CN110653247B - 基于赤泥基复合固废材料再利用的土壤磷状况改良方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于赤泥基复合固废材料再利用的土壤磷状况改良方法，包括如下步骤：步骤1：将赤泥与粉煤灰、水泥和水混合、造粒，所得颗粒进行煅烧‑微波活化处理，得到赤泥基复合固废材料；步骤2：将赤泥基复合固废材料应用于含磷废水吸附；步骤3：将吸附磷后的赤泥基复合固废材料投加到酸性的缺磷土壤中，用于缺磷土壤磷素的补偿及碱性土壤改良。本发明采用煅烧‑微波联合活化方法对赤泥基复合固废材料进行活化，将其应用于污水中无机元素磷的吸附，将吸附后的材料应用于酸性缺磷土壤地区。本发明与传统赤泥环保材料相比活化方法更环保，活化材料吸附能强，除磷效率高，固体废物利用率高。

Description

基于赤泥基复合固废材料再利用的土壤磷状况改良方法
技术领域
本发明属于固体废物改性再利用技术领域，更具体的涉及一种基于赤泥基复合固废材料再利用的土壤磷状况改良方法。
背景技术
磷是土壤中的重要元素，是植物生长的必要元素，磷含量的多少直接关系到土壤肥力的好坏。我国土壤全磷和有效磷平均密度分别为0.6g/m2和3.4g/m2，温度的增加和降水的增加会导致土壤中磷元素快速释放并流失。因此我国热带和亚热带地区土壤中尤其是砖红壤中缺乏磷元素，这严重制约植物生长，制约农业发展和经济发展。
赤泥是氧化铝生产过程中产生的残渣，含有丰富的铁、铝、钙化合物，一般呈碱性，以赤泥作为骨架材料通过对其进行活化改性，变成疏松多孔的活性吸附材料，同时赤泥呈碱性，其表面有大量活性电位可以和磷酸根充分结合，可以用于污水中磷的吸附剂。
现有赤泥基材料改性活化方法主要集中在高温热活化、酸活化，高温热活化活化温度高、时间长、碳排放量大；酸活化消耗酸液较多，浪费资源、废弃酸容易形成二次污染。微波活化让材料内的偶极子高频往复运动，分子间摩擦产生大量能量使材料温度升高，赤泥在CaCO3分解产生的CO2和水分蒸发共同作用下形成多孔结构，比表面积增大。联用煅烧活化后，材料化学吸附位点增多，更加强化了材料吸附效果。试验表明单纯煅烧(热)活化的材料吸附量为4.87mg/g，单纯微波活化的材料吸附量为3.52mg/g，而煅烧-微波联合活化的材料吸附量为6.09mg/g，可见煅烧-微波联用活化后的材料具有更好的吸附效果。
现有的研究主要集中于将赤泥复合材料应用于土壤和污水中重金属的去除，此法虽然起到一定效果但是吸附重金属后的材料成为了新的危险废物，吸附后的材料往往进行固化稳定化填埋变成了新的废物，容易污染土壤及地下水。此外吸附重金属后的材料应作为危险废物相关处理规定处理其成本较高，存在二次污染风险。目前对赤泥复合材料对于无机元素吸附后再利用的研究和发明较少。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种基于赤泥基复合固废材料再利用的土壤磷状况改良方法，对赤泥复合材料采用新的煅烧-微波联合活化方法，将其应用于污水中无机元素磷的吸附，同时打破常规填埋处理思路，将吸附后的材料应用于酸性缺磷土壤的改性及磷元素补偿。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
基于赤泥基复合固废材料再利用的土壤磷状况改良方法，包括如下步骤：
步骤1：将赤泥与粉煤灰、水泥和水混合、造粒，所得颗粒进行煅烧-微波联合改性处理，得到赤泥基复合固废材料；
步骤2：将赤泥基复合固废材料应用于含磷废水吸附；
步骤3：将吸附磷后的赤泥基复合固废材料投加到酸性的缺磷土壤中，用于缺磷土壤磷素的补偿和酸性土壤环境的改善。
优选的，步骤1中，所述赤泥采用如下方法制备：采集烧结法工业赤泥，依次进行烘干、破碎、过目筛处理。
优选的，步骤1中，赤泥与粉煤灰、水泥的质量比为85％：10％：5％。具体根据实际工程需求确定如生产1kg热活化材料则需要赤泥1.19kg赤泥，0.14kg粉煤灰和0.07kg水泥。
优选的，步骤2中，赤泥基复合固废材料投入含磷废水中的质量比为1：250。如处理1吨废水则材料投加量在4kg左右。
优选的，步骤3，缺磷土壤的温度为25-50℃。
优选的，步骤3，赤泥基复合固废材料与缺磷土壤的质量比为1：250。具体根据土壤密度及处理量进行估算，如要处理1m3土壤，土壤密度1.3g/cm3，则需要5.2kg材料。
优选的，步骤3将吸附磷后的赤泥基复合固废材料投加到酸性的缺磷土壤中后，每隔24h补充一次水加水量应保证其全部润湿即可，养护15天。
优选的，还包括步骤4：赤泥基复合固废材料中的磷释放达平衡后通过筛分土壤回收赤泥基复合固废材料，重复步骤2和3。
有益效果：本发明将赤泥复合材料进行煅烧-微波联合活化，所得材料与传统热活化、酸活化材料相比有更好的吸附效果，将此材料应用于污水中无机元素磷的吸附，将吸附后的材料置于酸性缺磷土壤地区。此种方法的好处在于真正实现固体废物的无害化处理和资源化利用，不对环境产生二次污染更加符合环境友好的理念。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行阐述。具体实施例仅对本发明使用方法进行解释不构成对本发明具体使用范围的限制。
本发明包括如下步骤：
步骤一、赤泥基复合固废材料的准备
采集烧结法工业赤泥对其进行烘干，采用球磨机或电磁破碎金对其进行破碎，所得试样进行研磨后过100目筛，同时准备粉煤灰及建筑用水泥废料，过100目筛，放入有变色硅胶的干燥皿中，保存备用。
步骤二、对赤泥基复合固废材料进行活化改性
将步骤一所得材料按照赤泥、粉煤灰、水泥一定质量进行均匀混合，按照一定的质量比向其中加入去离子水并充分搅拌，将混合材料泥压成饼状，通过土壤筛压成体积大致为2cm3的圆柱体或棱柱体。将柱体自然风干，置于微波设备中微波10min，微波功率为800W，取出后放样至800℃马弗炉中活化15min，取出并自然冷却。
步骤三、将材料用于污水中磷的吸附
将步骤二制成的材料按照一定的质量比加入到浓度合适的含磷废水中在25℃的温度下震荡吸附24h，将吸附液过滤并将材料取出并烘干备用。
步骤四、赤泥基复合固废材料改善土壤磷状况
将步骤三烘干后的材料按照一定投加比加入到缺磷土壤中，给予一定水分及温度条件并控制pH，材料内总磷和有效磷通过传质作用释放到土壤中，15天后基本达到释放-吸附平衡。材料中的磷释放达平衡后可通过筛分土壤回收材料；也可选择长期置于土壤中作为磷元素的吸附\释放缓冲物，在酸性土壤中长期受自然因素风化解体可同步调节土壤pH。
步骤一中赤泥为普通固体废物，其浸出毒性符合《危险废物鉴别标准》中对危险废物的要求。
步骤二中赤泥：粉煤灰：水泥的质量比为85％：10％：5％。
步骤三中材料投入污水中的质量比为1：250，此时污水中磷浓度为50mg/L，如污水中磷浓度大于50mg/L可以按照比例增加材料投加量。
步骤四中已吸附磷材料在如下条件可达磷释放率最大：温度50℃、土壤持水量为最大持水量50％、土壤pH环境为酸性。常温也可发生磷的释放，速度较高温时慢，建议在土壤施肥后投加材料，此时土壤内温度较高更有利于传质反应的发生。
实施方式一：
赤泥基复合固废材料土壤磷状况改良实验：
850g烧结法赤泥、100g粉煤灰、50g水泥加适量水均匀搅拌后用土壤筛手工造粒。置于微波设备中微波10min，微波功率为800W，取出后放样至800℃马弗炉中活化15min，取出并自然冷却。将改性后材料置于浓度为50ml/L含磷废水中(磷酸二氢钾配制)，在25℃恒温摇床中充分震荡吸附24h。将吸附液过滤并且将材料取出烘干备用。取表层土壤3kg混匀，采用国标《土壤总磷的测定消解钼锑抗分光光度法》和国标《土壤有效磷的测定碳酸氢钠浸提-钼锑抗分光光度法》分别对土壤中的总磷和有效磷进行测定，明确土壤中总磷和有效磷的背景值。之后，按照材料：土壤质量比为1：250将复合材料投放到土壤中，置于25℃，90％湿度恒温恒湿箱中保存，调节pH为酸性，每隔24h补充一次水，养护15天。十五天后取出按前文国标方法测定其总磷和有效磷含量。结果表明材料对磷的吸附量为6.09mg/g，材料在土壤中总磷的释放率在65％以上，有效磷的释放率在45％以上。其释放率随温度的提升而提高。
实施方式二：
改性赤泥基复合固废材料土壤磷状况改良剂制备及应用：
取8.5kg烧结法赤泥、1kg粉煤灰、0.5kg水泥厂废料置于搅拌器，向其中加入适量水，充分混合后将材料加入圆盘造粒机，用皮带机将泥料运送至圆盘上方，连续定量加进圆盘，圆盘的物料由喷淋下来的粘合剂粘结包裹成粒。将造粒后的材料置于微波设备中微波10min，微波功率为800W，取出后放样至800℃马弗炉中活化15min，取出并自然冷却。取磷化肥厂工业废水一定量，将冷却后的材料投放其中并不断用搅拌机搅拌24h，自然沉淀之后用过滤，并将材料烘干。经热活化后的材料对于污水中磷元素的吸附效率将吸附后的材料用于广西砖红壤的酸性中和土壤磷状况改良。

Claims (5)

1.基于赤泥基复合固废材料再利用的土壤磷状况改良方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将赤泥与粉煤灰、水泥和水混合，将混合材料泥压成饼状，通过土壤筛压成体积大致为2cm3的圆柱体或棱柱体，将柱体自然风干，置于微波设备中微波活化10min，微波功率为800W，取出后放样至800℃马弗炉中活化15min，取出并自然冷却，得到赤泥基复合固废材料；
步骤2：将赤泥基复合固废材料应用于含磷废水，吸附废水中的磷；
步骤3：将吸附磷后的赤泥基复合固废材料以材料与缺磷土壤的质量比为1:250投加到酸性的缺磷土壤中，每隔24h补充一次水，加水量保证其全部润湿，养护15天，用于缺磷土壤磷素的补偿和酸性土壤环境的改善；
步骤4：赤泥基复合固废材料中的磷释放达平衡后通过筛分土壤回收赤泥基复合固废材料，重复步骤2和3。
2.根据权利要求1所述的基于赤泥基复合固废材料再利用的土壤磷状况改良方法，其特征在于，步骤1中，所述赤泥采用如下方法制备：采集烧结法工业赤泥，依次进行烘干、破碎、过目筛处理。
3.根据权利要求1所述的基于赤泥基复合固废材料再利用的土壤磷状况改良方法，其特征在于，步骤1中，赤泥与粉煤灰、水泥的质量比为85％：10％：5％。
4.根据权利要求1所述的基于赤泥基复合固废材料再利用的土壤磷状况改良方法，其特征在于，步骤2中，赤泥基复合固废材料在含磷废水中的投加量为4g/L。
5.根据权利要求1所述的基于赤泥基复合固废材料再利用的土壤磷状况改良方法，其特征在于，步骤3中，缺磷土壤的温度为25-50℃。
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