CN105598146B - 用于铬污染土壤修复的固化剂及修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于铬污染土壤修复的固化剂及修复方法。本发明的固化剂，它是由以下质量份的物质组成：2～3份硫酸亚铁，5～8份水泥，3～5份多孔无机材料基料；其中，所述多孔无机材料基料是由氧化铝、硅酸铝和氧化铁按质量比为1.8～2.2：5～6：2.5～3混合组成。本发明通过还原解毒与固化剂相结合的方法有效温度固化污染土壤中的重金属铬，再进过后期高温煅烧的方法进一步稳定土壤中的铬。本发明实现了对铬污染土壤的修复治理，调整效果好，操作简单，成本低廉，修复后的土壤中铬浸出浓度含量低于国家标准，并使得修复的土壤直接进行建材的生产，避免了传统的填埋方法，大大的节约了土地资源，具有一定的经济效益。

Description

用于铬污染土壤修复的固化剂及修复方法

技术领域

本发明涉及一种污染土壤的资源再利用方法，具体涉及一种用于铬污染土壤修复的固化剂及修复方法。

背景技术

当前土壤重金属污染已经成为严重的环境污染问题，并且成为当今危害人类健康的重要因素之一。与此同时，土壤重金属污染修复与治理研究是环境污染治理研究的重点与热点。

在自然界中，重金属很难被微生物代谢降解，进入土壤中很难消除，不同条件下，重金属存在的形态与价态不一样，其毒性与活性也会有明显的不同，重金属铬(Cr)元素就是比较突出的一种，土壤中铬通常存在四种形态，不同的形态所表现的毒性强弱也不同，其形态有三价铬Cr(III)(Cr³⁺阳离子和CrO₂ ^2-阴离子)和六价铬Cr(VI)(Cr₂O₇ ^2-和CrO₄ ^2-两种阴离子)；六价铬的毒性极强，极易溶于水，迁移性极强；而三价铬的毒性比六价铬的毒性低一百倍左右，其迁移性相较于六价铬较弱。土壤中铬主要以六价铬的形态存在，相对于六价铬，三价铬毒性较低，对环境影响较小，且在自然条件下六价铬易于倍还原成三价铬，而三价铬难以转化为六价铬，因此对铬污染土壤修复处理主要考虑对六价铬进行修复处理，铬污染土壤的修复机制通常有两种：一是将铬从污染土壤中清除，二是改变六价铬在土壤中的存在形态，将六价铬还原为三价铬，降低其在环境中的迁移能力和生物可利用性。铬污染土壤修复技术主要有以下几种方法：固定稳定化、植物修复和化学萃取等方法。

植物修复是公认的较为理想的原位土壤治理技术，但存在明显的缺点：特定的超累积植物筛选复杂，同时植株矮小、生物量较低、生长速度慢、生长周期长；后期的植被生长管理成本大，周期长，同时植物修复受到土壤类型、温度、湿度和营养等环境条件的限制。

土壤的化学萃取过程是将萃取液向土壤表面扩散、溶解污染物质，同时萃取出的污染物在土壤内部扩散、萃取出的污染物从土壤表面向流体扩散，最后收集齐萃取后液。但是化学萃取液中往往含有大量的重金属，如果不加以处理而直接排放会造成二次污染，有一定的环境风险隐患。

固定稳定化主要以降低土壤中重金属的含量或使其钝化以达到改善土壤理化性质，最终以恢复土壤生态的正常功能为目的。该方法的关键是选择经济有效的固化剂，通过加入固化剂，继而产生沉淀、吸附、离子交换、腐殖化、氧化还原等一系列反应，降低重金属离子在土壤环境中的生物有效性和迁移性。

目前相关的研究多集中在酸性硫酸盐土，而且对于该土壤的改良的研究也较为零散。而对于受到重金属污染的土壤，土壤重金属含量及生物毒性高等问题仍没有有效的解决办法。当前去除土壤中的铬已经成为技术性难点，因此有必要寻找一种长期稳定铬，并不造成二次污染的更科学、合理、经济的方法。

发明内容

[要解决的技术问题]

本发明的目的是解决上述现有技术问题，提供一种用于铬污染土壤修复的固化剂及修复方法。

[技术方案]

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：

本发明通过还原解毒与固化剂相结合的方法有效温度固化污染土壤中的重金属铬，再进过后期高温煅烧的方法进一步稳定土壤中的铬。

一种用于铬污染土壤修复的固化剂，它是由以下质量份的物质组成：2～3份硫酸亚铁，5～8份水泥，3～5份多孔无机材料基料；

其中，所述多孔无机材料基料是由氧化铝、硅酸铝和氧化铁按质量比为1.8～2.2：5～6：2.5～3混合组成。

本发明更进一步的技术方案，所述硫酸亚铁的纯度为分析纯。

本发明更进一步的技术方案，所述水泥为硅酸盐水泥或铝酸盐水泥。

本发明更进一步的优选实施方案，所述多孔无机材料基料是由氧化铝、硅酸铝和氧化铁按质量比为2：5：3混合组成。

一种利用上述所述的固化剂进行的铬污染土壤修复方法，它包括以下步骤：

(1)修复固化

首先，对需要修复的土壤进行开挖，然后运输至特定的土壤修复场地；

然后，将需要修复的土壤进行破碎、筛分，按照固化剂与需要修复的土壤的质量比为1.5～3：100的比例加入固化剂并混合均匀；

接着，向混合均匀的土壤中加入水至含水率达30～40％，放置5～9天后，得到修复后的土壤；

(2)煅烧

将修复后的土壤运送至砖窑厂中，在温度为800～1200℃的条件下煅烧制成砖材；煅烧过程中加入发泡剂。

本发明更进一步的优选实施方案，所述固化剂与需要修复的土壤的质量比为1.5～2.5：100。

本发明另一个的优选实施方法，所述煅烧的温度为1000～1100℃。

下面将详细地说明本发明。

本发明中，固化剂的硫酸亚铁用于将六价铬还原解毒为三价铬；然后，三价铬在水泥的作用下进行固化、包覆。多孔无机材料基料中的氧化铝、硅酸铝和氧化铁需要在高温熔融煅烧的过程中加入发泡剂形成多孔无机材料，当固化剂与铬污染土壤混合后经过初步的修复和固化，再在800～1200℃下煅烧加入发泡剂，可促进多孔无机材料基料形成多孔无机材料，以便进一步对三价铬离子进行包裹、吸附，以增强对铬离子的固化作用，所述发泡剂按常规发泡剂使用量添加。此外，经过煅烧固化后的土壤可直接生产成砖材，并且砖材中的铬后期可达到长期稳定的效果，达到国家建材安全要求，满足国家铬渣污染治理环境保护技术规范HJ/T301-2007。当本发明的固化剂与土壤的质量比为1.5～3：100时，其还原解毒、固化的效果最好，固化剂加入量较少时，铬污染土壤的还原解毒、固化的效果不佳；加入量过大时，浪费固化剂。并且在温度为800～1200℃的条件下进行煅烧，可以保证铬污染土壤的还原解毒、固化效果最好。温度过高其还原解毒、固化的效果得不到的进一步提升的同时还浪费燃料资源。本发明将铬污染土壤与固化剂混合均匀后，需放置5～9天至土壤中的铬离子失去其生物有效性，从而实现土壤的修复。

[有益效果]

本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：

经过本发明的固化剂修复的土壤，满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》；可送入生活垃圾填埋场填埋处理；此外，利用本发明的修复方法可以使污染土壤经过煅烧制成砖材，从而实现了资源再利用，大大节约了资源，且有一定的经济价值。

本发明提供的固化剂和修复方法，能够有效的降低污染土壤中的溶解铬；实现了对铬污染土壤的修复治理，调整效果好，操作简单，成本低廉，修复后的土壤中铬浸出浓度含量低于国家标准，并使得修复的土壤直接进行建材的生产，避免了传统的填埋方法，大大的节约了土地资源，具有一定的经济效益。

附图说明

图1为本发明实施例1～3与对比实施例1～3修复后的土壤的铬浸出浓度示意图。

图2为本发明实施例4、5和对比实施例4、5修复后的土壤的铬浸出浓度示意图。

具体实施方式

下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。

实施例1：

本发明用于铬污染土壤修复的固化剂，它是由以下质量份的物质组成：2份分析纯的硫酸亚铁，8份硅酸盐水泥，4份多孔无机材料基料；其中，所述多孔无机材料基料是由氧化铝、硅酸铝和氧化铁按质量比为2：5：3混合组成。

利用上述固化剂进行的铬污染土壤修复方法，它包括以下步骤：

(1)修复固化

首先，对需要修复的土壤进行开挖，然后运输至特定的土壤修复场地；

然后，将需要修复的土壤进行破碎、筛分，按照固化剂与需要修复的土壤的质量比为1.5：100的比例加入固化剂并混合均匀；

接着，向混合均匀的土壤中加入水至含水率达30～40％，放置7天至土壤中铬离子失去其生物活性，得到修复后的土壤；

(2)煅烧

将修复后的土壤运送至砖窑厂中，在温度为1000℃的条件下煅烧制成砖材；煅烧过程中加入发泡剂。

实施例2

将实施例1中固化剂与需要修复的土壤的质量比换为2：100，其余同实施例1。

实施例3

将实施例1中固化剂与需要修复的土壤的质量比换为2.5：100，其余同实施例1。

实施例4

本发明用于铬污染土壤修复的固化剂，它是由以下质量份的物质组成：3份分析纯的硫酸亚铁，5份铝酸盐水泥，3份多孔无机材料基料；其中，所述多孔无机材料基料是由氧化铝、硅酸铝和氧化铁按质量比为2：5：3混合组成。

利用上述固化剂进行的铬污染土壤修复方法，它包括以下步骤：

(1)修复固化

首先，对需要修复的土壤进行开挖，然后运输至特定的土壤修复场地；

然后，将需要修复的土壤进行破碎、筛分，按照固化剂与需要修复的土壤的质量比为2.5：100的比例加入固化剂并混合均匀；

接着，向混合均匀的土壤中加入水至含水率达30～40％，放置9天至土壤中铬离子失去其生物活性，得到修复后的土壤；

(2)煅烧

将修复后的土壤运送至砖窑厂中，在温度为1000℃的条件下煅烧制成砖材；煅烧过程中加入发泡剂。

实施例5

将实施例4中煅烧的温度换为800℃，其余同实施例1。

实施例6

本发明用于铬污染土壤修复的固化剂，它是由以下质量份的物质组成：3份分析纯的硫酸亚铁，6份铝酸盐水泥，5份多孔无机材料基料；其中，所述多孔无机材料基料是由氧化铝、硅酸铝和氧化铁按质量比为2.2：6：2.8混合组成。

利用上述固化剂进行的铬污染土壤修复方法，它包括以下步骤：

(1)修复固化

首先，对需要修复的土壤进行开挖，然后运输至特定的土壤修复场地；

然后，将需要修复的土壤进行破碎、筛分，按照固化剂与需要修复的土壤的质量比为2：100的比例加入固化剂并混合均匀；

接着，向混合均匀的土壤中加入水至含水率达30～40％，放置7天至土壤中铬离子失去其生物活性，得到修复后的土壤；

(2)煅烧

将修复后的土壤运送至砖窑厂中，在温度为1200℃的条件下煅烧制成砖材；煅烧过程中加入发泡剂。

对比实施例1

将实施例1中固化剂与需要修复的土壤的质量比换为0：100，其余同实施例1。

对比实施例2

将实施例1中固化剂与需要修复的土壤的质量比换为0.5：100，其余同实施例1。

对比实施例3

将实施例1中固化剂与需要修复的土壤的质量比换为1：100，其余同实施例1。

对比实施例4

将实施例1中的煅烧步骤去除，其余同实施例1。

对比实施例5

将实施例1中煅烧的温度换为600℃，其余同实施例1。

下述测定浸出六价铬浓度和浸出总铬浓度的测定方法为国家铬渣污染治理环境保护技术规范HJ/T301-2007中规定的浸出测定方法。

对实施例1～3与对比实施例1～3修复后的土壤进行铬浸出含量的对比，具体结果见表1。

表1不同固化剂添加量的铬浸出含量的比较表

其中，表1中所述固化剂的添加量为其与需要修复的土壤质量的百分比。由表1结合图1中可以看出，当添加的固化剂是需要修复的土壤质量的1.5％以上时，其六价铬浸出浓度和总铬浸出浓度都很低，当添加的固化剂是需要修复的土壤质量的2.5％时，其固化稳定的效果已经完全满足国家相关处理标准。

对实施例4、5和对比实施例4、5修复后的土壤进行铬浸出含量的对比，具体结果见表2。

表2不同煅烧温度下铬浸出含量比较表

从表2结合图2可知，经过适当温度煅烧后的已修复土壤其稳定固化效果更好。并且一定需要在适当温度下进行煅烧，本发明煅烧温度优选800～1200℃，利用本发明的后期煅烧处理，可使生产的砖材中的铬后期可以达到长期稳定的效果，达到国家建材安全要求，满足国家铬渣污染治理环境保护技术规范HJ/T301-2007。

本发明使用的新型固化剂和后期处理方法，不仅大大降低了污染土壤中的铬含量，而且可以实现铬污染土壤的资源再利用，使污染土壤可生产有色玻璃、路基材料、水泥、砖材等建材材料，避免了传统的污染填埋的方法，大大节约了公共资源，并有一定的经济价值。且具有长期稳定固化的效果。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (7)

1.一种用于铬污染土壤修复的固化剂，其特征在于它是由以下质量份的物质组成：2～3份硫酸亚铁，5～8份水泥，3～5份多孔无机材料基料；

其中，所述多孔无机材料基料是由氧化铝、硅酸铝和氧化铁按质量比为1.8～2.2：5～6：2.5～3混合组成。

2.根据权利要求1所述的用于铬污染土壤修复的固化剂，其特征在于所述硫酸亚铁的纯度为分析纯。

3.根据权利要求1所述的用于铬污染土壤修复的固化剂，其特征在于所述水泥为硅酸盐水泥或铝酸盐水泥。

4.根据权利要求1所述的用于铬污染土壤修复的固化剂，其特征在于所述多孔无机材料基料是由氧化铝、硅酸铝和氧化铁按质量比为2：5：3混合组成。

5.一种利用权利要求1～4任意一项所述的固化剂进行的铬污染土壤修复方法，其特征在于它包括以下步骤：

(1)修复固化

首先，对需要修复的土壤进行开挖，然后运输至特定的土壤修复场地；

然后，将需要修复的土壤进行破碎、筛分，按照固化剂与需要修复的土壤的质量比为1.5～3：100的比例加入固化剂并混合均匀；

接着，向混合均匀的土壤中加入水至含水率达30～40％，放置5～9天后，得到修复后的土壤；

(2)煅烧

将修复后的土壤运送至砖窑厂中，在温度为800～1200℃的条件下煅烧制成砖材；煅烧过程中加入发泡剂。

6.根据权利要求5所述的铬污染土壤修复方法，其特征在于所述固化剂与需要修复的土壤的质量比为1.5～2.5：100。

7.根据权利要求5所述的铬污染土壤修复方法，其特征在于所述煅烧的温度为1000～1100℃。