni 和 Zn 随着砖块含量的增加，重金属含量减小，而 Cr 和 Pb 随着砖块含量的增加，重金属含量也随之增加。由 X 射线衍射仪器，可以测试得到，混凝土中的 Cr 含量为 0.052%，砖块中的 Cr 含量为 0.021%，但是随着砖块的增加，Cr 的浸出浓度增加，说明砖块的浸出效率高于混凝土。
改变建筑垃圾浸出液的固液比，每种重金属含量的释放也呈现不同规律。Cd 和 Zn 的含量随着液固比的变化上下起伏不大，浸出浓度基本保持不变，可见 Cd 和 Zn 达到了溶解平衡，但是浸出总量仍在不断增加，当液固比为 20 时，纯混凝土骨料中 Cd 和 Zn 的浸出量最大，Cd 的浸出量约为 0.055mg， Zn 的浸出量约为 1.3951mg。Cr 和 Pb 的浸出率随着液固比的增加而增加，浸出量也在不断增加，当液固比为 20 时，纯砖块中 Cr 和 Pb 的浸出量最大， Cr 的浸出量约为 0.018mg，Pb 的浸出量约为 0.0304mg。Cu 和 Ni 的浸出率随着液固比的增加而减小，经计算得到，当液固比为 10 时，纯混凝土中 Cu 的浸出量达到最大，约为 0.4969mg。当液固比为 20 时，纯混凝土中 Ni 的浸出量达到最大，约为 0.0712mg。
Garrabrants 等[13]研究了重金属在水泥砂浆浸出液中的浸出特性，得出当液固小于等于 2 时，随着液固比的增加，重金属(镉、砷和铅)的浸出浓度降低迅速，但当液固比继续增加，重金属的浸出浓度就基本保持不变;Galvín 等[9]对建筑垃圾在不同液固比条件下重金属释放特性的试验结果表明，重金属的浸出量随着液固比的增加随之增加，当液固比升高到某一值时，浸出量就基本保持不变。杨昱等[14]在研究混凝土材料在不同液固比下重金属的释放规律时得出结论，在液固比较小时，重金属的浸出浓度随着液固比的增加而下降幅度很小，随后当液固比到一定程度后，浸出浓度基本保持不变。
本次试验是在酸性(pH=4)条件下进行的，代表了在极端 pH 条件下用于道路工程的建筑垃圾浸出液中重金属的最大释放量，除了 Cu 的浸出量增加放缓以外，其余重金属的释放量仍在持续增大或者保持不变。该试验结果与其他研究人员的研究结果相似，说明在较小的液固比时，建筑垃圾浸出液中重金属的释放规律和某些惰性材料相似，如混凝土和水泥砂浆等。
3.2 不同 pH 值下重金属的浸出特性
由图 5 可知，建筑垃圾混合物在不同 pH 值时，每种重金属的浸出浓度随时间变化趋势也会有所不同，Cd、Ni 和 Pb 在不同 pH 值时的浸出浓度随时间变化趋势基本相似，Cd、Ni 和 Pb 随着 pH 的升高，平衡浓度降低。其中配比在 100%砖块中 Pb 的平衡浓度最大，100%混凝土中 Cd 和 Ni 的平衡浓度最大。就总体样本而言，Pb 的浸出浓度远低于 Cd 和 Ni 的浸出浓度，Cd、Ni 和 Pb 的最大浸出浓度均在 pH=4 时出现，由此可见，建筑垃圾各体系 pH 值越小，Cd、Ni 和 Pb 浸出浓度均越大。有研究认为在酸性条件下，浸取液的酸度会破坏建筑垃圾内部的化学结构，会浸出本来固定于水化产物中的某些有害化学物，因而重金属离子的浸出受 pH 值的影响很大，从理论上来看在酸性较强的情况下，某些重金属离子浸出性将会增大。——论文作者：李丽华，刘佳蓓，肖衡林，裴尧尧，徐维生
相关期刊推荐：《长江科学院院报》是经国家科学技术部批准、水利部主管、长江科学院主办的应用科学型学术性刊物。主要报道水(利)科学在长江流域水利水电事业中的发展和应用，包括水(利)科学各个领域的应用基础理论研究成果及学科进展、 长江流域大中型水利水电工程研究项目的重要科研成果及实践经验总结，以及新理论、新技术、新材料、新设备、新方法及其应用，还适当刊登其他流域大中型水利水电工程的科研成果及国外有关科学技术的新成就和发展动向。
转载请注明来自：http://www.lunwencheng.com/lunwen/lig/18797.html
