واجذبی و نگه‌‌داری آلاینده‌‌های کادمیوم و فنول به صورت مجزا و توأم در روش تثبیت/جامدسازی پایه سیمانی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیئت علمی گروه عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان

2 دانشکده مهندسی عمران، پردیس دانشکده‌‌های فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

روش تثبیت/جامدسازی پایه سیمانی یکی از روش‌های توصیه‌شده برای ممانعت از انتقال آلودگی در خاک است. دو فرآیند اصلی در این روش، تشکیل محصولات هیدراتاسیون و حصول pH قلیایی است. آلاینده‌‌ها در شرایط طبیعی به‌صورت هم‌‌زمان و در ترکیب با یکدیگر به خاک وارد می‌‌شوند، حضور توأم آلاینده‌‌های آلی و فلز سنگین بر نحوه اندرکنش سیستم خاک-سیمان تأثیر گذاشته و سبب تغییر رفتار رس و واکنش‌‌های هیدراتاسیون سیمان نسبت به زمان حضور تنها یک آلاینده می‌‌شود. بنابراین هدف این مقاله، مقایسه میزان واجذبی و نگه‌‌داری آلاینده‌‌های کادمیوم و فنول به صورت مجزا و توأم در روش تثبیت/جامدسازی پایه سیمانی است. در این راستا، ظرفیت جذب و نگه‌‌داری آلاینده در بنتونیت و بنتونیت حاوی سیمان به صورت مجزا و توأم در غلظت‌‌های متفاوت و همچنین مقدار نشت و نگه‌‌داری آلاینده‌‌های فنول و کادمیوم توسط آزمایش‌‌های TCLP تعیین شده است. برای مطالعه ریزساختاری فرایند تثبیت/جامدسازی نیز یک مجموعه آزمایش پراش پرتو ایکس انجام شد. نتایج نشان می‌‌دهد که درصد نگه‌‌داری فنول در حضور کادمیوم نسبت به حالت مجزا تفاوت چندانی نداشته است، در حالی که میزان جذب و نگه‌‌داری کادمیوم در حضور فنول کاهش یافته است.  در نمونه‌‌های دوجزئی حضور هم‌‌زمان فنول و کادمیوم سبب کاهش شدت قله‌‌ی C-S-H نسبت به نمونه‌‌های تک‌‌جزئی شده است، اما حضور کادمیوم نسبت به فنول تأثیر بیش‌‌تری بر کاهش شدت قله‌‌ی C-S-H داشته است. همچنین در حضور کادمیوم مقدار فنول استخراج‌‌شده طی آزمایش TCLP نسبت به حالت مجزا افزایش یافته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Desorption and retention of cadmium and phenol contaminants in single and combined systems in cement-based stabilization/solidification

نویسندگان [English]

  • Vahid Reza Ouhadi 1 2
  • Dorsa Saaedifar 2
  • Ali Aalifar 2
  • Zahra Akbari 2
1 Civil Eng. Department, Faculty of Engineering, Bu-Ali Sina University; School of Civil Eng., University of Tehran
2 Civil Eng. Department, Faculty of Engineering, Bu-Ali Sina University; School of Civil Eng., University of Tehran
چکیده [English]

One of the suggested techniques to prevent the spread of contaminants in the soil is cement-based stabilization/solidification. The production of hydration products and the attainment of an alkaline pH are the two primary processes in this method. In natural conditions, contaminants enter the soil simultaneously and in combination with each other. The simultaneous presence of organic and heavy metal contaminants alters how the soil-cement system interacts with each contaminant. The objective of this study is to compare the desorption and retention amounts of cadmium and phenol separately and simultaneously in cement-based stabilization/solidification. In this context, the TCLP test has been used to assess the desorption amounts of phenol and cadmium, as well as their retention capacity in single and combined systems. An X-ray diffraction test was also carried out to examine the microstructure of the stabilization/solidification process. The results indicate that the retention percentage of phenol in the presence of cadmium did not differ much compared to the single system, while the amount of cadmium retention decreased in the presence of phenol. In a combined system, the simultaneous presence of phenol and cadmium causes a reduction in the intensity of the C-S-H peak compared to single systems. However, the presence of cadmium had a greater effect on reducing the intensity of the C-S-H peak than phenol. Furthermore, in the presence of cadmium, the amount of phenol extracted during the TCLP test has increased compared to the single system.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cadmium
  • Phenol
  • Bentonite
  • Stabilization/Solidification
  • TCLP

مراجع

  1. N. Yong, Geoenvironmental engineering: Contaminated soils, pollutant fate, and mitigation. CRC press, (2000).
  2. Cai, X. Zhao, J. Duan, D. Zhao, Z. Dang, Z. Lin, Remediation of soil and groundwater contaminated with organic chemicals using stabilized nanoparticles: Lessons from the past two decades. Frontiers of Environmental Science & Engineering, 14(5), (2020) 1-20.
  3. A. Banat, B. Al-Bashir, S. Al-Asheh, O. Hayajneh, Adsorption of phenol by bentonite. Environmental Pollution, 107(3), (2000) 391-398.
  4. Liu, W. Li, W. Song, M. Guo, Remediation techniques for heavy metal-contaminated soils: Principles and applicability. Science of the Total Environment, 633, (2018) 206-219.
  5. H. Yang, C.D. Dong, C.W. Chen, Y.T. Sheu, C.N. Kao, Using poly-glutamic acid as soil-washing agent to remediate heavy metal-contaminated soils. Environmental Science and Pollution Research, 25(6), (2018) 5231-5242.
  6. Paria, P.K. Yuet, Solidification–stabilization of organic and inorganic contaminants using portland cement: a literature review. Environmental Reviews, 14(4), (2006) 217-255.
  7. Niu, G. Li, Y. Wang, Q. Li, L. Han, Z. Song, Comparative study of immobilization and mechanical properties of sulfoaluminate cement and ordinary Portland cement with different heavy metals. Construction and Building Materials, 193, (2018) 332-343.
  8. Niu, G. Li, Y. Wang, L. Cao, L. Han, Q. Li, Z. Song, Immobilization of Pb2+ and Cr3+ using bentonite-sulfoaluminate cement composites. Construction and Building Materials, 225, (2019) 868-878.
  9. R. Ouhadi, M. Amiri, Interaction of nano-clays and Cu contaminant in geo-environmental projects. Journal of Environmenral Science and Technology, 16 (160), (2014) 75-87.
  10. Contessi, L. Calgaro, M.C. Dalconi, A. Bonetto, M.P. Bellotto, G. Ferrari, A. Marcomini, G. Artioli, Stabilization of lead contaminated soil with traditional and alternative binders. Journal of Hazardous Materials, 382, (2020) 120990.
  11. Nindyapuspa, T. Alfiah, V.I. Toda, Stabilization/Solidification of used lubricating oil containing Fe and Pb with Portland cement and bentonite. In MATEC Web of Conferences, 276, (2019) 06011.
  12. R. Ouhadi, E. Zare Shahriari, Effect of bentonite initial pH on selectivity of heavy metals in single and composite systems. Modares Civil Engineering Journal, 20(2), (2020) 1-11.
  13. K. Mitchell, K. Soga, Fundamentals of soil behavior. New York: John Wiley & Sons (2005).
  14. R. Ouhadi, M. Goli, M, Pore fluid dielectric constant effect on geotechnical and geo-environmental properties of smectite and kaolinite, Soil and Sediment Contamination: An International Journal, Taylor and Francis, (2024) 2318380.
  15. R. Ouhadi, M.S. Fakhimjoo, S.T. Omid Naeini, The comparison of plastic and permeability behavior of bentonite in the presence of organic and heavy metal contaminants. Journal of Civil and Environmental Engineering. 46 (85), (2017) 25-36.
  16. Kaya, H.Y. Fang, The effects of organic fluids on physicochemical parameters of fine-grained soils. Canadian Geotechnical Journal, 37(5), (2000) 943-950.
  17. M. Eltantawy, P.W. Arnold, Reappraisal of ethylene glycol mono-ethyl ether (EGME) method for surface area estimations of clays. Journal of Soil Science, 24(2), (1973) 232-238.
  18. R. Ouhadi, M. Deiranlou, Impact of fly ash on the process of cement-based solidification of heavy metal contaminated bentonite. Sharif Journal of Civil Engineering, 37(1.1), (2021) 85-94.
  19. Vipulanandan, S. Krishnan, Solidification/stabilization of phenolic waste with cementitious and polymeric materials. Journal of Hazardous Materials, 24(2-3), (1990) 123-136.
  20. Liu, X. Nie, X. Zeng, Z. Su, Long-term leaching behavior of phenol in cement/activated-carbon solidified/stabilized hazardous waste. Journal of Environmental Management, 115, (2013) 265-269.
  21. R. Ouhadi, R.N. Yong, Study of transformation of clay minerals in the interaction process with additives by use of scanning electron microscope and XRD and its relation to mechanical behavior. Iran. J. Crystallogr. Mineral 10 (1), (2002) 87-97.
  22. R. Ouhadi, S. Hamidi, and M. Amiri, Impact of heavy metal contaminants on coefficient of variations of compression index, expansion index and permeability coefficient of bentonite from micro-structural point of view. J Civil Environ Eng 45.4(81), (2016) 7-17.
  23. USEPA, Technology performance review: Selecting and using solidification/stabilization treatment for site remediation. (2009).
  24. R. Howell, W. Jackson, The dielectric constants of liquid mixtures of phenol—water, phenol—m-cresol, phenol—aniline, and phenol—p-toluidine. Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character, 145(855), (1934) 539-551.
  25. Vipulanandan, Effect of clays and cement on the solidification/stabilization of phenol-contaminated soils. Waste Management, 15(5-6), (1995) 399-406.
  26. H. Schlosberg, C.G. Scouten, Organic chemistry of calcium. Formation and pyrolysis of hydroxycalcium phenoxides. Energy & Fuels, 2(4), (1988) 582-585.
  27. Vipulanandan, S. Krishnan, Leachability and biodegradation of high concentrations of phenol and o-chlorophenol. Hazardous waste and hazardous materials, 10(1), (1993) 27-47.
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 56، شماره 3
1403
صفحه 301-320

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار