CN106034458A - 一种防治赤泥堆场产生扬尘和环境污染的方法 - Google Patents

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Abstract

一种防治赤泥堆场产生扬尘和环境污染的方法，首先使用绿矾和硝基腐植酸对联合法赤泥进行改良，绿矾添加量为联合法赤泥干重的3％～10％，硝基腐殖酸添加量为联合法赤泥干重的5％～20％，调节含水率为40％～70％，充分搅拌均匀后，自然老化10天以上，使其具备植物生长的基本条件；其次通过在改良后的联合法赤泥与堆场下层赤泥之间增设厚度均大于10cm的排水层和缓冲层以减小实际情况中反盐、反碱现象对植物生长的影响，排水层包括倾斜滤水管及粗细砾石层，缓冲层选择酸性保水性良好的材料，均匀覆盖于排水层上；最后将改良后的联合法赤泥均匀的铺设在缓冲层上，待基质老化稳定后，选择耐盐碱植物柠条进行栽培。本发明可防治赤泥堆场产生的扬尘，土壤及地下水污染等环境问题。

Description

一种防治赤泥堆场产生扬尘和环境污染的方法
技术领域
本发明涉及一种防治赤泥堆场产生扬尘和环境污染的方法，属于防治赤泥堆场环境污染的方法技术领域。
背景技术
赤泥是氧化铝生产过程中产生的具有高碱、高盐特性的废弃物。每生产1吨氧化铝，就会产生1～2吨的赤泥，中国作为世界第四大氧化铝生产国，每年排放的赤泥高达700万吨。赤泥的长期堆存不仅占用大量的土地及宝贵的农田，而且对生态环境的污染不容忽视。赤泥的主要成分是CaO、Fe2O3、Al2O3、Na2O等，pH值在10～12之间，颗粒粒径大多小于63μm，其随风迁移造成的粉尘污染，极大的危害了周边作物、建筑物表面、土壤以及人体健康，甚至造成地下水污染。不同的氧化铝生产方法，赤泥的种类不同，可分为拜耳法，烧结法和联合法，由联合法产生的赤泥钙含量高，不适合用石膏来降碱，且由于铁含量低而呈灰色。尽管近年来提出了很多赤泥资源化利用的技术和方法，如用于生产水泥等建筑材料，重金属及其它有毒有害物质的修复剂等，但都是杯水车薪，其用量远小于日益增加的赤泥排放量，且受制于运输成本等因素，其代价高昂，没有从根本上解决赤泥的综合利用。因此，赤泥堆放储存仍然是目前处理赤泥的主要手段。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有联合法赤泥堆存量大引起的扬尘，土壤及地下水污染等环境问题，进而提供一种防治赤泥堆场产生扬尘和环境污染的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种防治赤泥堆场产生扬尘和环境污染的方法，步骤如下：
步骤一、对联合法赤泥进行改良
采用绿矾和硝基腐植酸对联合法赤泥进行改良，绿矾添加量为联合法赤泥干重的3％～10％，在联合法赤泥的含水率为40％～70％的条件下充分搅拌均匀，再加入硝基腐殖酸，硝基腐殖酸的添加量为联合法赤泥干重的5％～20％，充分搅拌均匀，自然老化10天以上即为改良后的联合法赤泥，备用；
步骤二、铺设排水层和缓冲层
所述排水层由细砾石层和粗砾石层组成，所述缓冲层的材料为醋渣、糠醛渣或草炭土，粗砾石层设在堆场联合法赤泥的上面，粗砾石层的上面设为细砾石层，细砾石层的上面设为缓冲层，在粗砾石层和联合法赤泥之间设有滤水管；
步骤三、覆盖改良后的联合法赤泥
将步骤一获得的改良后的联合法赤泥覆盖在缓冲层的上面，覆盖改良后的联合法赤泥的厚度＞10cm，待基质老化稳定后进行耐盐碱植物柠条的种植；
步骤四、种植耐盐碱植物柠条
播种前用30℃水浸柠条种子12h，捞出后用10％的磷化锌拌种，然后播种到改良后的联合法赤泥中，播种后10天交一次水。
所述硝基腐殖酸为粒度＜0.5mm的干粉。
所述硝基腐殖酸的添加量为联合法赤泥干重的5％。
所述缓冲层的厚度≥10cm。
所述绿矾添加量为联合法赤泥干重的5％。
所述自然老化时间为30天。
所述缓冲层的干容重为1.7kg/m3。
所述滤水管的倾斜角度为0.6°。
所述细砾石层的铺设厚度为5cm。
所述粗砾石层的铺设厚度为5cm。
硝基腐殖酸是由风化褐煤破碎后加入稀硝酸制备而成，pH值为1～4，有机质含量大于60％，络合能力强，粘结性良好，且价格低廉，每公斤约为0.91元。七水硫酸亚铁俗称绿矾，是硫酸法生产稀有金属产品过程中产出的副产品，常应用于水质净化和工业废水处理，在农业上也用作化肥，除草剂及农药等，廉价易得。采用本方法将硝基腐殖酸和绿矾用于改善联合法赤泥带来的环境问题，不仅改良了联合法赤泥的物理化学性质，降低其碱性及盐害，增加有机质含量，促进了团聚体的形成，而且抑制了赤泥中有害物质的浸出，使其作为可供植物成长的基质成为可能。
本发明结合土壤改良和植物修复技术，把赤泥转换为一种植物生长基质，使其具备植物生长的基本条件，如此便可以实现赤泥的土壤化，使赤泥堆场实现植被覆盖，减小因扬尘等引起的环境污染风险，以低成本对赤泥进行一次性无害化处理。
本发明方法中使用的硝基腐殖酸和绿矾，安全，高效，经济，可有效抑制赤泥中铝(Al)、钒(V)、铅(Pb)等金属的浸出行为，为实现联合法赤泥作为植物生长基质及赤泥堆场产生的扬尘，土壤及地下水污染等环境问题的防治提供了新的方法，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明防治赤泥堆场产生扬尘和环境污染的方法的结构示意图。
图中的附图标记，1为改良后的联合法赤泥，2为缓冲层，3为细砾石层，4为粗砾石层，5为滤水管，6为柠条。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1所示，
1.联合法赤泥基本理化性质
以中电投山西铝业有限公司上木章堆场的联合法赤泥作为研究对象。
联合法赤泥的pH值为10.6，主要化学成分为：Ca 18.39％，Al 10.27％，Si8.45％，Fe 6.30％，Ti 3.49％，O 40.75％，C 5.07％，Na 1.44％，K 0.30％，Mg 0.24％，V0.10％以及Pb 0.04％。比表面积为10.18m2g-1，电导率为2.3dS m-1。粒径分布范围在0.9～68μm之间，平均粒径为9.72μm。TOC含量是8.04g/kg。联合法赤泥的主要矿物成分包括加藤石(Ca3Al2(SiO4)(OH)8)，方钠石((Na6Al6Si6O24)·2Na2SO4)，钙霞石(CaCO3)以及赤铁矿(Fe2O3)。
上述表明，赤泥是一种含有害有毒物质的高碱性粉质工业废弃物，必须经过改良，才能使其成为植物的生长基质。
2.防治赤泥堆场产生扬尘和环境污染的方法
造成联合法赤泥高碱性的主要原因有三个，一是附着碱氢氧化钠，二是水合铝硅酸钠，三是结晶碱碳酸钠或碳酸氢钠。因此为了防治赤泥堆场产生扬尘和环境污染，必须先降低赤泥的碱性，可以通过将联合法赤泥(以下简称赤泥)作为植物生长基质来实现。采用的技术方案是利用添加剂改良措施，然后设置缓冲层和排水层，减小下层赤泥的反盐/反碱作用对改良后赤泥基质的影响，最后待基质老化稳定后进行植物种植。
a)添加剂改良措施
采用绿矾和硝基腐植酸对赤泥进行改良，所使用绿矾为工业级，七水硫酸亚铁含量大于90％，粒度为0.18mm。所使用的硝基腐植酸为黑色干粉，粒度小于0.50mm，主要化学成分为：C 48.6％，H 3.5％，N 4.1％，S 42.0％以及O 0.3％。TOC含量为192.70g/kg。主要官能团为羟基，酚羟基，羧基以及硝基。
改良措施的详细步骤是：首先将干燥板结的赤泥粉碎；其次在赤泥中加入绿矾，添加量为赤泥干重的3％～10％，再添加一定量的水调节含水率为40％～70％，充分搅拌至混合均匀；最后再加入硝基腐植酸，添加量为赤泥干重的5％～20％，充分搅拌至混合均匀，自然老化10天以上。
优选地，改良堆场表层10cm深的赤泥作为植物的生长基质。
优选地，绿矾添加量为赤泥干重的5％。
优选地，所使用的硝基腐殖酸为粒度0.15mm的干粉，添加量为赤泥干重的5％。
优选地，添加绿矾和硝基腐殖酸后的赤泥含水率调节为70％。
优选地，自然老化时间为30天。
在优选情况下，根据EPA浸出方法1312合成沉降浸出程序(SPLP)，选用pH值为4.2的浸提剂硝酸+硫酸(质量比60/40)，液固比20：1，提取时间18h，来鉴别优选情况下，经绿矾和硝基腐殖酸改良后，赤泥的化学稳定性及是否存在潜在危害。浸提结束后，离心30分钟，用0.45μm的滤膜过滤后进行分析。测试得出，改良后赤泥中各有害物质浸出浓度如表1所示。
表1改良后赤泥中有毒有害物质的浸出浓度(mg/kg)
b)缓冲层设置
由于温差、干湿交替等气候因素，随着表层赤泥温度的升高，位于下层赤泥中的可溶性盐碱随水分蒸发而向上迁移，导致赤泥堆场有反盐反碱现象的发生。为减小其对植物种植的影响，在改良后的赤泥与堆场下层赤泥之间增设厚度大于10cm的缓冲层。缓冲层均匀覆盖于排水层上，缓冲层的铺设选择酸性保水性良好的废弃物或廉价易得的材料，如醋渣，糠醛渣，草炭土等。
优选地，缓冲层设置厚度为10cm。
优选地，缓冲层材料为酿醋后所余的废弃物醋渣。
优选地，缓冲层干容重为1.7kg/m3。
c)排水层
排水层铺设在赤泥表面，且设置有厚度大于10cm的倾斜滤水管和粗细砾石层，倾泻角度用以保证水可以自然流出。
优选地，粗细砾石层铺设倾斜角度为0.6°，先在赤泥面上铺设粗砾石层5cm，再铺设细砾石层5cm。
优选地，滤水管倾斜角度为0.6°。
d)植物种植
将改良后的赤泥均匀的铺设在缓冲层上，铺设厚度大于10cm，待基质老化稳定后，选择耐盐碱植物柠条进行栽培种植。柠条对恶劣环境有广泛的适应性，根系发达，入土较深，耐旱、耐寒、耐盐碱，在pH值为6.5～10.5的环境下可正常生长，属于优良的固沙和绿化荒山植物。
优选地，在雨季采用直播种植，播前用30℃水浸种12h，捞出后用10％的磷化锌拌种。
实施例1
温室盆栽实验：将60g绿矾添加到2000g粉碎后的联合法赤泥中，加入0.805L水，充分搅拌至呈均匀的浆状，再加入100g硝基腐植酸，再次搅拌至呈均匀的浆状，自然老化30天。取少量用于化学分析(结果见表2)，其余用于栽培实验。在花盆底部铺设5cm厚的醋渣，并将老化后已经改良的联合法赤泥铺洒在醋渣上，再播种经过磷化锌拌种后的柠条种子20粒，每10天浇水一次，每次浇水量为700ml，种子发芽率为60％，且长势很好。
表2最低添加量下(3％)赤泥基本理化性质及有害物质浸出浓度(mg/kg)
实施例2
温室盆栽实验：将200g绿矾添加到2000g粉碎后的联合法赤泥中，加入1.04L水，充分搅拌至呈均匀的浆状，再加入400g硝基腐植酸，再次搅拌至呈均匀的浆状，自然老化30天。取少量用于化学分析(结果见表3)，其余用于栽培实验。在花盆底部铺设5cm厚的醋渣，并将老化后已经改良的联合法赤泥铺洒在醋渣上，再播种经过磷化锌拌种后的柠条种子20粒，每10天浇水一次，每次浇水量为700ml，种子发芽率为90％，且长势很好。
表3最高添加量下(10％和20％)赤泥基本理化性质及有害物质浸出浓度(mg/kg)
实施例3
土柱模拟实验：将60g绿矾添加到2000g粉碎后的联合法赤泥中，加入1.484L水，充分搅拌至呈均匀的浆状，再加入100g硝基腐植酸，再次搅拌至呈均匀的浆状，自然老化30天后，在100cm高的土柱底部填入50cm厚的联合法赤泥，将5cm厚的粗砾石覆盖到赤泥表面，并将滤水管以一定的倾泻角度埋入粗砂中(滤水管一端从土柱侧壁的取样口伸出)，再填入5cm厚的细砾石。将10cm厚的醋渣均匀覆盖于细砾石表面，最后再将改良后的联合法赤泥以10cm厚度覆盖在醋渣上，再播种经过磷化锌拌种后的柠条种子20粒，每10天浇水一次，每次浇水量为200ml，种子发芽率为55％，且长势较好。
实施例4
土柱模拟实验：将200g绿矾添加到2000g粉碎后的联合法赤泥中，加入1.82L水，充分搅拌至呈均匀的浆状，再加入400g硝基腐植酸，再次搅拌至呈均匀的浆状，自然老化30天后，在100cm高的土柱底部填入50cm厚的联合法赤泥，将5cm厚的粗砾石覆盖到赤泥表面，并将滤水管以一定的倾泻角度埋入粗砂中(滤水管一端从土柱侧壁的取样口伸出)，再填入5cm厚的细砾石。将10cm厚的醋渣均匀覆盖于细砾石表面，最后再将改良后的联合法赤泥10cm覆盖在醋渣上，再播种经过磷化锌拌种后的柠条种子20粒，每10天浇水一次，每次浇水量为200ml，种子发芽率为80％，且长势较好。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种防治赤泥堆场产生扬尘和环境污染的方法，其特征在于，
步骤一、对联合法赤泥进行改良
采用绿矾和硝基腐植酸对联合法赤泥进行改良，绿矾添加量为联合法赤泥干重的3％～10％，在联合法赤泥的含水率为40％～70％的条件下充分搅拌均匀，再加入硝基腐殖酸，硝基腐殖酸的添加量为联合法赤泥干重的5％～20％，充分搅拌均匀，自然老化10天以上即为改良后的联合法赤泥(1)，备用；
步骤二、铺设排水层和缓冲层
所述排水层由细砾石层(3)和粗砾石层(4)组成，所述缓冲层(2)的材料为醋渣、糠醛渣或草炭土，粗砾石层(4)设在堆场联合法赤泥的上面，粗砾石层(4)的上面设为细砾石层(3)，细砾石层(3)的上面设为缓冲层(2)，在粗砾石层(4)和联合法赤泥之间设有滤水管(5)；
步骤三、覆盖改良后的联合法赤泥
将步骤一获得的改良后的联合法赤泥(1)覆盖在缓冲层(2)的上面，覆盖改良后的联合法赤泥(1)的厚度＞10cm，待基质老化稳定后进行耐盐碱植物柠条(6)的种植；
步骤四、种植耐盐碱植物柠条
播种前用30℃水浸柠条(6)的种子12h，捞出后用10％的磷化锌拌种，然后播种到改良后的联合法赤泥(1)中，播种后10天交一次水。
2.根据权利要求1所述的防治赤泥堆场产生扬尘和环境污染的方法，其特征在于，所述硝基腐殖酸为粒度＜0.5mm的干粉。
3.根据权利要求2所述的防治赤泥堆场产生扬尘和环境污染的方法，其特征在于，所述硝基腐殖酸的添加量为联合法赤泥干重的5％。
4.根据权利要求1所述的防治赤泥堆场产生扬尘和环境污染的方法，其特征在于，所述缓冲层(2)的厚度≥10cm。
5.根据权利要求1所述的防治赤泥堆场产生扬尘和环境污染的方法，其特征在于，所述绿矾添加量为联合法赤泥干重的5％。
6.根据权利要求1所述的防治赤泥堆场产生扬尘和环境污染的方法，其特征在于，所述自然老化时间为30天。
7.根据权利要求1所述的防治赤泥堆场产生扬尘和环境污染的方法，其特征在于，所述缓冲层(2)的干容重为1.7kg/m3。
8.根据权利要求1所述的防治赤泥堆场产生扬尘和环境污染的方法，其特征在于，所述滤水管(5)的倾斜角度为0.6°。
9.根据权利要求1所述的防治赤泥堆场产生扬尘和环境污染的方法，其特征在于，所述细砾石层(3)的铺设厚度为5cm。
10.根据权利要求1所述的防治赤泥堆场产生扬尘和环境污染的方法，其特征在于，所述粗砾石层(4)的铺设厚度为5cm。
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