CN107727561B - 一种工农业废弃物抑制矾矿废石堆酸化的试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工农业废弃物抑制矾矿废石堆酸化的试验方法，包括以下步骤，在矾矿产区内采集矾矿废石，磨碎混合，获取粉煤灰及污泥与废石样品混合，测定混合样品重金属含量；配置不同酸性的淋滤液；设置实验组，实验组内设三根淋滤柱，每根淋滤柱内均加入1kg的混合样品；三根淋滤柱内分别加注三种不同酸性的淋滤液，每隔相同天数收集三根淋滤柱的滤出液；对实验组内三根淋滤柱每次收集的滤出液分别进行测定，得出滤出液pH值与重金属含量的测定值，测定值与对应淋滤液pH初始值、混合样品重金属含量初始值进行比较，得出粉煤灰、污泥对矾矿废石酸化的抑制效果。本发明为大量矾矿废石的处理提供了解决方案，极大改善矿区周边居民的生活环境。
Description
技术领域
本发明属于矾矿废石处理技术领域，具体涉及一种工农业废弃物抑制矾矿废石堆酸化的试验方法。
背景技术
目前，明矾矿石开采后，会产生大量的矾矿废石堆，矾矿废石内存在大量重金属、且会进行酸化。在现场勘探过程中，对矿区内地表积水现场检测，地表积水pH值在3左右，植被稀少，对周围居民的生活造成严重影响。
污泥以及粉煤灰均是工农业的废弃物，如处理不当，仍会对环境产生影响，相对容易获取；污泥一般可作为废弃地表土的替代物，因污泥中含有丰富养分，可满足植物生长需求，往往能取得良好的植物修复的效果；粉煤灰中含有大量的CaO、MgO等碱性物质，大多呈碱性，具有一定的中和酸性废水能力。粉煤灰还具有较强的吸附能力，可以吸附酸性废水中的酸性物质及重金属等有害物质。
因此，若污泥或粉煤灰对现有大量明矾废石堆酸化具有抑制效果、对重金属能有效抑制析出，将为大量矾矿废石队的处理提供了解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工农业废弃物抑制矾矿废石堆酸化的试验方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种工农业废弃物抑制矾矿废石堆酸化的试验方法，包括以下步骤：
步骤一：在矾矿堆上多点采样，采样废石自然风干，磨碎混合后过筛网筛选，得到废石样品，测定废石样品重金属含量初始值；
测定粉煤灰、污泥中重金属含量初始值，将适量粉煤灰、污泥与废石样品按比例混合均匀，得到混合样品；
依据矾矿堆所在地区年降水平均pH值，配置三种不同酸性的淋滤液；
步骤二：设置实验组，实验组内设三根淋滤柱，每根淋滤柱内均加入等量的混合样品；三根淋滤柱内分别加注等量的三种不同酸性的淋滤液，淋滤液按设定流速下滴，间隔相同天数收集淋滤柱的滤出液；
步骤三：对步骤二中每次收集的滤出液进行测定，得出滤出液pH值与重金属含量值；将滤出液测定值与对应淋滤液pH初始值、混合样品重金属含量初始值比较判断，得出粉煤灰、污泥对矾矿废石酸化的抑制效果。
进一步的，在步骤二中增设空白对照组，空白对照组内设三根淋滤柱，每根淋滤柱均内加入等量的废石样品；三根淋滤柱内分别加注等量步骤一中三种不同酸性的淋滤液；淋滤液按设定流速下滴，间隔相同天数收集淋滤柱的滤出液；
对空白对照组内三根淋滤柱每次收集的滤出液进行测定，得出滤出液pH值与重金属含量值。
进一步的，步骤一中混合样品的废石、粉煤灰、污泥按重量比10:2:3进行混合。
进一步的，步骤一中矾矿废石先后分别过100目筛网、18目筛网进行筛选。
进一步的，步骤一和步骤三中测定的重金属包括As、Hg、Cu、Cr、Cd和Zn。
进一步的，步骤一中在矾矿堆上对废石进行蛇形布点采样，采集后的废石在25℃自然风下风干。
本发明的有益效果是：
本发明设计了利用工农业废弃物抑制矾矿废石堆酸化的试验方法，通过实验组内三根淋滤柱的比较实验，得出粉煤灰与污泥的添加可提高系统的pH值，并吸附废石中部分的重金属，降低重金属的析出量，缓和了重金属的毒理性；在实验组后增设了空白对照组，进一步排除了其他因素对实验组内粉煤灰和污泥对废石酸化抑制有效的影响；本发明为大量矾矿废石的处理提供了解决方案，且污泥与粉煤灰处理后的尾矿增加了养分，使其更加符合植物生长要求，可种植植物，极大改善矿区周边居民的生活环境。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实验组滤出液pH值变化趋势图。
图2为本发明实验组Cu累积滤出量示意图。
图3为本发明实验组Zn累积滤出量示意图。
图4为本发明实验组As 累积滤出量示意图。
图5为本发明实验组Hg累积滤出量示意图。
图6为本发明空白对照组滤出液pH值变化趋势图。
图7为本发明空白对照组Cu累积滤出量示意图。
图8为本发明空白对照组Zn累积滤出量示意图。
图9为本发明空白对照组As累积滤出量示意图。
图10为本发明空白对照组Hg累积滤出量示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
实验地点：安徽省合肥市庐江县矾矿区。依据合肥市2000—2016年安徽酸雨分布情况，年平均降水pH为4.2—5.4，合肥市为酸雨的高发区，强酸雨频率为24%。
本实验初始条件的选择接近合肥地区自然环境和酸雨概况：温度选择为20-30℃，依据合肥地区年平均降水pH为4.2—5.4，配制pH值为4、5、6的三种酸性淋滤液。
实验中可采用电感耦合等离子体质谱法测定样品中重金属含量，采用原子荧光光谱仪测定样品中Hg的含量。
工农业废弃物抑制矾矿废石堆酸化的试验方法具体步骤如下：
步骤一：采用蛇形布点，在矾矿堆上采集4份样品，采样废石在25℃自然风下风干、磨碎混合；
先后分别过100目筛网、18目筛网进行筛选，得到废石样品，测定废石样品中重金属含量的初始值，废石重金属含量见表1-1；
表1-1 废石重金属元素含量（mg/kg）
| Cu | Cr | Zn | Ni | Hg | As | Cd | S(%) | Fe(%) | Al(%) |
| 105 | 19.2 | 78 | 1.6 | 8.32 | 263.17 | 0.243 | 6.13 | 4.55 | 10.9 |
获取适量粉煤灰及污泥，测定粉煤灰及污泥中重金属含量的初始值；取废石样品与粉煤灰、污泥按重量比10:2:3进行混合均匀，得到混合样品；污泥中重金属含量见表1-2，粉煤灰中重金属含量见表1-3；
表1-2 污泥成分分析(mg/kg)
| 有机物(%) | Cr | Cu | Zn | Ni | Hg | Pb | Cd | TP(%) | TN(%) |
| 53 | 46.3 | 60.8 | 128.26 | 38.56 | 0.145 | 17.4 | 5.88 | 1.532 | 2.237 |
表1-3 粉煤灰中金属元素含量（mg/kg）
| Cr | Cd | Ni | Cu | Zn | Pb | Fe(%) | Al(%) |
| 81.1 | 0.502 | 31.9 | 86.3 | 104 | 56.3 | 3.46 | 13.3 |
分别配置pH值为4、5、6的三种酸性淋滤液；
步骤二：设置实验组，实验组内设三根淋滤柱，每根淋滤柱内均加入1kg的混合样品；
三根淋滤柱内分别加注pH值为4、5、6的三种酸性淋滤液1200ml，淋滤液按30ml每天的流速匀速下滴，每隔两天收集三根淋滤柱的滤出液；
步骤三：对实验组内三根淋滤柱每次收集的滤出液分别进行测定，得出滤出液pH值与As、Hg、Cu、Cr、Cd和Zn的含量测定值；
每份滤出液测定值与对应淋滤液pH初始值、混合样品重金属含量初始值进行比较，得出粉煤灰、污泥对矾矿废石酸化的抑制效果。
综上所述，参见图1、图2、图3、图4、图5，经过40天的淋滤实验，实验组的内三根淋滤柱内的滤出液pH值有明显提升，重金属滤出量显著降低，且滤出速率变缓。
40天之后，实验组渗滤液pH值均在7左右；实验组Cu、Zn、As、Hg的滤出量分别为5.9mg/kg、0.41mg/kg、0.85mg/kg、12ug/kg。
为排除其他因素对实验组内粉煤灰和污泥对废石酸化抑制有效的影响，在实施例1中的步骤二中增设空白对照组；
空白对照组内设三根淋滤柱，每根淋滤柱均内加入1kg的废石样品；三根淋滤柱内分别加注pH值为4、5、6的三种酸性淋滤液1200ml；淋滤液按30ml每天的流速匀速下滴，每隔两天数收集三根淋滤柱的滤出液；
对空白对照组内三根淋滤柱每次收集的滤出液分别进行测定，得出滤出液pH值与重金属含量的测定值。
参见图6、图7、图8、图9、图10，空白对照组渗滤液pH值一直降低，前6天内下降最快。加注pH 4淋滤液的淋滤柱滤出液pH值在2.6-2.7之间，加注pH 5淋滤液的淋滤柱滤出液pH维持在2.9-3.1之间，加注pH6淋滤液的淋滤柱滤出液pH在3.2-3.5之间；可见，滤出液pH值不仅与样品本身的pH有关，更与淋滤液的酸度呈正比；从三根淋滤柱的渗滤液pH值可以看出，废石样品具有较强的产酸能力，几乎没有中和酸的能力；
空白对照组Cu、Zn、As、Hg的滤出量分别为10.4mg/kg、1.41mg/kg、1.13mg/kg、17.6ug/kg，分别比实验组高了43.3%、70.9%、24.8%、31.8%；且空白对照组内重金属的析出速率较快，如实验组渗滤液中Cu的累计滤出量达到6mg/kg时，淋滤时间为45天，而空白对照组在7天时Cu的滤出量就达到6mg/kg。
综合实验组与空白对照组可知，粉煤灰、污泥对矾矿废石酸化具有抑制作用，可提高系统pH值，并吸附废石中部分重金属，降低重金属的析出量，可缓和重金属的毒理性，增加尾矿的养分，使其更加符合植物生长要求。
本发明通过实验组内三根淋滤柱的比较实验，得出粉煤灰与污泥的添加对废石酸化可进行有效的抑制；本发明为大量矾矿废石的处理提供了解决方案，且污泥与粉煤灰处理后的尾矿增加了养分，使其更加符合植物生长要求，可种植植物，极大改善矿区周边居民的生活环境。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种工农业废弃物抑制矾矿废石堆酸化的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：在矾矿堆上多点采样，采样废石自然风干，磨碎混合后过筛网筛选，得到废石样品，测定废石样品重金属含量初始值；
测定粉煤灰、污泥中重金属含量初始值，将适量粉煤灰、污泥与废石样品按比例混合均匀，得到混合样品；
依据矾矿堆所在地区年降水平均pH值，配置三种不同酸性的淋滤液；
步骤二：设置实验组，实验组内设三根淋滤柱，每根淋滤柱内均加入等量的混合样品；三根淋滤柱内分别加注等量的三种不同酸性的淋滤液，淋滤液按设定流速下滴，间隔相同天数收集淋滤柱的滤出液；
步骤三：对步骤二中每次收集的滤出液进行测定，得出滤出液pH值与重金属含量值；将滤出液测定值与对应淋滤液pH初始值、混合样品重金属含量初始值比较判断，得出粉煤灰、污泥对矾矿废石酸化的抑制效果。
2.根据权利要求1所述的一种工农业废弃物抑制矾矿废石堆酸化的试验方法，其特征在于：
在步骤二中增设空白对照组，空白对照组内设三根淋滤柱，每根淋滤柱均内加入等量的废石样品；三根淋滤柱内分别加注等量步骤一中三种不同酸性的淋滤液；淋滤液按设定流速下滴，间隔相同天数收集淋滤柱的滤出液；
对空白对照组内三根淋滤柱每次收集的滤出液进行测定，得出滤出液pH值与重金属含量值。
3.根据权利要求1所述的一种工农业废弃物抑制矾矿废石堆酸化的试验方法，其特征在于：步骤一中混合样品的废石、粉煤灰、污泥按重量比10:2:3进行混合。
4.根据权利要求1所述的一种工农业废弃物抑制矾矿废石堆酸化的试验方法，其特征在于：步骤一中矾矿废石先后分别过100目筛网、18目筛网进行筛选。
5.根据权利要求1所述的一种工农业废弃物抑制矾矿废石堆酸化的试验方法，其特征在于：步骤一和步骤三中测定的重金属包括As、Hg、Cu、Cr、Cd和Zn。
6.根据权利要求1所述的一种工农业废弃物抑制矾矿废石堆酸化的试验方法，其特征在于：步骤一中在矾矿堆上对废石进行蛇形布点采样，采集后的废石在25℃自然风下风干。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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