CN110591716A - 适用于尾矿废石重金属污染稳定化修复材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于尾矿废石重金属污染稳定化修复材料，包括粘合剂、微生物载体材料、兼氧硫酸盐还原菌、污泥和稻草混合物、硫酸盐、水。本发明得到的修复材料通过多种材料的复配，具有缓慢释放碳源和硫元素功能，充分利用微生物自然生长持续提供微生物，原始环境繁殖生长提高环境适应能力，加快矿石表面生物膜的生成，实现成本低，使用寿命长，且具有长期释放碳源和硫源，可提高重金属的控制效率。
Description
技术领域
本发明涉及矿山污染修复技术范畴，具体涉及适用于尾矿废石重金属污染稳定化修复材料及制备方法。
背景技术
随着经济的发展，我国大量开采矿产用于国民生产，然而大量开采矿山导致了大量废弃矿石的出现，据统计，我国每年产生工业废渣近40亿吨，不断涌现出大量的尾矿库，由于早期的处置处理不当，未作任何防渗，甚至是随意堆放，经长期的自然氧化、降雨淋滤作用，大量的有毒有害物质通过不同路径进入周边环境，对周边土壤地下水、居民饮水、生态安全和人体健康造成巨大风险，每年造成上千亿元的经济损失，近些年，我国废矿石环境污染事件频发，急需开展综合整治。
目前，在铁矿和铜矿开采过程中产生的大量废弃的含硫废矿石，可产生大量富含硫酸盐和重金属离子(As、Cu、Cd、Pb等)的酸性矿山废水，对周边水体、土壤产生了严重的污染。同时，因淋滤产生酸性废水对污染治理难度大，对技术适应性要求高。现阶段对于尾矿主要是采用物理处置、化学处置以及微生物方法降低污染。物理处置主要是异位搬迁和原位阻控，前者主要是通过标准的尾矿库建设，防止酸性废水的下渗，并进行顶端硬化，避免降雨淋滤；后者是在废矿石堆体周边设置垂直防渗帷幕，且帷幕底端需设置在隔水层底板上，顶端再进行硬化。以上两者工程手段对尾矿库处置存在相同的问题，工程量大、资金投入高。另外，酸性废水的存在，会使堆体产生大量的嗜酸氧化性微生物群落，加剧废矿石酸性废水的生成。除此之外，植物从环境中吸收重金属后，会通过食物链在动植物、人体内富集，不仅人类身体健康有害，更严重危害了生态环境。化学处置方法一般采用化学药剂的添加实现含硫废矿石稳定化处置，但由于需要投加大量的化学试剂，存在二次污染的风险，且仅是对已产生的酸性废水中的重金属离子进行稳定化，无法有效避免酸性废水的产生。微生物处置方法具有处理费用低、可去除多种重金属离子等优点，部分微生物处置方法也是针对已产生的酸性废水进行处置，无法阻断矿石与雨水、氧气等接触产生酸性废水的问题。因此，可以通过微生物方法，在矿石颗粒表面形成多层的“微生物膜”，实现既能阻断水与矿石的接触的途径，降低废水产生，避免重金属的不断溶出，也能降低大体量的矿石修复成本，但在实际工程实施过程中，需要连续补充大量的微生物，以实现膜的生成，故需要大量的人为补给微生物，同样增加了成本。
基于以上存在的问题，需要设计一种适用于尾矿废石重金属污染稳定化修复材料及制备方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种适用于尾矿废石重金属污染稳定化修复材料及制备方法。
本发明通过下述方案实现：
一种适用于尾矿废石重金属污染稳定化修复材料，按质量百分比计，所述修复材料包括以下组分：
所述粘合剂中水泥、细沙、麦芽糊精的质量比为0.5-1:0.3:0.8-1。
述微生物载体材料包括沸石和水热碳。
所述修复材料呈微球颗粒状，粒径为0.5mm～2mm。
一种适用于尾矿废石重金属污染稳定化修复材料的制备方法，该修复材料的制备方法包括以下步骤：
(1)将沸石加入葡萄糖配置成浓度为40～50g/L的沸石-葡萄糖混合液，然后依次进行超声波均匀分散、水热反应、过滤得到固体材料，将固体材料冲洗和烘干后得到微生物载体材料；
(2)选用水泥、细沙、麦芽糊精，按照质量比0.5-1:0.3:0.8-1均匀混合，得到粘合剂；
(3)将步骤(1)得到的微生物载体材料、步骤(2)得到的粘合剂、兼氧硫酸盐还原菌、污泥和稻草混合物、硫酸盐，分别按照质量百分数25％-34％、5％-27.5％、2-10％、10％-20％、5％-10％搅拌混匀3h，得到混合物；
(4)将步骤(3)中的混合物喷洒水，湿润后进行造粒，其所得材料为圆形颗粒状的微球，经自然晾干，即得到适用于尾矿废石重金属污染稳定化修复材料修复材料。
在所述步骤(1)中，所述沸石的粒径为0.05～0.1mm；
所述沸石-葡萄糖混合液于恒温超声器中用超声波均匀15min，然后于180℃特氟龙材质的水热反应釜中水热反应14h，分别用水和乙醇冲洗3次，40℃环境中烘12h即得到微生物载体材料。
在所述步骤(2)中，所述水泥为硅酸盐水泥，所述细沙的粒径＜0.25mm。
在所述步骤(3)中，所述污泥与稻草混合物的质量比为1：3。
本发明的有益效果为：
1.本发明提供的材料具有缓慢释放碳源和硫元素，可长期为微生物生长提供所需的碳源和营养盐物质，减少外源物质的投加，达到降低成本的目的；
2.本发明提供的材料具有强吸附性的水热碳和活性沸石复合材料，可用于微生物生长所需的场所，有利于微生物的高效繁殖，在通过降雨淋滤提高微生物的释放，降低微生物菌剂的投入；
3.本发明提供的材料可在原始环境繁殖生长，长期持续性的补充目标微生物，且提高环境适应能力，加快矿石表面生物膜的生成，实现成本低，使用寿命长，且具有长期释放碳源和硫源，可提高重金属的控制效率。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步说明：
一种适用于尾矿废石重金属污染稳定化修复材料，按质量百分比计，所述修复材料包括以下组分：
所述粘合剂中水泥、细沙、麦芽糊精的质量比为0.5-1:0.3:0.8-1。
述微生物载体材料包括沸石和水热碳。
所述修复材料呈微球颗粒状，粒径为0.5mm～2mm。
一种适用于尾矿废石重金属污染稳定化修复材料的制备方法，该修复材料的制备方法包括以下步骤：
(1)将沸石加入葡萄糖配置成浓度为40～50g/L的沸石-葡萄糖混合液，然后依次进行超声波均匀分散、水热反应、过滤得到固体材料，将固体材料冲洗和烘干后得到微生物载体材料；
(2)选用水泥、细沙、麦芽糊精，按照质量比0.5-1:0.3:0.8-1均匀混合，得到粘合剂；
(3)将步骤(1)得到的微生物载体材料、步骤(2)得到的粘合剂、兼氧硫酸盐还原菌、污泥和稻草混合物、硫酸盐，分别按照质量百分数25％-34％、5％-27.5％、2-10％、10％-20％、5％-10％搅拌混匀3h，得到混合物；
(4)将步骤(3)中的混合物喷洒水，湿润后进行造粒，其所得材料为圆形颗粒状的微球，经自然晾干，即得到适用于尾矿废石重金属污染稳定化修复材料修复材料。
在所述步骤(1)中，所述沸石的粒径为0.05～0.1mm；
所述沸石-葡萄糖混合液于恒温超声器中用超声波均匀15min，然后于180℃特氟龙材质的水热反应釜中水热反应14h，分别用水和乙醇冲洗3次，40℃环境中烘12h即得到微生物载体材料。
在所述步骤(2)中，所述水泥为硅酸盐水泥，所述细沙的粒径＜0.25mm。
在所述步骤(3)中，所述污泥与稻草混合物的质量比为1：3。
下面结合具体的实施案例对本发明做进一步阐述。
选用粒径为0.05-0.1mm的沸石150mgH和50g/L葡萄糖配置成浓度为的葡萄糖混合液将获得的混合液至于恒温超声器中超声均匀15min，加入500mL的特氟龙材质水热反应釜，保持180℃水热反应14h，获得的固体材料，用干净水和乙醇冲洗3次，40℃环境中烘干12h，获得微生物载体材料；分别选用普通硅酸盐水泥50mg、特细沙80mg、麦芽糊精100mg搅拌均匀，所得为粘合剂230mg。采用研磨机将秸秆研磨粉碎成粉末状，加入活性污泥，其比例为3：1，混匀。将合成的微生物载体材料200mg、粘合剂150mg、兼氧硫酸盐还原菌40mg、污泥和稻草混合物105mg、硫酸盐40mg，采用搅拌设备搅拌3h，得到混合物，再经喷水，直至湿润可用于造粒机进行挤压造粒，挤出转速为20r/min，所得材料为圆形颗粒状的微球，经自然晾干，颗粒微球粒径为1mm占制备材料的85％。
分别称取500mg的铜矿废弃矿石，设置添加90mg的制备材料和未添加任何材料对比，并都置于20℃的环境中培养90天后，采用纯水冲洗，收集滤液，测定重金属含量。发现相对未添加的，添加制备材料的滤液重金属含量整体下降86.5％。
采用土柱淋滤实验，即在2根土柱中添加1kg的废矿石，并于一根顶部铺设一层200mg的制备的材料，均采用顶端模拟降雨，且乙醇溶液适当补充碳源，经过90天的运行，添加材料底端的滤液中的重金属得到了有效的控制，相对来说控制率达到76％。
本发明得到的修复材料通过多种材料的复配，具有缓慢释放碳源和硫元素功能，充分利用微生物自然生长持续提供微生物，原始环境繁殖生长提高环境适应能力，加快矿石表面生物膜的生成，实现成本低，使用寿命长，且具有长期释放碳源和硫源，可提高重金属的控制效率。
尽管已经对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例做出修改或者采用等同的替代方案，这对本领域的技术人员而言是显而易见，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (8)
1.一种适用于尾矿废石重金属污染稳定化修复材料，其特征在于，按质量百分比计，所述修复材料包括以下组分：
2.根据权利要求1所述的适用于尾矿废石重金属污染稳定化修复材料，其特征在于：所述粘合剂中水泥、细沙、麦芽糊精的质量比为0.5-1:0.3:0.8-1。
3.根据权利要求1所述的适用于尾矿废石重金属污染稳定化修复材料，其特征在于：所述微生物载体材料包括沸石和水热碳。
4.根据权利要求1所述的适用于尾矿废石重金属污染稳定化修复材料，其特征在于：所述修复材料呈微球颗粒状，粒径为0.5mm～2mm。
5.一种适用于尾矿废石重金属污染稳定化修复材料的制备方法，其特征在于，该修复材料的制备方法包括以下步骤：
(1)将沸石加入葡萄糖配置成浓度为40～50g/L的沸石-葡萄糖混合液，然后依次进行超声波均匀分散、水热反应、过滤得到固体材料，将固体材料冲洗和烘干后得到微生物载体材料；
(2)选用水泥、细沙、麦芽糊精，按照质量比0.5-1:0.3:0.8-1均匀混合，得到粘合剂；
(3)将步骤(1)得到的微生物载体材料、步骤(2)得到的粘合剂、兼氧硫酸盐还原菌、污泥和稻草混合物、硫酸盐，分别按照质量百分数25％-34％、5％-27.5％、2-10％、10％-20％、5％-10％搅拌混匀3h，得到混合物；
(4)将步骤(3)中的混合物喷洒水，湿润后进行造粒，其所得材料为圆形颗粒状的微球，经自然晾干，即得到适用于尾矿废石重金属污染稳定化修复材料修复材料。
6.根据权利要求5所述的适用于尾矿废石重金属污染稳定化修复材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，所述沸石的粒径为0.05～0.1mm；
所述沸石-葡萄糖混合液于恒温超声器中用超声波均匀15min，然后于180℃特氟龙材质的水热反应釜中水热反应14h，分别用水和乙醇冲洗3次，40℃环境中烘12h即得到微生物载体材料。
7.根据权利要求5所述的适用于尾矿废石重金属污染稳定化修复材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤(2)中，所述水泥为硅酸盐水泥，所述细沙的粒径＜0.25mm。
8.根据权利要求5所述的适用于尾矿废石重金属污染稳定化修复材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤(3)中，所述污泥与稻草混合物的质量比为1：3。
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|---|---|---|---|---|
| CN110586605A (zh) * | 2018-06-13 | 2019-12-20 | 岳西县九方农业有限公司 | 基于兼氧硫酸盐还原菌膜包覆的硫废矿石稳定化处理方法 |
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2018
- 2018-06-13 CN CN201810604955.6A patent/CN110591716A/zh active Pending
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