CN116553872A - 一种提高地聚物固定阴离子重金属效率的方法 - Google Patents
一种提高地聚物固定阴离子重金属效率的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116553872A CN116553872A CN202310533842.2A CN202310533842A CN116553872A CN 116553872 A CN116553872 A CN 116553872A CN 202310533842 A CN202310533842 A CN 202310533842A CN 116553872 A CN116553872 A CN 116553872A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- geopolymer
- heavy metals
- soil
- heavy metal
- concentrated solution
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 72
- 229920000876 geopolymer Polymers 0.000 title claims abstract description 65
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 title abstract description 7
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims abstract description 48
- 239000000149 chemical water pollutant Substances 0.000 claims abstract description 25
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 claims abstract description 24
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 15
- QJZYHAIUNVAGQP-UHFFFAOYSA-N 3-nitrobicyclo[2.2.1]hept-5-ene-2,3-dicarboxylic acid Chemical compound C1C2C=CC1C(C(=O)O)C2(C(O)=O)[N+]([O-])=O QJZYHAIUNVAGQP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000004021 humic acid Substances 0.000 claims abstract description 8
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 230000000536 complexating effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract 2
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 30
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 claims description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 7
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 7
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 claims description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 5
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 claims description 3
- 238000004056 waste incineration Methods 0.000 claims description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 3
- JQJCSZOEVBFDKO-UHFFFAOYSA-N lead zinc Chemical compound [Zn].[Pb] JQJCSZOEVBFDKO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 claims description 2
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 abstract description 15
- 239000003513 alkali Substances 0.000 abstract description 11
- 239000012190 activator Substances 0.000 abstract description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 9
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 abstract description 9
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 abstract description 9
- 238000007711 solidification Methods 0.000 abstract description 8
- 230000008023 solidification Effects 0.000 abstract description 8
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 239000000843 powder Substances 0.000 abstract description 6
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 abstract description 5
- 239000002243 precursor Substances 0.000 abstract description 5
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 239000011575 calcium Substances 0.000 abstract description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 abstract description 2
- 229910017053 inorganic salt Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 abstract description 2
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 abstract 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 20
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 6
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 6
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 6
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 6
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 238000001728 nano-filtration Methods 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 3
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 3
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 3
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 2
- -1 high collar earth Chemical compound 0.000 description 2
- 230000001976 improved effect Effects 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 2
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 description 1
- XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N ammonia nh3 Chemical compound N.N XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 1
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000002920 hazardous waste Substances 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/006—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing mineral polymers, e.g. geopolymers of the Davidovits type
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B09B3/00—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
- B09B3/20—Agglomeration, binding or encapsulation of solid waste
- B09B3/25—Agglomeration, binding or encapsulation of solid waste using mineral binders or matrix
- B09B3/27—Binding by sodium silicate, e.g. cement or water glass
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
- C04B40/02—Selection of the hardening environment
- C04B40/0277—Hardening promoted by using additional water, e.g. by spraying water on the green concrete element
- C04B40/0281—Hardening in an atmosphere of increased relative humidity
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B09B2101/00—Type of solid waste
- B09B2101/90—Soil, e.g. excavated soil from construction sites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00017—Aspects relating to the protection of the environment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
- C04B2201/50—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the mechanical strength
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
- Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Geology (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
本发明公开了一种提高地聚物固定阴离子重金属效率的方法，该方法是利用垃圾渗滤液浓缩液中含有的大量腐殖酸和无机盐(Cl‑和SO4 2‑)诱导地聚物生成费氏盐、产生腐殖酸络合/螯合效应以及促进地质聚合3种机制协同实现阴离子重金属的高效固定，将As、Sb和Cr等阴离子重金属固定率提高至99％以上。本发明在垃圾渗滤液浓缩液中加入粉末硅酸钠和氢氧化钠形成液态碱激活剂，再加入富钙地聚物前驱物和复合重金属污染固废或土壤，经湿式养护后，形成功能地聚物固化体，同时利用了垃圾渗滤液浓缩液的溶剂和溶质双重作用。本发明拓宽了地聚物在复合重金属污染固废或土壤固化/稳定化上的应用前景，同时实现了垃圾渗滤液浓缩液的资源化处理。
Description
技术领域
本发明涉及含重金属危险废物的固化/稳定化处理，具体地说，本发明利用垃圾渗滤液浓缩液提高地聚物对阴离子重金属的固定效率。
背景技术
地聚物作为一种新型无机胶凝材料具有强度高、耐腐蚀、耐高温、抗冻融且制备工艺简单、成本低和碳排放少等多重优点。地聚物通常在碱激发条件下，富含硅铝的前驱物(偏高领土、粉煤灰、高炉矿渣和赤泥等)溶解-扩散-重组-固化形成“类沸石”结构的三维网络胶凝结构。由于地聚物优异的结构强度和耐久性，其在固定重金属离子具有广阔的应用前景。
然而，由于地聚物的碱激发特性和结构电负性，其对阴离子重金属的固定能力整体不佳。专利CN 111995276 A公开了一种利用碱激发剂(水玻璃和氢氧化钠)激活工业废电石渣与高岭土中的活性硅铝的地聚物，实现了铜尾矿中Pb、Zn、Cd和Cu的同步固定，固化率达到90％以上。专利113185196A公开了一种炉渣-粉煤灰地聚物的制备方法及其用于Cu污染土的固化/稳定化，其在30％固化剂掺量时仍能维持Cu2+的99％以上的固定率。但是，上述专利局限在利用地聚物固定阳离子重金属危险废物上，对于阴离子重金属的固定未有涉及。专利113441526A公开了一种碱激发煤矸石和氧化钙复合地聚物，实现了垃圾焚烧飞灰阳离子重金属(Cd、Cu、Ni、Pb和Zn)的高效固定，固定率在96％以上，但阴离子重金属(Cr)的固定率只有91.6％。鉴于工业和生产活动中产生的重金属固废和土壤通常以复合污染的形式存在，提升地聚物固定阴离子重金属的效率对推广地质聚合技术在固化/稳定化领域的发展具有重要意义。
垃圾渗滤液浓缩液是垃圾渗滤液膜深度处理过程产生的纳滤或反渗透膜浓缩液，其含有大量腐殖酸、无机盐(Cl-和SO4 2-)、氨氮和重金属，属于难降解高盐有机废水。贸然采用高级氧化或蒸发焚烧等高耗能处理方式既不高效也不低碳。随着双碳目标的推进，在污水资源化处理的大背景下，将垃圾渗滤液浓缩液回用于地聚物的制备并利用其中关键组分(腐殖酸和盐离子)提高地聚物的阴离子重金属固定效率具有实用价值。
发明内容
本发明旨在提供一种利用垃圾渗滤液浓缩液提高地聚物对阴离子重金属的固定效率的方法并用于复合重金属污染固废或土壤的固化/稳定化，具体步骤如下：
S1、将待修复的复合重金属固废或土壤干燥、粉碎、过筛。
S2、向粉末硅酸钠中加入氢氧化钠颗粒，将碱激活剂的模数调至0.80～1.50，然后加入垃圾渗滤液浓缩液并搅拌均匀，得到液态碱激活剂。
S3、将富钙硅铝前驱物、复合重金属固废或土壤粉末和液态碱激活剂混合搅拌均匀，液固比为0.50～0.75，固废或土壤掺量为10％～60％，得到地聚物浆料。
S4、将地聚物浆料装入硅胶模具中，在20℃～70℃下密封湿式养护12h～24h，然后室温静置养护28d，得到地聚物。
优选地，S1所述复合重金属污染固废或土壤为垃圾焚烧飞灰，锑矿、铜矿及铅锌矿废渣或污染土的一种，其含有的重金属为Cd、Pb、Cu、Hg和Zn等阳离子重金属以及Sb、As和Cr等阴离子重金属的一种或多种。
优选地，S2所述垃圾渗滤液浓缩液为生活垃圾填埋场垃圾渗滤液膜处理过程中产生的纳滤或反渗透膜浓缩液，其Cl-浓度达到2000～10000mg L-1，SO4 2-浓度为200～2000mgL-1，溶解性有机质浓度为400～3000mg L-1。
优选地，S3所述富钙硅铝前驱物为磨细高炉矿渣、钢渣、粉煤灰、赤泥和偏高岭土的一种或多种组成。
本发明的利用垃圾渗滤液浓缩液提高地聚物固定阴离子重金属效率的方法，在用于复合重金属固废或土壤的固化/稳定化时，Cd、Pb、Cu、Hg和Zn等阳离子重金属在碱性地聚物体系中形成氢氧化物、硅酸盐和氧化物等稳定化合物，进一步被地聚物凝胶高效固封。Sb、As和Cr等阴离子重金属通过加入垃圾渗滤液浓缩液后诱导形成费氏盐、腐殖酸络合/螯合和促进地质聚合三种途径增强固定效率，从而达到阴阳重金属离子的同步固定，可将阴离子重金属的固定效率由82％～92％提高至均大于99％。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明采用诱导费氏盐生成和加入腐殖酸对地聚物进行功能改性，使得地聚物产生了优异的阴离子重金属固定效率，拓宽了地聚物固定复合重金属污染固废或土壤的应用场景；
(2)本发明操作方法简单，地聚物前驱物廉价易得，不仅可以降低复合重金属污染固废或土壤的固化/稳定化成本，还提供了一种垃圾渗滤液浓缩液资源化利用途径，同时没有二次污染；
(3)本发明获得的地聚物固化块强度高，抗压强度最高可达23.6MPa，60％的固废或土壤掺量时仍保持10MPa以上，同时地聚物固化块的重金属浸出浓度均为ppb级别，远低于排放限值，满足矿区回填的处置要求，同时具有再利用为建筑材料的潜力；
附图说明
图1为本发明的垃圾渗滤液浓缩液提高地聚物固定阴离子重金属效率的流程示意图。
图2为在干式和湿式养护条件下制备的地聚物固化块的微观矿物结构。
图3为复合重金属污染土壤掺量对地聚物固化块抗压强度的影响。
图4为垃圾渗滤液浓缩液作用下地聚物对重金属离子的固定率变化。
具体实施方式
下面结合附图及实施例和对比例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1：
本实施例处理的是锑矿污染土，取自广西晴隆大厂锑矿区附近表层0～10cm的土壤，其重金属含量如表1。锑矿污染土中含有大量As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Sb和Zn，具有明显的复合金属污染特征。其中，Sb和As是锑矿污染土中含量最多的两种重金属，分别达到882.0mg kg-1和578.5mg kg-1。As的含量分别超出了建设(140mg kg-1)和农业用地(40mgkg-1)的土壤标准的4倍和14倍。尽管标准未对Sb的含量限制，锑矿污染土中Sb含量高于背景土壤值393倍(2.24mg kg-1)，具有明显的环境和生态风险。
表1锑矿污染土重金属含量
采用构建的含有垃圾渗滤液浓缩液的地聚物体系对上述锑矿污染土固化/稳定化，具体的步骤如下(图1)：
S1、将锑矿污染土干燥、粉碎、过100目筛。
S2、向粉末硅酸钠中加入氢氧化钠颗粒，将碱激活剂的模数调至1.27，然后加入垃圾渗滤液浓缩液并搅拌均匀，得到液态碱激活剂。
S3、将磨细高炉矿渣、锑矿污染土粉末和液态碱激活剂混合搅拌均匀，液固比为0.60，土壤掺量为30％，得到地聚物浆料。
S4、将地聚物浆料装入硅胶模具中，在20℃下密封相对湿式95％养护24h，然后室温静置养护28d，得到地聚物。
优选地，S2所述垃圾渗滤液浓缩液为天津某生活垃圾填埋场垃圾渗滤液膜处理过程中产生的纳滤膜浓缩液，其Cl-浓度为5759.2mg L-1，SO4 2-浓度为276.3mg L-1，溶解性有机质浓度为506.9mg L-1。
本实施例获得的地聚物固化块28d无侧限抗压强度为23.6MPa。根据《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ 557—2010)对上述样品进行粉碎并获得浸出液，检测重金属浓度见表2，低于《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889—2008)和《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)要求。
表2利用垃圾渗滤液浓缩液制备的地聚物固化/稳定化锑矿污染土浸出浓度
N.D.代表该检测指标浓度低于仪器检测限，/代表标准中对该指标尚未明确要求。
对比例1：
本对比例处理的锑矿污染土其余与实施例1相同，不同之处在于：
S2、向粉末硅酸钠中加入氢氧化钠颗粒，将碱激活剂的模数调至1.27，然后加入等体积的去离子水并搅拌均匀，得到液态碱激活剂。
表3地聚物固化/稳定化锑矿污染土浸出浓度
N.D.代表该检测指标浓度低于仪器检测限，/代表标准中对该指标尚未明确要求。
本对比例获得的地聚物固化块28d无侧限抗压强度为15.0MPa，明显低于利用垃圾渗滤液浓缩液制备的地聚物。根据《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ 557—2010)对上述样品进行粉碎并获得浸出液，检测重金属浓度见表3，可以看出未添加垃圾渗滤液浓缩液的地聚物仍然对阳离子重金属保持优秀固定效率，浸出浓度低于《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889—2008)和《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)要求。但是，阴离子重金属As和Sb的浸出浓度达到ppm级别，高于浸出限制，具有潜在的生态风险，表明垃圾渗滤液浓缩液决定了阴离子重金属固定效率。
对比例2：
本对比例处理的锑矿污染土其余与实施例1相同，不同之处在于：
S4、将地聚物浆料装入硅胶模具中，在70℃下密封干式养护24h，不采取任何湿度调控方式，然后室温静置养护28d，得到地聚物。
本对比例获得的地聚物固化块28d无侧限抗压强度为17.1MPa，明显低于湿式养护条件下制备的地聚物。根据《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ 557—2010)对上述样品进行粉碎并获得浸出液，检测重金属浓度见表4，可以看出干式养护条件下的地聚物仍然对阳离子重金属保持优秀固定效率，浸出浓度低于《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889—2008)和《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)要求。但是，阴离子重金属As和Sb的浸出浓度达到ppm级别，高于浸出限制，具有潜在的生态风险，表明养护方式也是提高阴离子重金属固定效率的另一关键环节(图2)。
表3干式养护下地聚物固化/稳定化锑矿污染土浸出浓度
N.D.代表该检测指标浓度低于仪器检测限，/代表标准中对该指标尚未明确要求。
实施例2：
为了进一步考察S3中锑矿污染土含量对制备的地聚物固化块抗压强度的影响，通过调节磨细高炉矿渣的添加量，获得了土壤掺量分别为10％、20％、30％、40％和60％的地聚物固化/稳定化体系，其它固化/稳定化过程与实施例1相同，结果如图3。
不同土固比条件下，地聚物固化块在3、7、14和28天下的无侧限抗压强度。随着液固比的增加，表明地质聚合过程持续发生。当锑矿污染土添加量由10％增加至30％时，制备的地聚物的28d无侧限抗压强度逐步增加至17.1Mpa。然而，当锑矿污染土添加量进一步增加至60％时，制备的地聚物的28d无侧限抗压强度逐步减小至10.8Mpa。区别于其他有机土壤对地聚物抗压强度的强烈负面作用，矿质锑矿污染土展现了一定的正面作用，有利于降低增容比。但是，过高的锑矿污染土掺量明显抑制了地聚物的水化过程，选择合适的土固比是提高固化/稳定化效率的关键。
实施例3：
为了进一步考察垃圾渗滤液浓缩液对地聚物固定阴离子重金属效率的促进作用，通过调节土壤掺量分别为10％和30％，设置干式养护和湿式养护两种养护模式，其它固化/稳定化过程与实施例1相同，采用式1计算不同土固比和养护条件下重金属的固定率，其结果如图4。
其中，F是特定重金属的固定率。M1是添加的锑矿污染土的质量，V2是浸提液的体积(1L)。C1是锑矿污染土中特定重金属的含量，C2是浸出液中的特定重金属浓度。C0是地聚物浸出液中的特定重金属的浓度，这是一个背景值，代表有多少重金属在没有加入锑矿污染土的情况下浸出。M2是固化块的总质量，M3是用于浸出试验的固化块的质量，其为50g的常数。
Cd、Cu、Hg、Pb和Zn在干式或湿式养护条件下的固定率均大于99％，表明地聚物对阳离子重金属具有优异的固定效果。更重要的是，LLC的加入引入的费氏盐和腐殖酸显著提高了阴离子重金属Sb和As的固定率，Sb的固定率由92％～94％增加至99～100％，As的固定率由82～86％增加至99％～100％。
以上所述仅为本发明优选的实施例而己，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 (4)
1.一种提高地聚物固定阴离子重金属效率的方法，其特征在于，利用垃圾渗滤液浓缩液诱导生成费氏盐、提供腐殖酸络合/螯合和促进地质聚合三种机制协同作用达到同步高效固定复合重金属污染固废或土壤中阴离子重金属的效果。
2.根据权利要求1所述的提高地聚物固定阴离子重金属效率的方法，其特征在于，采用的垃圾渗滤液浓缩液为生活垃圾填埋场垃圾渗滤液膜深度处理过程中产生的纳滤或反渗透膜浓缩液，其Cl-浓度达到2000～10000mg L-1，SO4 2-浓度为200～2000mg L-1，溶解性有机质浓度为400～3000mg L-1。
3.根据权利要求1所述的提高地聚物固定阴离子重金属效率的方法，其特征在于，费氏盐通过湿式养护条件生成，养护温度为20～70℃，养护相对湿度为70％～98％。
4.根据权利要求1所述的提高地聚物固定阴离子重金属效率的方法，其特征在于，复合重金属污染固废或土壤为垃圾焚烧飞灰，锑矿、铜矿及铅锌矿废渣或污染土的一种，其含有的重金属为Cd、Pb、Cu、Hg和Zn等阳离子重金属以及Sb、As和Cr等阴离子重金属的一种或多种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310533842.2A CN116553872A (zh) | 2023-05-12 | 2023-05-12 | 一种提高地聚物固定阴离子重金属效率的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310533842.2A CN116553872A (zh) | 2023-05-12 | 2023-05-12 | 一种提高地聚物固定阴离子重金属效率的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116553872A true CN116553872A (zh) | 2023-08-08 |
Family
ID=87501401
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310533842.2A Pending CN116553872A (zh) | 2023-05-12 | 2023-05-12 | 一种提高地聚物固定阴离子重金属效率的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116553872A (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113336502A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-09-03 | 中南大学 | 一种多金属污染土壤的地聚物固化材料及其制备方法 |
| CN115417626A (zh) * | 2022-08-15 | 2022-12-02 | 北京师范大学 | 一种利用地质聚合物固化/稳定化处置垃圾渗滤液浓缩液的方法 |
-
2023
- 2023-05-12 CN CN202310533842.2A patent/CN116553872A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113336502A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-09-03 | 中南大学 | 一种多金属污染土壤的地聚物固化材料及其制备方法 |
| CN115417626A (zh) * | 2022-08-15 | 2022-12-02 | 北京师范大学 | 一种利用地质聚合物固化/稳定化处置垃圾渗滤液浓缩液的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| He et al. | A critical review on approaches for electrolytic manganese residue treatment and disposal technology: Reduction, pretreatment, and reuse | |
| KR100812828B1 (ko) | 하ㆍ폐수슬러지를 고형화시키는 고화제(파라픽스) 및 이를이용하여 제조되는 복토재 | |
| Yang et al. | Solidification/stabilization and separation/extraction treatments of environmental hazardous components in electrolytic manganese residue: a review | |
| Luo et al. | Co-disposal of MSWI fly ash and lead–zinc smelting slag through alkali-activation technology | |
| CN105537247B (zh) | 一种利用工业废渣固化含砷废渣的方法 | |
| CN105271630A (zh) | 一种节能环保型淤泥改性材料及其制备方法 | |
| CN111302708B (zh) | 一种大体量锂渣废弃物综合利用技术及其实现方法 | |
| Zhang et al. | Solidification/stabilization of landfill leachate concentrate contaminants using solid alkali-activated geopolymers with a high liquid solid ratio and fixing rate | |
| CN111548089B (zh) | 一种具有环境修复功能的阻隔材料及其制备和使用方法 | |
| CN114409353B (zh) | 一种气-固相碳化协同无碱激发固化尾矿重金属的方法 | |
| CN113880544A (zh) | 一种淤泥软土固化剂及淤泥软土固化方法 | |
| CN111205035A (zh) | 一种赤泥协同废水制备的回填料及其制备方法和应用 | |
| CN110668466B (zh) | 一种电解锰渣无害化处理方法 | |
| CN102657926B (zh) | 一种重金属常温固化剂及使用其固化重金属污染物中重金属的方法 | |
| CN112174625A (zh) | 一种疏浚淤泥绿色环保改良剂及其制备方法 | |
| CN115594429A (zh) | 基于氨基碳酸化改性联合水泥固化飞灰建材化利用的方法 | |
| Li et al. | Progress in comprehensive utilization of electrolytic manganese residue: a review | |
| CN114985413A (zh) | 一种基于磷酸镁水泥实现垃圾焚烧飞灰无害化的改进方法 | |
| CN103910481B (zh) | 一种利用新型固化剂固化处置垃圾渗滤液膜浓缩液污泥的方法 | |
| Zhang et al. | Solidification/stabilization of organic matter and ammonium in high-salinity landfill leachate concentrate using one-part fly ash-based geopolymers | |
| CN109453493A (zh) | 用于处理含铍废渣的稳定化药剂及其制备方法和应用 | |
| Liu et al. | Environmental characteristics, mechanical and hydraulic behavior of solidified Cr (VI) contaminated soil with industrial waste residue | |
| CN115432714B (zh) | 一种电解锰渣的综合利用方法及脱锰建筑材料 | |
| CN116553872A (zh) | 一种提高地聚物固定阴离子重金属效率的方法 | |
| CN113145612B (zh) | 利用煤气化工艺尾气与电石渣协同固化电解锰渣重金属的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |