CN106734170B - 一种通过制浆结合稳定化工艺处理重金属污染粘性土的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种通过制浆结合稳定化工艺处理重金属污染粘性土的方法，本发明首次用制浆法结合脱水/稳定化处理粘性土，获得了处理周期短、处理效果好、成本低、对天气依赖程度低，处理后的粘性土可以重复利用的优异效果。

Description

一种通过制浆结合稳定化工艺处理重金属污染粘性土的方法

技术领域

本发明涉及一种通过制浆结合稳定化工艺处理重金属污染粘性土的方法。

背景技术

对于土壤的重金属污染，国内外已有相当多的研究，常采用的修复技术有稳定化/固化法、淋洗法、植物修复、微生物修复、农业生态修复、电动修复等。其中，稳定化/固化技术较为常用，其方案为向半固态、固态土壤破碎物中添加稳定剂和固化剂以达到处理效果。

其中，粘性土以粉质粘土和粘土为主，其塑性指数大于10，液性指数一般在0.25-0.50之间，即一般表现为可塑性(即在外力作用下可改变形状但不显著改变体积也不开裂，外力卸除后仍能保持已有形状)。在现有技术中，对于重金属污染的粘性土壤，主要采取晒干后得到固态状土壤再进行稳定化/固化方法，但使用该方法处理时，需要对粘性土壤进行晾晒，晾晒过程中，不仅需要晾晒场地，且晾晒周期长，一般为7-15天，对天气的依赖性强，且由于后续药剂与土壤难以混合均匀，不仅导致处理效果较差，且药剂使用量增加，成本高。

此外，现有技术中的重金属淋洗技术，其手段为通过淋洗将土壤中的重金属总量进行消减，以达到充分洗脱的目的，淋洗过程中需要大量的洗脱药剂，并需要用物理手段(包括搅拌、水力分选)搅拌土壤和药剂的混合体。在淋洗过程中，会得到大量土壤浆体，其水固比一般为2-10，通过淋洗法虽然达到了去除重金属的目的，但所得到的土壤却无法重复使用。不仅如此，使用淋洗法根本无法处理粘性土。

发明内容

本发明针对现有技术对重金属污染粘性土处理效率低，周期长的现状，提供了一种处理效率高、处理周期短、处理效果好、成本低、对天气依赖程度低，处理后的粘性土可以重复利用的通过制浆结合稳定化工艺处理重金属污染粘性土的方法。

本发明的技术方案在于提供了一种通过制浆结合稳定化工艺处理重金属污染粘性土的方法，粘性土进行破碎和高压水冲击制浆，得到浆体，加入稳定剂和絮凝剂稳定化处理5-7天。

其所述方法具体包括以下步骤：

1)水力制浆

将粘性土进行初筛和初步破碎后，再同步进行破碎和高压水冲击，得到浆体；

初步破碎后粘性土粒径为200-500mm；

所述高压水的水压为1.0～1.5MPa，浆体中杂物的粒径为25～50mm，所得浆体含固量为1～20％；

2)筛分

进一步筛分，得到-100目筛分物；

3)脱水、稳定化处理

同时向筛分后的土壤浆体中加入稳定剂和絮凝剂或先加入稳定剂，后加入絮凝剂，进行稳定化养护和脱水，所述稳定化养护和脱水时间为5-7天。

本发明在具体的处理过程中，对整个处理的方案都进行了改进，不仅仅是制浆和稳定化处理的结合，对于具体处理过程中，初步破碎的程度、高压水水压以及浆体中杂物的粒径，浆体含固量等参数都进行了严格的控制，获得了在如此短的周期内的良好效果，是难以预料的。

所得浆体含固量优选为5～20％。

通过将固含量优选控制在上述范围内，能够进一步缩短水力除浆处理的时间，并同时有利于后续过程的有效进行。

使用常规的破碎筛分设备对一些体积较大的建筑垃圾、砖块、石块等进行清除。

所述稳定剂为硫化盐、磷酸盐或高分子重金属捕捉剂DTCR的一种或几种。

所述絮凝剂为PAM絮凝剂。

所述稳定化养护和脱水后的含水率为40～60％。

所述稳定剂优选为DTCR或硫化钠。

经过脱水/稳定化处理后，优选进一步加入水泥、粉煤灰进行固化处理。固化后可进一步用于路基或稳定土等。

所加入的稳定剂与筛分后的土壤浆体的质量比根据土壤重金属含量和性质确定。

所加入的絮凝剂与筛分后的土壤浆体的质量比为0.05-0.3％。

在土工管袋内脱水5-7天后，可进一步同时达到适宜运输的要求。

优选在土工管袋内进行稳定化养护和脱水脱水。

通过在土工管袋内脱水，一方面能够进一步起到好的脱水效果，另一方面有利于阻止重金属的流失。

经过以上步骤处理的土壤，在土工管袋内脱水达到填埋要求时，可直接拖运至填埋场进行填埋。

破碎时优选使用辊式破碎机。

通过辊式破碎机与高压水的有效结合，能够进一步提高制浆效率，并缩短制浆周期。

所述高压水的流量为45-60m³/h。

通过结合控制水压和流量在上述范围内，能够进一步获得更好的制浆效果。

经过脱水/稳定化处理后，优选进一步加入水泥、粉煤灰进行固化处理。

先加入稳定剂，后加入絮凝剂时，土工管袋的输送管道上设置两个加药口，两个加药口在土工管袋的输送管道上的距离不低于10m。这样能进一步促进药剂与浆体混合均匀。

本发明所述絮凝剂与稳定剂不发生反应。

本发明能够预先分离出各种土壤中石块、建筑垃圾和材料，并能有效混合土壤和药剂，达到治理效果。

由于土壤重金属一般沉积在土壤粒径内，土壤所含的石块、建筑垃圾、树枝、塑料袋等杂物重金属不会超标，因此可直接送至固废填埋场进行处理。经过筛分后的土壤量和体积的减少，有助于降低土壤处理成本，节约药剂使用量等，达到适宜的经济效果。

根据工艺需要，选择先加入稳定剂，再加入絮凝脱水药剂，可进一步避免土壤粒子经过絮凝后将可溶性重金属包裹于絮凝剂内而降低稳定化效果。

在具体操作过程中，通过初筛和初步破碎，便于后续破碎制浆。

此外，通过结合破碎和高压水，在对辊物理压力和水流的双重作用下，易于得到流动状态的土壤浆体。

本发明的有益效果：

本发明首次用制浆法结合脱水/稳定化处理粘性土，并取得了好的效果。现有技术中，针对粘性土，主要是通过晾晒，固化后再使用稳定剂等进行处理，未尝试过预先制浆处理的方法，而现有的制浆处理主要是针对粘度小，分散性好的土壤，且与制浆紧密相连的是淋洗法，即通过药剂加入水中，对土壤进行淋洗，以除去其中的重金属。尚未尝试将制浆与稳定化结合，且现有技术中没有这种结合的基础，因为两者所处理的对象是完全不同的。

本发明针对粘性土这一特殊处理对象，提供了一种完全不同于以往的处理思路和方式，并获得了意料之外的良好效果，不仅突破了现有技术需要晾晒场地(防雨通风)、晾晒周期长(7-15天)的局限性，且阴雨天气亦不影响施工进程。

本发明先通过水力制浆，得到含水率80％以上的流动浆体，预先使土壤浆体与土壤中存留的建筑垃圾、石块、树根等其他杂物有效分离，再利用筛分的结合，将浆体与杂物分离，再通过后续稳定化以及脱水处理的结合，能够获得高效的处理效果。

本发明能够将制浆与稳定化结合获得本发明的效果，在发明人研发之初也是未曾想到的。

本发明的处理周期短、处理效果好、成本低、对天气依赖程度低，处理后的粘性土可以重复利用。

附图说明

图1为本发明的处理工艺的示例。

具体实施方式

实施例1

南方某地受重金属污染土壤，外观为黄褐色，软塑-可塑状态，成份以黏粒、粉粒为主，一般黏粒多于粉粒，含有石块、建筑废弃物、树枝等杂物，跟土壤的质量比约为1:10。重金属污染因子为Pb、Cd、Zn。Pb平均含量1180mg/kg，Cd平均含量44mg/kg，Zn平均含量：401mg/kg。

初步破碎使用安装在铲车上的破碎筛分斗，将待处理土壤初步破碎至200mm－500mm，破碎机的型号为2PGC450×500，进料粒径为200-500mm，处理能力为30-60t/h，出料粒径为25-50mm；制剂过程高压水压力为1.0MPa，流量45m³/h；土壤制成后浆体含水率为90％；选用直线振动筛，筛网选用100目；土工管袋的型号为geotube@GT330D；絮凝药剂为阴离子型PAM，分子量为1200万，稳定剂使用DTCR(重金属离子捕集沉淀剂)，与PAM不反应；药剂配置采用一步加入法，将PAM与DTCR调配到一起，一次性加入，最终药剂PAM含量为0.2％(相对浆体的质量百分含量，下同)，DTCR含量为10％。

按以上工艺处理，土壤处理能力为20-30t/h；处理后，土壤重金属按照公知的浸出方法浸出，处理后重金属Pb：0.03mg/L，Cd：0.001mg/L，Zn：未检出。

最终单位土壤处理成本在260元/吨。

处理一批次周期7天，并且可连续处理。

实施例2

西南某地受重金属污染河道底泥，灰褐色，软塑状态，成份以黏粒、粉粒为主，含有卵石块、树枝等杂物，跟土壤的质量比约为1:15。重金属污染因子为Cd。Cd含量2.36mg/kg。

初步破碎使用安装在铲车上的破碎筛分斗，将待处理土壤初步破碎至200mm－500mm，破碎机选的型号为2PGC600×500，进料粒径为200-500mm，处理能力为40-60t/h，出料粒径为25-40mm；制剂过程高压水压力为1.0MPa，流量60m³/h；选用直线振动筛，筛网选用100目；土工管袋的型号为geotube@GT330D；絮凝药剂为阳离子型PAM，分子量为1200万，稳定剂使用硫化钠；药剂配置采用分步加入法，先加入溶解好的质量百分浓度为20％的硫化钠水溶液，加入量为土壤浆体质量的10％，再加入含量质量百分浓度为0.2％的絮凝剂PAM，加入比例为土壤浆体的10％，两个加药口在输送管道上的距离不低于10m(便于药剂与浆体混合均匀)。

最终单位处理成本为180元/吨土壤。

处理周期7天。

按以上工艺，土壤处理能力为42-55t/h。

处理后，土壤重金属按照HJ557-2007方法浸出，处理后Cd浸出数据低于0.005mg/L。

对比例1:

对实施例1中同样的南方某地受重金属污染土壤，通过晾晒、破碎、稳定化处理，加入的稳定剂DTCR的量与实施例1相等，处理周期为，晾晒15天，破碎、稳定化处理2天，养护3天，处理单批次时间为20天。处理成本为387元/吨土壤。采用该方法处理，按照HJ557-2007方法浸出，重金属浸出Pb：0.3mg/L，Cd：0.03mg/L，Zn：0.89mg/L。

对比例2:

对实施例2中同样的西南某地受重金属污染河道底泥，通过晾晒、破碎、稳定化处理，加入的稳定剂硫化钠的量与实施例2相等，处理周期为15天。最终处理成本为200元/吨土壤。

Claims (7)

1.一种通过制浆结合稳定化工艺处理重金属污染粘性土的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

1)水力制浆

将粘性土进行初筛和初步破碎后，再同步进行破碎和高压水冲击，得到土壤浆体；

其中，初步破碎后粘性土粒径为200-500mm；

所述高压水的水压为1.0～1.5MPa，浆体中杂物的粒径为25～50mm，所得浆体含固量为1～20％；

所述高压水的流量为45-60m³/h；

2)筛分

进一步筛分，得到-100目筛分物；

3)脱水、稳定化处理

同时向筛分后的土壤浆体中加入稳定剂和絮凝剂或先加入稳定剂，后加入絮凝剂，在土工管袋内进行稳定化养护和脱水，所述稳定化养护和脱水时间为5-7天。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所得浆体含固量为5～20％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述稳定剂为硫化盐、磷酸盐或高分子重金属捕捉剂DTCR的一种或几种；所述絮凝剂为PAM絮凝剂。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述稳定化养护和脱水后的含水率为40～60％。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述絮凝剂与筛分后的土壤浆体的质量比为0.01-0.3％。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，先加入稳定剂，后加入絮凝剂时，土工管袋的输送管道上设置两个加药口，两个加药口在土工管袋的输送管道上的距离不低于10m。

7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，破碎时使用辊式破碎机，经过脱水/稳定化处理后，进一步加入水泥、粉煤灰进行固化处理。