CN104479686A - 一种重金属固化剂及其固化方法 - Google Patents
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Abstract
一种重金属固化剂及其固化方法。一种污染土壤重金属固化剂，其特征在于：按重量百分比计，所述固化剂由以下三种成分组成：粉煤灰30%-40%，石灰35%-51%，泥炭19%-35%。利用该固化剂处理污染土壤时，按所述固化剂与重金属污染土壤为1:10（重量比）进行充分混合，再加入所述混合料40%（重量比）的水，充分搅拌混合。本发明一种污染土壤重金属固化剂全部以天然矿物为原材料，无二次污染，在固化重金属的同时能有效提高土壤肥效，解决了现有化学修复方法显著改变土壤pH 值及引起土壤板结的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于环境工程技术领域，尤其涉及一种重金属固化剂及使用方法。
背景技术
重金属一般是指比重在5.0g/cm3 以上的约45 种元素。在环境污染研究中的重金
属主要是指Pb、Cd、Hg、Cr 以及类金属As 等生物毒性显著的元素，还包括具有一定毒性的重金属Zn、Cu、Co、Ni 和Sn 等元素。近几年国内先后发生的镉米事件，引起党和国家高度关注。2011 年2 月18 号，《重金属污染综合防治“十二五”规划》获得国务院正式批复，成为首个获批的“十二五”规划，按照该规划要求，未来5 年，中央财政将投入约750 亿元的专项资金，综合防治重金属污染。
土壤重金属污染是指人类活动将重金属输入土壤中，引起土壤重金属含量明显高于背景含量，并造成生态环境质量恶化的现象。目前重金属污染土壤修复方法主要有以下几种：
第一是客（换）土法：将表土部分或全部移走后换上新的非污染土壤，或在被污染的土壤表层覆盖非污染土壤或混匀，使污染物浓度降低或减少污染物与植物根系的接触，达到减轻危害的目的。这种方法工程量大、投资费用高，易破坏土体结构，且换出的污土需妥善处理，不适用于大面积污染土壤的治理。
第二是电动力修复：在污染土壤两端插上电极，接通电源后，土壤中的带电粒子向极性不同的电极上移动，然后通过工程措施将电极收集起来进行处理，以达到清除污染土壤中重金属的目的。这种方法由于实际污染的土壤面积一般较大而电流作用距离太小，因此难以推广，且操作成本太高。
第三是植物修复：主要通过超富集植物吸收土壤中重金属，将重金属转移到植物
地上部分，然后将富集重金属的植物地上部分收割，焚烧后回收重金属，达到修复污染的目
的。这种方法受环境条件和病虫害影响较大，且受植物栽培和生长的限制，周期较长，修复
效率较低。
第四是化学淋洗法：采用特定的化学试剂将污染土壤中的重金属淋洗出来，然后
对淋洗出来的废液进行处理。这种方法成本较高，且用于淋洗土壤的化学试剂进入土壤易造成二次污染。
第五是固化稳定化：一般采用固化剂与污染土壤中重金属反应，生成稳定物质，从而降低重金属的浸出毒性，达到修复目的。
目前，固化处理是国内外治理土壤重金属污染应用较广的技术之一。研究比较成熟是石灰、粉煤灰对Pb、Cr、Cu、Zn的固定。但是对于Pb、As复合污染，还没有有效的治理方法。因为在较高的pH情况下有利于Pb的固定，但是不利于As的固定，反之，在较低pH情况下有利于As的固定不利于Pb 的固定；Pb在低pH下容易浸出。因此，制备合适的固化剂、固化效果好、无二次污染、价格低廉的重金属固化剂成为重金属污染土壤修复的关键技术，探索以天然矿物或者废弃物为原材料制备重金属固化剂成为重金属污染土壤修复的重要研究方向。
发明内容
1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，将有机固化剂与无机固化剂组合使用，使之能够达到对Pb、As两种重金属同时固化的目的。且组分之间协同增强重金属固化的效果，固化后的土壤重金属浸出毒性浸出率可以达到《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别（GB5085.3-2007）的相关要求。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种重金属固化剂及其固化方法，按重量百分比计，所述固化剂由以下三种成分组成：粉煤灰30%-40%，石灰35%-51%，泥炭19%-35%。
优选是，所述染土壤重金属固化剂添加30%的粉煤灰，35%的石灰，35%的泥炭；或者40%粉煤灰，40%石灰，20%泥炭；或者30%粉煤灰，51%石灰，19%泥炭，或者37%粉煤灰，41%石灰，22%泥炭。
本发明提供重金属固化剂的制备方法，本方法包括：
1)按设定的比例称取粉煤灰、石灰、泥炭，备用：
2）将泥炭在马弗炉中450℃煅烧4.5h。
3）将粉煤灰、石灰、煅烧后的泥炭充分混合均匀，得到重金属固化剂，其中煤灰、石灰、泥炭先利用球磨仪粉充分粉碎再混合均匀。
本发明还提供重金属固化剂固化污染土壤中重金属的方法，该方法包括以下步骤：
1）按所述重金属固化剂与重金属污染土壤的重量比为1:10进行混合，搅拌均匀，得到混合料；
2）加入所述混合料40%（重量比）的水，充分搅拌均匀，静置成型，进行养护，完成固化。
所述重金属固化剂固化污染土壤中重金属的方法，所述步骤1）中，按所述重金属固化剂重量与污染土壤的重量比为1:10进行混合。
所述重金属固化剂固化污染土壤中重金属的方法，所述步骤2)中的搅拌时间为10min，固化15天。
所述重金属固化剂固化污染土壤中重金属的方法，所述步骤2）养护过程中固化的表面采用薄膜密封。
所述重金属固化剂固化污染土壤中重金属的方法，所述土壤重金属污染中的重金属离子为Pb、As。
本发明具有以下有益效果：
本发明的主要是利用无机改良剂对重金属具有较强的抑制效果，同时发挥有机物料对土壤肥力质量较强的调节功能的原理。粉煤灰目前在我国排放量较大，其不仅具有较强的金属吸附能力，而且在高温条件下能够生成具有火山灰活性的物质，其主要成分为二氧化硅和三氧化二铝，且大部分处于无定形态。粉煤灰的固化原理是主要的是能够与重金属生成金属氢氧化物沉淀，同时也具有絮凝体表面物质的表面络合作用，通过添加工业粉煤灰的方式作为辅助固化剂，与石灰混合对重金属污染土壤进行固化，能够有效固化重金属，而且成本低廉。再此基础上加入泥炭在整体上不会影响对Pb的固定，有利于对As的吸附，还能改变由于石灰粉煤灰所造成土壤pH过高，土壤板结等问题，增加土壤微生物和酶活性，从而增强土壤肥力水平。
使用本发明固化处理的重金属污染土壤，根据中华人民共和国标准《危险
废物鉴别标准浸出毒性鉴别》（GB5085.3-2007）的危险废物浸出毒性鉴别，其实验结果数据低于危险废物浸出毒性鉴别标准值。与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的技术方案通过利用石灰、粉煤灰和泥炭对重金属污染土壤进行固化，利用无机有机固化材料同时对Pb和As固化。既处理了重金属的污染问题，同时又利用了粉煤灰这类工业废料。此外，本发明的固化剂及固化方法不仅原料来源广泛，制造成本低，而且固化处理成本更是相对低廉，经过固化后的重金属土壤，在极端条件下其重金属浸出浓度仍低于危险废物鉴别标准中的限值，毒性危险明显降低，固化效果较为理想。
具体实施方式
下面通过具体实施方式的详细描述来进一步阐明本发明，但并不是对本发明的限
制，仅仅作示例说明。
实施例1
1）称取重量百分比为30% 的粉煤灰，35% 的石灰，35% 的泥炭，泥炭先在马弗炉经过450℃高温下煅烧4.5h，利用球磨仪充分粉碎混合，得到重金属固化剂；
2）称取Pb、As 污染土壤100g，加入10g 上述固化剂，搅拌均匀，加入所述混合料40%（重量比）的自来水，充分搅拌10min，混合均匀，采用薄膜密封，静置养护15天；
3）15天后固化体分别用固体废物浸出毒性浸出方法- 醋酸缓冲溶液方法(HJ/T300-2007) 得到浸出液，并采用《土壤pH 的测定》（农业行业标准NY/T 1377-2007）测定土壤pH 值。
经检测，Pb 的浸出浓度由固化前的34.1 mg/L 下降到固化后3.6mg/L低于检测值，As 的浸出浓度由固化前的21.2 mg/L 下降到固化后的1.8mg/L低于检测限，pH 值稳定在5.78左右。
实施例2
1）称取重量百分比为40% 的粉煤灰，40% 的石灰，20% 的泥炭，泥炭先在马弗炉经过450℃高温下煅烧4.5h，利用球磨仪充分粉碎混合，得到重金属固化剂；
2）称取Pb、As 污染土壤100g，加入10g 上述固化剂，搅拌均匀，加入所述混合料40%（重量比）的自来水，充分搅拌10min，混合均匀，采用薄膜密封，静置养护15天；
3）15天后固化体分别用固体废物浸出毒性浸出方法- 醋酸缓冲溶液方法(HJ/T300-2007) 得到浸出液，并采用《土壤pH 的测定》（农业行业标准NY/T 1377-2007）测定土壤pH 值。
经检测，Pb 的浸出浓度由固化前的34.8 mg/L 下降到固化后3.1mg/L低于检测值，As 的浸出浓度由固化前的21.5 mg/L 下降到固化后的1.9mg/L低于检测限，pH 值稳定在5.82左右。
实施例3
1）称取重量百分比为30% 的粉煤灰，51% 的石灰，19% 的泥炭，泥炭先在马弗炉经过450℃高温下煅烧4.5h，利用球磨仪充分粉碎混合，得到重金属固化剂；
2）称取Pb、As 污染土壤100g，加入10g 上述固化剂，搅拌均匀，加入所述混合料40%（重量比）的自来水，充分搅拌10min，混合均匀，采用薄膜密封，静置养护15天；
3）15天后固化体分别用固体废物浸出毒性浸出方法- 醋酸缓冲溶液方法(HJ/T300-2007) 得到浸出液，并采用《土壤pH 的测定》（农业行业标准NY/T 1377-2007）测定土壤pH 值。
经检测，Pb 的浸出浓度由固化前的33.6 mg/L 下降到固化后2.3mg/L低于检测值，As 的浸出浓度由固化前的22.3 mg/L 下降到固化后的2.2mg/L低于检测限，pH 值稳定在5.8左右。
Claims (9)
1.一种重金属固化剂，其特征在于：按重量百分比计，所述固化剂由以下三种成分组成：粉煤灰30%-40%，石灰35%-51%，泥炭19%-35%。
2.根据权利要求1所述的重金属固化剂，其特征在于：添加30%的粉煤灰，35%的石灰，35%的泥炭；或者40%粉煤灰，40%石灰，20%泥炭；或者30%粉煤灰，51%石灰，19%泥炭，或者37%粉煤灰，41%石灰，22%泥炭。
3.根据权利要求1或2所述重金属固化剂的制备方法，其特征在于，
1)按设定的比例称取粉煤灰、石灰、泥炭，备用：
2）将泥炭在马弗炉中450℃煅烧4.5h；
3）将粉煤灰、石灰、煅烧后的泥炭充分混合均匀，得到重金属固化剂。
4.根据权利要求3所述重金属固化剂的制备方法，其特征在于，先利用球磨仪将粉煤灰、石灰、泥炭充分粉碎再混合均匀。
5.根据权利要求4所述重金属固化剂固化污染土壤中重金属的方法，其特征在于：
1）按所述重金属固化剂与重金属污染土壤的重量比为1:10进行混合，搅拌均匀，得到混合料；
2）加入所述混合料40%（重量比）的水，充分搅拌均匀，静置成型，进行养护，完成固化。
6.根据权利要求5所述重金属固化剂固化污染土壤中重金属的方法，其特征在于，所述步骤1）中，按所述重金属固化剂重量与污染土壤的重量比为1:10进行混合。
7.根据权利要求6所述重金属固化剂固化污染土壤中重金属的方法，其特征在于，所述步骤2)中的搅拌时间为10min，固化15天。
8.根据权利要求7所述重金属固化剂固化污染土壤中重金属的方法，其特征在于，所述步骤2）养护过程中固化的表面采用薄膜密封。
9.根据权利要求8所述重金属固化剂固化污染土壤中重金属的方法，其特征在于，所述土壤重金属污染中的重金属离子为Pb、As。
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