CN104690065A

CN104690065A - 一种矿化垃圾中重金属固定化的方法

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Publication number: CN104690065A
Application number: CN201510049808.3A
Authority: CN
Inventors: 袁兴中; 王侯; 吴艳; 陈晓红; 曾光明; 郭术光; 张慧荣
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2015-06-10

Abstract

本发明公开了一种矿化垃圾中重金属固定化的方法，包括以下步骤：确定不同区域的矿化垃圾中重金属分布及含量的情况，筛分出重金属污染矿化垃圾；往重金属污染矿化垃圾中加入重金属固化剂进行固定化反应，然后静置，完成对重金属的固定化处理。本发明方法工艺简单、操作方便、设备所需投资少，运行成本较低，还可以实现填埋物的回填与资源化利用，具有一定的经济与社会效益。

Description

一种矿化垃圾中重金属固定化的方法

技术领域

本发明涉及垃圾处理领域，涉及一种老垃圾填埋场中矿化垃圾中重金属固定化的方法，具体涉及一种利用固化剂促进老垃圾填埋场中矿化垃圾中重金属固定化的方法。

背景技术

在生活垃圾焚烧和填埋处置工艺中，填埋工艺凭借其建设投资和运行成本低的经济优势，目前在世界上许多国家得到了广泛应用，成为发展中国家生活垃圾的主流处置方式。在国土面积较大的发达国家中，也有许多国家采用卫生填埋方法。根据我国目前的经济现状和未来的发展趋势，在今后相当长的时间里，卫生填埋仍然是我国处理生活垃圾最重要的方法之一。近年来随着我国城市化进程的加快，位于城郊的垃圾堆场迅速被新建的城区所包围，原有垃圾堆场的搬迁和生态修复迫在眉睫。经调查统计，截至到2008年底，北京市18个区县垃圾积存量在200吨以上的非正规垃圾填埋场共有1011处，这些垃圾填埋场以生活垃圾和建筑垃圾为主，总积存量约8000万吨，占地2万亩。

填埋场生活垃圾稳定化进程是一个复杂而又漫长的物化和生化作用过程，一般持续几十甚至上百年。其中，填埋垃圾的微生物降解作用占主导地位。因而，填埋场稳定化进程实质上是填埋圾的生物降解过程。生活垃圾进入填埋场后，其中可降解有机物在微生物作用下降解转化为简单的有机、无机小分子物质，即垃圾的矿化；而部分难降解物则转化为垃圾层中的复杂有机组分——腐殖质，即垃圾的腐殖化。在以上垃圾的矿化和腐殖化过程中，其产物一部分溶解到水中以液态形式排出(即渗滤液)，一部分以气态形式溢出(即填埋气)，剩余部分则滞留在场内，从而实现垃圾填埋场的稳定化。当垃圾填埋场内可降解的有机组分达到矿化，渗滤液水质基本保持不变，垃圾层基本上无气体产生，场地表面沉降自然停止时，即认为填埋场达到稳定化状态，即矿化垃圾。将矿化垃圾挖出并筛分后可得到建筑垃圾、腐殖土及塑料或泡沫等。建筑垃圾可进行回填，塑料或泡沫可进行焚烧。而开采出来的稳定化垃圾经分选等预处理后，可进一步进行资源化利用，如作为填埋场覆盖材料、园林肥料、加工成建筑材料等。然而矿化垃圾中含有As，Cd，Cr，Hg，Cu，Zn等有毒的重金属，不能直接填埋或资源化利用，必须处理后达到国家标准规定的控制指标后，方可进入填埋或后续利用。尽管垃圾中重金属在矿化过程中经历酸化浸出过程，但在整个填埋场中仍有一部分垃圾中酸化程度较低，重金属的浸出并不完全。譬如有机质含量低的工业固废倾倒区，大量的电池、电路板存在的区域。在这些区域中历经数年后的垃圾，重金属含量及浸出毒性仍可能处于超标的情况。因此，如何发现这部分重金属超标的垃圾仍是一个亟待解决的问题。

重金属的固定化主要包括水泥固化、螯合剂稳定化、压缩固化、烧结固化、熔融玻璃化等类型。水泥固化是通过在飞灰中加入硅酸盐水泥形成类似岩石的高强度块状物，水泥中高碱度的氢氧基可将重金属转变成氢氧化物等低溶解性物质，从而将重金属截留，反应形成的硅酸钙、铝酸钙等水合物胶体，随时间逐渐硬化最终形成结晶状态，将重金属离子包覆，形成稳定结构同时达到固化体的最终强度。水泥固化技术处理费用较低，系统成熟易于操作，然而固化/稳定化产物的增容比大，也会降低水泥固化法成本低廉的相对优势。高温熔融固化，是利用高于物质熔点的温度使焚烧飞灰达到熔融状态，熔融液冷却后形成的稳定熔渣可作为路基材料或实现资源化利用，其缺点是处理的代价较高。

矿化垃圾与飞灰、土壤、粉尘、污泥等的性质具有一定的差别，因此飞灰、土壤、粉尘、污泥的处理技术并不完全适用于矿化垃圾。由于矿化垃圾产生量相对较小，尚未引起足够的重视，有针对性的处理技术也非常匮乏。如何妥善处理与处置矿化垃圾中重金属，达到污染控制的目标，是亟待解决的科技难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提供一种工艺简单、操作方便、投资少、成本低、处理周期短、处理效果好、可实现简易垃圾垃圾填埋场矿化垃圾中重金属固定的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案：

一种矿化垃圾中重金属固定化的方法，包括以下步骤：

S1：确定不同区域的矿化垃圾中重金属分布及含量的情况，筛分出重金属污染矿化垃圾；

S2：往所述重金属污染矿化垃圾中加入重金属固化剂进行固定化反应，然后静置，完成对重金属的固定化处理。

上述的方法中，优选的，所述步骤S2中，所述重金属固化剂为有机材料、无机材料或有机-无机复合材料。

上述的方法中，优选的，所述有机材料为甲壳素、腐殖质、秸秆和高碳肥中的一种或多种；所述无机材料为石灰和/或沸石；所述有机-无机复合材料为乙二胺四乙酸二钠与沸石的复合材料。

上述的方法中，优选的，所述步骤S2中，所述重金属固化剂在所述重金属污染矿化垃圾中的质量百分含量为5％～20％。

上述的方法中，优选的，所述步骤S2中，所述固定化反应的时间为12～24h。

上述的方法中，优选的，所述步骤S2中，所述静置时间为3～5天。

上述的方法中，优选的，所述步骤S2中，加入重金属固化剂前还包括以下处理：对所述重金属污染矿化垃圾进行破碎、过筛处理，然后加水搅拌均匀。

上述的方法中，优选的，所述过筛后的重金属污染矿化垃圾的粒径为0.08mm～0.9mm；所述加水搅拌均匀后的重金属污染矿化垃圾中的含水率为20％～40％。

上述的方法中，优选的，所述步骤S1中，具体包括以下步骤：

S1-1：利用S形或X形布点法或经验法对矿化垃圾进行取样；

S1-2：利用提取法对矿化垃圾中重金属种类、含量和形态进行分析，确定垃不同区域中重金属分布及含量的情况；

S1-3：对重金属总量或浸出毒性超标的区域进行挖掘、筛分，得到重金属污染矿化垃圾。

上述的方法中，优选的，所述步骤S1-2中，以《土壤环境质量标准》(GB 15618--1995)及《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3--2007)为基准，对矿化垃圾进行分析。

本发明中，完成固定化后的重金属污染矿化垃圾的最终处置方式为回填。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明方法工艺简单、操作方便、设备所需投资少，且运行成本较低，处理周期短，处理效果好，能够使简易垃圾填埋场中的重金属稳定，为后续的回填与资源化利用提供了有利条件。

(2)老垃圾填埋场中的填埋物历经多年后，由于垃圾在填埋过程中经历自然淋洗、酸化、腐熟和固定等过程，因而多数情况下填埋场中填埋物中的重金属基本达到《土壤环境质量标准》的控制标准。但由于填埋场垃圾来源的不确定性，如在将大量含重金属的垃圾(电路板等)直接堆放至填埋场某一区域，导致重金属的迁移过程极缓慢，甚至不能发生。这种重金属含量高的区域在老垃圾填埋场占地较小，不具备普遍性。且经过长时间的反应，腐殖质产生量较大。一部分重金属被固定化，一些重金属处于游离状态。本发明针对这类特殊垃圾中的重金属，采用吸附剂的固定化方法进行处理，吸附效果显著。

具体实施方式

以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。

实施例1：

一种垃圾填埋场矿化垃圾中重金属固定化的方法，包括以下步骤：

(1)利用S形布点法(还可采用X形布点法或经验法)对北京市某简易垃圾填埋场(封场7年)中矿化垃圾进行取样。

(2)多点采样均匀混合的方法(即不同地方取回来，直接混合)，利用提取法对矿化垃圾中重金属进行分析，确定其重金属污染种类、含量及其形态，确定不同区域的矿化垃圾中重金属分布及含量的情况。

(3)对重金属总量或浸出毒性超标的区域进行挖掘、筛分，得到重金属污染矿化垃圾(矿化垃圾的检测结果参见表1和表2)。

(4)取步骤(3)中得到的重金属污染矿化垃圾在105℃下烘干24小时得到烘干物。将烘干物进行破碎，过筛，得到粒径为0.08mm～0.9mm的烘干物。在粒径为0.08mm～0.9mm的烘干物中加入水，搅拌均匀，使含水率保持在30％，得到混合物。向前述混合物中投加甲壳素，甲壳素在矿化垃圾中的质量百分含量为10％，然后反应20小时，排出经固定化的填埋物，自然静置4天，完成对重金属的固定化处理。对经过固化处理的固化体采用国家标准GB5085.3—2007毒性浸出程序测试，检测矿化垃圾固定化前后重金属含量、浸出特性及鉴别标准-浸出毒性鉴别标准值，检测结果参见表2。

表1：北京市某简易垃圾填埋场中矿化垃圾的基本参数

指标	腐殖质	有机质	pH	生物可降解物含量
					数据	1.61％	6.94％	8.23	2.23％

表2：矿化垃圾固定化前后重金属含量、浸出特性及鉴别标准-浸出毒性鉴别标准值

重金属	Cu	Zn	Cd	Pb	Cr	As	Hg
								总量(mg/kg)	52.75	187.0	0.32	58.36	70.16	6.72	0.16
固定前的浸出浓度(mg/L)	10.3	112.3	0.01	20.3	19.7	1.3	0.002
								固定后的浸出浓度(mg/L)	0.082	1.16	0.008	0.059	0.1	0.01	0.0003
浸出毒性标准限值(mg/L)	100	100	1	5	15	5	0.1

由表1和表2可见，矿化垃圾中重金属浸出浓度较高，特别是Zn，Pb和Cr，分别为112.3mg/L，20.3mg/L和19.7mg/L。采用甲壳素固定/稳定化后，Zn，Pb和Cr的浸出浓度分别下降至1.16mg/L，0.059mg/L和0.1mg/L，其他重金属的浸出浓度均有所下降，且低于鉴别标准-浸出毒性鉴别标准值。

在实施例1中，甲壳素在重金属污染矿化垃圾中的质量百分含量为5％～20％、固定化反应的时间为12～24h、静置时间为3～5天均可实施，并可达到相同或相似的技术效果。

同时，其他有机材料如腐殖质、秸秆和高碳肥，也能实现对重金属的固定化，并达到与甲壳素相似的技术效果。

实施例2：

一种垃圾填埋场矿化垃圾中重金属固定化的方法，本实施例中的重金属污染矿化垃圾与实施例1相同，包括以下步骤：

取北京市某简易垃圾填埋场中的重金属污染矿化垃圾在105℃下烘干24小时得到烘干物。将烘干物进行破碎，过筛，得到粒径为0.08mm～0.9mm的烘干物。在粒径为0.08mm～0.9mm的烘干物中加入水，搅拌均匀，使含水率保持在30％，得到混合物。向前述混合物中投加石灰，石灰在矿化垃圾中的质量百分含量为5％，然后反应15小时，排出，自然静置4天，完成对重金属的固定化处理。对经过固化处理的固化体采用国家标准GB 5085.3—2007毒性浸出程序测试，检测矿化垃圾固定化前后重金属含量、浸出特性及鉴别标准-浸出毒性鉴别标准值，检测结果参见表3。

表3：矿化垃圾固定化前后重金属含量、浸出特性及鉴别标准-浸出毒性鉴别标准值

重金属	Cu	Zn	Cd	Pb	Cr	As	Hg
								总量(mg/kg)	52.75	187.0	0.32	58.36	70.16	6.72	0.16
固定前的浸出浓度(mg/L)	10.3	112.3	0.01	20.3	19.7	1.3	0.002
								固定后的浸出浓度(mg/L)	0.061	1.48	0.005	0.032	0.066	0.01	0.0005
浸出毒性标准限值(mg/L)	100	100	1	5	15	5	0.1

由表3可见，采用石灰固定/稳定化后，Zn，Pb和Cr的浸出浓度分别下降至1.48mg/L，0.032mg/L和0.066mg/L，其他重金属的浸出浓度均有所下降，且低于鉴别标准-浸出毒性鉴别标准值。

在实施例2中，石灰在重金属污染矿化垃圾中的质量百分含量为5％～20％、固定化反应的时间为12～24h、静置时间为3～5天均可实施，并可达到相同或相似的技术效果。

同时，其他无机材料如沸石、石灰和沸石的混合物，也能实现对重金属的固定化，并达到与石灰相似的技术效果。

实施例3：

取北京市某简易垃圾填埋场中的重金属污染矿化垃圾在105℃下烘干24小时得到烘干物。将烘干物进行破碎，过筛，得到粒径为0.08mm～0.9mm的烘干物。在粒径为0.08mm～0.9mm的烘干物中加入水，搅拌均匀，使含水率保持在30％，得到混合物。向前述混合物中投加乙二胺四乙酸二钠与沸石(乙二胺四乙酸二钠与沸石的质量比是1∶5)，乙二胺四乙酸二钠与沸石复合材料在矿化垃圾的质量百分含量为20％，反应20小时后，排出，自然静置4天，完成对重金属的固定化处理。对固化体采用国家标准GB 5085.3—2007毒性浸出程序测试，检测矿化垃圾固定化前后重金属含量、浸出特性及鉴别标准-浸出毒性鉴别标准值，检测结果参见表4。

表4矿化垃圾固定化前后重金属含量浸出特性及鉴别标准-浸出毒性鉴别标准值

重金属	Cu	Zn	Cd	Pb	Cr	As	Hg
								总量(mg/kg)	52.75	187.0	0.32	58.36	70.16	6.72	0.16
固定前的浸出浓度(mg/L)	10.3	112.3	0.01	20.3	19.7	1.3	0.002
								固定后的浸出浓度(mg/L)	0.071	1.88	0.013	0.045	0.086	0.02	0.0009
浸出毒性标准限值(mg/L)	100	100	1	5	15	5	0.1

由表4可见，采用乙二胺四乙酸二钠与沸石复合材料固定/稳定化后，Zn，Pb和Cr的浸出浓度分别下降至1.88mg/L，0.045mg/L和0.086mg/L，其他重金属的浸出浓度均有所下降，且低于鉴别标准-浸出毒性鉴别标准值。

在实施例3中，乙二胺四乙酸二钠与沸石的复合材料在重金属污染矿化垃圾中的质量百分含量为5％～20％、固定化反应的时间为12～24h、静置时间为3～5天均可实施，并可达到相同或相似的技术效果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种矿化垃圾中重金属固定化的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述重金属固化剂为有机材料、无机材料或有机-无机复合材料。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述有机材料为甲壳素、腐殖质、秸秆和高碳肥中的一种或多种；所述无机材料为石灰和/或沸石；所述有机-无机复合材料为乙二胺四乙酸二钠与沸石的复合材料。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述重金属固化剂在所述重金属污染矿化垃圾的质量百分含量为5％～20％。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述固定化反应的时间为12～24h。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述静置时间为3～5天。

7.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，加入重金属固化剂前还包括以下处理：对所述重金属污染矿化垃圾进行破碎、过筛处理，然后加水搅拌均匀。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述过筛后的重金属污染矿化垃圾的粒径为0.08mm～0.9mm；所述加水搅拌均匀后的重金属污染矿化垃圾中的含水率为20％～40％。

9.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，具体包括以下步骤：

S1-1：利用S形或X形布点法或经验法对矿化垃圾进行取样；

S1-2：利用提取法对矿化垃圾中重金属种类、含量和形态进行分析，确定不同区域中重金属分布及含量的情况；

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤S1-2中，以《土壤环境质量标准》(GB 15618--1995)及《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3--2007)为基准，对矿化垃圾进行分析。