CN110976506A - 污染土壤的固化稳定化修复剂及其修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种污染土壤的固化稳定化修复剂，所述固化稳定化修复剂以下原料按照重量份数制成：30‑47份钙盐、10‑16份钢渣、10‑15份还原铝粉和20‑35份硅酸盐矿物；将钙盐、钢渣、还原铝粉和硅酸盐矿物分别粉碎成粉末，按照质量份数比例将钙盐、钢渣、铝氧化物和硅酸盐矿物的粉末混合均匀，即得到固化稳定化修复剂。本发明原料均为环境友好、成本低廉、性质稳定的绿色原材料，且制备方法简单易行，修复过程快捷，修复效果明显。
Description
技术领域
本发明属于土壤修复技术领域，具体涉及一种有机物污染土壤的热脱附修复处理方法。
背景技术
土壤重金属污染是指由于人类活动，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。
重金属元素是一种潜在的污染物，很难被土壤微生物降解。目前，我国农业土壤重金属污染的总体特征是污染的程度逐步加剧，污染的面积逐年扩大，污染源呈现多元化发展趋势。
现有技术中，针对土壤重金属污染的常规修复手段包括固化、淋洗、水泥窑协同处置、植物修复等技术措施。其中，水泥窑协同处置技术能耗大、成本高；淋洗技术要消耗大量淋洗剂，且淋洗不当易形成二次污染；植物修复虽环境友好不存在二次污染，成本较低，但处理时间较长，修复效率相对低下。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种快捷、成本低、无二次污染的污染土壤的固化稳定化修复剂及其修复方法。
本发明采用以下的技术方案解决上述的技术问题：
污染土壤的固化稳定化修复剂，所述固化稳定化修复剂以下原料按照重量份数制成：
30-47份钙盐、10-16份钢渣、10-15份还原铝粉和20-35份硅酸盐矿物；
将钙盐、钢渣、还原铝粉和硅酸盐矿物分别粉碎成粉末，按照质量份数比例将钙盐、钢渣、铝氧化物和硅酸盐矿物的粉末混合均匀，即得到固化稳定化修复剂。
其中，所述的钙盐为草酸钙、碳酸钙、氢氧化钙、氯化钙、硫酸钙、磷酸二氢钙中的一种或多种以上物质的混合物。
优选的，所述钢渣通过以下方法处理所得：
（1）取高炉排出的钢渣，首先在钢渣原料中加入酸浸泡进行酸洗预处理，酸洗液为盐酸或硫酸的水溶液，酸洗液的pH值为1.8-2.1；浸泡时 间为16-24h；
（2）再将浸泡液排出后，用水连续冲洗直至钢渣 pH值呈中性，然后烘干；烘干条件为，温度200-400℃；烘干时间0.2-0.5小时
（3）烘干的钢渣依次经过粉碎、过100-200筛，获得钢渣粉末。
进一步的，所述的还原铝粉的粒度为200目。
所述硅酸盐矿物为膨润土、海泡石、沸石、凹凸棒石、高岭土、硅藻土和蒙脱石中的任意一种或者任意两种以上物质的混合物。
进一步的，所述的硅酸盐矿物经过以下处理：
（1）将硅酸盐矿物用机械破碎到粒径小于3cm的硅酸盐矿物碎块；
（2）将步骤（1）得到的硅酸盐矿物碎块加去离子水，硅酸盐矿物碎块与去离子水按体积比1:1，浸泡24h，调节pH为7～8，搅拌得到固含量为40～60％的硅酸盐矿物浆体；
（3）将步骤（2）得到的硅酸盐矿物浆体过500目筛，得到硅酸盐矿物浆料；
（4）向步骤（3）得到的硅酸盐矿物料浆中加入相当于硅酸盐矿物质量3.8％的纯碱，在温度为65℃条件下搅拌2h；
（5）向步骤（4）的浆体加适量的离子水洗涤，直到沉淀物为中性料浆；
（6）烘干：将步骤（5）得到的中性料浆加热烘干，得到硅酸盐矿物干料；
（7）对烘干后的硅酸盐矿物干料进行粉碎，得到粒径小于1μm硅酸盐矿物粉。
本发明还提供一种污染土壤的固化稳定化的修复方法，包括以下步骤：
（1）挖掘被污染的土壤，并运输到硬化处理站等待处理；
（2）在处理站中将待处理的被污染土壤进行破碎、筛分，然后堆置成堆；
（3）测量筛分后置堆土壤的体积，并根据土壤密度计算待处理土壤的质量；
（4）检测待处理被污染土壤中的污染物含量、pH值、含水率土壤指标；
（5）根据步骤（3）得到的待处理被污染土壤的质量和步骤（4）得到的土壤指标来投放上述的污染土壤的固化稳定化修复剂；
（6）将待处理被污染土壤与污染土壤的固化稳定化修复剂充分混合；
（7）对混合污染土壤的固化稳定化修复剂的土壤进行养护，确保污染土壤的固化稳定化修复剂与土壤充分反应；
（8）对养护后的土壤进行污染物含量检验，如果检验不合格则重复步骤（5）-（7），直到检验合格；
（9）将养护后的土壤外运处置。
优选的，所述步骤（7）中，养护过程中土壤的含水率应保持在40-50％，养护时间为2-3天。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）本发明原料均为环境友好、成本低廉、性质稳定的绿色原材料，且制备方法简单易行，修复过程快捷，修复效果明显；
（2）本发明每种原料对污染物的修复均有其特定的功效：
30-47份钙盐、10-16份钢渣、10-15份还原铝粉和20-35份硅酸盐矿物；
钙盐可以使重金属离子生成钙晶体沉淀；
钢渣和还原铝粉表面与重金属离子有吸附功能；
硅酸盐矿物是一类环境中分布广泛的天然非金属矿产，其结构层带电荷、比表面积相对较大，主要通过吸附、配位反应、共沉淀反应等作用，减少土壤中各种离子的浓度和活性；同时硅酸盐矿物廉价、易操作、见效快、不易改变土壤结构、不破坏土壤生态环境，并且能增强土壤的自净能力。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。
下列具体实施方式中如果未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域技术内的常规方法和条件以下实施例。
采用《固体废物浸出毒性浸出方法 醋酸缓冲溶液法》（HJ/T300-2007）对处理前后土壤中的重金属污染物铅、锌、铬、镉进行毒性浸出，石墨炉原子吸收分光光度法进行含量测定。
修复前的土壤样品重金属铅、锌、镉浸出浓度如表1所示。
表1 土壤样品重金属初始浸出浓度
| 项目 | 锌mg/L | 铅mg/L | 镉mg/L | 铬mg/L |
| 初始浓度 | 221.4 | 53.2 | 3.4 | 1.5 |
实施例1
污染土壤的固化稳定化修复剂，所述固化稳定化修复剂以下原料按照重量份数制成：32份钙盐、14份钢渣、12份还原铝粉和28份硅酸盐矿物；
将钙盐、钢渣、还原铝粉和硅酸盐矿物分别粉碎成粉末，按照质量份数比例将钙盐、钢渣、铝氧化物和硅酸盐矿物的粉末混合均匀，即得到固化稳定化修复剂。
其中，所述的钙盐为草酸钙。
所述钢渣通过以下方法处理所得：
（1）取高炉排出的钢渣，首先在钢渣原料中加入酸浸泡进行酸洗预处理，酸洗液为盐酸或硫酸的水溶液，酸洗液的pH值为2.1；浸泡时 间为24h；
（2）再将浸泡液排出后，用水连续冲洗直至钢渣 pH值呈中性，然后烘干；烘干条件为，温度200℃；烘干时间0.5小时
（3）烘干的钢渣依次经过粉碎、过200筛，获得钢渣粉末。
所述的还原铝粉的粒度为200目。
所述硅酸盐矿物为膨润土。
所述的硅酸盐矿物经过以下处理：
（1）将硅酸盐矿物用机械破碎到粒径小于3cm的硅酸盐矿物碎块；
（2）将步骤（1）得到的硅酸盐矿物碎块加去离子水，硅酸盐矿物碎块与去离子水按体积比1:1，浸泡24h，调节pH为8，搅拌得到固含量为50％的硅酸盐矿物浆体；
（3）将步骤（2）得到的硅酸盐矿物浆体过500目筛，得到硅酸盐矿物浆料；
（4）向步骤（3）得到的硅酸盐矿物料浆中加入相当于硅酸盐矿物质量3.8％的纯碱，在温度为65℃条件下搅拌2h；
（5）向步骤（4）的浆体加适量的离子水洗涤，直到沉淀物为中性料浆；
（6）烘干：将步骤（5）得到的中性料浆加热烘干，得到硅酸盐矿物干料；
（7）对烘干后的硅酸盐矿物干料进行粉碎，得到粒径小于1μm硅酸盐矿物粉。
实施例2
污染土壤的固化稳定化修复剂，所述固化稳定化修复剂以下原料按照重量份数制成：41份钙盐、15份钢渣、11份还原铝粉和22份硅酸盐矿物；
将钙盐、钢渣、还原铝粉和硅酸盐矿物分别粉碎成粉末，按照质量份数比例将钙盐、钢渣、铝氧化物和硅酸盐矿物的粉末混合均匀，即得到固化稳定化修复剂。
其中，所述的钙盐为碳酸钙、氢氧化钙等比混合。
所述钢渣通过以下方法处理所得：
（1）取高炉排出的钢渣，首先在钢渣原料中加入酸浸泡进行酸洗预处理，酸洗液为盐酸或硫酸的水溶液，酸洗液的pH值为1.8；浸泡时 间为16h；
（2）再将浸泡液排出后，用水连续冲洗直至钢渣 pH值呈中性，然后烘干；烘干条件为，温度300℃；烘干时间0.2小时
（3）烘干的钢渣依次经过粉碎、过200筛，获得钢渣粉末。
所述的还原铝粉的粒度为200目。
所述硅酸盐矿物为沸石、凹凸棒石等比混合。
所述的硅酸盐矿物经过以下处理：
（1）将硅酸盐矿物用机械破碎到粒径小于3cm的硅酸盐矿物碎块；
（2）将步骤（1）得到的硅酸盐矿物碎块加去离子水，硅酸盐矿物碎块与去离子水按体积比1:1，浸泡24h，调节pH为8，搅拌得到固含量为40％的硅酸盐矿物浆体；
（3）将步骤（2）得到的硅酸盐矿物浆体过500目筛，得到硅酸盐矿物浆料；
（4）向步骤（3）得到的硅酸盐矿物料浆中加入相当于硅酸盐矿物质量3.8％的纯碱，在温度为65℃条件下搅拌2h；
（5）向步骤（4）的浆体加适量的离子水洗涤，直到沉淀物为中性料浆；
（6）烘干：将步骤（5）得到的中性料浆加热烘干，得到硅酸盐矿物干料；
（7）对烘干后的硅酸盐矿物干料进行粉碎，得到粒径小于1μm硅酸盐矿物粉。
实施例3
污染土壤的固化稳定化修复剂，所述固化稳定化修复剂以下原料按照重量份数制成：44份钙盐、13份钢渣、13份还原铝粉和23份硅酸盐矿物；
将钙盐、钢渣、还原铝粉和硅酸盐矿物分别粉碎成粉末，按照质量份数比例将钙盐、钢渣、铝氧化物和硅酸盐矿物的粉末混合均匀，即得到固化稳定化修复剂。
其中，所述的钙盐为硫酸钙。
所述钢渣通过以下方法处理所得：
（1）取高炉排出的钢渣，首先在钢渣原料中加入酸浸泡进行酸洗预处理，酸洗液为盐酸或硫酸的水溶液，酸洗液的pH值为2；浸泡时 间为24h；
（2）再将浸泡液排出后，用水连续冲洗直至钢渣 pH值呈中性，然后烘干；烘干条件为，温度200℃；烘干时间0.5小时
（3）烘干的钢渣依次经过粉碎、过100筛，获得钢渣粉末。
所述的还原铝粉的粒度为200目。
所述硅酸盐矿物为高岭土。
所述的硅酸盐矿物经过以下处理：
（1）将硅酸盐矿物用机械破碎到粒径小于3cm的硅酸盐矿物碎块；
（2）将步骤（1）得到的硅酸盐矿物碎块加去离子水，硅酸盐矿物碎块与去离子水按体积比1:1，浸泡24h，调节pH为7，搅拌得到固含量为40％的硅酸盐矿物浆体；
（3）将步骤（2）得到的硅酸盐矿物浆体过500目筛，得到硅酸盐矿物浆料；
（4）向步骤（3）得到的硅酸盐矿物料浆中加入相当于硅酸盐矿物质量3.8％的纯碱，在温度为65℃条件下搅拌2h；
（5）向步骤（4）的浆体加适量的离子水洗涤，直到沉淀物为中性料浆；
（6）烘干：将步骤（5）得到的中性料浆加热烘干，得到硅酸盐矿物干料；
（7）对烘干后的硅酸盐矿物干料进行粉碎，得到粒径小于1μm硅酸盐矿物粉。
实施例4
本发明还提供一种污染土壤的固化稳定化的修复方法，包括以下步骤：
（1）挖掘被污染的土壤，并运输到硬化处理站等待处理；
（2）在处理站中将待处理的被污染土壤进行破碎、筛分，然后堆置成堆；
（3）测量筛分后置堆土壤的体积，并根据土壤密度计算待处理土壤的质量；
（4）检测待处理被污染土壤中的污染物含量、pH值、含水率土壤指标；
（5）根据步骤（3）得到的待处理被污染土壤的质量和步骤（4）得到的土壤指标来投放实施例1到实施例3所得的污染土壤的固化稳定化修复剂；
（6）将待处理被污染土壤与污染土壤的固化稳定化修复剂充分混合；
（7）对混合污染土壤的固化稳定化修复剂的土壤进行养护，确保污染土壤的固化稳定化修复剂与土壤充分反应；养护过程中土壤的含水率应保持在40-50％，养护时间为2-3天。
（8）对养护后的土壤进行污染物含量检验，如果检验不合格则重复步骤（5）-（7），直到检验合格；
（9）将养护后的土壤外运处置。
土壤样品经过本发明污染土壤的固化稳定化修复剂修复处理后的重金属浸出浓度如表2所示。
表2 修复处理后土壤样品的重金属浸出浓度
| 项目 | 锌mg/L | 铅mg/L | 镉mg/L | 铬mg/L |
| 实施例1 | 11.1 | 1.2 | 0.02 | 0.03 |
| 实施例2 | 12.4 | 7.4 | 0.04 | 0.06 |
| 实施例3 | 11.5 | 1.6 | 0.05 | 0.12 |
上述检测结果表明，本发明的方法可以显著降低受污染土壤中重金属锌、铅、镉、铬的生物活性。利用本发明方法修复后的土壤重金属浸出浓度均低于国家标准限值，达到了良好的修复目的。
显然，以上所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是 全部的实施例，上文中给出了本申请的较佳实施例，但并不限制本 申请的专利范围。本申请可以以许多不同的形式来实现，相反地， 提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全 面。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域 的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技 术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利 用本申请说明书内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关 的技术领域，均同理在本申请专利保护范围之内。
Claims (8)
1.污染土壤的固化稳定化修复剂，其特征在于：所述固化稳定化修复剂以下原料按照重量份数制成：
30-47份钙盐、10-16份钢渣、10-15份还原铝粉和20-35份硅酸盐矿物；
将钙盐、钢渣、还原铝粉和硅酸盐矿物分别粉碎成粉末，按照质量份数比例将钙盐、钢渣、铝氧化物和硅酸盐矿物的粉末混合均匀，即得到固化稳定化修复剂。
2.根据权利要求1所述的污染土壤的固化稳定化修复剂，其特征在于：所述的钙盐为草酸钙、碳酸钙、氢氧化钙、氯化钙、硫酸钙、磷酸二氢钙中的一种或多种以上物质的混合物。
3.根据权利要求1所述的污染土壤的固化稳定化修复剂，其特征在于：所述钢渣通过以下方法处理所得：
（1）取高炉排出的钢渣，首先在钢渣原料中加入酸浸泡进行酸洗预处理，酸洗液为盐酸或硫酸的水溶液，酸洗液的pH值为1.8-2.1；浸泡时 间为16-24h；
（2）再将浸泡液排出后，用水连续冲洗直至钢渣 pH值呈中性，然后烘干；烘干条件为，温度200-400℃；烘干时间0.2-0.5小时
（3）烘干的钢渣依次经过粉碎、过100-200筛，获得钢渣粉末。
4.根据权利要求1所述的污染土壤的固化稳定化修复剂，其特征在于：所述的还原铝粉的粒度为200目。
5.根据权利要求1所述的污染土壤的固化稳定化修复剂，其特征在于：所述硅酸盐矿物为膨润土、海泡石、沸石、凹凸棒石、高岭土、硅藻土和蒙脱石中的任意一种或者任意两种以上物质的混合物。
6.根据权利要求5所述的污染土壤的固化稳定化修复剂，其特征在于：所述的硅酸盐矿物经过以下处理：
（1）将硅酸盐矿物用机械破碎到粒径小于3cm的硅酸盐矿物碎块；
（2）将步骤（1）得到的硅酸盐矿物碎块加去离子水，硅酸盐矿物碎块与去离子水按体积比1:1，浸泡24h，调节pH为7～8，搅拌得到固含量为40～60％的硅酸盐矿物浆体；
（3）将步骤（2）得到的硅酸盐矿物浆体过500目筛，得到硅酸盐矿物浆料；
（4）向步骤（3）得到的硅酸盐矿物料浆中加入相当于硅酸盐矿物质量3.8％的纯碱，在温度为65℃条件下搅拌2h；
（5）向步骤（4）的浆体加适量的离子水洗涤，直到沉淀物为中性料浆；
（6）烘干：将步骤（5）得到的中性料浆加热烘干，得到硅酸盐矿物干料；
（7）对烘干后的硅酸盐矿物干料进行粉碎，得到粒径小于1μm硅酸盐矿物粉。
7.污染土壤的固化稳定化的修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）挖掘被污染的土壤，并运输到硬化处理站等待处理；
（2）在处理站中将待处理的被污染土壤进行破碎、筛分，然后堆置成堆；
（3）测量筛分后置堆土壤的体积，并根据土壤密度计算待处理土壤的质量；
（4）检测待处理被污染土壤中的污染物含量、pH值、含水率土壤指标；
（5）根据步骤（3）得到的待处理被污染土壤的质量和步骤（4）得到的土壤指标来投放权利要求1到6任一项所述的污染土壤的固化稳定化修复剂；
（6）将待处理被污染土壤与污染土壤的固化稳定化修复剂充分混合；
（7）对混合污染土壤的固化稳定化修复剂的土壤进行养护，确保污染土壤的固化稳定化修复剂与土壤充分反应；
（8）对养护后的土壤进行污染物含量检验，如果检验不合格则重复步骤（5）-（7），直到检验合格；
（9）将养护后的土壤外运处置。
8.根据权利要求7所述的污染土壤的固化稳定化的修复方法，其特征在于：所述步骤（7）中，养护过程中土壤的含水率应保持在40-50％，养护时间为2-3天。
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