CN110452703A - 一种重金属常温固化剂及使用其固化重金属污染物中重金属的方法 - Google Patents
一种重金属常温固化剂及使用其固化重金属污染物中重金属的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种重金属常温固化剂及使用其固化重金属污染物中重金属的方法,该重金属常温固化剂由以下重量份的原料制成:纳米分子筛1‑10份,氧化钙3‑20份,硫酸铝1‑30份,氧化铁1‑10份。而在固化重金属污染物中重金属时,先将所述重金属污染物与重金属常温固化剂在常温条件下混合均匀,得到混合物;将制得的混合物于常温条件下静置48‑72小时;加水混合,使混合物中的含水量达25‑40%,在常温条件下静置即可。本发明的金属常温固化剂解决了现有技术中高温固化生产成本高、易产生二次污染,常温固化效果不佳、用量大的问题,而其固化方法也十分简单,操作简便,固化成本低,固化效果好。
Description
技术领域
本发明涉及重金属污染物处理技术领域,具体涉及一种重金属常温固化剂及使用其固化重金属污染物中重金属的方法。
背景技术
土壤重金属污染(heavy metal pollution of the soil)是指由于人类活动,土壤中的微量金属元素在土壤中的含量超过背景值,过量沉积而引起的含量过高,统称为土壤重金属污染。重金属是指相对密度在4.5g/cm3以上,或比重大于5 的金属。
随着工业的大发展、城市化的扩大和农用化学物质使用种类、数量的不断增加,重金属大量进入土壤环境。与有机物不同,重金属无法被微生物降解,且能够富集在生物体内。重金属对土壤造成的长期污染,已经成为现今危害最大的环境问题之一。
现有技术中,对于重金属污染土壤修复途径主要有两种:一是改变重金属在土壤中的存在形态,使其固定,降低其在环境中的迁移性和生物可利用性,即使其稳定化;二是将重金属从土壤中去除,使其存留深度接近或达到背景值。具体的修复方法包括物理方法:客土、换土法,热处理法(蒸汽提取);物理化学方法:固定(稳定)化法,淋滤法,电动修复法;生物修复法:植物修复法,微生物修复法,植物-微生物联用修复法,动物修复法。
固定(稳定)化法是国际上处理有毒污染物的主要方法之一。现有技术中,固化重金属的方法一般分为高温固化和常温固化。高温固化是将重金属污染物和一定量的添加剂混合后,在高温下达到熔融状态,然后迅速冷却降温形成玻璃固化体,利用降温过程中形成的致密晶体结构,完成重金属元素的固化。常温固化是指在常温状态下,采用固化基材将重金属废物吸附固定或包覆起来,以降低其对环境的危害。
公开号为CN 107252810 A的专利《一种熔融固化垃圾燃烧飞灰中重金属的方法》公开了一种熔融固化垃圾燃烧飞灰中重金属的方法。通过将垃圾飞灰与高炉瓦斯泥以9~1:1的比例混合加热到800到1200℃,保温0.5~3小时,最后得到熔融固化产物,按照国标对之进行As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pd及Zn重金属浸出检测,结果表明固化产物完全符合国家排放标准。但该发明没有对加热固化过程中产生的尾气进行进一步处理,存在二次污染的可能。
公开号为CN 105541065 A的专利《一种重金属污泥高温熔融固化方法》公开了向自然风干后的重金属污泥中加入自然风干后的重金属污泥质量1~15%的添加剂混合球磨至粒径<1mm得到球磨物料;将得到的球磨物料采用烟气余热在温度为100~800℃条件下干燥0.1~3h;将经干燥处理的物料升温至温度为 1000~1400℃条件下高温熔融0.1~3h,在此过程中产生的烟气经除尘、返回干燥球磨物料温度降至50~100℃后洗涤最后达标排放,熔融完成后的固化产物经浇筑成型后得到固化体。
综上所述,高温固化需要消耗大量的热能,且部分有毒物质会挥发出来,对环境造成二次污染。因此必须采取尾气处理措施。所以其系统较复杂,运行成本极高。而常温固化的固化效果不佳,且普遍存在用量大的问题。
因此,提供一种重金属固化剂,固化效果好,用量少,成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的之一是为了解决上述技术问题,提供一种重金属常温固化剂,该重金属常温固化剂在常温条件下固化效果好,可有效解决现有技术中常温固化成本高、易产生二次污染和固化剂用量大的问题。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种重金属常温固化剂,由以下重量份的原料制成:纳米分子筛1-10份,氧化钙3-20份,硫酸铝1-30份,氧化铁1-10份。
优选地,由以下重量份的原料制成:纳米分子筛3-8份,氧化钙5-15份,硫酸铝3-10份,氧化铁2-5份。
优选地,所述纳米分子筛为Y型纳米分子筛。
本发明的另一个目的是为了提供使用上述重金属常温固化剂固化重金属污染物中重金属的方法,该方法简单,操作简便,固化成本低且固化效果好。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种使用上述重金属常温固化剂固化重金属污染物中重金属的方法,包括以下步骤:
步骤1.将所述重金属污染物与重金属常温固化剂在常温条件下混合均匀,得到混合物,其中,重金属污染物与重金属常温固化剂的质量比为100:15-30;
步骤2.将步骤1制得的混合物于常温条件下静置48-72小时;
步骤3.将经步骤2处理后的混合物加水混合,使混合物中的含水量达25-40%,在常温条件下静置即可。
进一步地,控制步骤1所得混合物的含水量为3-5%。
进一步地,所述步骤1中,重金属污染物与重金属常温固化剂的质量比为100:20。
进一步地,所述步骤2中,将步骤1制得的混合物于常温条件下静置60小时。
进一步地,所述步骤3中,使加水后的混合物中含水量达33%。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明方法简单,操作简便,固化成本低,固化效果好。
(2)本发明中将污染物与固化剂混合后,在常温条件下静置48-72小时,主要利用的是纳米分子筛的吸附作用。分子筛是一类具有骨架结构的微孔晶体材料,具有巨大的比表面积和众多的微孔。与其它的固体吸附剂不同,分子筛晶体内部了晶穴和孔道相互连通,骨架结构内孔体积为总体积的40%-50%,且孔径大小均匀、固定。本发明的分子筛为纳米分子筛,其活性较普通分子筛更高、比表面积更大,与普通分子筛相双,能有效减少金属固定剂的用量,提高修复效率。结果表明,本发明对于多种重金属均有良好的去除效果。
(3)本发明通过控制污染物的水分含量,能有效增加纳米分子筛对于重金属的吸附效果,减小吸剂的用量,有效降低生产成本。
(4)本发明将固化剂混合物的污当物静置后加水混合,使其含水量达 25-40%,主要利用的是在此条件下氧化钙、硫酸铝及氧化铁的化学固定作用。氧化钙具有调节污染物pH值的作用,能与污染物中的重金属离子形成沉淀;氧化铁在含水条件下能形成氢氧化铁胶体,吸附污染物中的重金属;硫酸铝生成氢氧化铝絮状体后,也能吸附污染物中的重金属。三者共同发挥作用,吸附污染物中的重金属。
(5)本发明中氧化钙、硫酸铝及氧化铁三者在加水条件下会发生类似水泥固化的反应,将含重金属的微粒包含在固化物中,防止其迁移和浸出。
(6)本发明创造性地将纳米分子筛的吸附作用、氧化钙、硫酸铝及氧化铁的化学固定作用、以及氧化钙、硫酸铝及氧化铁三者发生的类似水泥固化的物理固定作用结合在一起,从多个角度出发,对污染物中的重金属进行固化。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清晰、完整的描述,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。下列实施例仅用于说明本发明,而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在未作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明所保护的范围。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本实施例所述的一种重金属常温固化剂,由以下重量份的原料制成:纳米分子筛1-10份,氧化钙3-20份,硫酸铝1-30份,氧化铁1-10份。
优选地,由以下重量份的原料制成:纳米分子筛3-8份,氧化钙5-15份,硫酸铝3-10份,氧化铁2-5份。
优选地,所述纳米分子筛为Y型纳米分子筛。
本实施例所述的一种制备如上所述的重金属常温固化剂的方法,包括以下步骤:
步骤一.备料:按重量份称取所述原料;
步骤二.混合:将所述原料混合均匀,包装,即得。
本实施例所述的一种采用上述的重金属常温固化剂固化重金属污染物中重金属的方法,包括以下步骤:
步骤1.将所述重金属污染物与重金属常温固化剂在常温条件下混合均匀,得到混合物,其中,重金属污染物与重金属常温固化剂的质量比为100:15-30;
步骤2.将步骤1制得的混合物于常温条件下静置48-72小时;
步骤3.将经步骤2处理后的混合物加水混合,使混合物中的含水量达25-40%,在常温条件下静置即可。
控制步骤1所得混合物的含水量为3-5%。
所述步骤1中,重金属污染物与重金属常温固化剂的质量比为100:20。
所述步骤2中,将步骤1制得的混合物于常温条件下静置60小时。
所述步骤3中,使加水后的混合物中含水量达33%。
本实施例中所述的重金属污染物为同一种重金属污染物,其化学成分的含量见下表:
表1重金属污染物化学成分表
化学成分 | PbO | ZnO | CdO | Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | CuO | BaO |
含量(wt%) | 8.57 | 4.15 | 7.44 | 5.18 | 3.04 | 1.17 |
化学成分 | SiO<sub>2</sub> | K<sub>2</sub>O | NaO | MgO | 水分 | |
含量(wt%) | 44.37 | 15.25 | 5.09 | 5.25 | 2.29 |
以下,以几个实例来对本实施例的重金属常温固化剂及使用其固化重金属污染物中重金属的方法进行详细的描述。
实例1
本实例采用的的重金属常温固化剂原料重量组成为:
纳米分子筛5份,氧化钙10份,硫酸铝7份,氧化铁3份。
其中纳米分子筛为Y型分子筛。
然后,采用该重金属常温固化剂来对本实施例提供的重金属污染物中的重金属进行固化,其具体包括以下步骤:
步骤1.将重金属污染物与重金属常温固化剂在常温条件下混合均匀,得到混合物,其中,重金属污染物与重金属常温固化剂的质量比为100:15,混合物的含水量为3%;
步骤2.将步骤1制得的混合物于常温条件下静置60小时;
步骤3.将经步骤2处理后的混合物加水混合,使加水后的混合物中含水量达33%,在常温条件下静置即可。
实例2
本实例采用的的重金属常温固化剂原料重量组成为:
纳米分子筛1份,氧化钙5份,硫酸铝30份,氧化铁1份。
其中纳米分子筛为Y型分子筛。
然后,采用该重金属常温固化剂来对本实施例提供的重金属污染物中的重金属进行固化,其具体包括以下步骤:
步骤1.将重金属污染物与重金属常温固化剂在常温条件下混合均匀,得到混合物,其中,重金属污染物与重金属常温固化剂的质量比为100:20,混合物的含水量为5%;
步骤2.将步骤1制得的混合物于常温条件下静置72小时;
步骤3.将经步骤2处理后的混合物加水混合,使混合物中的含水量达40%,在常温条件下静置即可。
实例3
本实例采用的的重金属常温固化剂原料重量组成为:
纳米分子筛3份,氧化钙3份,硫酸铝10份,氧化铁5份。
其中纳米分子筛为Y型分子筛。
然后,采用该重金属常温固化剂来对本实施例提供的重金属污染物中的重金属进行固化,其具体包括以下步骤:
步骤1.将重金属污染物与重金属常温固化剂在常温条件下混合均匀,得到混合物,其中,重金属污染物与重金属常温固化剂的质量比为100:30,混合物的含水量为4%;
步骤2.将步骤1制得的混合物于常温条件下静置48小时;
步骤3.将经步骤2处理后的混合物加水混合,使混合物中的含水量达25%,在常温条件下静置即可。
实例4
本实例采用的的重金属常温固化剂原料重量组成为:
纳米分子筛10份,氧化钙15份,硫酸铝1份,氧化铁10份。
其中纳米分子筛为Y型分子筛。
然后,采用该重金属常温固化剂来对本实施例提供的重金属污染物中的重金属进行固化,其具体包括以下步骤:
步骤1.将重金属污染物与重金属常温固化剂在常温条件下混合均匀,得到混合物,其中,重金属污染物与重金属常温固化剂的质量比为100:21,混合物的含水量为5%;
步骤2.将步骤1制得的混合物于常温条件下静置60小时;
步骤3.将经步骤2处理后的混合物加水混合,使加水后的混合物中含水量达33%,在常温条件下静置即可。
实例5
本实例采用的的重金属常温固化剂原料重量组成为:
纳米分子筛8份,氧化钙20份,硫酸铝3份,氧化铁2份。
其中纳米分子筛为Y型分子筛。
然后,采用该重金属常温固化剂来对本实施例提供的重金属污染物中的重金属进行固化,其具体包括以下步骤:
步骤1.将重金属污染物与重金属常温固化剂在常温条件下混合均匀,得到混合物,其中,重金属污染物与重金属常温固化剂的质量比为100:25,混合物的含水量为4%;
步骤2.将步骤1制得的混合物于常温条件下静置55小时;
步骤3.将经步骤2处理后的混合物加水混合,使混合物中的含水量达29%,在常温条件下静置即可。
实例6
本实例采用的的重金属常温固化剂原料重量组成为:
纳米分子筛2份,氧化钙5份,硫酸铝15份,氧化铁7份。
其中纳米分子筛为Y型分子筛。
然后,采用该重金属常温固化剂来对本实施例提供的重金属污染物中的重金属进行固化,其具体包括以下步骤:
步骤1.将重金属污染物与重金属常温固化剂在常温条件下混合均匀,得到混合物,其中,重金属污染物与重金属常温固化剂的质量比为100:20,混合物的含水量为3.5%;
步骤2.将步骤1制得的混合物于常温条件下静置62小时;
步骤3.将经步骤2处理后的混合物加水混合,使混合物中的含水量达35.8%,在常温条件下静置即可。
实例7
本实例采用的的重金属常温固化剂原料重量组成为:
纳米分子筛8份,氧化钙12份,硫酸铝25份,氧化铁1份。
其中纳米分子筛为Y型分子筛。
然后,采用该重金属常温固化剂来对本实施例提供的重金属污染物中的重金属进行固化,其具体包括以下步骤:
步骤1.将重金属污染物与重金属常温固化剂在常温条件下混合均匀,得到混合物,其中,重金属污染物与重金属常温固化剂的质量比为100:19,混合物的含水量为4.2%;
步骤2.将步骤1制得的混合物于常温条件下静置50小时;
步骤3.将经步骤2处理后的混合物加水混合,使混合物中的含水量达31.6%,在常温条件下静置即可。
实例8
本实例采用的的重金属常温固化剂原料重量组成为:
纳米分子筛10份,氧化钙20份,硫酸铝20份,氧化铁3份。
其中纳米分子筛为Y型分子筛。
然后,采用该重金属常温固化剂来对本实施例提供的重金属污染物中的重金属进行固化,其具体包括以下步骤:
步骤1.将重金属污染物与重金属常温固化剂在常温条件下混合均匀,得到混合物,其中,重金属污染物与重金属常温固化剂的质量比为100:30,混合物的含水量为4.8%;
步骤2.将步骤1制得的混合物于常温条件下静置50小时;
步骤3.将经步骤2处理后的混合物加水混合,使混合物中的含水量达35.6%,在常温条件下静置即可。
实例9
本实例采用的的重金属常温固化剂原料重量组成为:
纳米分子筛5份,氧化钙10份,硫酸铝20份,氧化铁5份。
其中纳米分子筛为Y型分子筛。
然后,采用该重金属常温固化剂来对本实施例提供的重金属污染物中的重金属进行固化,其具体包括以下步骤:
步骤1.将重金属污染物与重金属常温固化剂在常温条件下混合均匀,得到混合物,其中,重金属污染物与重金属常温固化剂的质量比为100:15,混合物的含水量为4.0%;
步骤2.将步骤1制得的混合物于常温条件下静置55小时;
步骤3.将经步骤2处理后的混合物加水混合,使混合物中的含水量达40%,在常温条件下静置即可。
以上实例中,最终固化时长跟混合均匀程度和气温有一定关系,一般步骤3 中静置2天以上即可。
根据国家标准(HJ557-2010)对固化前和实例1-9中固化后的污染物做毒性浸出实验,毒性浸出结果见下表2所示。
表2重金属污染物处理前、处理后的浸出浓度对比
由表2可知,本实施例的重金属常温固化剂均能显著降低重金属污染物中的重金属浸出量,并且用量相对普通固定剂用量更小。尤其当其主要成分纳米分子筛含量较高时,其固化效果更好,对多种重金属均有良好的去除效果。
此外,为检测固化后的污染物重金属迁移情况,本实施例将固化后的污染物置于室温条件下,分别考察放置了不同时间段后,其重金属的迁移情况。
具体方法为:根据国家标准(HJ557-2010)对放置了12个月的和24个月的样口进行毒性浸出实验。实验结果如下表3和表4所示:
表3固化后的重金属污染物放置12个月后的浸出浓度
由上表3可见,将采用本实施例方法固化后的重金属污染物,在放置6个月后,其重金属污染物的浸出物浓度基本没有变化,其固化效果很好。
表4固化后的重金属污染物放置12个月后的浸出浓度
由上表可见,将采用本实施例方法固化后的重金属污染物,在放置24个月后,其重金属污染物的浸出物浓度基本没有变化,其固化效果很好。
综上所述,可以发现,本实施例的重金属常温固化剂固化效果很好,其通过纳米分子筛的性能,结合氧化钙、硫酸铝及氧化铁的化学固定作用、以及氧化钙、硫酸铝及氧化铁三者发生的类似水泥固化的物理固定作用结合在一起,从多个角度出发,对污染物中的重金属进行固化,对多种重金属均有良好的去除效果,而通过本实施例的固化方法,如通过控制污染物的水分含量增加纳米分子筛对于重金属的吸附效果等方式,可达到常温下固化重金属污染物中重金属的目的,还能够有效的减小吸剂的用量,降低生产成本。采用本实施例方法固化后的重金属污染物,稳定,不会发生二次迁移。此外,本发明的固化剂种类少,用量相对普通固定剂用量更小,但其能显著降低重金属污染物中的重金属浸出量,固化效果更好,对多种重金属均有良好的去除效果。
最后所应说明:以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应该理解;依然可以对本发明进行修改或者等同替换,而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种重金属常温固化剂,其特征在于,由以下重量份的原料制成:纳米分子筛1-10份,氧化钙3-20份,硫酸铝1-30份,氧化铁1-10份。
2.根据权利要求1所述的一种重金属常温固化剂,其特征在于,由以下重量份的原料制成:纳米分子筛3-8份,氧化钙5-15份,硫酸铝3-10份,氧化铁2-5份。
3.根据权利要求1或2所述的一种重金属常温固化剂,其特征在于,所述纳米分子筛为Y型纳米分子筛。
4.使用权利要求3所述的固化剂固化重金属污染物中重金属的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1.将所述重金属污染物与重金属常温固化剂在常温条件下混合均匀,得到混合物,其中,重金属污染物与重金属常温固化剂的质量比为100:15-30;
步骤2.将步骤1制得的混合物于常温条件下静置48-72小时;
步骤3.将经步骤2处理后的混合物加水混合,使混合物中的含水量达25-40%,在常温条件下静置即可。
5.根据权利要求4所述的固化重金属污染物中重金属的方法,其特征在于,控制步骤1所得混合物的含水量为3-5%。
6.根据权利要求5所述的固化重金属污染物中重金属的方法,其特征在于,所述步骤1中,重金属污染物与重金属常温固化剂的质量比为100:20。
7.根据权利要求6所述的固化重金属污染物中重金属的方法,其特征在于,所述步骤2中,将步骤1制得的混合物于常温条件下静置60小时。
8.根据权利要求7所述的固化重金属污染物中重金属的方法,其特征在于,所述步骤3中,使加水后的混合物中含水量达33%。
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