CN108085016A - 一种砷钝化剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种砷钝化剂及其应用，砷钝化剂包括A剂和B剂；所述A剂包括以下重量份的原料：聚硫酸铁40～60份；硫酸亚铁45～65份；腐殖酸钠0～15份。所述B剂包括以下重量份的原料：软锰矿粉20～35份；钙基膨润土25～45份；熟石灰30～50份。本发明提供的砷钝化剂分A剂与B剂按照质量比1:1使用。与现有技术相比，本发明公开的砷钝化剂用于土壤、固废中砷的钝化处置，基本不影响体系pH，具有药剂用量小、生效速度快、处置效果好、处置稳定性强、环境友好、工程操作简便等优点，综合成本低，适用范围广。

Description

一种砷钝化剂及其应用
技术领域
本发明属于土壤砷污染治理、含砷固废处置技术领域，具体涉及一种砷钝化剂及其应用。
背景技术
随着冶金、化工等涉砷产业的日益发展，土壤及工业废渣砷污染问题也逐渐加剧，威胁生存环境与人体健康，含砷土壤、废渣的高效稳定处理迫在眉睫。
常见的砷污染土壤、含砷固废治理技术包括工程修复、物理化学修复、生物修复和固化稳定化等。
工程修复技术主要包括客土、换土、深耕翻土，其中客土、换土主要用于重度污染土壤，深耕翻土主要用于轻度污染土壤。工程修复技术具有彻底、稳定的优势，但工程量大，投资费用高，破坏土体结构，易引起土壤肥力下降。
物理化学修复技术主要包括土壤淋洗、玻璃化、电化学方法。土壤淋洗法利用淋洗剂淋洗污染土壤或固废，使活性重金属从固相转移至液相中，降低污染物含量。玻璃化法通过电加热将污染土壤或固废高温熔化，冷却后形成惰性坚硬玻璃体，降低污染物风险。电化学法一般针对渗透性低，传导性差，传统方法处理效果受限的粘性土壤，利用外加电场所产生的动电效应驱动土壤中的污染物沿电场方向定向迁移，富集的污染物可在电极区得到集中处置或分离。物理化学修复技术工程成本较高，涉及设备、构筑物较多，处置相对复杂，专业性较强，其中土壤淋洗法还涉及淋洗废水的处理问题，增加处置成本。
生物修复技术包括植物修复、动物修复和微生物修复，其中植物修复最为普遍，以蜈蚣草为代表的砷超富集植物在砷污染土壤治理、含砷固废处置技术领域具备较强的应用潜力。生物修复技术在实际工程应用中易受环境条件、生物代谢等影响，还涉及植株收获后的二次处置问题，实际工程案例较少。
固化稳定化技术通过分析污染土壤或固废的污染程度，配比针对性的治理药剂，将土壤或固废与药剂充分混匀，加入混炼水在搅拌机内搅拌均匀，排出养护3～5天进行后续处置。固化稳定化技术的作用机理是通过药剂的吸附、交换、沉淀、螯合、包裹等作用固定土壤或固废中的活性重金属，使其移动性减弱，浸出浓度达标。固化稳定化技术作为当前治理重金属污染最普遍的工程技术，技术较为成熟，应用案例较多，可根据验收目标灵活调整药剂用量。
目前针对砷污染土壤治理及含砷固废处置的固化/稳定化技术主要包括水泥固化、有机聚合物固化、塑性材料固化、熔融固化、高温火法固化、钙盐沉淀、铁盐沉淀、硫化物沉淀等，处理效果明显，工程应用普遍，但依旧存在药剂用量大、稳定性不足、工程成本高、存在二次污染等问题，尚需优化、改进。
开发效果突出、稳定性强、环境友好、成本经济、适用范围广的优质砷钝化剂，在含砷土壤、固废处置工程领域具备广阔的应用市场。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种砷钝化剂，分A、B剂，制备简便，贮存稳定，易于产业化推广。
本发明还提供一种砷钝化剂的应用，用于土壤、固废中砷的钝化处理。药剂用量小，生效速度快，处置效果好，处置稳定，工程操作简便，综合成本低。
本发明提供的一种砷钝化剂，包括A剂和B剂；
所述A剂包括以下重量份的原料：
聚硫酸铁 40～60份；
硫酸亚铁 45～65份；
腐殖酸钠 0～15份。
所述腐殖酸钠水溶性腐殖酸含量(干基)大于70％，粒度80～120目。
所述B剂包括以下重量份的原料：
软锰矿粉 20～35份；
钙基膨润土 25～45份；
熟石灰 30～50份。
所述软锰矿粉二氧化锰含量(干基)大于60％，粒度80～200目。
所述A剂和B剂的质量比为1:1。
以上各原料均控制在粒度为80～200目的水平上，以利于砷钝化剂成品的混制。若原料粒度差距过大，混制难度增大；若原料粒度均过小，则在成品混制及使用过程中扬尘过多，不利于操作，且造成粉尘污染。
上述砷钝化剂在土壤或固废中砷的钝化处理的应用。
具体应用方法为：
将上述砷钝化剂A剂和B剂与土壤或固废充分混匀，砷浸出浓度低于项目验收规定限值，养护5-7d后进行安全填埋或资源化利用。
砷钝化剂A剂和B剂的用量均为土壤或固废质量的1.5-2.5％。对于污染特别严重的，增加至不低于3％。具体用量以实际小试或中试结果为准。
所述砷钝化剂投加不影响体系pH。
本发明提供的砷钝化剂分A剂与B剂按照质量比1:1使用。聚硫酸铁及硫酸亚铁为酸性，熟石灰为强碱性，若混合时间较久，会因酸碱物质反应而显著影响使用效果，故分为A、B剂储存及使用，避免这一问题。
制备简便，贮存稳定，易于产业化推广。提供的砷钝化剂以铁基为主要除砷成分之一，选用聚硫酸铁与硫酸亚铁，同时提高混凝沉淀性能与除砷反应活性；引入腐殖酸钠，为有机质含量较低的贫瘠土壤提供适当胶质，促进砷的钝化；引入软锰矿粉，促进土壤或固废中As(Ⅲ)向As(Ⅴ)的转化，提高钝化效率；引入熟石灰，调节体系pH，降低反应后期体系游离铁含量，同时促进砷的钝化；形成的沉淀物稳定，砷不易浸出，可作为普通固体废物处置。本发明公开的砷钝化剂用于土壤、固废中砷的钝化处置，基本不影响体系pH，药剂用量小、生效速度快、处置效果好、处置稳定性强、环境友好、工程操作简便、综合成本低、适用范围广。
具体实施方式
下面根据实施例1-3及对比例1-4对本发明进行详细说明。
实施例1
一种砷钝化剂，由A剂与B剂按照质量比1:1构成，A剂由50份120目聚硫酸铁、50份100目硫酸亚铁经干粉混料机均匀混合得到，B剂由23份80目软锰矿粉、40份200目钙基膨润土、37份200目熟石灰经干粉混料机均匀混合得到。
一种砷钝化剂的应用：
取100g(干基)预先过3mm筛的某砷污染场地土壤，根据《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ 557-2010)测得的土壤砷浸出浓度为0.014mg/L，土壤pH为8.5，将土壤置于提取瓶中，加入砷钝化剂A剂和B剂，充分混匀，A剂和B剂的加入量均为土壤质量的1.5％。依据HJ 557-2010，按液固比10:1(L/kg)计算出所需浸提剂的体积，加入二级分析实验室用水(GB/T 6682)，盖紧瓶盖后垂直固定在水平振荡装置上。调节振荡频率为120rpm，振幅为40mm，在室温下振荡8h后取下提取瓶，静置16h。在抽滤装置上装好0.45μm微孔滤膜，过滤并收集浸出液，测试砷浓度为0mg/L，低于《地下水质量标准》(GB 14848-93)Ⅰ类限值0.005mg/L，相比原土壤砷浸出浓度降低了近100％。另行制备三份前期同等操作的平行样品，取下提取瓶后分别静置7d、15d、45d，抽滤测试浸出液砷浓度，分别为0mg/L、0.001mg/L、0mg/L，均低于《地下水质量标准》(GB 14848-93)Ⅰ类限值0.005mg/L，且与静置16h测试数据相当。
实施例2
一种砷钝化剂，由A剂与B剂按照质量比1:1构成，A剂由40份80目聚硫酸铁、55份80目硫酸亚铁、5份80目腐殖酸钠经干粉混料机均匀混合得到，B剂由30份120目软锰矿粉、30份120目钙基膨润土、40份200目熟石灰经干粉混料机均匀混合得到。
一种砷钝化剂的应用：
取100g(干基)预先过3mm筛的某砷污染场地土壤，根据《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ 557-2010)测得的土壤砷浸出浓度为0.271mg/L，土壤pH为6.3，置于提取瓶中，加入砷钝化剂A剂和B剂，充分混匀，A剂和B剂的加入量均为土壤质量的1.5％。依据HJ 557-2010，按液固比10:1(L/kg)计算出所需浸提剂的体积，加入二级分析实验室用水(GB/T 6682)，盖紧瓶盖后垂直固定在水平振荡装置上。调节振荡频率为120rpm，振幅为40mm，在室温下振荡8h后取下提取瓶，静置16h。在抽滤装置上装好0.45μm微孔滤膜，过滤并收集浸出液，测试砷浓度为0.002mg/L，低于《地下水质量标准》(GB 14848-93)Ⅰ类限值0.005mg/L，相比原土壤砷浸出浓度降低了99.3％。
实施例3
一种砷钝化剂，由A剂与B剂按照质量比1:1构成，A剂由55份100目聚硫酸铁、45份80目硫酸亚铁经干粉混料机均匀混合得到，B剂由35份200目软锰矿粉、35份200目钙基膨润土、30份120目熟石灰经干粉混料机均匀混合得到。
一种砷钝化剂的应用：
取100g(干基)预先过9.5mm筛的某含砷废渣，根据《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》(HJ/T 300-2007)测得的废渣砷浸出浓度为0.538mg/L，废渣pH为10.2，置于提取瓶中，加入砷钝化剂A剂和B剂，充分混匀，A剂和B剂的加入量均为废渣质量的1.5％。依据HJ/T 300-2007，按液固比20:1(L/kg)计算出所需浸提剂的体积，加入浸提剂2#，盖紧瓶盖后固定在翻转式振荡装置上。调节转速为30±2rpm，于23±2℃下振荡18±2h。在抽滤装置上装好0.6-0.8μm微孔滤膜，过滤并收集浸出液，测试砷浓度为0.032mg/L，低于《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008)规定的砷浸出浓度限值0.3mg/L，相比原废渣砷浸出浓度降低了94.1％。另行制备三份前期同等操作的平行样品，取下提取瓶后分别静置7d、15d、45d，抽滤测试浸出液砷浓度，分别为0.041mg/L、0.035mg/L、0.037mg/L，基本相当，均低于《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008)规定的砷浸出浓度限值0.3mg/L。
对比例1
一种砷钝化剂，与实施例2所用砷钝化剂不同之处在于不分为A剂、B剂使用，直接由40份80目聚硫酸铁、55份80目硫酸亚铁、5份80目腐殖酸钠、30份120目软锰矿粉、30份120目钙基膨润土、40份200目熟石灰经干粉混料机均匀混合得到。
取100g(干基)预先过3mm筛的某砷污染场地土壤，根据《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ 557-2010)测得的土壤砷浸出浓度为0.271mg/L，土壤pH为6.3，置于提取瓶中，加入3％(质量分数)的该砷钝化剂，充分混匀。依据HJ 557-2010，按液固比10:1(L/kg)计算出所需浸提剂的体积，加入二级分析实验室用水(GB/T 6682)，盖紧瓶盖后垂直固定在水平振荡装置上。调节振荡频率为120rpm，振幅为40mm，在室温下振荡8h后取下提取瓶，静置16h。在抽滤装置上装好0.45μm微孔滤膜，过滤并收集浸出液，测试砷浓度为0.079mg/L，高于《地下水质量标准》(GB 14848-93)Ⅳ类限值0.05mg/L，相比原土壤砷浸出浓度降低了70.8％。
对比例2
市场某砷钝化剂，通过对破碎后的农作物秸秆进行铁剂、双氧水浸渍改性及高温炭化获得。取100g(干基)预先过3mm筛的某砷污染场地土壤，根据《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ 557-2010)测得的土壤砷浸出浓度为0.014mg/L，土壤pH为8.5，置于提取瓶中，加入3％(质量分数)的该砷钝化剂，充分混匀。依据HJ 557-2010，按液固比10:1(L/kg)计算出所需浸提剂的体积，加入二级分析实验室用水(GB/T 6682)，盖紧瓶盖后垂直固定在水平振荡装置上。调节振荡频率为120rpm，振幅为40mm，在室温下振荡8h后取下提取瓶，静置16h。在抽滤装置上装好0.45μm微孔滤膜，过滤并收集浸出液，测试砷浓度为0.008mg/L，高于《地下水质量标准》(GB 14848-93)Ⅰ类限值0.005mg/L，相比原土壤砷浸出浓度降低了42.9％。另行制备三份前期同等操作的平行样品，取下提取瓶后分别静置7d、15d、45d，抽滤测试浸出液砷浓度，分别为0.008mg/L、0.009mg/L、0.007mg/L，均高于《地下水质量标准》(GB 14848-93)Ⅰ类限值0.005mg/L，且与静置16h测试数据相当。
对比例3
市场某砷钝化剂，由高岭石、三氯化铁和氯化亚铁按质量比50:25:1经混合、固着、冻干获得。取100g(干基)预先过3mm筛的某砷污染场地土壤，根据《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ 557-2010)测得的土壤砷浸出浓度为0.271mg/L，土壤pH为6.3，置于提取瓶中，加入3％(质量分数)的该砷钝化剂，充分混匀。依据HJ 557-2010，按液固比10:1(L/kg)计算出所需浸提剂的体积，加入二级分析实验室用水(GB/T 6682)，盖紧瓶盖后垂直固定在水平振荡装置上。调节振荡频率为120rpm，振幅为40mm，在室温下振荡8h后取下提取瓶，静置16h。在抽滤装置上装好0.45μm微孔滤膜，过滤并收集浸出液，测试砷浓度为0.098mg/L，高于《地下水质量标准》(GB 14848-93)Ⅳ类限值0.05mg/L，相比原土壤砷浸出浓度降低了63.8％。
对比例4
市场某砷钝化剂，由质量比为10:1的水泥及硫化钠组成。取100g(干基)预先过9.5mm筛的某含砷废渣，根据《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》(HJ/T 300-2007)测得的废渣砷浸出浓度为0.538mg/L，废渣pH为10.2，置于提取瓶中，加入18％(质量分数)的该砷钝化剂，充分混匀。依据HJ/T 300-2007，按液固比20:1(L/kg)计算出所需浸提剂的体积，加入浸提剂2#，盖紧瓶盖后固定在翻转式振荡装置上。调节转速为30±2rpm，于23±2℃下振荡18±2h。在抽滤装置上装好0.6-0.8μm微孔滤膜，过滤并收集浸出液，测试砷浓度为0.175mg/L，低于《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008)规定的砷浸出浓度限值0.3mg/L，相比原废渣砷浸出浓度降低了67.5％。另行制备三份前期同等操作的平行样品，取下提取瓶后分别静置7d、15d、45d，抽滤测试浸出液砷浓度，分别为0.192mg/L、0.213mg/L、0.239mg/L，均低于《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008)规定的砷浸出浓度限值0.3mg/L，但随静置时间的延长砷浸出浓度逐渐升高。
上述参照实施例对一种砷钝化剂及其应用进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种砷钝化剂，其特征在于，所述砷钝化剂包括A剂和B剂；
所述A剂包括以下重量份的原料：
聚硫酸铁 40～60份；
硫酸亚铁 45～65份；
腐殖酸钠 0～15份；
所述B剂包括以下重量份的原料：
软锰矿粉 20～35份；
钙基膨润土 25～45份；
熟石灰 30～50份。
2.根据权利要求1所述砷钝化剂，其特征在于，所述A剂和B剂的质量比为1:1。
3.根据权利要求1或2所述砷钝化剂，其特征在于，所述腐殖酸钠水溶性腐殖酸含量大于70％，粒度80～120目。
4.根据权利要求1或2所述砷钝化剂，其特征在于，所述软锰矿粉二氧化锰含量大于60％，粒度80～200目。
5.一种权利要求1-4任一项所述的砷钝化剂在土壤或固废中砷的钝化处理的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，应用方法为：将A剂和B剂与土壤或固废充分混匀，砷浸出浓度低于项目验收规定限值，养护5-7d后进行安全填埋或资源化利用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，A剂和B剂的用量均为土壤或固废质量的1.5-2.5％。
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