CN109513724A - 一种集热解、多重包封与固化为一体的污染土壤安全资源化利用方法 - Google Patents
一种集热解、多重包封与固化为一体的污染土壤安全资源化利用方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种集热解、多重包封与固化为一体的污染土壤安全资源化利用方法,该方法利用热解、烧结固化,物理包封及应用时的胶结固封,多重处理有机污染土壤、重金属污染土壤或有机‑重金属复合污染土壤,从而在使污染土壤中的有机污染物热解的同时阻止土壤中的重金属浸出。达到对污染土壤无害化处理和资源化利用的目的。
Description
技术领域
本方法属于污染土壤处理技术领域,该方法利用烧结固化,物理包封及应用时的胶结固化,多重阻止重金属污染土壤中的重金属浸出,达到对污染土壤资源化利用的目的。
背景技术
土壤是生态系统最基本且最重要的组成部分,但随着经济的发展,以及城镇化和工业化进程的推进,我国土壤污染问题日趋严重。2014年《全国土壤污染状况调查公报》指出:全国土壤总的超标率为16.1%,其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。污染类型以无机型为主,有机型次之,复合型污染比重较小,无机污染物超标点位数占全部超标点位的82.8%,主要的无机污染物为镉、铜、铅、铬、锌、镍等重金属,主要的有机污染物为六六六、滴滴涕(有机氯类)和多环芳烃等。全国土壤环境状况总体不容乐观,部分地区土壤污染较重,耕地土壤环境质量堪忧,工矿业废弃地土壤环境问题突出。
重金属在土壤中具有移动性差、滞留时间长、不能被微生物降解等特点,当土壤中重金属含量累积到一定程度后,会引起作物中污染物含量超标,并通过食物链富集到人体和动物中,危害人畜健康,引发人类癌症和其它疾病等。另外,土壤受到污染后,污染物质浓度较高的污染表土容易在风力和水力作用下分别进入到大气和水体中,导致大气污染、地表水和地下水污染以及生态系统退化等其它次生生态环境问题。由于化石燃料的燃烧、石油的泄漏、工业污水和污泥的农用、工农业固体废物的堆放以及农药的广泛使用,致使邻苯二甲酸酯、多环芳烃、有机氯和有机磷农药等有机污染物直接或间接进入土壤环境,并因脂溶性易被土壤颗粒吸附而长时间残留于土壤中。这些有机物中有不少是致癌、致畸或致突变物质,存留于土壤中不仅可以使农作物减产甚至绝收,而且还可以通过植物或动物进入食物链,给人类生存和健康带来严重影响。
传统污染土壤处置技术包括物理修复技术、化学修复技术和生物修复技术等。单一的物理修复如客土法等仅能将污染土壤进行清移并异地堆放,极易造成二次污染,热解法等仅能将土壤中有机污染物清除,但高温处理后的土壤由于性能发生很大改变,较难继续使用。化学修复仅是从土壤中移除污染物或者降低污染物在土壤中的生物毒性和迁移性,存在着处理效率低、技术要求高、对生态环境存在潜在的威胁等问题。生物修复存在着修复周期过长,不能高效的处理污染土壤,同时存在对于不同性质的污染土壤,修复生物适应力不同,易导致修复效果不理想等问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种集热解、多重包封与固化为一体的污染土壤安全资源化利用方法。与目前国内治理污染土壤的技术相比,具有对无和有机污染物能够同时进行彻底的安全处理作用,尤其对于重金属污染土壤,能够极大的降低二次污染风险。无害化处理后的产品能够作为建材使用,达到对污染土壤资源化利用的目的。
为达到上述目的,本发明采用的技术方法如下:
一种集热解、多重包封与固化为一体的污染土壤安全资源化利用方法,包括以下步骤:对于有机污染土壤、重金属污染土壤或有机-重金属复合污染土壤,先经湿度和粒度调控等将污染土壤预处理,再将污染土壤造粒成核,外用包覆材料进行二次包覆造粒,经高温烧结制成轻质陶粒,用制成的轻质陶粒为集料,与胶凝材料一起,掺加超细矿物掺合料制备轻质高强混凝土。
其中:污染土壤中包含的有机污染物可以是以下有机物的一种或几种:多环芳烃、有机氯类、有机磷类、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、多氯联苯、酯类化合物。
其中:污染土壤中所包含的重金属可以是以下元素的一种或几种:铜、铬、铅、锌、锡、镍、钴、锑、镉和铋。
其中:包覆材料包括但不仅限于:无污染黏土,粉煤灰,煤矸石粉,硅藻土,石灰石粉,页岩粉,珍珠岩尾矿粉等可以用于陶粒生产的原料。
高温热解燃烧:在烧结过程的高温作用下,陶粒坯体内核中的污染土壤所含有的有机污染物发生裂解,由大分子变成小分子,通过具有微孔的包覆层向外逸出,进入烧结炉内与高温空气发生充分的燃烧反应,最后转变为水和二氧化碳等无害物质。
烧结固化-物理固封-胶结固封:通过球核烧结产生的熔融物质、玻璃态物质和部分晶态物质对重金属进行固化;同时通过包覆层烧结后形成致密釉质外壳,对重金属进行物理固封;最终利用掺有超细矿物材料的硅酸盐水泥产生致密的胶凝体包裹,胶结固封重金属污染物,达到烧结固化-物理固封-胶结固封的多重阻隔效果,用以重金属污染土壤的安全资源化。
利用上述高温热解燃烧与烧结固化-物理固封-胶结固封的多重阻隔,协同处理有机-重金属复合污染土壤,达到污染土壤安全资源化目的。
上述方法能够有效处理有机污染物与重金属污染物中的一种或几种。
一种集热解、多重包封与固化为一体的污染土壤安全资源化利用方法包含以下具体步骤:
①将污染土壤进行湿度和粒度调控等预处理,再造粒成核。在造粒成核过程中,针对不同重金属和不同土壤的特性,可加入能够增强固化效果的添加剂。
②将球核外用无污染土壤、其它不含有机和重金属污染的材料等进行二次包覆造粒,在包覆造粒过程中,根据包覆材料的不同特性可加入能够增强固封效果的添加剂。
③将包覆陶粒生料球陈化,烧结,冷却制成轻质陶粒。陶粒性能符合混凝土用轻集料使用标准。
④用制成的轻质陶粒为集料,和掺加超细矿物掺和料的胶凝材料一起,制备轻质高强混凝土。产品能有效去除有机污染物,固化、固封重金属污染物。
上述步骤①所述成核过程中加入的添加剂包括但不仅限于:化学固化剂,氧化剂,还原剂,稳定、钝化剂,助熔剂,固废添加剂和硅酸盐材料。
上述步骤②所述包覆过程中加入的添加剂包括但不仅限于:粘合剂,助熔剂,热固剂,调质剂。
上述步骤④所述超细矿物掺和料包括但不仅限于:超细粉煤灰,超细矿渣微粉,超细偏高岭土,硅灰。
上述步骤④所述胶凝材料包括但不仅限于:普通硅酸盐水泥,铝酸盐水泥,磷酸盐水泥,化学激发胶凝材料。
成品陶粒检验满足混凝土用轻集料的质量标准要求,制成轻质的高强混凝土满足相关的技术标准和重金属浸出毒性标准的要求。产品可直接供混凝土搅拌站,混凝土预制构件厂,建筑单位等公司使用。
附图说明
图1为本发明核壳结构重金属污染土壤高效固化的轻质陶粒制备方法;
图2为陶粒固化体的结构示意图;
图3为热解、多重包封与固化为一体的污染土壤安全资源化利用方式示意图;
图4为重金属含量10000㎎/kg的污染土壤,制备成包覆与未包覆陶粒的重金属浸出浓度对比。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例详细介绍本发明,但是以下的实施例仅限于解释本发明,本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容,不仅仅限于本实施例。而且本发明通过下面实施例,本邻域技术人员是能够完全实现本发明权利要求记载的所有内容的。
实施例1
一种集热解、多重包封与固化为一体的污染土壤安全资源化利用方法,包括以下步骤:
(1)将含有多种有机污染物的土壤置于110℃干燥箱中干燥然后球磨粉碎,精确称量500g污染土壤,放入圆盘造球机中进行造粒处理,制成直径在0.5~5mm的核心球;
(2)将制得的核心球移入另一个成球盘之中,在核心球表面包覆煤矸石粉,最终制得直径为5~20mm的陶粒生坯;
(3)将得到的核壳结构污染土壤轻质陶粒生坯陈化8个小时;
(4)将步骤(3)得到的核壳结构污染土壤轻质陶粒生坯进行烧成,其烧成制度为:以10℃/min的速率升温至650℃,保温5min;以22℃/min的速率升温至1050℃,保温15min;再自然冷却至50℃以下,制得堆积密度为638kg/m3,筒压强度6.5MPa,一小时吸水率为9.36%的陶粒。对陶粒所含有有机害物进行检测,结果表明有害物被完全净化。
实施例2
一种集热解、多重包封与固化为一体的污染土壤安全资源化利用方法,包括以下步骤:
(1)将含有六价铬(1000-5000mg/kg)和铅(1000-5000mg/kg)的污染土壤,置于110℃干燥箱中干燥然后球磨粉碎混匀;
(2)精确称量500g污染土壤,然后放入圆盘造球机中进行造粒处理,制成直径在0.5~5mm的核心球;
(3)将制得的核心球移入另一个成球盘之中,采用无污染土壤,对核心球进行表面包覆处理,最终制得直径为5~20mm的陶粒生坯,然后陈化24个小时;(4)将步骤(3)得到的陶粒生坯进行烧成,其烧成制度为:400℃保温25min,1050℃烧结20min。然后自然冷却至50℃以下,制得堆积密度为723kg/m3,筒压强度7.8MPa,一小时吸水率为8.03%的陶粒。陶粒浸出试验结果表明:浸出浸出液中铬与铅的浓度均低于ICP-OES仪器检测限,可认为未检出。对于中低重金属含量的污染土壤二次包覆烧结陶粒可以进行完全无害化处理实施例3
一种集热解、多重包封与固化为一体的污染土壤安全资源化利用方法,包括以下步骤:
(1)将含有六价铬(6000-15000mg/kg)和铅(6000-15000mg/kg)的污染土壤,按质量比加入5%的煤粉(还原剂)和5%的赤泥(固化剂)并置于110℃干燥箱中干燥然后球磨粉碎混匀;
(2)精确称量500g污染土壤,然后放入圆盘造球机中进行造粒处理,制成直径在0.5~5mm的核心球;
(3)将制得的核心球移入另一个成球盘之中,采用添加了3%的氧化铁助溶剂的粉煤灰,对核心球进行表面包覆处理,最终制得直径为5~20mm的陶粒生坯,然后陈化24个小时;
(4)将步骤(3)得到的陶粒生坯进行烧成,其烧成制度为:450℃保温30min,1130℃烧结15min。然后自然冷却至50℃以下,制得堆积密度为821kg/m3,筒压强度8.6MPa,一小时吸水率为6.10%的陶粒。
(5)将步骤(4)所得到的陶粒作为集料,普通硅酸盐水泥为胶凝材料,掺入超细粉煤灰制成混凝土试样。养护28天后,干密度为1920kg/m3,抗压强度为47.5Mpa的轻质高强混凝土。混凝土浸出试验结果表明:浸出浸出液中铬与铅的浓度均低于ICP-OES仪器检测限,可认为未检出。对于高重金属含量的污染土壤多重固化-固封方法可以进行完全无害化处理。
以上所述,仅为本发明部分具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本领域的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内。
Claims (10)
1.一种集热解、多重包封与固化为一体的污染土壤安全资源化利用方法,其特征在于:对于有机污染土壤、重金属污染土壤或有机-重金属复合污染土壤,先经湿度和粒度调控等预处理,再造粒成核,外用包覆材料进行二次包覆造粒,经高温烧结制成轻质陶粒,以制成的轻质陶粒为集料,用掺加了超细矿物掺合料的胶凝材料制备轻质高强混凝土。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:在高温烧结过程的高温作用下,陶粒坯体内核中的污染土壤所含有的有机污染物发生裂解,由大分子变成小分子,通过具有微孔的包覆层向外逸出,进入烧结炉内与高温空气发生充分的燃烧反应,最后转变为水和二氧化碳等无害物质。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:通过球核烧结产生的熔融物质、玻璃态物质和部分晶态物质对重金属进行固化;同时通过包覆层烧结后形成致密釉质外壳,对重金属进行物理固封;最终利用掺有超细矿物材料的硅酸盐水泥产生致密的胶凝体包裹,胶结固封重金属污染物,达到烧结固化-物理固封-胶结固封的多重阻隔效果,用以重金属污染土壤的安全资源化。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:污染土壤中包含的有机污染物包括以下有机物的一种或几种:多环芳烃、有机氯类、有机磷类、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、多氯联苯、酯类化合物;污染土壤中所包含的重金属包括以下金属元素的一种或几种:铜、铬、铅、锌、锡、镍、钴、锑、镉和铋。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述外用包覆材料包括无污染黏土,粉煤灰,煤矸石粉,硅藻土,石灰石粉,页岩粉,珍珠岩尾矿粉等可以用于陶粒生产的原料。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述胶凝材料包括但不仅限于普通硅酸盐水泥,铝酸盐水泥,磷酸盐水泥,化学激发胶凝材料。
7.一种集热解、多重包封与固化为一体的污染土壤安全资源化利用方法,其特征在于包含以下步骤:
(1)将污染土壤进行湿度和粒度调控等预处理,再造粒成核;在造粒成核过程中,针对不同重金属和不同土壤的特性,可加入能够增强固化效果的添加剂;
(2)将球核外用无污染土壤、其它不含有机和重金属污染的材料等进行二次包覆造粒,在包覆造粒过程中,根据包覆材料的不同特性可加入能够增强固封效果的添加剂;
(3)将包覆陶粒生料球陈化,烧结,冷却制成轻质陶粒;陶粒性能符合混凝土用轻集料使用标准;
(4)用制成的轻质陶粒为集料,掺加超细矿物掺和料的胶凝材料,制备轻质高强混凝土;制得的产品能有效去除有机污染物,固化、固封重金属污染物。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于:步骤(1)所述成核过程中加入的添加剂包括但不仅限于:化学固化剂,氧化剂,还原剂,稳定、钝化剂,助熔剂,固废添加剂和硅酸盐材料。
9.根据权利要求7所述的方法,其特征在于:步骤(2)所述包覆过程中加入的添加剂包括但不仅限于:粘合剂,助熔剂,热固剂,调质剂。
10.根据权利要求7所述的方法,其特征在于:步骤(4)所述超细矿物掺和料包括但不仅限于:超细粉煤灰,超细矿渣微粉,超细偏高岭土,硅灰。
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