CN104974762A - 一种处理重金属污染土壤的固化稳定剂制备及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了本发明为一种处理重金属污染土壤的固化稳定剂制备及其使用方法，所述固化稳定剂包括基本组分和特殊添加组分，所述基本组分包括：镁基化合物为90-65％；钙基化合物10-35％，所述特殊添加组分包括磷化物和硫化物，加入量按照所述特殊添加组分和污染土壤中重金属含量以摩尔比P∶M=2～50∶1加入，将所述基本组分和特殊组分按比例混合均匀，得到所述的固化稳定剂。本发明与现有固化稳定化处理中加入的固化稳定剂相比，本发明的固化稳定剂具有原料广泛，取材简单，制备方法简单易行，使用效果以及使用方法简单易操作等优点，具有推广使用的价值。

Description

一种处理重金属污染土壤的固化稳定剂制备及其使用方法
技术领域
本发明涉及环保技术领域，尤其涉及一种处理重金属污染土壤的固化稳定剂制备及其使用方法。 
背景技术
重金属一般是指比重在4.0以上的约60种元素或比重在5.0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。有些重金属元素是人体和其它生物体必需的元素，但是其浓度超过一定范围就会引起中毒。 
重金属通常具有急性或慢性毒性，有时会以更复杂的方式毒害人体，如致癌或非直接地引发某些疾病。在各类危险废物中，重金属废物占有很大的比重。它们以各种各样的方式危害人体和其它生物体。特别是在安全填埋处置过程中，由于重金属的不可降解性决定了其将长期存在于填埋场中，对填埋场周围的环境构成极大的潜在威胁。土壤或灌溉水中的重金属会对植物生长产生不利影响，并且将在植物的叶、茎或根部富集，以至其影响波及整个食物链。 
土壤重金属污染是指人类生产、人类活动中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。自从上世纪发生在日本的由汞污染引起的“水俣病”和由镉污染引起的“骨痛病”事件，以及在欧洲一些国家陆续发现重金属污染产生的严重后果，使得关于重金属污染与防治的研究倍受重视。重金属废物来源广泛，涉及矿山、冶金、机械制造、化工、电子和仪表等行业。另一方面，随着对重金属毒理学的深入研究及检测技术的发展，重金属废物的处理处置标准也逐渐趋向严格。这一点体现在需要 监测的重金属类别的增加，以及所需达到的重金属排放或浸出浓度的降低。关于重金属废物的处理，除了其中较高浓度达到回收利用价值的一部分可回收利用外，其余大部分都需进行固化稳定化处理，减少生物可获取性，以达到无害化的目的。因此，研究高效、经济的重金属固化稳定化药剂及技术对于保护人类健康和维持生态平衡具有重要意义。 
目前重金属污染土壤修复方法的主要原理有两种：改变重金属在土壤中的存在形式，降低其毒性和生物获取性；将土壤中重金属去除。根据原理目前典型修复方法主要有以下几种： 
1、植物修复法：植物修复法是利用种植某种植物来净化受重金属污染的土壤和水体。植物修复法按其修复的机理和过程可分为植物萃取、植物固定、植物挥发、根系过滤、植物降解。其中，植物萃取是指利用植物根系吸收土壤污染物质并运送至植物地上部，通过收割地上部物质而达到去除土壤中污染物的一种方法。这种方法的不足之处为治理周期漫长，后期植物收集、处理工艺较为复杂，维护管理周期长。 
2、固定稳定化：固定稳定化一般采用重金属有机螯合剂或者固化稳定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，达到修复的目的。目前采用的无机土壤固化剂一般以普通硅酸盐水泥为主要原料，配合其他胶凝材料，碱激发剂和表面活性剂混合后进行土壤修复，但这类固化稳定剂对于复合型重金属污染效果一般。 
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种处理重金属污染土壤的固化稳定剂制备及其使用方法。 
为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案： 
一种处理重金属污染土壤的固化稳定剂制备，所述固化稳定剂包括基本组分和特殊添加组分，所述基本组分包括：镁基化合物为90-65％；钙基化合物10-35％，所述特殊添加组分包括磷化物和硫化物，加入量按照所述特殊添加组分和污染土壤中重金属含量以摩尔比P∶M＝2～50∶1加入，将所述基本组分和特殊组分按比例混合均匀，得到所述的固化稳定剂。 
具体地，所述基本组分均磨制成粒度不小于250目的物料。 
具体地，所述特殊添加组分中的所述磷化物或所述硫化物根据土壤中含铅、汞、镉和六价铬重金属污染时需要对应添加。 
进一步地，所述镁基化合物为氧化镁、氯化镁和碳酸镁中的一种或二种或三种按比例混合。 
进一步地，所述钙基氧化物为氧化钙和碳酸钙中的一种或二种按比例混合。 
进一步地，针对特殊重金属(铅、汞、镉和六价铬重金属)的添加的所述磷化物为磷酸二氢钾、磷酸一氢钾、磷酸钾和磷酸钠中的一种或多种按比例混合。 
进一步地，针对特殊重金属(铅、汞、镉和六价铬重金属)的添加的所述硫化物为硫化钾、硫化钠和硫化亚铁中的一种或二种按比例混合。 
一种处理重金属污染土壤的固化稳定剂制备的使用方法，包括以下步骤： 
(1)检测待处理污染土壤中重金属的成分、含量及浸出毒性，进入下一步骤； 
(2)根据上一步骤中的检测结果，按重量比，重金属污染土壤：固化稳定剂=10～100∶1添加固化稳定剂，将固化稳定剂采用翻耕搅拌或土壤改良机混合的方式将待处理土壤连同固化稳定剂搅拌混合均匀，形成混合土壤；通过加水方式，保持混合土壤的含水量在20％或20％以上，进入下一步骤； 
(3)对混合土壤进行保湿养护，养护时间在5天或5天以上，让混合土壤中的固化稳定剂发生水化、胶凝、结晶、矿化和共沉淀等作用与被污染土壤中的重金属发生反应，以不溶性矿化结晶物的形式存在，减少重金属的析出性和生物可获得性，进入下一步骤； 
(4)采样检测混合土壤中重金属的浸出毒性；按照《固体废物浸出毒性浸出方案硫酸硝酸法》(HJ／T299-2007)或其他公知的检测技术进行浸出毒性测试，如果检测不符合环保要求，增加养护时间，必要时加水，直到检测结果符合环保要求。 
具体地，如重金属污染土壤中含有铅、汞、镉和六价铬重金属浸出浓度超标需要处理，则需要将特殊添加组分按照特殊添加组分和污染土壤中重金属含量以摩尔比P∶M=2～50∶1加入基本组分后配制成固化稳定剂，然后进行步骤(2)到步骤(4)。 
本发明的有益效果在于： 
本发明为一种处理重金属污染土壤的固化稳定剂制备及其使用方法，与现有固化稳定化处理中加入的固化稳定剂相比，本发明的固化稳定剂具有原料广泛，取材简单，制备方法简单易行，使用效果以及使用方法简单易操作等优点，具有推广使用的价值。 
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明作进一步说明： 
在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。 
一种处理重金属污染土壤的固化稳定剂制备，固化稳定剂包括基本组分和特殊添加组分，基本组分包括：镁基化合物为90-65％；钙基化合物10-35％，特 殊添加组分包括磷化物和硫化物，加入量按照特殊添加组分和污染土壤中重金属含量以摩尔比P∶M=2～50∶1加入，将基本组分和特殊组分按比例混合均匀，得到的固化稳定剂。 
基本组分均磨制成粒度不小于250目的物料。镁基化合物为氧化镁、氯化镁和碳酸镁中的一种或二种或三种按比例混合。钙基氧化物为氧化钙和碳酸钙中的一种或二种按比例混合。 
特殊添加组分中的磷化物或硫化物根据土壤中含铅、汞、镉和六价铬重金属污染时需要对应添加。针对特殊重金属(铅、汞、镉和六价铬重金属)的添加的磷化物为磷酸二氢钾、磷酸一氢钾、磷酸钾和磷酸钠中的一种或多种按比例混合。针对特殊重金属(铅、汞、镉和六价铬重金属)的添加的硫化物为硫化钾、硫化钠和硫化亚铁中的一种或二种按比例混合。 
一种处理重金属污染土壤的固化稳定剂制备的使用方法，包括以下步骤： 
(1)检测待处理污染土壤中重金属的成分、含量及浸出毒性，进入下一步骤； 
(2)根据上一步骤中的检测结果，按重量比，重金属污染土壤：固化稳定剂=10～100∶1添加固化稳定剂，将固化稳定剂采用翻耕搅拌或土壤改良机混合的方式将待处理土壤连同固化稳定剂搅拌混合均匀，形成混合土壤；通过加水方式，保持混合土壤的含水量在20％或20％以上，进入下一步骤； 
(3)对混合土壤进行保湿养护，养护时间在5天或5天以上，让混合土壤中的固化稳定剂发生水化、胶凝、结晶、矿化和共沉淀等作用与被污染土壤中的重金属发生反应，以不溶性矿化结晶物的形式存在，减少重金属的析出性和生物可获得性，进入下一步骤； 
(4)采样检测混合土壤中重金属的浸出毒性；按照《固体废物浸出毒性浸 出方案硫酸硝酸法》(HJ／T299-2007)或其他公知的检测技术进行浸出毒性测试，如果检测不符合环保要求，增加养护时间，必要时加水，直到检测结果符合环保要求。 
如重金属污染土壤中含有铅、汞、镉和六价铬重金属浸出浓度超标需要处理，则需要将特殊添加组分按照特殊添加组分和污染土壤中重金属含量以摩尔比P∶M=2～50∶1加入基本组分后配制成固化稳定剂，然后进行步骤(2)到步骤(4)。 
固化稳定剂的实施例1： 
将原料氧化镁、氯化镁、碳酸镁、氧化钙、碳酸钙磨制成粒度不小于250目的物料，按照质量比镁基化合物70％，钙基化合物25％，磷酸盐5％，混合均匀，即得到固化稳定剂。 
在实施例1的基础上，改变镁基、钙基化合物组分比例和特殊组分中磷酸盐、硫化物的成分，就能得到多种实施例。 
固化稳定剂在某化工场地汞污染的使用方法及实验室实施例1： 
(1)采用《土壤质量总汞的测定冷原子吸收分光光度法(GB／T17136-1997)》中规定的检测方法测定土壤中总汞含量；采用《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法(HJ／T299-2007)》中规定的浸出方式得到浸出液，采用《固体废物总汞的测定冷原子吸收分光光度法(GB／T15555.1-1995)》中规定的方法测量污染土壤浸出液中汞的含量；汞在污染土壤中的最大检测含量和汞的浸出毒性检测结果见下表(表固化稳定剂加药量及处理效果)。 
注：标准限值参照《生活垃圾填埋污染控制标准(GB16889-2008)》 
(2)根据表1土壤中总汞的检测结果和药剂加入量，按照固化稳定剂的实施例1中配制的固化稳定剂均匀地铺撒在待处理土壤的表面；采用搅拌的方式将待处理土壤连同其上铺撒的固化稳定剂搅拌混合均匀成混合土壤，搅拌5分钟，形成混合土壤；通过加水方式，保持混合土壤的含水量不低于25％。 
(3)根据在混合土壤上覆盖的保湿材料为废布片，养护时间5天，保持混合土壤的含水量不低于25％，让混合土壤中的固化稳定剂与污染土壤中不稳定的重金属发生反应形成不溶性重金属沉淀物，以及固化稳定剂自身发生水化、胶凝、硬化作用使不溶性重金属沉淀物固化稳定在土壤中。 
(4)养护5天后采样检测，处理后土壤中重金属的浸出毒性检测结果见表1，满足《生活垃圾填埋污染控制标准(GB16889-2008)》的相关要求。 
固化稳定剂的实施例2： 
(1)将原料氧化镁、氯化镁、碳酸镁、氧化钙、碳酸钙磨制成粒度不小于250目的物料，按照质量比镁基化合物(取自氧化镁、氯化镁、碳酸镁中一种或几种)：钙基化合物(取自氧化钙、碳酸钙一种或几种)：磷酸盐(取自磷酸二氢钾、磷酸一氢钾、磷酸钾、磷酸钠一种或几种)：硫化物(取自硫化钾、硫化钠、硫化亚铁、二硫化亚铁一种或几种)=70∶20∶5∶5，混合均匀，即得到固化稳定剂。 
(2)取某砷冶炼厂污染土壤按照3％的重量比加入上述(1)中配制的固化稳定剂，采用搅拌的方式将待处理土壤连同其上铺撒的固化稳定剂搅拌混合均匀成混合土壤，搅拌5分钟，形成混合土壤；通过加水方式，保持混合土壤的含水量不低于25％； 
(3)根据在混合土壤上覆盖的保湿材料为废布片，养护时间5天，保持混合土壤的含水量不低于25％，让混合土壤中的固化稳定剂与污染土壤中不稳定的重金属发生反应形成不溶性重金属沉淀物，以及固化稳定剂自身发生水化、胶凝、硬化作用使不溶性重金属沉淀物固化稳定在土壤中。 
(4)养护5天后采样检测，处理后土壤中重金属的浸出毒性检测结果见表2，满足《污水综合排放标准(GB8978-1996)》的相关要求。 
下表为重金属污染土壤处理效果(mg／L) 
注：固化稳定后浸出液采用采用《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法(HJ／T299-2007)》中规定的浸出方式得到。 
注：标准限值参照《污水综合排放标准(GB8978-1996)》以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (9)

1.一种处理重金属污染土壤的固化稳定剂制备，其特征在于：所述固化稳定剂包括基本组分和特殊添加组分，所述基本组分包括：镁基化合物为90-65％；钙基化合物10-35％，所述特殊添加组分包括磷化物和硫化物，加入量按照所述特殊添加组分和污染土壤中重金属含量以摩尔比P∶M=2～50∶1加入，将所述基本组分和特殊组分按比例混合均匀，得到所述的固化稳定剂。
2.根据权利要求1所述的一种处理重金属污染土壤的固化稳定剂制备，其特征在于：所述基本组分均磨制成粒度不小于250目的物料。
3.根据权利要求1所述的一种处理重金属污染土壤的固化稳定剂制备，其特征在于：所述特殊添加组分中的所述磷化物或所述硫化物根据土壤中含铅、汞、镉和六价铬重金属污染时需要对应添加。
4.根据权利要求1所述的一种处理重金属污染土壤的固化稳定剂制备，其特征在于：所述镁基化合物为氧化镁、氯化镁和碳酸镁中的一种或二种或三种按比例混合。
5.根据权利要求1所述的一种处理重金属污染土壤的固化稳定剂制备，其特征在于：所述钙基氧化物为氧化钙和碳酸钙中的一种或二种按比例混合。
6.根据权利要求1所述的一种处理重金属污染土壤的固化稳定剂制备，其特征在于：针对特殊重金属(铅、汞、镉和六价铬重金属)的添加的所述磷化物为磷酸二氢钾、磷酸一氢钾、磷酸钾和磷酸钠中的一种或多种按比例混合。
7.根据权利要求1所述的一种处理重金属污染土壤的固化稳定剂制备，其特征在于：针对特殊重金属(铅、汞、镉和六价铬重金属)的添加的所述硫化物为硫化钾、硫化钠和硫化亚铁中的一种或二种按比例混合。
8.一种如权利要求1所述的处理重金属污染土壤的固化稳定剂制备的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)检测待处理污染土壤中重金属的成分、含量及浸出毒性，进入下一步骤；
(2)根据上一步骤中的检测结果，按重量比，重金属污染土壤：固化稳定剂=10～100∶1添加固化稳定剂，将固化稳定剂采用翻耕搅拌或土壤改良机混合的方式将待处理土壤连同固化稳定剂搅拌混合均匀，形成混合土壤；通过加水方式，保持混合土壤的含水量在20％或20％以上，进入下一步骤；
(3)对混合土壤进行保湿养护，养护时间在5天或5天以上，让混合土壤中的固化稳定剂发生水化、胶凝、结晶、矿化和共沉淀等作用与被污染土壤中的重金属发生反应，以不溶性矿化结晶物的形式存在，减少重金属的析出性和生物可获得性，进入下一步骤；
(4)采样检测混合土壤中重金属的浸出毒性；按照《固体废物浸出毒性浸出方案硫酸硝酸法》(HJ／T299-2007)或其他公知的检测技术进行浸出毒性测试，如果检测不符合环保要求，增加养护时间，必要时加水，直到检测结果符合环保要求。
9.根据权利要求8所述的一种处理重金属污染土壤的固化稳定剂制备的使用方法，其特征在于：如重金属污染土壤中含有铅、汞、镉和六价铬重金属浸出浓度超标需要处理，则需要将特殊添加组分按照特殊添加组分和污染土壤中重金属含量以摩尔比P∶M=2～50∶1加入基本组分后配制成固化稳定剂，然后进行步骤(2)到步骤(4)。
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