CN109111927A - 一种重金属污染沙土固化剂及其应用方法 - Google Patents

一种重金属污染沙土固化剂及其应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种重金属污染沙土固化剂及其应用方法，该固化剂按照质量比49:21:30～21:49:30包含赤泥、磷石膏和水泥，其应用于沙土异位固化中，应用包括以下步骤：步骤1、初期准备：将重金属污染沙土进行干化、除杂、破碎预处理，得到处理后的重金属污染沙土；步骤2、固化剂制备：按比例称取赤泥、磷石膏和水泥，混合均匀并且充分搅拌，得到重金属污染沙土固化剂；步骤3、固化修复：将处理后的重金属污染沙土、重金属污染沙土固化剂和拌合水混合，进行拌和固化；步骤4、初期养护：对拌和固化后的重金属污染土进行养护。本发明的固化剂成分简单、成本低、能显著提高的固化效率，且应用施工方便。

Description

一种重金属污染沙土固化剂及其应用方法
技术领域
本发明涉及一种重金属污染沙土固化剂及其应用方法，属于土壤修复领域。
背景技术
随着我国经济的飞速发展，越来越多的土地被应用到工业化的进程中来，工厂排放、矿山等一系列的原因导致国内大量的土地被重金属所污染。目前，我国土壤污染的土地已经占到全国耕地总面积的1/6，这些最终导致的结果是我国粮食年产量减少100亿千克；除此以外，重金属和一些种类的有机物积累到土地内，会随着食物链逐渐到达人体内，并很难被人体消化，对人体的健康也将产生一定的影响。随着国家对环保领域的重视，以固化为代表的一些土壤修复技术得到了发展和应用，尽管如此，我国在相关技术的发展上还是远远落后于西方发达国家的。
稳定化/固化技术通过将污染土壤和硫化物、亚铁盐等还原剂及粉煤灰、水泥、石灰、石膏等稳定化/固化药剂混合，通过化学还原和重金属络合等作用将重金属稳定或固定在混合体内，降低土壤中重金属的释放，达到污染土壤的无害化处理。稳定化/固化技术包括稳定化和固化两个过程，处置结果评价指标主要是浸出率和增容比。上世纪八九十年代，美国环境保护署率先将固化/稳定化技术用于污染土壤的修复研究，以美国超级基金为例，在1982－2005间，采用稳定化/固化技术治理污染土壤的项目为217个，目前美国环保署已将固化/稳定化技术称为处理有害有毒废物的最佳技术之一。
但是现有的固化剂有的存在着固化过程随着水泥水化反应的发生而进行的特点，导致固化后早期强度较低，且固化剂加入量较大形成胶凝的过程会产生较大的形变，固化土容易干缩形成裂缝，破坏结构影响水稳定性，而且固化剂的固化效果依赖于土壤的颗粒度和含水量，在施工上存在着限制，最为常见的就是水泥固化剂。本发明针对此问题，提出了一种新型的重金属污染土固化剂，大大减少了水泥的用量。同时由于该固化剂赤泥和磷石膏的存在，两种材料在前期就会迅速发生反应，前期强度会大大增加，同时由于赤泥和磷石膏的特性，对于各种土壤都可以适用。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种重金属污染沙土固化剂及其应用方法，该固化剂中磷石膏被激发、与赤泥相互作用，能够有效地固化重金属污染沙土，具有高强度、低浸出，且成本低廉、环境友好等优势；
本发明的另一个目的是提供一种利用重金属污染沙土固化剂异位固化重金属污染沙土的方法，应用于固化重金属污染沙土。
技术方案：本发明提供了一种重金属污染沙土固化剂，该固化剂为由赤泥、磷石膏和水泥组成，且赤泥、磷石膏和水泥三者的质量比为49:21:30～21:49:30。
其中：
所述的磷石膏为半水磷石膏，其为粉末状且粒径不大于2mm。
所述的赤泥为粉末状，其粒径不大于2mm。
所述的水泥为硅酸盐水泥为标号为42.5的硅酸盐水泥。
本发明还提供了一种重金属污染沙土固化剂的应用方法，该固化剂应用于沙土异位固化中，包括以下步骤：
步骤1、初期准备：将重金属污染沙土进行干化、除杂、破碎预处理，得到处理后的重金属污染沙土；
步骤2、固化剂制备：按比例称取赤泥、磷石膏和水泥，混合均匀并且充分搅拌，得到重金属污染沙土固化剂；
步骤3、固化修复：将处理后的重金属污染沙土、重金属污染沙土固化剂和拌合水混合，进行拌和固化；
步骤4、初期养护：对拌和固化后的重金属污染土进行养护。
其中：
步骤1所述的处理后的重金属污染沙土的粒径不大于2mm。
步骤3中的重金属污染沙土固化剂的质量为处理后的重金属污染沙土质量的7.5％～15％，拌合水的质量为处理后的重金属污染沙土质量的0.15％～0.25％。
步骤3所述的拌合固化的温度为5～45℃，固化时间为1～5h。
步骤4所述的养护是指在温度为20℃±1℃、空气相对湿度为100％±5％。的养护室中养护，养护时间≥7d。
所述的拌和固化后的重金属污染土在固化7天后，其强度≥1000kPa，相应的重金属的浸出达到城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918-2002的要求。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明以工业副产品赤泥、磷石膏为重金属污染沙土固化剂的原料，可为赤泥、磷石膏的处理提供新的方法，并可解决或减轻赤泥、磷石膏对环境造成的负荷，具有高强度、低浸出等优点，且成本低廉、环境友好；同时工业副产品赤泥、磷石膏的有效利用，节约了污染土壤处理的成本；
2、本发明提出的重金属污染沙土固化剂中存在赤泥和磷石膏，两种材料在前期就会迅速发生反应，前期强度会大大增加，同时由于赤泥和磷石膏的特性，对于各种土壤都可以适用；
3、本发明提出的利用重金属污染沙土固化剂的异位固化方法可为新型固化剂的异位修复提供一定的借鉴作用。
具体实施方式
以下将配合实例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
实施例1：
一种重金属污染沙土固化剂，该固化剂为由赤泥、磷石膏、水泥按照质量比49:21:30混合组成，其中磷石膏为半水磷石膏，赤泥、磷石膏的状态都为粉末，其粒径均不大于2mm；水泥为标号为42.5的硅酸盐水泥。
一种重金属污染沙土固化剂的应用方法，该固化剂应用于沙土异位固化中，包括以下步骤：
步骤1、初期准备：将重金属污染沙土(其中铅2000mg/kg、锌2500mg/kg)进行干化、除杂、破碎、过孔径为2mm的筛等预处理，然后将沙土转移到异位固化专用场地内；
步骤2、配制重金属污染沙土固化剂：按质量比49:21:30称取赤泥、磷石膏和水泥并混合均匀，得到重金属污染沙土固化剂粉剂；
步骤3、固化修复：将处理后的重金属污染沙土、重金属污染沙土固化剂粉剂和拌合水混合搅拌固化，其中重金属污染沙土固化剂粉剂的质量为处理后的重金属污染沙土质量的7.5％，拌合水的质量为处理后的重金属污染沙土质量的0.15％，拌和固化过程中温度为21℃，拌合固化时间为1h；
步骤4、初期养护：在温度为20℃，相对湿度为100％的养护室内将拌和固化后的重金属污染土进行养护7天。
对养护后的固化重金属污染沙土进行无侧限抗压强度试验和浸出试验，得到的结果如下：其强度为1000～2500kPa，重金属的浸出结果为：铅≤0.01mg/L，锌≤1mg/L，达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)。
实施例2：
一种重金属污染沙土固化剂，该固化剂为由赤泥、磷石膏.水泥按照质量比35:35:30混合组成，其中磷石膏为半水磷石膏，赤泥磷石膏的状态都为粉末，其粒径均不大于2mm；水泥为标号为42.5的硅酸盐水泥。
一种重金属污染沙土固化剂的应用方法，该固化剂应用于沙土异位固化中，包括以下步骤：
步骤1、初期准备：将重金属污染沙土(其中铅2000mg/kg，镉5.0mg/kg)进行干化、除杂、破碎等预处理，然后将沙土转移到异位固化专用场地内；
步骤2、配制重金属污染沙土固化剂：按质量比35:35:30称取赤泥、磷石膏和水泥并混合均匀，得到重金属污染沙土固化剂粉剂；
步骤3、固化修复：将处理后的重金属污染沙土、重金属污染沙土固化剂粉剂和拌合水混合搅拌固化，其中重金属污染沙土固化剂粉剂的质量为处理后的重金属污染沙土质量的15％，拌合水的质量为处理后的重金属污染沙土质量的0.25％，拌和固化过程中温度为15℃，拌合固化时间为1.5h；
步骤4、初期养护：在温度为21℃，相对湿度为105％的养护室内将拌和固化后的重金属污染土进行养护7天。
对养护后的固化重金属污染沙土进行无侧限抗压强度试验和浸出试验，得到的结果如下：其强度为1000～2500kPa，重金属的浸出结果为：镉≤0.005mg/L，铅≤0.01mg/L，达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)。
实施例3：
一种重金属污染沙土固化剂，该固化剂为由赤泥、磷石膏、水泥按照质量比42:28:30混合组成，其中磷石膏为半水磷石膏，赤泥磷石膏的状态都为粉末，其粒径均不大于2mm；水泥为标号为42.5的硅酸盐水泥。
一种重金属污染沙土固化剂的应用方法，该固化剂应用于沙土异位固化中，包括以下步骤：
步骤1、初期准备：将重金属污染沙土(其中锌2500mg/kg，镉5.0mg/kg)进行干化、除杂、破碎等预处理，然后将沙土转移到异位固化专用场地内；
步骤2、配制重金属污染沙土固化剂：按质量比42:28:30称取赤泥、磷石膏和水泥混合均匀，得到重金属污染沙土固化剂粉剂；
步骤3、固化修复：将处理后的重金属污染沙土、重金属污染沙土固化剂粉剂和拌合水混合搅拌固化，其中重金属污染沙土固化剂粉剂的质量为处理后的重金属污染沙土质量的9％，拌合水的质量为处理后的重金属污染沙土质量的0.2％，拌和固化过程中温度为35℃，拌合固化时间为2h；
步骤4、初期养护：在温度为19℃，相对湿度为99％的养护室内将拌和固化后的重金属污染土进行养护7天。
对养护后的固化重金属污染沙土进行无侧限抗压强度试验和浸出试验，得到的结果如下：其强度为1000～2500kPa，重金属的浸出结果为：镉≤0.005mg/L，锌≤1mg/L，达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)。
实施例4：
一种重金属污染沙土固化剂，该固化剂为由赤泥、磷石膏、水泥按照质量比28:42:30混合组成，其中磷石膏为半水磷石膏，赤泥和磷石膏的状态为粉末，其粒径均不大于2mm；水泥为标号为42.5的硅酸盐水泥。
一种重金属污染沙土固化剂的应用方法，该固化剂应用于沙土异位固化中，包括以下步骤：
步骤1、初期准备：将重金属污染沙土(其中锌2500mg/kg，镉5.0mg/kg，铅2000mg/kg)进行干化、除杂、破碎等预处理，然后将沙土转移到异位固化专用场地内；
步骤2、配制重金属污染沙土固化剂：按质量比28:42:30称取赤泥、磷石膏和水泥混合均匀，得到重金属污染沙土固化剂粉剂；
步骤3、固化修复：将处理后的重金属污染沙土、重金属污染沙土固化剂粉剂和拌合水混合搅拌固化，其中重金属污染沙土固化剂粉剂的质量为处理后的重金属污染沙土质量的11％，拌合水的质量为处理后的重金属污染沙土质量的0.18％，拌和固化过程中温度为5℃，拌合固化时间为2.5h；
步骤4、初期养护：在温度为19.5℃，相对湿度为101％的养护室内将拌和固化后的重金属污染土进行养护7天。
对养护后的固化重金属污染沙土进行无侧限抗压强度试验和浸出试验，得到的结果如下：其强度为1000～2500kPa，重金属的浸出结果为：镉≤0.005mg/L，锌≤1mg/L，铅≤0.01mg/L达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)。
实施例5：
一种重金属污染沙土固化剂，该固化剂为由赤泥、磷石膏、水泥按照质量比21:49:30混合组成，其中磷石膏为半水磷石膏、赤泥、磷石膏的状态为粉末状，其粒径均不大于2mm；水泥为标号为42.5的硅酸盐水泥。
一种重金属污染沙土固化剂的应用方法，该固化剂应用于沙土异位固化中，包括以下步骤：
步骤1、初期准备：将重金属污染沙土(其中锌2000mg/kg，镉5.0mg/kg，铅2500mg/kg)进行干化、除杂、破碎等预处理，然后将沙土转移到异位固化专用场地内；
步骤2、配制重金属污染沙土固化剂：按质量比21:49:30称取赤泥、磷石膏、水泥混合均匀，得到重金属污染沙土固化剂粉剂；
步骤3、固化修复：将处理后的重金属污染沙土、重金属污染沙土固化剂粉剂和拌合水混合搅拌固化，其中重金属污染沙土固化剂粉剂的质量为处理后的重金属污染沙土质量的13％，拌合水的质量为处理后的重金属污染沙土质量的0.23％，拌和固化过程中温度为45℃，拌合固化时间为5h；
步骤4、初期养护：在温度为20.5℃，相对湿度为105％的养护室内将拌和固化后的重金属污染土进行养护7天。
对养护后的固化重金属污染沙土进行无侧限抗压强度试验和浸出试验，得到的结果如下：其强度为1000～2500kPa，重金属的浸出结果为：镉≤0.005mg/L，锌≤1mg/L，铅≤0.01mg/L达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)。

Claims (10)

1.一种重金属污染沙土固化剂，其特征在于：该固化剂为由赤泥、磷石膏和水泥组成，且赤泥、磷石膏和水泥三者的质量比为49:21:30～21:49:30。
2.根据权利要求1所述的一种重金属污染沙土固化剂，其特征在于：所述的磷石膏为半水磷石膏，其为粉末状且粒径不大于2mm。
3.根据权利要求1所述的一种重金属污染沙土固化剂，其特征在于：所述的赤泥为粉末状，其粒径不大于2mm。
4.根据权利要求1所述的一种重金属污染沙土固化剂，其特征在于，所述的水泥为标号为42.5的硅酸盐水泥。
5.一种如权利要求1所述的重金属污染沙土固化剂的应用方法，其特征在于：该固化剂应用于沙土异位固化中，包括以下步骤：
步骤1、初期准备：将重金属污染沙土进行干化、除杂、破碎预处理，得到处理后的重金属污染沙土；
步骤2、固化剂制备：按比例称取赤泥、磷石膏和水泥，混合均匀并且充分搅拌，得到重金属污染沙土固化剂；
步骤3、固化修复：将处理后的重金属污染沙土、重金属污染沙土固化剂和拌合水混合，进行拌和固化；
步骤4、初期养护：对拌和固化后的重金属污染土进行养护。
6.根据权利要求4所述的一种重金属污染沙土固化剂的应用方法，其特征在于：步骤1所述的处理后的重金属污染沙土的粒径不大于2mm。
7.根据权利要求4所述的一种重金属污染沙土固化剂的应用方法，其特征在于：步骤3中的重金属污染沙土固化剂的质量为处理后的重金属污染沙土质量的7.5％～15％，拌合水的质量为处理后的重金属污染沙土质量的0.15％～0.25％。
8.根据权利要求4所述的一种重金属污染沙土固化剂的应用方法，其特征在于：步骤3所述的拌合固化的温度为5～45℃，固化时间为1～5h。
9.根据权利要求4所述的一种重金属污染沙土固化剂的应用方法，其特征在于：步骤4所述的养护是指在温度为20℃±1℃、空气相对湿度为100％±5％的养护室中养护，养护时间≥7d。
10.根据权利要求4所述的一种重金属污染沙土固化剂的应用方法，其特征在于：所述的拌和固化后的重金属污染土在固化7天后，其强度≥1000kPa，相应的重金属的浸出达到城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918-2002中的要求。
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