CN111346903A

CN111346903A - 以粉煤灰为原料的重金属污染土壤固化稳定化方法

Info

Publication number: CN111346903A
Application number: CN202010212702.1A
Authority: CN
Inventors: 王璐瑶; 谢潇; 牛岩; 彭飚; 叶胜兰; 魏雨露; 李劲彬; 齐丽; 舒晓晓; 刘思琪
Original assignee: Shaanxi Land Engineering Technology Research Institute Co Ltd
Current assignee: Shaanxi Land Engineering Technology Research Institute Co Ltd
Priority date: 2020-03-24
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2020-06-30

Abstract

本发明提供了以粉煤灰为原料的重金属污染土壤固化稳定化方法，为处理重金属污染土壤提供了一种切实可行的方法。该方法包括以下步骤：1)准备中间物料和碱激活剂；将氢氧化钠和水玻璃溶液混合作为碱激活剂；将重金属污染土壤与粉煤灰混合作为中间物料；2)物料混合；将中间物料和碱激活剂按照质量比5∶2～3进行混合；3)制备固化体；将混合物料搅拌后，制成浆料浇筑在模具中，并振实成型；养护后脱模，制得可将土壤中重金属固化稳定化的固化体。采用以粉煤灰为基础原料进而固化修复重金属污染土壤的方式，将污染土壤本身部分替代粉煤灰制备地质聚合物，可达到“以废治废”的效果。

Description

以粉煤灰为原料的重金属污染土壤固化稳定化方法

技术领域

本发明属于土壤污染治理技术，具体涉及以粉煤灰为原料的重金属污染土壤固化稳定化方法。

背景技术

目前，土壤污染治理方法主要有物理修复、生物修复和化学修复等。

物理修复常见有客土和换土法、热解法、隔离包埋法等；生物修复常见有植物修复和微生物修复；而化学修复常见的则有固化稳定化法、化学淋洗法、化学氧化还原等。通常对于污染重、面积小的土壤采用物理修复和化学修复均具有治理效果明显、迅速的优点。

其中，化学修复中的固化稳定化法因其具有修复时间短、易操作、费用低、可处理多种复合重金属污染等优势应用较为广泛。固定稳定化法是通过向土壤中添加固化/稳定剂，借助两者之间的离子交换、吸附、络合或螯合、沉淀或共沉淀等作用改变重金属在土壤之间的存在形态，进而降低重金属在土壤环境中溶解迁移性、浸出毒性和生物有效性，最终减少由于雨水淋溶、渗滤对动植物造成的直接或间接危害。目前固化稳定化法常用技术有水泥固化稳定化法，石灰固化稳定化法，药剂固化稳定化法，塑性材料固化稳定化法，自胶结固化稳定化法以及地质聚合物固化稳定化法等。

地质聚合物(Geopolymer，简称地聚物)是诸多固化稳定化法中优势较为突出的一种，最早由法国科学家Joseph Davidovits于1978年提出，是由铝硅酸盐工业废弃物或活性铝硅酸盐矿物在强碱溶液的作用下，经过解聚、缩聚和凝胶网络化过程，形成由铝氧四面体和硅氧四面体聚合的具有非晶态和准晶态特征的三维网络状凝胶材料。利用地质聚合物的优良特性，将其本身作为环境功能材料或利用其合成原理处理污染介质，工艺简单且稳定性高。

近年来，粉煤灰资源化利用得到各方面的高度重视，开展了跨学科、多领域的综合利用技术研究工作。粉煤灰已广泛应用于建筑、农业、化工和冶金等行业，在建筑领域利用粉煤灰作为水泥掺合料和矿山胶结充填胶凝材料；在农业领域利用粉煤灰进行土壤进行改良和制作肥料；在化工行业利用粉煤灰进行废水处理和烟气脱硫；在冶金领域利用粉煤灰提取有价金属等。但目前研究的对象仅仅针对以粉煤灰作为原料，对人为加入的粉末状重金属试剂或含重金属矿渣进行研究，了解其固化稳定化效果，很少涉及对含重金属土壤的固化稳定化研究。

发明内容

本发明提供了以粉煤灰为原料的重金属污染土壤固化稳定化方法，为处理重金属污染土壤提供了一种切实可行的方法。

本发明所提供的技术解决方案具体如下：

以粉煤灰为原料的重金属污染土壤固化稳定化方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)准备中间物料和碱激活剂

将重金属污染土壤与粉煤灰混合作为中间物料；

将氢氧化钠和水玻璃溶液混合作为碱激活剂；

2)物料混合

将中间物料和碱激活剂按照质量比5∶2～3进行混合；

3)制备固化体

将混合物料搅拌后，制成浆料浇筑在模具中，并振实成型；养护后脱模，制得可将土壤中重金属固化稳定化的固化体，即重金属固化在内，无法释出。

进一步地，步骤1)中，将氢氧化钠和水玻璃溶液混合，使用氢氧化钠将水玻璃溶液的水玻璃模数调至2.0，陈化24h后作为碱激活剂备用。

进一步地，步骤1)中，所述重金属污染土壤为Pb污染土壤；为了使最终得到固化体的浸出毒性满足GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》要求和承压能力满足固废填埋要求；将Pb污染土壤与粉煤灰按照以下质量比混合，

若Pb污染土壤污染程度为轻微污染(1～2倍GB36600-2018第一类用地管制值，800～1600mg·kg^-1)，Pb污染土壤与粉煤灰的质量比为1～4∶6～9；

若Pb污染土壤污染程度为轻度污染(2～3倍GB36600-2018第一类用地管制值，1600～2400mg·kg^-1)，Pb污染土壤与粉煤灰的质量比为1～3∶7～9；

若Pb污染土壤污染程度为中度污染(3～5倍GB36600-2018第一类用地管制值，2400～4000mg·kg^-1)，Pb污染土壤与粉煤灰的质量比为1～2∶8～9；

若Pb污染土壤污染程度为重度污染(高于5倍GB36600-2018第一类用地管制值，>4000mg·kg^-1)，Pb污染土壤与粉煤灰的质量比为1∶9。

Pb污染土壤与粉煤灰的质量比可根据实际土壤中Pb污染程度进行选择，比如轻微污染800mg·kg^-1时，可按质量比为4∶6将Pb污染土壤与粉煤灰进行混合；比如中度污染4000mg·kg^-1时，可按质量比为1∶9将Pb污染土壤与粉煤灰进行混合；再比如轻度污染1600mg·kg^-1时，可按质量比为3∶7将Pb污染土壤与粉煤灰进行混合。综上，污染土壤中Pb的含量越低，那么，同样多的粉煤灰可以处理越多的Pb污染土壤。

进一步地，步骤3)中，快速搅拌5分钟制成浆料并浇筑在模具中，并在振实台上振动密实成型。

进一步地，步骤3)中，振动密实成型后置于养护箱中在25℃条件下养护24小时后脱模，制得可将土壤中重金属固化稳定化的固化体。

进一步地，步骤2)中，为了在提升固化效果的同时，充分利用各物料，将中间物料和碱激活剂按照质量比2∶1进行混合。

进一步地，为了在处理Pb污染土壤时，能够高效利用粉煤灰，控制整个处理成本，步骤1)中，将Pb污染土壤与粉煤灰按照以下质量比混合：

若Pb污染土壤污染程度为轻微污染，Pb污染土壤与粉煤灰的质量比为4：6；

若Pb污染土壤污染程度为轻度污染，Pb污染土壤与粉煤灰的质量比为3：7；

若Pb污染土壤污染程度为中度污染，Pb污染土壤与粉煤灰的质量比为2：8。

进一步地，步骤3)中，所述振实台为水泥胶砂振实台，此种设置的振实效果更好。

进一步地，步骤3)中，所述养护箱为混凝土标准养护箱。

本发明的原理是：

本发明研究选用粉煤灰作为制备地质聚合物的基础材料，又因合成地质聚合物的关键是前体材料中含有活性硅铝酸盐或无定型硅铝氧化物，它们在碱性激发剂的作用下可聚合形成具有网状交联结构聚合物。硅铝酸盐矿物是土壤粘土矿物的重要组成成分，在土壤中普遍存在一定量的活性硅铝酸盐或无定型硅铝氧化物，因此，可将污染土壤本身部分替代粉煤灰制备地质聚合物，进而实现对污染土壤的固化稳定化处理。

本发明的优点是：

本发明将重金属污染土壤与粉煤灰混合制备地质聚合物，以达到固定稳定化污染土壤中重金属的目的，是处理重金属污染土壤的新方法。该方法具有修复时间短、易操作、费用低的特点。通过该方法制得的地质聚合物(即最终的固化体)其浸出毒性满足GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》，并无二次污染，且其承压能力满足固废填埋要求，可根据其承压能力，对最终的固化体进行再利用，比如将其作为土木工程的材料或者修补材料，具有较好的应用前景。采用以粉煤灰为基础原料进而固化修复重金属污染土壤的方式，原料低廉易得，可达到“以废治废”的双赢效果。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步的详细描述：

一种以粉煤灰为原料的Pb污染土壤固化稳定化方法，包括以下步骤：

1)准备中间物料和碱激活剂

1.1)将氢氧化钠和水玻璃溶液混合，使用氢氧化钠将水玻璃溶液的水玻璃模数调至2.0，即硅/钠＝2.0，陈化24h后作为碱激活剂备用；

1.2)将Pb污染土壤与粉煤灰混合作为中间物料，分情况按照以下质量比混合：

若Pb污染土壤污染程度为轻微污染(1～2倍GB36600-2018第一类用地管制值，800～1600mg·kg^-1)，Pb污染土壤与粉煤灰的质量比为1～4∶6～9，优选，4∶6；

若Pb污染土壤污染程度为轻度污染(2～3倍GB36600-2018第一类用地管制值，1600～2400mg·kg^-1)，Pb污染土壤与粉煤灰的质量比为1～3∶7～9，优选3∶7；

若Pb污染土壤污染程度为中度污染(3～5倍GB36600-2018第一类用地管制值，2400～4000mg·kg^-1)，Pb污染土壤与粉煤灰的质量比为1～2∶8～9，优选，2∶8；

2)物料混合

将中间物料和碱激活剂按照优选质量比2∶1进行混合；

3)制备固化体

将混合物料快速搅拌5分钟后，制成浆料并浇筑在20mm×20mm×20mm的模具(可根据后期再利用时所需要尺寸选择合适的模具)中，并在水泥胶砂振实台上振动密实成型；将上述模具置于混凝土标准养护箱中在25℃条件下养护24小时后脱模，最终得到可将土壤中重金属固化稳定化的固化体。

同时，按照GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》的方法对该固化体的浸出毒性进行检测；按照固废填埋要求对该固化体的承压能力进行测量，以检验固化体的性能；根据后续再利用需求以及检测结果，在上述配比范围内进行调整，最大化处理利用重金属污染土壤。

可采用与上述相同的方法，结合国标中的要求，对含有其他重金属(比如Cd、Cr、Hg等)的污染土壤进行处理，形成固化体，固化修复污染土壤，进行再利用。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.以粉煤灰为原料的重金属污染土壤固化稳定化方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)准备中间物料和碱激活剂

将氢氧化钠和水玻璃溶液混合作为碱激活剂；

将重金属污染土壤与粉煤灰混合作为中间物料；

2)物料混合

将中间物料和碱激活剂按照质量比5∶2～3进行混合；

3)制备固化体

将混合物料搅拌后，制成浆料浇筑在模具中，并振实成型；养护后脱模，制得可将土壤中重金属固化稳定化的固化体。

2.根据权利要求1所述的以粉煤灰为原料的重金属污染土壤固化稳定化方法，其特征在于：

步骤1)中，将氢氧化钠和水玻璃溶液混合，使用氢氧化钠将水玻璃溶液的水玻璃模数调至2.0，陈化24h后作为碱激活剂备用。

3.根据权利要求1或2所述的以粉煤灰为原料的重金属污染土壤固化稳定化方法，其特征在于：

步骤1)中，所述重金属污染土壤为Pb污染土壤；将Pb污染土壤与粉煤灰按照以下质量比混合，

若Pb污染土壤污染程度为轻微污染，Pb污染土壤与粉煤灰的质量比为1～4∶6～9；

若Pb污染土壤污染程度为轻度污染，Pb污染土壤与粉煤灰的质量比为1～3∶7～9；

若Pb污染土壤污染程度为中度污染，Pb污染土壤与粉煤灰的质量比为1～2∶8～9；

若Pb污染土壤污染程度为重度污染，Pb污染土壤与粉煤灰的质量比为1∶9。

4.根据权利要求3所述的以粉煤灰为原料的重金属污染土壤固化稳定化方法，其特征在于：

步骤3)中，搅拌5分钟制成浆料并浇筑在模具中，并在振实台上振动密实成型。

5.根据权利要求4所述的以粉煤灰为原料的重金属污染土壤固化稳定化方法，其特征在于：

步骤3)中，振动密实成型后，置于养护箱中在25℃条件下养护24小时后脱模，制得可将土壤中重金属固化稳定化的固化体。

6.根据权利要求5所述的以粉煤灰为原料的重金属污染土壤固化稳定化方法，其特征在于：

步骤2)中，将中间物料和碱激活剂按照质量比2∶1进行混合。

7.根据权利要求6所述的以粉煤灰为原料的重金属污染土壤固化稳定化方法，其特征在于：

步骤1)中，将Pb污染土壤与粉煤灰按照以下质量比混合：

若Pb污染土壤污染程度为轻微污染，Pb污染土壤与粉煤灰的质量比为4∶6；

若Pb污染土壤污染程度为轻度污染，Pb污染土壤与粉煤灰的质量比为3∶7；

若Pb污染土壤污染程度为中度污染，Pb污染土壤与粉煤灰的质量比为2∶8。

8.根据权利要求7所述的以粉煤灰为原料的重金属污染土壤固化稳定化方法，其特征在于：

步骤3)中，所述振实台为水泥胶砂振实台。

9.根据权利要求8所述的以粉煤灰为原料的重金属污染土壤固化稳定化方法，其特征在于：

步骤3)中，所述养护箱为混凝土标准养护箱。