CN115301714B - 利用污染土无害化烧结制砖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了利用污染土无害化烧结制砖的方法，具体涉及制砖技术领域。本发明可有效去除污染土壤中的有机污染物，可有效实现污染土的无害化处理，制出的砖块中残存有机污染物较少，建筑物中不会因为使用该砖块而导致有机污染物超标；柠檬酸溶液对污染物的去除影响最大，溶液投加量越高，去除率越高，污染物的浓度越低，在后续步骤加热保温状态下，可有效将物料中的水进行去除；零价铁与过硫酸钠对硝基苯的去除有较好的作用；过硫酸钠反应温和、升温较慢，产生许多小气泡，零价铁还原能加剧其反应程度，反应更彻底，可有效去除污染土中的有机污染物和水，可有效加强对有机污染物的去除效果。
Description
技术领域
本发明涉及制砖技术领域，更具体地说，本发明涉及利用污染土无害化烧结制砖的方法。
背景技术
砖是传统的建筑材料，目前砖正在由以粘土为主要原料向利用煤矸石和粉煤灰等工业废料发展，而且由实心向多孔、空心发展，由烧结向非烧结发展；根据生产工艺不同，制砖设备主要有智能砖机、仿石成型机、固废环保静压机、加气混凝土生产线，可适应生产不同类型的建筑材料，并满足不同的制砖需求。专业的制砖设备功能齐全、自动化程度高，适用范围广、耗能较低，节能环保，能够适应自动化和半自动化生产，具有较高和较为稳定的生产效率；土壤污染情况大致可分为无机污染土壤和有机污染土壤两大类。其中有机污染土壤主要包括有机农药、氰化物、石油、酚类、合成洗涤剂、3,4-苯并芘以及由城市污水、污泥、厩肥带来的有害微生物等造成的污染。针对于污染土的无害化重新利用是目前污染土处理中的一项重要工作，利用污染土制砖是目前污染土无害化处理的一个研究方向。
现有的有机污染土制砖过程中，对污染土的清洁处理效果不佳，导致制出的砖块中残存有机污染物较多，最终导致建筑物中有机污染物超标。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供利用污染土无害化烧结制砖的方法。
利用污染土无害化烧结制砖的方法，具体制备方法步骤如下：
步骤一：将污染土加入到反应器中，加入柠檬酸溶液进行搅拌处理，再加入零价铁，搅拌均匀20～30分钟，密封，静置3～4小时，得到混合料A；
步骤二：向步骤一中的混合料A加入过硫酸钠和硫酸亚铁，搅拌20～30分钟，密封，静置21～23小时，得到混合料B；
步骤三：向步骤二中的混合料B再次加入过硫酸钠和硫酸亚铁，搅拌20～30分钟，同时进行超声处理20～30分钟后，密封，静置21～23小时，过滤，得到混合料C；
步骤四：将步骤三中的混合料C投入到加热容器中进行加热保温50～60天，同时进行抽气处理，加热保温结束后，继续抽气处理5～9天，得到混合料D；
步骤五：将步骤四中的混合料D与高岭土和水进行共混搅拌处理20～30分钟，得到混合料E；
步骤六：将步骤五中的混合料E送入制砖工艺设备，依次进行制坯、干燥和烧结，制成烧结砖。
进一步的，在步骤一中，柠檬酸溶液中的柠檬酸含量为0.008～0.012mol/L，所述污染土与柠檬酸溶液的重量比为1∶1～3，所述零价铁与污染土的重量比为1∶190～210；在步骤二中，过硫酸钠与混合料A的重量比为1∶18～22，硫酸亚铁与混合料A的重量比为1∶18～22；在步骤三中，过硫酸钠与混合料B的重量比为1∶18～22，硫酸亚铁与混合料B的重量比为1∶18～22。
进一步的，在步骤五中，混合料D、高岭土和水按照重量百分比分为：48.6～50.6％的混合料D、33.6～35.6％的高岭土，其余为水。
进一步的，在步骤一中，柠檬酸溶液中的柠檬酸含量为0.008mol/L，所述污染土与柠檬酸溶液的重量比为1∶1，所述零价铁与污染土的重量比为1∶190；在步骤二中，过硫酸钠与混合料A的重量比为1∶18，硫酸亚铁与混合料A的重量比为1∶18；在步骤三中，过硫酸钠与混合料B的重量比为1∶18，硫酸亚铁与混合料B的重量比为1∶18；在步骤五中，混合料D、高岭土和水按照重量百分比分为：48.6％的混合料D、33.6％的高岭土，其余为水。
进一步的，在步骤一中，柠檬酸溶液中的柠檬酸含量为0.012mol/L，所述污染土与柠檬酸溶液的重量比为1∶3，所述零价铁与污染土的重量比为1∶210；在步骤二中，过硫酸钠与混合料A的重量比为1∶22，硫酸亚铁与混合料A的重量比为1∶22；在步骤三中，过硫酸钠与混合料B的重量比为1∶22，硫酸亚铁与混合料B的重量比为1∶22；在步骤五中，混合料D、高岭土和水按照重量百分比分为：50.6％的混合料D、35.6％的高岭土，其余为水。
进一步的，在步骤一中，柠檬酸溶液中的柠檬酸含量为0.010mol/L，所述污染土与柠檬酸溶液的重量比为1∶2，所述零价铁与污染土的重量比为1∶200；在步骤二中，过硫酸钠与混合料A的重量比为1∶20，硫酸亚铁与混合料A的重量比为1∶20；在步骤三中，过硫酸钠与混合料B的重量比为1∶20，硫酸亚铁与混合料B的重量比为1∶20；在步骤五中，混合料D、高岭土和水按照重量百分比分为：49.6％的混合料D、34.6％的高岭土，其余为水。
进一步的，在步骤一中，搅拌转速为120～180r/min；在步骤二中，搅拌转速为210～270r/min；在步骤三中，搅拌转速为120～180r/min，超声功率为40～60KHz，超声功率为800～900W；在步骤四中，加热至330～370℃后保温处理；在步骤五中，搅拌转速为400～600r/min；在步骤六中，干燥温度为80～120℃，干燥时间为15～19小时，烧结温度为850～950℃，烧结时间为32～36小时。
进一步的，在步骤一中，搅拌转速为120r/min；在步骤二中，搅拌转速为210r/min；在步骤三中，搅拌转速为120r/min，超声功率为40KHz，超声功率为800W；在步骤四中，加热至330℃后保温处理；在步骤五中，搅拌转速为400r/min；在步骤六中，干燥温度为80℃，干燥时间为15小时，烧结温度为850℃，烧结时间为32小时。
进一步的，在步骤一中，搅拌转速为180r/min；在步骤二中，搅拌转速为270r/min；在步骤三中，搅拌转速为180r/min，超声功率为60KHz，超声功率为900W；在步骤四中，加热至370℃后保温处理；在步骤五中，搅拌转速为600r/min；在步骤六中，干燥温度为120℃，干燥时间为19小时，烧结温度为950℃，烧结时间为36小时。
进一步的，在步骤一中，搅拌转速为150r/min；在步骤二中，搅拌转速为240r/min；在步骤三中，搅拌转速为150r/min，超声功率为50KHz，超声功率为850W；在步骤四中，加热至350℃后保温处理；在步骤五中，搅拌转速为500r/min；在步骤六中，干燥温度为100℃，干燥时间为17小时，烧结温度为900℃，烧结时间为34小时。
本发明的技术效果和优点：
1、采用本发明的制备方法，可有效去除污染土壤中的有机污染物，可有效实现污染土的无害化处理，制出的砖块中残存有机污染物较少，建筑物中不会因为使用该砖块而导致有机污染物超标；在步骤一中，将柠檬酸溶液和污染土进行共混，再加入零价铁，搅拌、密封静置处理，可有效将污染土与柠檬酸溶液和零价铁快速接触分散均匀；在步骤二中，向混合料A中加入过硫酸钠和硫酸亚铁，搅拌、密封、静置处理，可有效将过硫酸钠和硫酸亚铁快速进行到混合料A中，并对混合料A中的有机污染物发生反应，去除混合料A中的有机污染物，形成混合料B；在步骤三中，向混合料B中再次加入过硫酸钠和硫酸亚铁，进行搅拌、超声处理、密封静置处理，可对混合料B中的有机物进行二次清除处理，超声处理过程中产生空化现象和热激活来活化过硫酸盐；同时超声处理可以促进土壤团聚体的分解，有助于土壤中污染物的解吸和过硫酸盐扩散进入团聚体中；在步骤四中，对混合料C进行加热并保温处理，可进一步去除污染土中的有机污染物，通过采用抽气方式，可有效将气化的有机污染物进行抽取分离处理，可有效加强对有机污染物的去除效果；在步骤五中，将混合料D、高岭土和水进行共混处理，得到制砖的基础材料；在步骤六中，采用混合料E进行制坯、干燥和烧结处理，制成烧结砖；
2、本发明中柠檬酸溶液在所有因素中影响最大且与污染物的存在呈负相关，溶液的含量体现了固液比，对污染物的去除影响最大，溶液投加量越高，去除率越高，污染物的浓度越低，但反应完毕后需要进行相应的脱水处理，在后续步骤加热保温状态下，可有效将物料中的水进行去除；零价铁与过硫酸钠对硝基苯的去除有较好的作用；零价铁还原对硝基苯的去除影响大，还原条件下，硝基苯的去除率均接近100％；在还原条件下，硝基苯可还原成苯胺，苯胺的氧化更彻底，去除率更高；过硫酸钠反应温和、升温较慢，产生许多小气泡，零价铁还原能加剧其反应程度，反应更彻底；氯苯、1,2-二氯苯、硝基、1,4-二氯苯、苯胺的去除率均高于90％，氯苯与1,4-二氯苯的去除率接近100％；从反应的安全性和去除率的角度，过硫酸钠氧化体系更适合；对混合料C进行加热至300℃以上并保温处理，可有效去除污染土中的有机污染物和水，通过采用抽气方式，可有效将气化的有机污染物进行抽取分离处理，可有效加强对有机污染物的去除效果。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中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1：
本发明提供了利用污染土无害化烧结制砖的方法，具体制备方法步骤如下：
步骤一：将污染土加入到反应器中，加入柠檬酸溶液进行搅拌处理，再加入零价铁，搅拌均匀20～30分钟，密封，静置3～4小时，得到混合料A；
步骤二：向步骤一中的混合料A加入过硫酸钠和硫酸亚铁，搅拌20～30分钟，密封，静置21～23小时，得到混合料B；
步骤三：向步骤二中的混合料B再次加入过硫酸钠和硫酸亚铁，搅拌20～30分钟，同时进行超声处理20～30分钟后，密封，静置21～23小时，过滤，得到混合料C；
步骤四：将步骤三中的混合料C投入到加热容器中进行加热保温50～60天，同时进行抽气处理，加热保温结束后，继续抽气处理5～9天，得到混合料D；
步骤五：将步骤四中的混合料D与高岭土和水进行共混搅拌处理20～30分钟，得到混合料E；
步骤六：将步骤五中的混合料E送入制砖工艺设备，依次进行制坯、干燥和烧结，制成烧结砖；
在步骤一中，柠檬酸溶液中的柠檬酸含量为0.008mol/L，所述污染土与柠檬酸溶液的重量比为1∶1，所述零价铁与污染土的重量比为1∶190；在步骤二中，过硫酸钠与混合料A的重量比为1∶18，硫酸亚铁与混合料A的重量比为1∶18；在步骤三中，过硫酸钠与混合料B的重量比为1∶18，硫酸亚铁与混合料B的重量比为1∶18；在步骤五中，混合料D、高岭土和水按照重量百分比分为：48.6％的混合料D、33.6％的高岭土，其余为水。
在步骤一中，搅拌转速为120r/min；在步骤二中，搅拌转速为210r/min；在步骤三中，搅拌转速为120r/min，超声功率为40KHz，超声功率为800W；在步骤四中，加热至330℃后保温处理；在步骤五中，搅拌转速为400r/min；在步骤六中，干燥温度为80℃，干燥时间为15小时，烧结温度为850℃，烧结时间为32小时。
实施例2：
与实施例1不同的是，在步骤一中，柠檬酸溶液中的柠檬酸含量为0.012mol/L，所述污染土与柠檬酸溶液的重量比为1∶3，所述零价铁与污染土的重量比为1∶210；在步骤二中，过硫酸钠与混合料A的重量比为1∶22，硫酸亚铁与混合料A的重量比为1∶22；在步骤三中，过硫酸钠与混合料B的重量比为1∶22，硫酸亚铁与混合料B的重量比为1∶22；在步骤五中，混合料D、高岭土和水按照重量百分比分为：50.6％的混合料D、35.6％的高岭土，其余为水。
实施例3：
与实施例1-2均不同的是，在步骤一中，柠檬酸溶液中的柠檬酸含量为0.010mol/L，所述污染土与柠檬酸溶液的重量比为1∶2，所述零价铁与污染土的重量比为1∶200；在步骤二中，过硫酸钠与混合料A的重量比为1∶20，硫酸亚铁与混合料A的重量比为1∶20；在步骤三中，过硫酸钠与混合料B的重量比为1∶20，硫酸亚铁与混合料B的重量比为1∶20；在步骤五中，混合料D、高岭土和水按照重量百分比分为：49.6％的混合料D、34.6％的高岭土，其余为水。
实施例4：
与实施例3不同的是，在步骤一中，搅拌转速为180r/min；在步骤二中，搅拌转速为270r/min；在步骤三中，搅拌转速为180r/min，超声功率为60KHz，超声功率为900W；在步骤四中，加热至370℃后保温处理；在步骤五中，搅拌转速为600r/min；在步骤六中，干燥温度为120℃，干燥时间为19小时，烧结温度为950℃，烧结时间为36小时。
实施例5：
与实施例3不同的是，在步骤一中，搅拌转速为150r/min；在步骤二中，搅拌转速为240r/min；在步骤三中，搅拌转速为150r/min，超声功率为50KHz，超声功率为850W；在步骤四中，加热至350℃后保温处理；在步骤五中，搅拌转速为500r/min；在步骤六中，干燥温度为100℃，干燥时间为17小时，烧结温度为900℃，烧结时间为34小时。
对比例1：
与实施例5不同的是：没有步骤一中的操作。
对比例2：
与实施例5不同的是：没有步骤三中的操作。
对比例3：
与实施例5不同的是：没有步骤四中的操作。
上述原料中：污染土来源自某重度挥发性有机污染土为研究土壤，污染物具体包括氯苯(浓度1.25mg/kg)、1，2-二氯苯(浓度6.78mg/kg)、1，4-二氯苯(浓度2.2mg/kg)、硝基苯(浓度488mg/kg)、苯胺(浓度336mg/kg)等；柠檬酸采购自西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司、货号：W230633；零价铁采购自国药集团化学试剂有限公司、国药编号L00073701、原厂货号000737；过硫酸钠采购自西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司、货号：S6172；硫酸亚铁采购自泰安市江舟生物科技有限公司、货号：7720-78-7；高岭土采购自西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司、货号：K7375；
对本发明中实施例和对比例中的有机物污染物进行检测，并与原始污染土壤有机污染物数据进行对比，得到有机物去除率，得到的结果如表一所示：
表一：
由上表可知：本发明的制砖方法，可有效去除污染土壤中的有机污染物，可有效实现污染土的无害化处理，制出的砖块中残存有机污染物较少，建筑物中不会因为使用该砖块而导致有机污染物超标。
本发明中，在步骤一中，将柠檬酸溶液和污染土进行共混，再加入零价铁，搅拌、密封静置处理，可有效将污染土与柠檬酸溶液和零价铁快速接触分散均匀；在步骤二中，向混合料A中加入过硫酸钠和硫酸亚铁，搅拌、密封、静置处理，可有效将过硫酸钠和硫酸亚铁快速进行到混合料A中，并对混合料A中的有机污染物发生反应，去除混合料A中的有机污染物，形成混合料B；在步骤三中，向混合料B中再次加入过硫酸钠和硫酸亚铁，进行搅拌、超声处理、密封静置处理，可对混合料B中的有机物进行二次清除处理，超声处理过程中产生空化现象和热激活来活化过硫酸盐；同时超声处理可以促进土壤团聚体的分解，有助于土壤中污染物的解吸和过硫酸盐扩散进入团聚体中；在步骤四中，对混合料C进行加热并保温处理，可进一步去除污染土中的有机污染物，通过采用抽气方式，可有效将气化的有机污染物进行抽取分离处理，可有效加强对有机污染物的去除效果；在步骤五中，将混合料D、高岭土和水进行共混处理，得到制砖的基础材料；在步骤六中，采用混合料E进行制坯、干燥和烧结处理，制成烧结砖；柠檬酸溶液在所有因素中影响最大且与污染物的存在呈负相关，溶液的含量体现了固液比，对污染物的去除影响最大，溶液投加量越高，去除率越高，污染物的浓度越低，但反应完毕后需要进行相应的脱水处理，在后续步骤加热保温状态下，可有效将物料中的水进行去除；零价铁与过硫酸钠对硝基苯的去除有较好的作用；零价铁还原对硝基苯的去除影响大，还原条件下，硝基苯的去除率均接近100％；在还原条件下，硝基苯可还原成苯胺，苯胺的氧化更彻底，去除率更高；过硫酸钠反应温和、升温较慢，产生许多小气泡，零价铁还原能加剧其反应程度，反应更彻底；氯苯、1,2-二氯苯、硝基、1,4-二氯苯、苯胺的去除率均高于90％，氯苯与1,4-二氯苯的去除率接近100％；从反应的安全性和去除率的角度，过硫酸钠氧化体系更适合；对混合料C进行加热至300℃以上并保温处理，可有效去除污染土中的有机污染物和水，通过采用抽气方式，可有效将气化的有机污染物进行抽取分离处理，可有效加强对有机污染物的去除效果。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例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同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.利用污染土无害化烧结制砖的方法，其特征在于：具体制备方法步骤如下：
步骤一：将污染土加入到反应器中，加入柠檬酸溶液进行搅拌处理，再加入零价铁，搅拌均匀20～30分钟，密封，静置3～4小时，得到混合料A；柠檬酸溶液中的柠檬酸含量为0.008～0.012mol/L，所述污染土与柠檬酸溶液的重量比为1∶1～3，所述零价铁与污染土的重量比为1∶190～210；
步骤二：向步骤一中的混合料A加入过硫酸钠和硫酸亚铁，搅拌20～30分钟，密封，静置21～23小时，得到混合料B；过硫酸钠与混合料A的重量比为1∶18～22，硫酸亚铁与混合料A的重量比为1∶18～22；
步骤三：向步骤二中的混合料B再次加入过硫酸钠和硫酸亚铁，搅拌20～30分钟，同时进行超声处理20～30分钟后，密封，静置21～23小时，过滤，得到混合料C；过硫酸钠与混合料B的重量比为1∶18～22，硫酸亚铁与混合料B的重量比为1∶18～22；
步骤四：将步骤三中的混合料C投入到加热容器中进行加热保温50～60天，同时进行抽气处理，加热保温结束后，继续抽气处理5～9天，得到混合料D；
步骤五：将步骤四中的混合料D与高岭土和水进行共混搅拌处理20～30分钟，得到混合料E；混合料D、高岭土和水按照重量百分比分为：48.6～50.6％的混合料D、33.6～35.6％的高岭土，其余为水；
步骤六：将步骤五中的混合料E送入制砖工艺设备，依次进行制坯、干燥和烧结，制成烧结砖。
2.根据权利要求1所述的利用污染土无害化烧结制砖的方法，其特征在于：在步骤一中，柠檬酸溶液中的柠檬酸含量为0.008mol/L，所述污染土与柠檬酸溶液的重量比为1∶1，所述零价铁与污染土的重量比为1∶190；在步骤二中，过硫酸钠与混合料A的重量比为1∶18，硫酸亚铁与混合料A的重量比为1∶18；在步骤三中，过硫酸钠与混合料B的重量比为1∶18，硫酸亚铁与混合料B的重量比为1∶18；在步骤五中，混合料D、高岭土和水按照重量百分比分为：48.6％的混合料D、33.6％的高岭土，其余为水。
3.根据权利要求1所述的利用污染土无害化烧结制砖的方法，其特征在于：在步骤一中，柠檬酸溶液中的柠檬酸含量为0.012mol/L，所述污染土与柠檬酸溶液的重量比为1∶3，所述零价铁与污染土的重量比为1∶210；在步骤二中，过硫酸钠与混合料A的重量比为1∶22，硫酸亚铁与混合料A的重量比为1∶22；在步骤三中，过硫酸钠与混合料B的重量比为1∶22，硫酸亚铁与混合料B的重量比为1∶22；在步骤五中，混合料D、高岭土和水按照重量百分比分为：50.6％的混合料D、35.6％的高岭土，其余为水。
4.根据权利要求1所述的利用污染土无害化烧结制砖的方法，其特征在于：在步骤一中，柠檬酸溶液中的柠檬酸含量为0.010mol/L，所述污染土与柠檬酸溶液的重量比为1∶2，所述零价铁与污染土的重量比为1∶200；在步骤二中，过硫酸钠与混合料A的重量比为1∶20，硫酸亚铁与混合料A的重量比为1∶20；在步骤三中，过硫酸钠与混合料B的重量比为1∶20，硫酸亚铁与混合料B的重量比为1∶20；在步骤五中，混合料D、高岭土和水按照重量百分比分为：49.6％的混合料D、34.6％的高岭土，其余为水。
5.根据权利要求1所述的利用污染土无害化烧结制砖的方法，其特征在于：在步骤一中，搅拌转速为120～180r/min；在步骤二中，搅拌转速为210～270r/min；在步骤三中，搅拌转速为120～180r/min，超声功率为40～60KHz，超声功率为800～900W；在步骤四中，加热至330～370℃后保温处理；在步骤五中，搅拌转速为400～600r/min；在步骤六中，干燥温度为80～120℃，干燥时间为15～19小时，烧结温度为850～950℃，烧结时间为32～36小时。
6.根据权利要求5所述的利用污染土无害化烧结制砖的方法，其特征在于：在步骤一中，搅拌转速为120r/min；在步骤二中，搅拌转速为210r/min；在步骤三中，搅拌转速为120r/min，超声功率为40KHz，超声功率为800W；在步骤四中，加热至330℃后保温处理；在步骤五中，搅拌转速为400r/min；在步骤六中，干燥温度为80℃，干燥时间为15小时，烧结温度为850℃，烧结时间为32小时。
7.根据权利要求5所述的利用污染土无害化烧结制砖的方法，其特征在于：在步骤一中，搅拌转速为180r/min；在步骤二中，搅拌转速为270r/min；在步骤三中，搅拌转速为180r/min，超声功率为60KHz，超声功率为900W；在步骤四中，加热至370℃后保温处理；在步骤五中，搅拌转速为600r/min；在步骤六中，干燥温度为120℃，干燥时间为19小时，烧结温度为950℃，烧结时间为36小时。
8.根据权利要求5所述的利用污染土无害化烧结制砖的方法，其特征在于：在步骤一中，搅拌转速为150r/min；在步骤二中，搅拌转速为240r/min；在步骤三中，搅拌转速为150r/min，超声功率为50KHz，超声功率为850W；在步骤四中，加热至350℃后保温处理；在步骤五中，搅拌转速为500r/min；在步骤六中，干燥温度为100℃，干燥时间为17小时，烧结温度为900℃，烧结时间为34小时。
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