CN105911221B - 重金属离子固化产物长期稳定性试验装置和试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种重金属离子固化产物长期稳定性试验装置和试验方法，该装置包括液体室（1）、气体室（2）、漏斗（3）、容器（4）和渗透膜（8），液体室（1）设在固化产物的上方，气体室（2）设在固化产物四周，固化产物通过渗透膜（8）与气体室（2）相连通，液体室（1）内设有提取液，液体室（1）的上方设有密封盖（5），气体室（2）内设有CO2气体。该方法包括以下步骤：将渗透膜贴敷于固化产物四周，1d后将固化产物置于漏斗上方；向液体室注入提取液；在气体室中充入CO2气体；调整施加在密封盖上方的压力的大小，实现碳化‑酸‑渗流环境的模拟。本装置成本低廉，结构简单，实现了碳化‑酸‑渗流环境的模拟。
Description
技术领域
本发明涉及环境工程技术领域，尤其涉及一种重金属离子固化产物长期稳定性试验装置和试验方法。
背景技术
据有关资料统计，我国每年产生工业固体废弃物7.84亿吨，其中危险废弃物1015万吨。并且以8-10%左右的速度逐年递增，这些废弃物大都含有对人类及生存环境有严重威胁的重金属元素，重金属的污染已严重阻碍了国民经济和社会的发展，威胁了人类的健康，不容忽视。如何科学合理处理重金属污染，实现无害化和资源化，成为全社会关注的热点。
固化技术适用于多达56种工业废弃物中重金属的处理，是一种可用范围广、具有前景的重金属处理途径，但仍存在较多问题急需解决。在实际环境中碳化、酸环境及渗流作用不可避免，且常常三者同时作用于固化产物，加剧了重金属固化产物的分解速度。目前，关于碳化-酸-渗流耦合作用下重金属固化及稳定性的研究成果未见报道，迫切需要实现碳化-酸-渗流耦合作用下重金属离子固化产物长期稳定性试验装置和试验方法。
由HJ/T299-2007等相关规范提供现有的技术只是模拟在酸性溶液的侵蚀下重金属从固体废弃物或固化产物中浸出而进入环境的过程。而实际环境却是碳化-酸-渗流三者的耦合，对真实环境模拟的实验装置和方法还是个空白。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种模拟实际环境中碳化-酸-渗流耦合作用下重金属离子固化产物长期稳定性试验装置和试验方法，该装置结构简单，成本低廉。
本发明通过以下技术方案实现：
重金属离子固化产物长期稳定性试验装置，包括液体室、气体室、漏斗、容器和渗透膜；液体室设在固化产物的上方，漏斗设在固化产物和气体室连接处的下方且漏斗位于容器内，气体室设在固化产物四周，固化产物通过渗透膜与气体室相连通，液体室内设有提取液，提取液是pH=3.20±0.5的酸溶液，液体室的上方设有密封盖，气体室内设有CO2气体。
作为优选，所述的酸溶液采用质量比为2：1的浓硫酸和硝酸配制。
作为优选，渗透膜为PVDF膜。CO2可以通过，由于渗透膜孔隙和液体表面张力的作用，液体不能透过。
作为优选，液体室和气体室之间通过螺栓和固定圈连接。本装置中容器支撑气体室，气体室和液体室固定连接，提高结构稳定性。
为防止渗漏，在密封盖与液体室接触处，液体室与气体室接触处，气体室与固化产物上翼缘接触处，气体室与固化产物下翼缘接触处均设有密封圈密封。
作为优选，漏斗通过防腐胶粘结在固化产物和气体室的下方
作为优选，渗透膜通过防腐胶贴敷于固化产物。
作为优选，防腐胶为丁基胶。
一种重金属离子固化产物长期稳定性试验方法，以上述装置为基础，包括以下步骤：
第一步，将硬化后的固化产物表面的浮浆层打磨掉，把渗透膜贴敷于固化产物四周，1d后将固化产物置于漏斗上方；
第二步，向液体室注入提取液；
第三步，在气体室中充入CO2气体，使气压大于渗透膜的渗透阻力，CO2气体经渗透膜扩散进入固化产物，导致固化产物碳化。
第四步，调整施加在密封盖上方的压力的大小，使提取液以不同的速度通过固化产物，渗透过固化产物的提取液通过漏斗收集在容器中，获得浸出液，实现碳化-酸-渗流环境的模拟。
作为优选，固化产物的直径与高之比为Ø: H =1:1，提取液的注入体积/固化产物的质量为10L：1Kg。使酸渗漏和气体的扩散更加均匀。
作为优选，第一步固化产物硬化28d。
作为优选，第三步CO2的浓度为0.38%。采用该浓度能够较好的模拟现实环境。
作为优选，所述的固化产物尺寸为Ø9.5mm×H9.5mm。试验表明，按照这样的技术方案可以达到最好的模拟效果。
作为优选，提取液以0.01mL/min和0.03mL/min的速度通过固化产物。
本发明通过上述试验装置和试验方法实现了碳化-酸-渗流环境的模拟：通过对液体室施加压力，使提取液缓慢渗入固化产物中，模拟酸和渗流的作用。通过在固化产物上贴敷PVDF膜，该膜仅能透过气体，实现碳化的作用，三种作用同时发生，实现了耦合模拟。
本装置成本低廉，结构简单，操作方便；该试验方法实现了碳化-酸-渗流环境的模拟，能够取得良好的经济和社会效益。
附图说明
图1是本发明重金属离子固化产物长期稳定性试验装置的结构示意图。
其中：1、液体室；2、气体室；3、漏斗；4、容器；5、密封盖；6、螺栓；7、固定圈；8、渗透膜；9、密封圈。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的阐述。
如图1所示，本发明的重金属离子固化产物长期稳定性试验装置包括液体室1，气体室2，漏斗3和容器4。
固化产物位于液体室1的正下方，渗透膜8贴敷于固化产物的四周，固体产物通过渗透膜与气体室2相连通。液体室1的上方设有密封盖5，气体室2位于固化产物的四周，液体室1和气体室2之间通过螺栓6和固定圈7连接。
气体室2下方设有容器4支撑，容器4内设有漏斗3，漏斗3设在固化产物和气体室2连接处的下方，且漏斗3和气体室2之间采用防腐胶粘结。容器4用来收集浸出液。
为防止渗漏，在密封盖5与液体室1接触处、液体室1与气体室2接触处、气体室2与固化产物上翼缘接触处、气体室2与固化产物下翼缘接触处均设有密封圈9密封。
液体室1内设有提取液，提取液是pH=3.20±0.5的酸溶液和去离子水，酸溶液采用质量比为2：1的浓硫酸和硝酸配制而成。
气体室2内通入CO2气体。
渗透膜8为PVDF膜，CO2可以通过，由于渗透膜孔隙和液体表面张力的作用，液体不能透过。
一种重金属离子固化产物长期稳定性试验方法，以上述装置为基础，具体实施步骤如下：
将硬化28d的固化产物上下表面和四周用钢刷打磨掉表面浮浆层（由于成型振动，表面浮浆层水灰比偏大），把渗透膜贴敷于固化产物四周，用丁基胶把渗透膜的上翼缘和下翼缘固定在固化产物上，1d后将固化产物置于气体室中间。
按照提取液的体积/固化产物的质量为10：1L/Kg向液体室注入提取液。
在气体室中充入CO2气体，CO2的浓度为0.38%，气压大于渗透膜的渗透阻力。CO2气体经渗透膜扩散进入固化产物，导致固化产物碳化。
调整压力F的大小使提取液以不同的速度通过固化产物，由于渗透膜的作用，提取液不能进入气体室中。渗透过固化产物的提取液通过漏斗收集在容器中，获得浸出液。
本实施例固化产物的直径与高之比为Ø: H =1:1，尺寸为Ø9.5mm×H9.5mm。提取液以0.01mL/min和0.03mL/min的速度通过提取液。
本发明通过上述方法实现了碳化-酸-渗流环境的模拟。
Claims (10)
1.重金属离子固化产物长期稳定性试验装置，包括液体室（1）、气体室（2）、漏斗（3）、容器（4）和渗透膜（8），其特征在于：液体室（1）设在固化产物的上方，漏斗（3）设在固化产物和气体室（2）连接处的下方且漏斗（3）位于容器（4）内，气体室（2）设在固化产物四周，固化产物通过渗透膜（8）与气体室（2）相连通，液体室（1）内设有提取液，提取液是pH=3.20±0.5的酸溶液，液体室（1）的上方设有密封盖（5），气体室（2）内设有CO2气体。
2.根据权利要求1所述的重金属离子固化产物长期稳定性试验装置，其特征在于：所述的酸溶液采用质量比为2：1的浓硫酸和硝酸配制。
3.根据权利要求1所述的重金属离子固化产物长期稳定性试验装置，其特征在于：渗透膜（8）为PVDF膜。
4.根据权利要求1所述的重金属离子固化产物长期稳定性试验装置，其特征在于：液体室（1）和气体室（2）之间通过螺栓（6）和固定圈（7）连接。
5.根据权利要求1所述的重金属离子固化产物长期稳定性试验装置，其特征在于：在密封盖（5）与液体室（1）接触处，液体室（1）与气体室（2）接触处，气体室（2）与固化产物上翼缘接触处，气体室（2）与固化产物下翼缘接触处均设有密封圈（9）密封。
6.根据权利要求1所述的重金属离子固化产物长期稳定性试验装置，其特征在于：漏斗（3）通过防腐胶粘结在固化产物和气体室（2）的下方，渗透膜（8）通过防腐胶贴敷于固化产物四周。
7.基于权利要求1所述的重金属离子固化产物长期稳定性试验装置的试验方法，包括以下步骤：
第一步，将硬化后的固化产物表面的浮浆层打磨掉，把渗透膜（8）贴敷于固化产物四周，1d后将固化产物置于漏斗（3）上方；
第二步，向液体室（1）注入提取液；
第三步，在气体室（2）中充入CO2气体，使CO2气体经渗透膜（8）扩散进入固化产物；
第四步，调整施加在密封盖（5）上方的压力的大小，使提取液以不同的速度通过固化产物，渗透过固化产物的提取液通过漏斗（3）收集在容器（4）中，获得浸出液，实现碳化-酸-渗流环境的模拟。
8.根据权利要求7所述的重金属离子固化产物长期稳定性试验装置的试验方法，其特征在于：第一步固化产物硬化28d。
9. 根据权利要求7所述的重金属离子固化产物长期稳定性试验装置的试验方法，其特征在于：固化产物的直径与高之比为Ø: H =1:1，提取液的注入体积/固化产物的质量为10L：1Kg。
10.根据权利要求9所述的重金属离子固化产物长期稳定性试验装置的试验方法，其特征在于：所述的固化产物尺寸为Ø9.5mm×H9.5mm。
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