CN104312591A - 重金属污染土壤或固废物治理的稳定化固化剂及治理方法 - Google Patents

重金属污染土壤或固废物治理的稳定化固化剂及治理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种重金属污染土壤或固废物治理的稳定化固化剂及治理方法；所述稳定化固化剂包括以下重量份的组分：5～10份的镁基化合物，1～5份的硫基化合物，1～3份的活化后的硅基化合物；所述治理方法包括抽样检测、实验确定添加比例、混合、回填养护、封存等步骤。本发明对砷、水银、六价铬、铅、镉、镍、锡以及氰化物等多种重金属均有高效的长期稳定化效果，并且通过多次酸碱浸出实验证明稳定化固化后的有害重金属不会再次溶出，解决了传统技术中处理效果以及处理药剂受环境影响大、无害化稳定性的长效性差、药剂添加量难以控制以及水泥固化具有高碱性易导致有害重金属再溶出等缺点。

Description

重金属污染土壤或固废物治理的稳定化固化剂及治理方法
技术领域
本发明涉及重金属污染治理技术领域，具体涉及重金属污染土壤或固废物治理的稳定化固化剂及治理方法。
背景技术
重金属以及衍生物具有持久性、易迁移性、生物富集性和生物毒性等特征，是重要的环境有毒有害物质，对人体健康和生态环境造成巨大的威胁。这些威胁所指的重金属主要指对农作物和人畜生物毒性显著的Hg、Cd、Pb、Cr以及类金属As，还包括具有毒性的Zn、Cu、Co、Ni、Sn等污染物质。随着城市大量的工业废水流入河道以及大气中废尘的沉降，其中含有的许多重金属随着污水污泥进入土壤。例如金属矿山的开采、有色金属的冶炼排放的废水、重金属冶炼矿渣的堆放、工厂烟筒的排放物等，随着降雨淋溶被带入水环境或直接进入土壤，成为土壤重金属的来源。所以加强土壤重金属污染治理技术对推动生态环境以及人体健康具有重要意义。
大多数重金属在土壤中相对稳定，一旦进入土壤，很难在生物物质循环和能量交换过程中分解，难以从土壤中迁出，从而对土壤的理化性质、土壤生物特性和微生物群落结构产生明显不良影响，影响土壤生态结构和功能的稳定。传统的处理方法主要有工程修复法、物理化学法、植物修复法、微生物修复法、化学修复法等，这些方法各有优缺点。化学修复方法就是向重金属污染土壤中投加改良剂和固化剂，通过对重金属的反应或吸附、氧化或还原、拮抗或共轭作用，以降低重金属的生物有效性和迁移性，并且通过固化剂达到长期稳定的目的。随着对土壤治理低成本技术的广泛需求，低成本稳定化固化技术将得到快速的发展。
现有传统稳定化固化技术主要是采用石灰、熟石灰、碳酸盐、磷酸盐、硫化物、吸附剂以及水泥等物质中的一种或两种以上物质的混合成分使金属离子以氢氧化物、硫化物或磷酸盐的形式钝化同时被吸附。但是，传统稳定化固化技术存在处理效果以及处理药剂受环境影响大、无害化稳定性的长效性差、药剂添加量难以控制等缺点。例如土壤酸碱性变化会引起处理后重金属化合物的反应导致再溶出、添加过量也会导致形成易溶解性络合物、即便处理后形成稳定的矿化物也会由于土壤中存在的微生物对矿化物进行分解导致有害重金属再次迁移出来污染土壤。另外，为达到长期稳定化效果，通常加入水泥作为固化剂，但水泥固化会造成处理对象的重金属在固化处理时碱度升高，造成稳定化处理的有害重金属类的再次溶出。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供重金属污染土壤或固废物治理的稳定化固化剂及治理方法，对砷、水银、六价铬、铅、镉、镍、锡以及氰化物等重金属污染的土壤或固废物有高效的长期稳定化效果，并且稳定化固化后有害重金属不会再次溶出。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明公开了重金属污染土壤或固废物治理的稳定化固化剂，所述稳定化固化剂包括以下重量份的组分：5～10份的镁基化合物，1～5份的硫基化合物，1～3份的活化后的硅基化合物。
进一步，所述镁基化合物为氧化镁、氢氧化镁和碳酸镁中的一种或几种的混合物。
进一步，所述硫基化合物为硫化钠、硫氢化钠、多硫化钠、硫代硫酸钠、硫化钙、多硫化钙、硫化钾、多硫化钾、硫氢化钾、硫代硫酸钾、硫化胺和硫化亚铁中的一种或几种的混合物。
进一步，所述硅基化合物为二氧化硅、高岭土、蒙脱石、凹凸棒土、膨润土、硅藻土、火山灰、沸石和粉煤灰中的一种或几种的混合物，对硅基化合物用盐酸或硫酸进行活化处理后得到活化后的硅基化合物。
本发明还公开了使用上述稳定化固化剂进行重金属污染土壤或固废物治理的方法，包括以下步骤：
(1)检测待处理污染土壤或固废物中重金属的含量及浸出毒性；
(2)称取所述稳定化固化剂的各个组分，混合均匀后配制为稳定化固化剂，然后根据步骤(1)的检测结果进行稳定化固化剂添加实验，从而确定稳定化固化剂的添加比例；
(3)按照步骤(2)确定的添加比例将稳定化固化剂添加到待处理污染土壤或固废物中，搅拌混合均匀，形成混合土壤或固废物；
(4)将步骤(3)得到的混合土壤或固废物取出回填，养护回填土壤或固废物，让回填土壤或固废物中的稳定化固化剂与重金属发生充分反应，形成稳定的固化土壤或固废物；
(5)采样检测步骤(4)得到的固化土壤或固废物中重金属的浸出毒性，如果检测不符合环保要求，增加养护时间，同时添加稳定化固化剂与水，直到检测结果符合环保要求；
(6)在符合环保要求的固化土壤或固废物上铺设遮蔽层，然后在场地内硬覆盖或建筑物下集中封闭堆存。
进一步，所述步骤(2)中，稳定化固化剂的添加比例为实验结果乘以1.1～1.5倍的安全系数。
进一步，所述步骤(3)中，通过加水的方式使混合土壤或固废物的含水量保持在25％～40％之间。
进一步，所述步骤(4)中，养护时间为7天以上。
本发明对污染土壤或固废物中重金属的浓度没有特别限定，但考虑到重金属的回收价值以及处理成本，本发明最好用在重金属中度污染和轻度污染治理中，对于重度污染采用热回收后对处理废渣进行本发明处理。所以，本发明处理的污染土壤或固废物中重金属含量优选为15～350kg/m3。
本发明的有益效果在于：
本发明使用了硫基化合物，在不生成有毒有害气体硫化氢的同时，可还原六价铬等有害金属，并且在此基础上溶解性的有害重金属类离子可以以硫化物的形态析出沉淀，达到无害化处理目的；再加上镁基化合物对土壤酸碱性的调整，对有害重金属类的氢氧化物沉淀的生成，形成的氢氧化镁对金属硫化物的进一步稳定化富集以及对过量硫离子的消除；最后，通过氧化镁与活化后的硅基化合物同时存在的情况下，取代水泥实现对污染土壤的吸附和固化功能。本发明可以少量引入其他金属氧化物或氢氧化物，增加反应效果，例如SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO或者Ca(OH)2，这些金属氧化物或氢氧化物的含量不能高于药剂质量总和的5％。
本发明通过上述稳定化反应固化反应，对砷、水银、六价铬、铅、镉、镍、锡以及氰化物等多种重金属均有高效的长期稳定化效果，并且通过多次酸碱浸出实验证明稳定化固化后的有害重金属不会再次溶出，解决了传统技术中处理效果以及处理药剂受环境影响大、无害化稳定性的长效性差、药剂添加量难以控制以及水泥具有高碱性易导致有害重金属再溶出等缺点。
本发明对于其他重金属污染的固废物也有很好的稳定化固化处理效果，包括金属矿山开采中的尾矿、有色金属的冶炼产生的废渣、重金属冶炼的废物、含有各类有害重金属的化工污泥、含重金属的烟道灰、含汞废触媒、重金属污染建筑废物以及放射性金属污染废物等。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明实施例1中重金属含量检测结果；
图2为本发明实施例2中重金属含量检测结果；
图3为本发明实施例3中重金属含量检测结果；
图4为本发明实施例4中重金属含量检测结果。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
本实施例的稳定化固化剂包括以下重量份的组分：10份的氧化镁，5份的多硫化钙，2份的盐酸活化后的膨润土。
本实施例的治理对象为土壤A，治理方法包括以下步骤：
(1)检测土壤A中重金属的含量及浸出毒性，检测结果如图1中土壤A所示；
(2)称取所述稳定化固化剂的各个组分，混合均匀后配制为稳定化固化剂，然后根据步骤(1)的检测结果进行稳定化固化剂添加实验，从而确定稳定化固化剂的添加比例；
(3)按照步骤(2)确定的添加比例将稳定化固化剂添加到土壤A中，搅拌混合均匀，通过加水的方式使含水量保持在25％～40％之间，形成混合土壤；
(4)将步骤(3)得到的混合土壤取出回填，养护回填土壤7天以上，让回填土壤中的稳定化固化剂与重金属发生充分反应，形成稳定的固化土壤；
(5)采样检测步骤(4)得到的固化土壤中重金属的浸出毒性，如果检测不符合环保要求，增加养护时间，同时添加稳定化固化剂与水，直到检测结果符合环保要求，最终检测结果如图1中土壤B所示；
(6)在符合环保要求的固化土壤上铺设遮蔽层，然后在场地内硬覆盖或建筑物下集中封闭堆存。
实施例2
本实施例的稳定化固化剂包括以下重量份的组分：7份的氢氧化镁，3份的硫化钙，1份盐酸活化后的二氧化硅。
治理方法与实施例1中的步骤相同，只是本实施例的治理对象为湖南石门某地下水污泥焚烧灰分原样土壤C，土壤C中重金属的含量及浸出毒性的检测结果如图2中土壤C所示；通过治理后最终检测结果如图2中土壤D所示。
实施例3
本实施例的稳定化固化剂包括以下重量份的组分：5份的氧化镁和碳酸镁混合物，1份的多硫化钙和硫化钾混合物，3份盐酸活化后的高岭土。
治理方法与实施例1中的步骤相同，只是本实施例的治理对象为山东某地水域底泥E，底泥E中六价铬的含量及浸出毒性的检测结果如图3中土壤E所示；通过治理后最终检测结果如图3中土壤F所示。
实施例4
本实施例的稳定化固化剂包括以下重量份的组分：10份的碳酸镁，4份的硫代硫酸钠，3份硫酸活化后的硅藻土。
治理方法与实施例1中的步骤相同，只是本实施例的治理对象为贵州某水银污染土壤G，土壤G中水银的含量及浸出毒性的检测结果如图4中土壤G所示；通过治理后最终检测结果如图4中土壤H所示。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.重金属污染土壤或固废物治理的稳定化固化剂，其特征在于：所述稳定化固化剂包括以下重量份的组分：5～10份的镁基化合物，1～5份的硫基化合物，1～3份的活化后的硅基化合物。
2.根据权利要求1所述的重金属污染土壤或固废物治理的稳定化固化剂，其特征在于：所述镁基化合物为氧化镁、氢氧化镁和碳酸镁中的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的重金属污染土壤或固废物治理的稳定化固化剂，其特征在于：所述硫基化合物为硫化钠、硫氢化钠、多硫化钠、硫代硫酸钠、硫化钙、多硫化钙、硫化钾、多硫化钾、硫氢化钾、硫代硫酸钾、硫化胺和硫化亚铁中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的重金属污染土壤或固废物治理的稳定化固化剂，其特征在于：所述硅基化合物为二氧化硅、高岭土、蒙脱石、凹凸棒土、膨润土、硅藻土、火山灰、沸石和粉煤灰中的一种或几种的混合物，对硅基化合物用盐酸或硫酸进行活化处理后得到活化后的硅基化合物。
5.使用权利要求1至4任意一项所述的稳定化固化剂进行重金属污染土壤或固废物治理的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)检测待处理污染土壤或固废物中重金属的含量及浸出毒性；
(2)称取所述稳定化固化剂的各个组分，混合均匀后配制为稳定化固化剂，然后根据步骤(1)的检测结果进行稳定化固化剂添加实验，从而确定稳定化固化剂的添加比例；
(3)按照步骤(2)确定的添加比例将稳定化固化剂添加到待处理污染土壤或固废物中，搅拌混合均匀，形成混合土壤或固废物；
(4)将步骤(3)得到的混合土壤或固废物取出回填，养护回填土壤或固废物，让回填土壤或固废物中的稳定化固化剂与重金属发生充分反应，形成稳定的固化土壤或固废物；
(5)采样检测步骤(4)得到的固化土壤或固废物中重金属的浸出毒性，如果检测不符合环保要求，增加养护时间，同时添加稳定化固化剂与水，直到检测结果符合环保要求；
(6)在符合环保要求的固化土壤或固废物上铺设遮蔽层，然后在场地内硬覆盖或建筑物下集中封闭堆存。
6.根据权利要求5所述的重金属污染土壤或固废物治理的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，稳定化固化剂的添加比例为实验结果乘以1.1～1.5倍的安全系数。
7.根据权利要求5所述的重金属污染土壤或固废物治理的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，通过加水的方式使混合土壤或固废物的含水量保持在25％～40％之间。
8.根据权利要求5所述的重金属污染土壤或固废物治理的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，养护时间为7天以上。
9.根据权利要求5所述的重金属污染土壤或固废物治理的方法，其特征在于：所述待处理污染土壤或固废物中重金属含量为15～350kg/m3。
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