CN109652079A

CN109652079A - 一种用于汞污染原位土壤修复的粉煤灰改性方法及应用

Info

Publication number: CN109652079A
Application number: CN201811584585.0A
Authority: CN
Inventors: 曹兴
Original assignee: Changsha Xiang Pu Technology Co Ltd
Current assignee: Changsha Xiang Pu Technology Co Ltd
Priority date: 2018-12-24
Filing date: 2018-12-24
Publication date: 2019-04-19

Abstract

本发明公开了一种用于汞污染原位土壤修复的粉煤灰改性方法及应用，该方法包括步骤如下：（1）酸改性：常温下将粉煤灰配制成一定质量浓度的浆体，添加一定浓度的硫酸和盐酸进行改性；（2）水洗：将步骤（1）得到的粉煤灰浆体过滤，用清水洗涤至pH值为7，过滤待用；（3）联合改性：将水洗后的粉煤灰配制成一定质量浓度的浆体，加入磷酸盐、双氧水、二氧化锰，进行充分搅拌；（4）干燥：将步骤（3）得到的粉煤灰过滤干燥得到改性粉煤灰。将上述改性粉煤灰添加到含汞污染土壤中，能有效钝化汞，达到土壤修复的目的。本发明采用粉煤灰用作含汞污染土壤修复的主要材料，具有原料来源广泛、成本低廉的优势，同时又能钝化其它重金属。

Description

一种用于汞污染原位土壤修复的粉煤灰改性方法及应用

技术领域

本发明涉及土壤修复技术领域，具体涉及一种用于汞污染原位土壤修复的粉煤灰改性方法及应用。

背景技术

目前汞土壤修复的原理包括：降低汞的含量、改变汞在土壤中的形态、降低污染物的毒性、移动性或生物有效性。在汞污染土壤的修复治理中，常用的技术有热处理、淋滤修复、电动修复、植物修复、基因工程、原位固化修复和纳米修复等。热处理、淋滤修复、电动修复虽然具有快速，便捷，处理效果好等优点，但投入成本高，适用于土壤污染严重的异位修复。目前汞污染原位修复技术中，用得较多的还是通过加人稳定剂、固化剂将汞固定在土壤中或将其转化为无害的物质从而使土壤得以重新利用。当前国内外比较常用的汞稳定化修复药剂有碱性药剂、粘土矿物、硫化物和有机药剂等，就目前的情况来看，碱性药剂和有机药剂，虽然修复效果较好，但是在外界条件改变的情况下有效态汞含量会升高，硫化物可以与汞形成及难溶的硫化汞，但是硫化物基本具有臭味、腐蚀性，属于危化品，给使用者带来不便，因此寻找环保经济的汞污染原位修复药剂是本行业迫切的需求。

近年来，国家加大了对粉煤灰综合利用的引导，鼓励和给于相应企业的优惠政策，特别是随着粉煤灰综合利用政策的颁布，粉煤灰已在建材、建工、农业、材料、环境保护等其它领域得到应用和扩展。人们已对粉煤灰在水体重金属污染的治理进行了大量的研究，取得了丰富的成果，因此将粉煤灰用于汞污染土壤原位修复可能是一种有效的方法，但是粉煤灰本身的活性并不高，直接利用粉煤灰进行重金属钝化处理具有效率比较低、处理时间长、用量大等缺点。通过改性是提高粉煤灰活性，减少处理时间和粉煤灰用量的一种有效方法。目前最常用的改性方法有酸改性、碱改性、盐改性、表面活性剂改性、粉煤灰合成沸石等。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种用于汞污染土壤原位修复的粉煤灰改性方法及应用。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种用于汞污染土壤原位修复的粉煤灰改性方法，包括如下制备步骤：

1．一种用于汞污染土壤原位修复的粉煤灰改性方法，其特征在于，具体包括如下制备步骤：

（1）酸改性：常温下将粉煤灰配制成一定质量浓度的浆体，添加一定浓度的硫酸和盐酸进行改性；

（2）水洗：将步骤（1）得到的粉煤灰浆体过滤，用清水洗涤至pH值为7，过滤待用；

（3）联合改性：将水洗后的粉煤灰配制成一定质量浓度的浆体，加入磷酸盐、双氧水、二氧化锰，进行充分搅拌；

（4）干燥：将步骤（3）得到的粉煤灰过滤干燥得到改性粉煤灰。

进一步的，步骤（1）中粉煤灰的质量浓度为5～15%；硫酸和盐酸的浓度均为0.5～2mol/L，体积比为1：1～1:3。

进一步的，步骤（1）中硫酸和盐酸的加入量为粉煤灰质量的2～10%，酸改性时间为1～5小时。

进一步的，水洗后的粉煤灰配制的的质量浓度为15～30%。

进一步的，步骤（3）中所述磷酸盐的加入量为粉煤灰质量的3～10%，所述双氧水的质量浓度为5～30%，双氧水的加入量为粉煤灰质量的2～20%，所述二氧化锰的加入量为粉煤灰质量的0.01～0.1%。

进一步的，步骤（3）中联合改性的温度为20～50℃，反应时间为1～3小时。

进一步的，步骤（3）中所述磷酸盐为磷酸二氢钠、磷酸二氢钙、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾中的一种或者几种的混合物。

作为一个总的技术构思，本发明提供的一种用于汞污染土壤原位修复的粉煤灰改性方法制备的粉煤灰，应用到含汞污染土壤中的方法为：保持土壤含水率在50%以上，翻耕深度为10～35cm，将本发明制得的改性粉煤灰按添加量为含汞污染土壤质量的0.3～3%添加到土壤中，搅拌均匀，自然条件下养护7～15天。

本发明有益的效果是：

（1）本发明以粉煤灰为主要材料制备成修复剂应用于含汞污染土壤领域，具有原材料来源广泛、成本低廉的优势，实现了废弃物资源化，以废治废的目的，为粉煤灰的利用拓宽了新的途径，对实现循环经济和节能减排都有非常积极的作用。

（2）通过改性，消除了粉煤灰本身带来的有害杂质，提高了粉煤灰的吸附及沉淀性能，并利用粉煤灰所含有植物所需的多种化学营养元素，将其应用于含汞污染土壤修复中，具有多重功效，因此是一种多功能的土壤改良剂。

（3）本发明制备的改性粉煤灰除了对汞有很好的钝化作用，对其它重金属同样也具有很好的钝化作用。

具体实施方式

实施例 1

（1）酸改性：常温下将粉煤灰配制成质量浓度为8%的浆体，按体积比为1：1添加浓度为1mol/L的硫酸和1mol/L盐酸进行搅拌反应，硫酸和盐酸的加入量为粉煤灰质量的2%，搅拌时间为2小时；

（3）联合改性：将水洗后的粉煤灰配制成质量浓度为15%的浆体，加入占粉煤灰质量的6%的磷酸钾，占粉煤灰质量的2%、浓度为15%的双氧水，占粉煤灰质量的0.02%的二氧化锰，进行充分搅拌，反应时间为1小时；

（4）干燥：将步骤（3）得到的粉煤灰过滤，在干燥箱中充分干燥后得到改性粉煤灰。

实施例 2

（1）酸改性：常温下将粉煤灰配制成质量浓度为9%的浆体，按体积比为1：1.5添加浓度为1.2mol/L的硫酸和1.2mol/L盐酸进行搅拌反应，硫酸和盐酸的加入量为粉煤灰质量的2.5%，搅拌时间为2.5小时；

（3）联合改性：将水洗后的粉煤灰配制成浓度为18%的浆体，加入占粉煤灰质量的7%的磷酸盐钾，占粉煤灰质量的3%、浓度为20%的双氧水，占粉煤灰质量的0.03%的二氧化锰，进行充分搅拌，反应时间为1.5小时；

实施例 3

（1）酸改性：常温下将粉煤灰配制成质量浓度为10%的浆体，按体积比为1：1.8添加浓度为1.5mol/L的硫酸和1.5mol/L盐酸进行搅拌反应，硫酸和盐酸的加入量为粉煤灰质量的2.8%，搅拌时间为3小时；

（3）联合改性：将水洗后的粉煤灰配制成质量浓度为22%的浆体，加入占粉煤灰质量的8%的磷酸盐钾，占粉煤灰质量的3.5%、浓度为25%的双氧水，占粉煤灰质量的0.04%的二氧化锰，进行充分搅拌，反应时间为2小时；

实施例 4

（1）酸改性：常温下将粉煤灰配制成质量浓度为12%的浆体，按体积比为1：2添加浓度为1.6mol/L的硫酸和1.6mol/L盐酸进行搅拌反应，硫酸和盐酸的加入量为粉煤灰质量的3%，搅拌时间为3.5小时；

（3）联合改性：将水洗后的粉煤灰配制成质量浓度为25%的浆体，加入占粉煤灰质量的9%的磷酸盐钾，占粉煤灰质量的3.8%、浓度为28%的双氧水，占粉煤灰质量的0.25%的二氧化锰，进行充分搅拌，反应时间为2.5小时；

评价试验

1、以贵州某含汞污染农田土壤为研究对象，该地区主要重金属污染因子为汞，采用《浸出毒性浸出方法-硫酸硝酸法》（HJ/T 299-2007）检测土壤重金属汞的浸出性，同时检测汞的形态分布，如表1所示。按下述方法进行土壤修复：保持土壤含水率在52%，翻耕深度为20cm，将实施案例制得的改性粉煤灰按添加量为含汞污染土壤质量的0.8%添加到土壤中，搅拌均匀，自然条件下养护10天，然后进行相关检测分析，结果如表2所示。

表1贵州某含汞污染农田土壤汞形态分布及浸出浓度

表2处理后汞形态分布及浸出浓度

修复材料	弱酸提取态/%	可还原态/%	可氧化态/%	残渣态/%	浸出浓度ug/L
						实施例1	0.012	1.523	23.633	74.832	0.812
实施例2	0.015	1.625	25.635	72.725	0.832
						实施例3	0.013	1.762	26.253	71.972	0.633
实施例4	0.001	1.502	25.251	73.246	0.523

结果显示，含汞污染土壤处理前，浸出液中汞的浓度明显超《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅲ类水质标准1ug/L的限值。通过添加实施例的改性粉煤灰修复材料后，浸出液浓度均能符合标准，同时促进弱酸提取态向残渣态的转化。

2、以湖南某含汞污染农田土壤为研究对象，采用《浸出毒性浸出方法-硫酸硝酸法》（HJ/T 299-2007）检测土壤重金属汞的浸出性，重金属污染因子的浸出浓度如表3所示。按下述方法进行土壤修复：保持土壤含水率在55%，翻耕深度为25cm，将实施案例制得的改性粉煤灰按添加量为含汞污染土壤质量的1.0%添加到土壤中，搅拌均匀，自然条件下养护12天，然后进行相关检测分析，结果如表4所示。

表3湖南某含汞污染农田土壤重金属浸出浓度（单位：mg/L）

重金属	Hg	Cd	Pb	Zn	Mn
						含量	0.687	11.056	6.876	35.533	6.675

表4处理后重金属浸出浓度（单位：mg/L）

重金属	Hg	Cd	Pb	Zn	Mn
						实施例1	0.0008	0.325	0.012	0.125	0.568
实施例2	0.0006	0.253	0.087	0.328	0.655
						实施例3	0.0006	0.265	0.035	0.352	0.562
实施例4	0.0007	0.165	0.062	0.218	0.369

以上结果表明，含汞污染土壤处理前，浸出液中Hg、Cd、Pb、Zn、Mn浓度明显超《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅲ类水质标准限值。通过添加实施例的改性粉煤灰修复材料后，浸出液中的相关重金属浓度均能符合标准。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于汞污染原位土壤修复的粉煤灰改性方法，其特征在于，具体包括如下制备步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于汞污染原位土壤修复的粉煤灰改性方法，其特征在于：粉煤灰的质量浓度为5～15%；硫酸和盐酸的浓度均为0.5～2mol/L，体积比为1：1～1:3。

3.根据权利要求1所述的一种用于汞污染原位土壤修复的粉煤灰改性方法，其特征在于：水洗后的粉煤灰配制的质量浓度为15～30%。

4.根据权利要求1所述的一种用于汞污染原位土壤修复的粉煤灰改性方法，其特征在于：步骤（3）中所述磷酸盐的加入量为粉煤灰质量的3～10%，所述双氧水的质量浓度为5～30%，双氧水的加入量为粉煤灰质量的2～20%，所述二氧化锰的加入量为粉煤灰质量的0.01～0.1%。

5.根据权利要求1或2所述的一种用于汞污染原位土壤修复的粉煤灰改性方法，其特征在于：硫酸和盐酸的加入量为粉煤灰质量的2～10%，酸改性时间为1～5小时。

6.根据权利要求1或4所述的一种用于汞污染原位土壤修复的粉煤灰改性方法，其特征在于：所述联合改性的温度为20～50℃，反应时间为1～3小时。

7.根据权利要求1或3或4所述的一种用于汞污染原位土壤修复的粉煤灰改性方法，其特征在于：所述磷酸盐为磷酸二氢钠、磷酸二氢钙、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾中的一种或者几种的混合物。

8.根据权利要求1至4任一所述的一种用于汞污染原位土壤修复的粉煤灰的应用，其特征在于，其使用方法为：保持土壤含水率在50%以上，翻耕深度为10～35cm，将本发明制得的改性粉煤灰按添加量为含汞污染土壤质量的0.3～3%添加到土壤中，搅拌均匀，自然条件下养护7～15天即可完成土壤修复过程。

9.根据权利要求5所述的一种用于汞污染原位土壤修复的粉煤灰的应用，其特征在于，其使用方法为：保持土壤含水率在50%以上，翻耕深度为10～35cm，将本发明制得的改性粉煤灰按添加量为含汞污染土壤质量的0.3～3%添加到土壤中，搅拌均匀，自然条件下养护7～15天即可完成土壤修复过程。

10.根据权利要求6所述的一种用于汞污染原位土壤修复的粉煤灰的应用，其特征在于，其使用方法为：保持土壤含水率在50%以上，翻耕深度为10～35cm，将本发明制得的改性粉煤灰按添加量为含汞污染土壤质量的0.3～3%添加到土壤中，搅拌均匀，自然条件下养护7～15天即可完成土壤修复过程。