CN105602574B - 一种重金属污染土固化稳定剂的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种重金属污染土固化稳定剂的制备方法及其应用，包括以下步骤：原料配比：将秸秆、植物皮壳、豆渣以1~4:2~3:2~3的质量比混合，制备成混合物Ⅰ；热解：将混合物Ⅰ放入固定床热解炉，控制电压为150~180V，升温速率控制为10~30℃/分钟，加热炉体温度至600~700℃，加热过程中同步通入氮气，氮气压力保持在0.05~0.1MPa/s，使物料进入热解状态，保持时间为1~5h，得到物料Ⅱ；将物料Ⅱ与白云石、高磷锰矿石及水泥窑尾回灰以1~5:1~3:1~3:2~3的质量比混合，粉磨，得到重金属污染土壤的固化稳定剂。该方法利用农村废弃物、园林废弃物等固体废弃物，制备出可用于固化稳定化重金属污染土壤的药剂，不仅解决困扰我国的固废处理难题，而且以废治废，减少重金属的迁移和在生态链中的富集。
Description
技术领域
本发明涉及固体废弃物再利用领域，尤其是针对重金属污染土壤的固化稳定化技术。具体为一种重金属污染土固化稳定剂的制备方法及应用。
背景技术
土壤是人类赖以生存的物质基础，是人类生态环境的重要组成部分。随着国家节能减排政策、城市建设扩张、产业结构布局调整的需要，大量高能耗、高污染企业被关停整顿或是由市区迁至市郊。由于此类工厂如电镀、皮革、冶炼企业年代较旧，生产设备老旧，“废液、废气、废渣"排放设施不达标，往往使企业所在场地受到严重污染。美国环境署将这些遭受大量重金属、有机物污染的场地称之为“棕色地块”，具体包括了废弃的工业用地、汽车加油站、废弃的库房、废弃的可能含有害放射性物质的居住建筑物等，这些地块在不同程度上被工业废物所污染，给人体健康和生态环境造成了严重的威胁。根据全国土壤污染状况调查初步统计分析结果，我国污染场地及周边土壤环境问题相当突出。受污染土壤主要集中在重污染行业企业、工业遗留场地、固废堆放及处理处置场地、油田、矿区、污灌区、规模化养殖场、交通干线两侧及周边地区。在我国各类污染中，上述高能耗、高污染工厂一企业所带来的污染约占到70%，其产生的大量有毒有害物质侵入地表后会破坏土体结构性质，会伴随着地下水体的运移而危害动植物的生长发育，并且通过生物链放大作用进一步危害人类的生存安全。仅以土壤重金属污染为例，全国每年就因重金属污染而减产粮食1000多万吨，另外被重金属污染的粮食每年也多达1200万吨。土壤污染具有典型的定时炸弹性质，一旦大面积爆发，将会对国家可持续发展造成难以估量的影响，因此，如何合理处置污染土壤成为当前急需解决的问题，开展污染土壤处置技术研究刻不容缓。污染土壤的修复技术研究正在成为世界各国研究的重点，同样也是我国在环保领域的一个重要课题和研究方向。
据我国农业部进行的全国污灌区调查，在约140万公顷的污水灌区中，遭受重金属污染的土地面积占污水灌区面积的64.8%，其中轻度污染的占46.7%，中度污染的占9.7%。这些重金属污染成分在地表积累沉积并随地表水体和地下水系运移，使目前全球土地面临严重的重金属污染威胁。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种制备重金属污染土壤固化稳定剂的方法，该方法利用农村废弃物、园林废弃物等固体废弃物，制备出可用于固化稳定化重金属污染土壤的药剂，不仅解决困扰我国的固废处理难题，而且可以以废治废，减少重金属的迁移和在生态链中的富集。本发明针对重金属污染土壤，采用将重金属污染土与其他城市废弃物联合处理的方式，达到多种固体废弃物同时处理的目的。
本发明的技术方案是通过以下技术方案实现的：
一种重金属污染土固化稳定剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
A、原料配比：将秸秆、植物皮壳、豆渣以1~4:2~3:2~3的质量比混合，制备成混合物Ⅰ；
B、热解：将混合物Ⅰ放入固定床热解炉，控制电压为150~180V，升温速率控制为10~30℃/分钟，加热炉体温度至600~700℃，加热过程中同步通入氮气，氮气压力保持在0.05~0.1MPa/s，使物料进入热解状态，保持时间为1~5h，得到物料Ⅱ；
C、将物料Ⅱ与白云石、高磷锰矿石及水泥窑尾回灰以1~5:1~3:1~3:2~3的质量比混合，粉磨，得到重金属污染土壤的固化稳定剂。
进一步的，步骤A中的植物壳皮为稻壳、果壳、坚果壳及麸皮。
进一步的，步骤A中秸秆的粉碎粒度为15~30mm、植物皮壳的粉碎粒度为5~10mm、豆渣的粒度为1~5mm。
进一步的，步骤A中所述秸秆为玉米秸秆，所述植物壳皮为椰壳，所述玉米秸秆、椰壳及豆渣的质量比为3:2:2。
所述重金属污染土固化稳定剂的使用方法，其特征在于：采用搅拌混合装置以15~20转/分钟搅拌速度将所述重金属污染土固化稳定剂与重金属污染土壤按照5%~10%质量比拌合10分钟后，经过7~10天自然老化。
本发明具有以下优点和效果：
1、原位固化稳定化：采用搅拌混合装置将该药剂与重金属污染土壤按照5%~10%重量比拌合后，经过自然老化，重金属的迁移性降低；
2、增加土壤的通透性能：添加药剂后，土壤的通透性能增加了15%以上；
3、采用的原料是园林及农业废弃物，实现了以废治废。
具体实施方式
实施例1
通过以下步骤制备重金属污染土壤的固化稳定化药剂：
A、原料配比：将秸秆、稻壳（果壳、麸皮、坚果等）、豆渣按照1~4:2~3:2~3的比例混合，制备成混合物Ⅰ；此配合比有助于将各种物料的粒径合理搭配，得到大中小粒径组合适宜的物料配合比。各成分最优选的颗粒度为：秸秆为20mm、植物皮壳为10mm、豆渣的粒度为5mm。
B、热解：将混合物Ⅰ放入固定床热解炉，通入氮气置换气氛后，启动电源，控制电压为150~180V，升温速率控制为10~30度/分钟，加热炉体温度至600~700度左右，加热过程中同步通入氮气，氮气压力保持在0.05~0.1MPa/s，使物料进入热解状态，保持时间为1~5h，得到物料Ⅱ；
此步骤的作用是将配合好的物料脱除水分和氮硫等杂质，得到物料均一、微孔排列合理的重金属吸附物质。此物质中含有不同大小的微孔结构，不仅能对重金属起到吸附作用，而且可以增加土壤中的通透性能和保持水土能力。
C、将物料Ⅱ与脱硫石膏、高磷锰矿石及水泥窑尾回灰按照1~5:1~3:1~3:2~3的比例混合，粉磨至200目以下，得到重金属污染土壤的固化稳定剂。脱硫石膏、高磷锰矿石及水泥窑尾回灰互相组合，其主要作用是提高重金属的稳定化效果，此外，脱硫石膏及水泥窑尾回灰还可以提高土壤的固化性能。
实施例2
在实施例1的基础上进一步优选技术方案并应用。
将向日葵秸秆与花生壳及豆渣按照3:2:2的比例混合后，放入固定床热解炉，通入氮气置换气氛后，启动电源，控制电压为170V，升温速率控制为25度/分钟，加热炉体温度至600度，加热过程中同步通入氮气，氮气压力保持在0.05MPa/s，使物料进入热解状态，保持时间为2h后，再与白云石、高磷锰矿石及水泥窑尾回灰按照4:1:1:2的比例混合，粉磨至200目以下，得到重金属污染土壤的固化稳定剂。将此药剂6%添加到浸出浓度超过国家标准3倍以上的含铅重金属污染土壤中，经过7天自然老化，重金属的浸出浓度降低65%以上，土壤的通透性能增加了15%以上。
实施例 3
在实施例1的基础上进一步优选技术方案并应用。
将小麦秸秆与杏仁及豆渣按照4:3:3的比例混合后，放入固定床热解炉，通入氮气置换气氛后，启动电源，控制电压为160V，升温速率控制为10度/分钟，加热炉体温度至650度，加热过程中同步通入氮气，氮气压力保持在0.08MPa/s，使物料进入热解状态，保持时间为2h后，再与白云石、高磷锰矿石及水泥窑尾回灰按照3:1:1:2的比例混合，粉磨至200目以下，得到重金属污染土壤的固化稳定剂。将此药剂5%添加到浸出浓度超过国家标准5倍以上的含镉重金属污染土壤中，经过10天自然老化，重金属的浸出浓度降低50%以上，土壤的通透性能增加了20%以上。
实施例4
在实施例1的基础上进一步优选技术方案并应用。
将玉米秸秆与椰壳及豆渣按照3:2:2的比例混合后，放入固定床热解炉，通入氮气置换气氛后，启动电源，控制电压为180V，升温速率控制为20度/分钟，加热炉体温度至700度，加热过程中同步通入氮气，氮气压力保持在0.10MPa/s，使物料进入热解状态，保持时间为3h后，再与白云石、高磷锰矿石及水泥窑尾回灰按照3:2:1:2的比例混合，粉磨至200目以下，得到重金属污染土壤的固化稳定化药剂。将此药剂5%添加到浸出浓度超过国家标准7.8倍以上的含锌重金属污染土壤中，经过10天自然老化，重金属的浸出浓度降低75%以上，土壤的通透性能增加了25%以上。
Claims (4)
1.一种重金属污染土固化稳定剂的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
A、原料配比：将秸秆、植物皮壳、豆渣以1~4:2~3:2~3的质量比混合，制备成混合物Ⅰ，秸秆的粉碎粒度为15~30mm、植物皮壳的粉碎粒度为5~10mm、豆渣的粒度为1~5mm；
B、热解：将混合物Ⅰ放入固定床热解炉，控制电压为150~180V，升温速率控制为10~30℃/分钟，加热炉体温度至600~700℃，加热过程中同步通入氮气，氮气压力保持在0.05~0.1MPa/s，使物料进入热解状态，保持时间为1~5h，得到物料Ⅱ；
C、将物料Ⅱ与白云石、高磷锰矿石及水泥窑尾回灰以1~5:1~3:1~3:2~3的质量比混合，粉磨，得到重金属污染土壤的固化稳定剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤A中的植物壳皮为稻壳、果壳、坚果壳及麸皮。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤A中所述秸秆为玉米秸秆，所述植物壳皮为椰壳，所述玉米秸秆、椰壳及豆渣的质量比为3:2:2。
4.权利要求1所述制备方法制备的重金属污染土固化稳定剂的应用，其特征在于：采用搅拌混合装置以15~20转/分钟搅拌速度将所述重金属污染土固化稳定剂与重金属污染土壤按照5%~10%质量比拌合10分钟后，经过7~10天自然老化。
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