CN102965116B - 一种重金属稳定剂及用其处理重金属污染土壤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重金属稳定剂及用其处理重金属污染土壤的方法，重金属稳定剂的原料的重量百分比为：磷酸盐40～50％；膨润土20～25％；氟磷灰石25～30％；氯化钠/氯化钾4～6％。用上述重金属稳定剂处理污染土壤时，将所述重金属稳定剂与水混合成悬浊液，将所述悬浊液加入所述重金属污染土壤中，充分混合。本发明的稳定剂处理土壤的稳定性好，解决了现有固化剂及固化方法容易反溶的技术问题。

Description

一种重金属稳定剂及用其处理重金属污染土壤的方法

技术领域

本发明涉及环境化学技术领域，具体涉及一种重金属稳定剂及用其处理重金属污染土壤的方法。

背景技术

我国环境中重金属污染已较为严重和普遍，环境中重金属污染不但影响农作物和水产品的产量与品质，而且涉及大气和水环境质量，并可通过食物链危害人类的生命和健康。由于重金属来源复杂，环境中重金属不同形态、不同重金属之间及与其他污染物的相互作用，产生各种复合污染的复杂性增加了对重金属研究的难度，且重金属对动植物和人体的危害具有长期性、潜在性和不可逆性。

因此，我国环保部门和各级政府部门加大了对各地区环境中重金属含量的现状的统计和监管，并针对各地区不同的情况，在重金属污染产生的各个阶段给予监控，并选择适合本地区的行之有效的修复措施。重金属污染防治工作已经成为我国环境保护工作的重中之重，党和国家高度重视重金属污染问题，国务院最近批复的《重金属污染综合防治“十二五”规划》中明确指出要在2015年左右建立比较完善的重金属污染防治体系。因此，重金属污染治理技术必将成为今后一段时期内重金属污染领域的热点内容。

例如申请号为200910194051.1的中国发明专利公开了一种重金属污染土壤的改良方法，该改良方法包括如下步骤：(1)对重金属污染土壤进行整土；(2)向土壤中添加土壤改良剂；(3)覆土、混合均匀后，平衡0～6个月。该发明的重金属污染土壤的改良方法通过吸附、螯合、络合等反应抑制基质氧化，固定重金属离子并降低其生物学毒性；减少重金属离子向周围土壤或水体的扩散和渗漏。

申请号为201210107906.4的中国发明专利申请公开了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，该重金属常温固化剂按重量百分比它由以下组分组成：氧化镁30.0％～40.0％，磷酸二氢钾55.0％～65.0％，硼砂3.5％～5.0％，氧化铁0.1％～0.5％，二氧化硅0.1％～0.5％。该发明的常温固化剂对含重金属废弃物在常温下进行固化处理后，可以实现废弃物资源化利用。

现有的用于重金属污染土壤处理的固化剂主要以磷酸盐为主，磷酸盐复合的固化剂稳定效果一般，固化后形成的重金属磷酸盐以不溶或微溶的化合物形态存在，在酸碱度条件改变后，重金属离子容易反溶。

发明内容

本发明提供了一种重金属稳定剂及用其处理重金属污染土壤的方法，稳定剂处理土壤的稳定性好，解决了现有固化剂及固化方法容易反溶的技术问题。

一种重金属稳定剂，其原料的质量百分比为：

常温常压下将上述原料按比例混合均匀。

所述磷酸盐优选为磷酸二氢钠或磷酸二氢钾；更优选为磷酸二氢钠。

磷酸盐矿物的长期稳定性较好，外界条件变化对磷酸盐类矿物质产生的影响较小，因此本发明选用磷酸盐作为稳定剂的主要成分，其用量为40～50％，优选为44～46％。利用磷酸盐类化合物对重金属进行稳定化，主要利用磷酸盐类化合物与重金属反应并生产稳定的重金属矿物盐；而且磷酸类矿物盐通过表面吸附机理和络合反应可以有效的去除目标产物中的绝大多数重金属离子。因价格因素，本发明采用磷酸二氢钠作为稳定剂主要成分。

膨润土的质量百分比为20～25％，优选为21～24％，膨润土是一种以蒙脱石为主要成分的含水层状硅酸盐矿，具有较好的离子交换和吸附能力，是一种来源广泛、无毒、无二次污染的绿色重金属处理原料，可实现重金属阳离子的捕集作用。并且通过与其他成分复合改进药剂的结构和性能，使其与废物中危险成分之间的化学作用得到强化，使其具有很高的地球化学稳定性。用本发明的稳定剂处理危险废物，可以在实现废物无害化的同时，达到废物少增容或不增容，从而提高危险废物处理处置***的总体效率和经济性。

本发明的重金属稳定剂处理污染土壤的反应机理如下：

本发明的重金属稳定剂和水混合，加入污染土壤中，稳定剂中的磷酸盐和钙离子、氯离子有多种反应，其中一种反应可形成Ca_10-x(HPO₄)_x(PO₄)_6-x(OH)_2-x或Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂与重金属进行钙取代反应，形成较稳定的重金属羟基磷灰石，如CaPbHap，CaCdHap等重金属矿物盐；另一种反应是通过卤素离子取代羟基磷灰石中的羟基或由离子反应可生成氯基磷灰石(Ca₅[PO₄]₃Cl)等，对重金属有捕集和稳定作用；还有一种重金属与磷酸盐和氯离子反应可形成氯磷铅矿(Pb₅[PO₄]₃Cl)以及其他一些磷酸盐化合物，例如Cd₃(PO₄)₂和CaZn(PO₄)₂·4H₂O，从生成物可以得知：这些矿物相对磷酸盐-危险废物固化体系中重金属的低浸出、高稳定性可以起到重要作用。另外，在Pb²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺共存的体系中，磷酸类矿物盐对它们的去除主要是表面吸附机理和络合反应。

本发明还提供了一种利用所述重金属稳定剂处理重金属污染土壤的方法，包括：

将所述重金属稳定剂与水混合成悬浊液，将所述悬浊液加入所述重金属污染土壤中，充分混合。

所述重金属稳定剂与水的质量比为1∶15～30。

所述重金属污染土壤中的重金属离子为Pb²⁺、Zn²⁺和Cd²⁺中的至少一种。

本发明的重金属稳定剂处理污染土壤时在常温常压下进行，pH值为4～11，与土壤混合均匀即可。

本发明的有益效果：

(1)重金属稳定化药剂成本较低，平均浓度在500mg/kg的固废每立方米处理药剂成本可控制在约12元。

(2)药剂稳定化工艺简单，将药剂与自来水混合后加入重金属污染物中混匀即可。

(3)处理效果较好，形成的重金属盐成分稳定，不反溶。

现有的用于重金属污染土壤处理的固化剂主要以磷酸盐为主，磷酸盐复合的固化剂稳定效果一般，固化后形成的重金属磷酸盐以不溶或微溶的化合物形态存在，在酸碱度条件改变后，重金属离子容易反溶。本发明通过添加其他组分，在不改变反应条件的前提下，可使重金属形成较复杂磷酸盐化合物，此类化合物具有地球物理化学稳定性，重金属离子不易析出。

本发明的稳定剂利用复合磷酸盐矿物的长期稳定性，外界条件变化对磷酸盐类矿物质产生的影响较小等特点，采用磷酸盐、膨润土、氟磷灰石和氯化钠按照一定比例形成复合药剂，在常温常压条件下可自诱导生成重金属磷酸矿物质，某些金属阳离子可与羟基磷灰石晶格中的钙离子发生离子交换反应而进入晶格，形成含重金属的羟基磷灰石，最终达到重金属复合污染物的稳定和环境友好化。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

图如1所示，利用本发明的重金属稳定剂处理污染土壤的工艺流程如下：

重金属稳定剂由磷酸二氢钠，膨润土，氟磷灰石、氯化钠固相粉末按照比例混合组成。将重金属稳定剂与自来水混合后加入到重金属污染土壤中混匀，稳定剂与重金属形成难溶重金属矿物质，通过美国EPA标准TCLP毒性浸出程序试验表明各种重金属的浸出在我国《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)允许的范围内，实现了常温稳定化。

以下结合具体实例来对本发明作进一步说明。

实施例1

选取Pb污染土壤作为本次实施的样品，Pb浓度为864.5mg/kg。将重金属稳定剂(配比(质量百分比)为：磷酸二氢钠为40％，膨润土为25％，氟磷灰石为30％，氯化钠为5％)与自来水按照质量比1∶20搅拌溶解后，按照药剂与样品质量比1∶400的比例，加入至样品中，混合均匀，静置30min以上。取样烘干，进行分析测定。采用翻转式浸出程序对样品进行浸出实验，采用原子吸收对处理后的浸出液进行测定。

经检测，重金属Pb的浸出浓度分别为稳定化处理前样品浸出液浓度31.54mg/L，处理后样品浸出液浓度为2.31mg/L，可见经过处理后的土壤样品满足国家标准(浸出液浓度≤5mg/L)。

实施例2

选取Pb污染土壤作为本次实施的样品，Pb浓度为859.6mg/kg。将重金属稳定剂(配比(质量百分比)为：磷酸二氢钠为50％，膨润土为20％，氟磷灰石为25％，氯化钠为5％)与自来水按照质量比1∶20搅拌溶解后，按照药剂与样品质量比1∶500的比例，加入至样品中，混合均匀，静置30min以上。取样烘干，进行分析测定。采用翻转式浸出程序对样品进行浸出实验，采用原子吸收对处理后的浸出液进行测定。

经检测，重金属Pb的浸出浓度分别为稳定化处理前样品浸出液浓度32.18mg/L，处理后样品浸出液浓度为2.27mg/L，可见经过处理后的土壤样品满足国家标准(浸出液浓度≤5mg/L)。

实施例3

选取Pb污染土壤作为本次实施的样品，Pb浓度为389.2mg/kg。将重金属稳定剂(配比(质量百分比)为：磷酸二氢钠为45％，膨润土为25％，氟磷灰石为25％，氯化钠为5％)与自来水按照质量比1∶20搅拌溶解后，按照药剂与样品质量比1∶1000的比例，加入至样品中，混合均匀，静置30min以上，取样烘干，进行分析测定。采用翻转式浸出程序对样品进行浸出实验，采用原子吸收对处理后的浸出液进行测定。

经检测，重金属Pb的浸出浓度分别为稳定化处理前样品浸出液浓度8.97mg/L，处理后样品浸出液浓度为1.28mg/L，可见经过处理后的土壤样品满足国家标准(浸出液浓度≤5mg/L)。

实施例4

选取Zn污染土壤作为本次实施样品，Zn浓度为2011.5mg/kg。将重金属稳定剂(配比(质量百分比)为：磷酸二氢钠为45％，膨润土为25％，氟磷灰石为25％，氯化钠为5％)与自来水按照重量比1∶15搅拌溶解后，按照药剂与样品质量比1∶200的比例，加入至样品中，混合均匀，静置30min以上。取样烘干，进行分析测定。采用翻转式浸出程序对样品进行浸出实验，采用原子吸收对处理后的浸出液进行测定。

经检测，重金属Zn的浸出浓度分别为稳定化处理前样品浸出液浓度163.4mg/L，处理后样品浸出液浓度为14.4mg/L，可见经过处理后的土壤样品满足国家标准(浸出液浓度≤100mg/L)。

实施例5

选取Cd污染土壤作为本次实施样品，Cd浓度为62.4mg/kg。将重金属稳定剂(配比为：磷酸二氢钠为45％，膨润土为25％，氟磷灰石为25％，氯化钠为5％)与自来水按照重量比1∶30搅拌溶解后，按照药剂与样品质量比1∶2000的比例，加入至样品中，混合均匀，静置30min以上。取样烘干，进行分析测定。采用翻转式浸出程序对样品进行浸出实验，采用原子吸收对处理后的浸出液进行测定。

经检测，重金属Cd的浸出浓度分别为稳定化处理前样品浸出液浓度2.12mg/L，处理后样品浸出液浓度未检出，可见经过处理后的土壤样品满足国家标准(浸出液浓度≤1mg/L)。

Claims (3)

1.一种重金属稳定剂，其特征在于，其原料的质量百分比为：

所述磷酸盐为磷酸二氢钠或磷酸二氢钾。

2.根据权利要求1所述的重金属稳定剂，其特征在于，所述磷酸盐为磷酸二氢钠。

3.一种利用权利要求1所述重金属稳定剂处理重金属污染土壤的方法，其特征在于，包括：

将所述重金属稳定剂与水混合成悬浊液，将所述悬浊液加入所述重金属污染土壤中，充分混合；

所述重金属稳定剂与水的质量比为1：15～30；

所述重金属污染土壤中的重金属离子为Pb²⁺、Zn²⁺和Cd²⁺中的至少一种。