CN113549463A - 一种修复重金属污染土的固化剂及其应用 - Google Patents

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高小平
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吕成炜
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Abstract

本发明公开了一种修复重金属污染土的固化剂及其应用，涉及土壤修复治理领域，所述固化剂由水泥，碱渣和石膏组成，按重量百分比为：水泥10％～20％，碱渣30％～60％，石膏20％～40％。该固化剂的使用方法包括首先将污染土开挖移出，碾碎、筛分，得到细土颗粒。然后将固化剂按重量百分比为20％～30％的比例与细土颗粒搅拌均匀，并喷洒水至含水量至(w‑5％)～(w+5％)，并用塑料膜覆盖，静置7～10天。最后将土体回填碾压，即完成重金属污染土体的修复。与现有技术相比，本发明的方法操作简单有效，不仅减少这些废弃物自身堆放占据极大用地的问题，还能有效改善重金属污染土体问题，达到变废为宝的目的，具有较高的应用价值和环境效益。

Description

一种修复重金属污染土的固化剂及其应用
技术领域
本发明涉及土壤修复治理领域，特别涉及一种修复重金属污染土的固化剂。
背景技术
随着我国工业建设的强力发展，大量的有害污染物被排放至土壤环境中，造成了严重的土壤污染环境问题。而其中，土体重金属污染问题尤为突出，不仅劣化了土体的岩土性质，影响工程建设稳定性，还对地下水以及食物链造成污染，影响人们的生命财产安全。因此，土体重金属污染问题已经引起了世界各国的广泛关注。
针对这一问题，目前出现了很多的修复技术，如土壤淋洗、电化学修复、固化稳定法、生物修复等。其中，固化稳定法技术，因其具有操作简便、经济有效等优点，进而被大量应用。最常见的固化剂主要有水泥、石灰和粉煤灰等。然而，由于现场容易受到酸雨、干湿循环、或冻融循环等环境作用的影响，常规的单一固化剂(水泥、石灰或粉煤灰)固化稳定后土体存在修复后稳定性差、易开裂等问题。因此，对于治理重金属污染土问题，研发新的固化剂和修复方法非常有必要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种修复重金属污染土的固化剂及其应用，以解决现有技术中重金属污染土修复存在缺陷的技术问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种修复重金属污染土的固化剂，所述固化剂按重量份计的组成为：水泥10％～20％，碱渣30％～60％，石膏20％～40％。
进一步，所述水泥为硅盐酸水泥。
进一步，所述碱渣的组成包括CaCO3、CaSO4、CaCl2和SiO2。
进一步，所述石膏为脱硫石膏、磷石膏、钛石膏中的一种或多种组合。
进一步，所述的水泥、碱渣和石膏的颗粒尺寸均不大于200目。
本发明还提供一种利用上述的固化剂进行土壤修复的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、将重金属污染土体开挖移出后进行碾碎和筛分，得到细土颗粒后进行天然含水率测试，得到天然含水率w；
步骤二、将固化剂按重量百分比为20％～30％的比例与细土颗粒搅拌均匀得到混合物，对混合物喷水令其含水量在w-5％～w+5％之间，然后用塑料膜覆盖，静置7～10天；
步骤三、将步骤二所得产物回填碾压，即完成重金属污染土体的修复。
进一步，所述的重金属污染土包括场地重金属污染土、农田重金属污染土以及尾矿库重金属污染土。
进一步，天然含水率w为烘干法测试所得，计算方法如下：
Figure BDA0003171611410000021
其中，m为湿土质量，M为干土质量。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明提供的一种修复重金属污染土的固化剂及其应用，本发明利用水泥、碱渣与土体产生的水化反应、硬凝反应、碳酸化作用以及离子交换作用能够有效降低土体中重金属离子的运移能力和提高土体强度性能；固化剂中石膏具有较强胶凝性，可以有效替代部分水泥，节约经济成本；水泥、碱渣和石膏颗粒本身巨大的比表面积使其具有极强的吸附性能，能够有效吸附和稳定重金属离子；固化剂中的碱渣可作为土体骨架，增强土体强度，其提供的碱性环境也能有效提高酸性重金属污染土体的pH，使修复后的土体基本稳定在7.5左右。
本发明中固化剂主要以碱渣和石膏为原料，碱渣和石膏均是工业生产的废弃物，来源广泛易得，成本低廉。充分利用这些材料进行重金属污染土体的治理，不仅减少这些废弃物自身堆放占据极大用地的问题，还能有效改善重金属污染土体问题，达到变废为宝的目的，具有较高的应用价值和环境效益。
本发明的固化剂的使用方法为原地异位施工，操作简单有效，具有很高的经济价值。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
本发明提供一种修复重金属污染土的固化剂，所述固化剂由水泥，碱渣和石膏组成。其重量百分比为：水泥10％～20％，碱渣30％～60％，石膏20％～40％。
具体的，本实施例中，固化剂中水泥、碱渣和石膏重量百分比为：水泥15％，碱渣50％，石膏35％。重金属污染土主要为Pb污染土，平均质量浓度为342mg/kg。
所述的水泥为硅酸盐水泥。本实施例中，水泥为普通硅酸盐水泥(P325)，其基本成分见表1。
所述的碱渣俗称白泥是氨碱法制碱生产过程中排放的废弃物，主要成分为CaCO3、CaSO4、CaCl2和SiO2等。本实施例中，碱渣取自渤海沿岸潍坊地区某氨碱厂，其基本成分见表1。
所述的石膏为工业副产石膏，为脱硫石膏、磷石膏和钛石膏中至少一种，主要成分为CaSO4。本实施例中，石膏为磷石膏购买自江苏宜兴福圣达建材有限公司，其基本成分见表1。
所述的水泥、碱渣和石膏颗粒尺寸均不大于200目。
采用上述固化剂进行重金属污染土修复的方法包括以下步骤：
步骤一，将污染土开挖移出，碾碎、筛分，得到细土颗粒；取一定土体进行天然含水率测试，得到天然含水率w。本实施例中，土体天然含水率为16％。
步骤二，将固化剂按重量百分比为20％～30％的比例与细土颗粒搅拌均匀，并喷洒水至含水量至(w-5％)～(w+5％)，并用塑料膜覆盖，静置7～10天。本实施例中，固化剂按重量百分比为25％的比例与细土颗粒搅拌均匀，并喷洒水至含水量至16％，并用塑料膜覆盖，静置8天。
步骤三，将土体回填碾压，即完成重金属污染土体的修复。
所述的重金属污染土包括场地重金属污染土、农田重金属污染土以及尾矿库重金属污染土。
所述的天然含水率w为烘干法测试所得，计算方法如下：
Figure BDA0003171611410000041
其中，w为天然含水率(％)，m为湿土质量(g)，M为干土质量(g)。
表1水泥、碱渣和石膏的主要化学成分
Figure BDA0003171611410000042
Figure BDA0003171611410000051
本实施例中，对修复后的土体取样进行毒性浸出试验(TCLP)，实验结果如表2所示。
表2毒性浸出试验
Figure BDA0003171611410000052
从以上试验数据可以看出使用本发明的固化剂改良Pb污染土后，其滤出含量显著降低，满足土壤环境质量-农用地土壤污染风险管控标准中的农用地土壤污染风险筛选值要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种修复重金属污染土的固化剂，其特征在于，所述固化剂按重量份计的组成为：水泥10％～20％，碱渣30％～60％，石膏20％～40％。
2.根据权利要求1所述的一种修复重金属污染土的固化剂，其特征在于，所述水泥为硅盐酸水泥。
3.根据权利要求2所述的一种修复重金属污染土的固化剂，其特征在于，所述碱渣的组成包括CaCO3、CaSO4、CaCl2和SiO2。
4.根据权利要求3所述的一种修复重金属污染土的固化剂，其特征在于，所述石膏为脱硫石膏、磷石膏、钛石膏中的一种或多种组合。
5.根据权利要求4所述的一种修复重金属污染土的固化剂，其特征在于，所述的水泥、碱渣和石膏的颗粒尺寸均不大于200目。
6.一种利用权利要求5所述的固化剂进行土壤修复的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将重金属污染土体开挖移出后进行碾碎和筛分，得到细土颗粒后进行天然含水率测试，得到天然含水率w；
步骤二、将固化剂按重量百分比为20％～30％的比例与细土颗粒搅拌均匀得到混合物，对混合物喷水令其含水量在w-5％～w+5％之间，然后用塑料膜覆盖，静置7～10天；
步骤三、将步骤二所得产物回填碾压，即完成重金属污染土体的修复。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的重金属污染土包括场地重金属污染土、农田重金属污染土以及尾矿库重金属污染土。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，天然含水率w为烘干法测试所得，计算方法如下：
Figure FDA0003171611400000021
其中，m为湿土质量，M为干土质量。
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