CN103495594A - 一种利用硅藻土抑制污染土低温焚烧过程中有机物挥发的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于污染土壤处理技术领域，涉及一种利用硅藻土抑制污染土低温焚烧过程中有机物挥发的方法。包括：先将污染土壤筛分去除树枝、石子和大块沥青，使污染土颗粒直径≤16mm；再将筛分后的污染土和硅藻土分别在105℃干燥24h；接着将硅藻土直接加入污染土中并搅拌混匀，硅藻土添加量与污染土的重量比为1∶1～5；最后将硅藻土和污染土的混合物在25℃～400℃温度段加热，加热时间为10～60min，利用硅藻土抑制或延缓污染土壤在低温受热过程中有机物的挥发。本发明工艺简单，吸附材料来源广，处理成本低；充分利用硅藻土热稳定及强吸附的特性，有效抑制污染土中多环芳烃有机物的挥发；同时提高了此类污染土替代水泥原料在粉磨阶段处置的可行性，具有良好的经济和环境效益。

Description

一种利用硅藻土抑制污染土低温焚烧过程中有机物挥发的方法
技术领域
本发明属于污染土壤处理技术领域，具体涉及一种利用硅藻土抑制污染土低温焚烧过程中有机物挥发的方法。
背景技术
随着现代工农业技术的发展，各种化学试剂大量使用，不可避免的导致大量土壤受有机物质的污染，这些污染物质在土体中长期积累、沉淀、迁移，对自然界及人们生活、生产造成恶劣的影响。特别是持久性有机污染物多环芳烃等，由于其持久性、长距离迁移性、生物积蓄性和高毒性，造成的土壤污染问题亟待解决。
目前在有机污染土的处置技术中，利用水泥窑处置有机污染土是一种经济而有效的技术，尤其是利用污染土替代水泥原料生产水泥，同时利用水泥窑的密闭高温条件焚烧污染土中的有机物，产生的气体在高温下燃烧成无毒气体最终随水泥窑废气系统排放。但是这种方法在处理含多环芳烃有机物的污染土时，要特别注意其替代水泥原料在低温粉磨阶段加入时会产生一定挥发，需要采取相应措施严防产生二次污染。
为了在磨料阶段更好地抑制有机污染物的挥发，应当探索是否可添加一些可吸附挥发物的物质，以提高有机物的挥发温度或降低挥发速率，延缓至物料进入高温水泥窑而最终焚烧成无害气体。众所周知，硅藻土具有热稳定性好、多孔及强吸附等多种优异性质，它在吸附、过滤、载体等多个工业领域得到越来越广泛的应用；此外硅藻土的成分与水泥粘土质原料相似，添加在污染土中一起作为水泥原料是可行的。而目前关于硅藻土吸附特性的应用主要体现在有机污染废水的净化处理和重金属污染土壤的固化上面，关于利用硅藻土的吸附原理抑制污染土有机物质挥发的专利尚无报道。
发明内容
本发明的目的在于提出一种利用硅藻土抑制污染土低温焚烧过程中有机物挥发的方法，有效抑制或延缓污染土中多环芳烃有机物在低温段的挥发，防止有机污染土作为水泥原料在粉磨阶段投加处置时产生二次污染。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种利用硅藻土抑制污染土低温焚烧过程中有机物挥发的方法，其特征在于包括以下步骤：先将污染土壤筛分去除树枝、石子和大块沥青，使污染土壤颗粒直径≤16mm；然后将筛分后的污染土壤和硅藻土分别在105℃温度下干燥24h；接着将硅藻土直接加入污染土壤中并搅拌混匀，硅藻土的添加量与污染土壤的重量比为1:1～5；最后将含有硅藻土和污染土壤的混合物在25℃～400℃温度段加热，加热时间为10～60min，利用硅藻土抑制或延缓污染土壤在低温受热过程中有机物的挥发。
其中，所述的污染土壤为含有沸点在200℃～400℃之间的多环芳烃类有机物的污染土壤。
本发明的有益效果是：
1）利用硅藻土热稳定、多孔及强吸附的特性，显著抑制或延缓污染土中多环芳烃类有机物在低温段的挥发。
2）本发明方法工艺简单，吸附材料来源广，处理成本低，降低了处理过程中的环境污染风险。
3）硅藻土的成分非常接近于污染土和水泥的粘土质原料，不仅避免了硅藻土对污染土壤结构性状的破坏，同时添加硅藻土后的土壤也适合于替代水泥原料，具有良好的经济效益。
附图说明
图1是污染土中添加芴的热重图
图2是硅藻土中添加芴的热重图
图3是污染土和硅藻土中添加芴的热重图
图4是污染土中添加苊的热重图
图5是硅藻土中添加苊的热重图
图6是污染土和硅藻土混合物中添加苊的热重图
图7是污染土中添加菲的热重图
图8是硅藻土中添加菲的热重图
图9是污染土和硅藻土混合物中添加菲的热重图
图10是污染土和硅藻土混合物中添加芴在各温度下的红外谱图
图11是污染土和硅藻土混合物中添加苊在各温度下的红外谱图
图12是污染土和硅藻土混合物中添加菲在各温度下的红外谱图
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不仅限于下述实施方式。
本发明的思路为在有机污染土壤中添加具有吸附特性的硅藻土，以抑制或延缓污染土中多环芳烃有机物在低温（接近水泥原料粉磨时的温度）时的挥发，使其尽量少挥发或延缓至高温段再挥发，从而便于有机污染土作水泥原料参与配料在低温粉磨阶段加入，防止在低温粉磨阶段有机物挥发造成二次污染。延缓至高温煅后有机物在密闭负压的水泥窑中即使挥发也会在高温窑内焚烧成无毒无害的气体，因此可有效降低处理过程中的环境污染风险。
先将某化工车间的地基污染土取样进行成分分析和污染物浓度分析，结果显示污染土中所含的主要为多环芳烃有机物，未检出多氯联苯和酚类物质。
由于该污染土中所含的多环芳烃总量较少（约156ppm），故试验采用外部添加多环芳烃有机物的方法，放大个别有机物的含量，更清楚的观察硅藻土对其挥发的抑制效果。
试验中选取外部添加多环芳烃中沸点在200～400℃之间的芴、苊、菲三种有机物，先将污染土和硅藻土在105℃干燥24h，然后将污染土和硅藻土按质量比为1:1混合搅拌均匀，外添有机物的添加量分别占污染土和硅藻土总质量的10%，污染土和硅藻土的混合物添加有机物后一并混匀。混合料以10℃/min的升温速率由室温加热到1000℃，采用红外热重联用仪实时观察样品的质量变化和挥发特性，重点分析室温至400℃温度段下硅藻土对污染土壤中多环芳烃类有机物挥发性的影响。
根据芴的热重试验结果图1-3进行数据分析，比较图中各对应的失重速率峰值得到下表1：
表1硅藻土对芴挥发影响的比较
Figure BDA0000384789240000041
根据表1所示数据，芴在污染土中大量挥发是在约258℃，而在硅藻土中大量挥发是在约341℃，在污染土和硅藻土的混合物中大量挥发是在约367.5℃。可见，加入硅藻土后，芴大量挥发的温度向高温段延迟明显，且挥发速率明显降低。
表2硅藻土对苊挥发影响的热重图比较
Figure BDA0000384789240000042
同理，比较苊的挥发情况，比较图4-6中各对应的失重速率峰值得到表2：
由表2可得，苊在污染土中大量挥发的温度约是250.5℃，而在硅藻土中大量挥发约是在209℃，在污染土和硅藻土的混合物中大量挥发约是在223℃。虽然硅藻土对苊延迟挥发的作用较小，但是加入硅藻土后，苊挥发的速率明显降低。
同理，比较菲的挥发情况，比较图7-9中各对应的失重速率峰值得到表3：
表3硅藻土对菲挥发影响的热重图比较
Figure BDA0000384789240000051
由表3可得，菲在污染土中大量挥发是在约308℃，而在硅藻土中大量挥发约在269℃，在污染土和硅藻土的混合物中大量挥发约是在300℃。虽然硅藻土对菲挥发的延迟作用不明显，但是硅藻土的加入可以明显降低菲的挥发速率。
同时结合各样品加热过程中实时监测的红外光谱分析，图10-12分别是污染土和硅藻土的混合物中添加芴、苊、菲三种有机物的红外谱图。
图10中，各温度段有CO2和H2O的吸收峰，观察不到芴明显的特征峰。加入硅藻土后CO2和H2O的吸收峰强度较未加的样品明显减弱，硅藻土对于芴的挥发和分解有较好的抑制作用，与热重曲线分析结果一致。
图11中，各温度段有CO2和H2O的吸收峰，观察不到苊明显的特征峰。可推测随着温度的升高苊存在燃烧或分解反应。加入硅藻土后CO2和H2O的吸收峰强度减弱，硅藻土对于苊挥发向高温段的延迟作用不明显。
图12中，各温度段有CO2和H2O的吸收峰，未观察到菲明显的特征峰。同时比较有无添加硅藻土样品的CO2和H2O的峰强度，硅藻土的加入可以降低菲挥发的速率，但是延迟其挥发温度的作用较小。
综合比较红外图谱可推测，多环芳烃类有机物芴、苊、菲在受热过程中主要发生氧化分解反应，反应产物主要是CO2和H2O。
由以上试验分析可以得出，对于多环芳烃中芴、苊、菲等有机物质，硅藻土对其挥发有一定的抑制作用，挥发物出现氧化分解现象。其中，芴大量挥发的温度向高温段延迟，且挥发速率明显降低；对苊和菲延迟向高温段挥发的作用较小，但硅藻土的加入可以明显降低其在低温段的挥发速率。
硅藻土的这一作用对于含有此类有机物污染土壤的水泥窑处置是非常有益的，在利用此类污染土壤替代水泥原料在粉磨阶段加入时，适当的添加一些硅藻土可以有效降低污染土在低温粉磨阶段有机污染物的挥发，使其在粉磨阶段尽量少挥发或延迟挥发，残留的有机污染物随水泥生产工序进入高温段后充分燃烧成无毒无害的气体，因此有效防止了此类污染土处置过程中的二次污染。
此外，由下表4污染土和硅藻土的成分分析可知：
表4污染土和硅藻土的成分分析（wt%）
SiO， Al2O3 CaO Fe2O3 MgO K2O Na2O SO3 TiO2 P2O5 MnO2 Loss
污染上 55.33 14.78 6.14 4.58 2.60 2.51 1.32 0.97 0.64 0.23 0.08 10.69
硅藻土 64.44 16.15 0.37 5.17 0.69 1.98 0.23 0.22 0.68 0.09 0.09 9.83
硅藻土的成分非常接近于污染土和水泥生产中的粘土质原料，利用硅藻土的吸附作用抑制或延缓污染土中多环芳烃类有机物在低温受热时的挥发，不仅避免了硅藻土对污染土壤结构性状的破坏，同时添加硅藻土后的土壤也适合于替代水泥的粘土质原料，进一步优化了此类污染土壤替代水泥原料在粉磨阶段处置的可行性，具有良好的经济效益和环境效益。

Claims (2)

1.一种利用硅藻土抑制污染土低温焚烧过程中有机物挥发的方法，其特征在于包括以下步骤：先将污染土壤筛分去除树枝、石子和大块沥青，使污染土壤颗粒直径≤16mm；然后将筛分后的污染土壤和硅藻土分别在105℃温度下干燥24h；接着将硅藻土直接加入污染土壤中并搅拌混匀，硅藻土的添加量与污染土壤的重量比为1:1～5；最后将硅藻土和污染土壤的混合物在25℃～400℃温度段加热，加热时间为10～60min。
2.根据权利要求1所述的一种利用硅藻土抑制污染土低温焚烧过程中有机物挥发的方法，其中，所述的污染土壤为含有沸点在200℃～400℃之间的多环芳烃类有机物的污染土壤。
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