CN103740373B

CN103740373B - 一种重金属污染土壤稳定化药剂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN103740373B
Application number: CN201310662625.XA
Authority: CN
Inventors: 张弛; 顾震宇; 裘知; 韦彦斐; 钟重; 王睿
Original assignee: Zhejiang Environmental Science Research and Design Institute
Current assignee: Zhejiang Environmental Science Research and Design Institute
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2033-12-09
Also published as: CN103740373A

Abstract

本发明公开了一种重金属污染土壤稳定化药剂及其制备方法和应用，以重量百分比计，其原料组成为：骨粉20～60%；生物炭10～30%；煅烧贝壳粉20～70%。（1）将生物质风干后磨碎至60目以下颗粒状，于裂解炉内400～800℃下裂解6～8个小时，得生物炭；将粒径在20目以下的贝壳粉在高温炉内800～1000℃煅烧2～4个小时，自然冷却至室温，得煅烧贝壳粉；（2）将所述生物炭、煅烧贝壳粉与骨粉按比例混合均匀即得。本发明将三组组分按照特定比例复配，解决了目前重金属污染土壤稳定化药剂成本高、稳定化效果不持久等问题。

Description

一种重金属污染土壤稳定化药剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种重金属污染土壤无害化处理的方法，具体涉及一种重金属污染土壤稳定化药剂及其制备方法和应用。

背景技术

土壤重金属污染由于其长期潜伏性、隐蔽性、不可逆性等特征，已成为我国待续解决的重大环境问题之一。采矿、冶炼、电镀、化工、电子、制革等行业的“三废”排放以及农药、化肥的不合理施用都会导致土壤的重金属污染。土壤中的重金属不仅会影响农作物的产量和质量，其也会随着水、空气的循环以及食物链的积累、放大作用，危害到人体的健康。

重金属稳定化技术是一种应用于重金属类危险废物的处置技术，通过稳定化药剂的添加，可将重金属转化为稳定性较高的形态，降低其移动性和可能带来的健康风险。

例如，公开号为CN102965116A的中国发明专利申请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。

公开号为CN102784452A的中国发明专利申请公开了一种用于去除重金属污染的重金属稳定剂及其使用方法。该重金属稳定剂含有化合物木质素基二硫代氨基甲酸盐，所述木质素基二硫代氨基甲酸盐为木质素基二硫代氨基甲酸钠、木质素基二硫代氨基甲酸钾或木质素基二硫代氨基甲酸铵中的一种或一种以上的组合，可用于重金属污染的治理。

公开号为CN102921713A的中国发明专利申请公开了一种重金属污染土固化稳定化处理工艺，该工艺包括重金属污染土泥化、永磁强磁分离、污染程度定级、药剂添加搅拌、挤压振实成型，该工艺采用精确控水的方法实现重金属污染土的处理过程中无富余水和粉尘，采用永磁强磁分离方法分离出重金属污染土泥浆中部分重金属，从源头上减小后期污染土泥浆固化稳定化处理难度与费用，对永磁强磁分离后的土壤按照污染程度分别处理，减少了药剂添加量，采用稳定剂与固化剂分别添加并强力搅拌及挤压振实成型的方法，有利于稳定剂、固化剂与土壤间的均匀混合及充分反应，保证修复质量。

稳定化技术由于其适用范围广、工艺简单、易操作等特点，在重金属污染场地修复领域也具有广泛的应用潜力，但稳定化药剂价格高、稳定效果不持久等缺点都限制了该技术的进一步推广。

发明内容

本发明提供了一种重金属污染土壤稳定化药剂及其制备方法和应用，解决了目前重金属污染土壤稳定化药剂成本高、稳定化效果不持久等问题。

一种重金属污染土壤稳定化药剂，以重量百分比计，其原料组成为：

骨粉20～60%；

生物炭10～30%；

煅烧贝壳粉20～70%。

优选地，以重量百分比计，其原料组成为：

骨粉50～60%；

生物炭10～12%；

煅烧贝壳粉30～40%。

作为优选，所述骨粉为猪、牛和羊中至少一种的脱胶骨粉，磷的含量大于12%，粒径小于20（即850um）目。

作为优选，所述生物炭由如下方法制备：

将生物质风干后磨碎至60目（即250um）以下颗粒状，于裂解炉内400～800℃下裂解6～8个小时。在该条件下制作而成的生物碳具有较好的物理吸附性能。

进一步优选，将生物质风干后磨碎至60目（即250um）以下颗粒状，于裂解炉内600℃下裂解7个小时。

进一步优选，所述生物质为锯末、农作物秸秆和玉米芯中的至少一种。

作为优选，所述煅烧贝壳粉由如下方法制备：

将粒径在20目以下的贝壳粉在高温炉内800～1000℃煅烧2～4个小时，自然冷却至室温。在该条件下活化后的贝壳粉具有较好的石灰活性。

进一步优选，将粒径在20目以下的贝壳粉在高温炉内900℃煅烧3个小时，自然冷却至室温。

煅烧贝壳粉的稳定化原理为pH值控制和离子交换，骨粉的稳定化原理为化学沉淀作用和离子交换，而生物碳主要通过物理吸附作用实现稳定化。与常见的稳定化药剂不同，该方法配制的稳定化药剂采用多种稳定化有效成分配制，三种成分之间相互协同作用以进一步提高稳定化药剂的稳定化性能，以实现药剂稳定化途径的多元化，扩展稳定化重金属的范围，提高重金属稳定化后的抗多种环境冲击的能力。

本发明还提供了一种如所述重金属污染土壤稳定化药剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）将生物质风干后磨碎至60目以下颗粒状，于裂解炉内400～800℃下裂解6～8个小时，得生物炭；将粒径在20目以下的贝壳粉在高温炉内800～1000℃煅烧2～4个小时，自然冷却至室温，得煅烧贝壳粉；

（2）将所述生物炭、煅烧贝壳粉与骨粉按比例混合均匀即得。

本发明还公开了一种利用如所述重金属污染土壤稳定化药剂原位处理重金属污染土壤的方法，包括如下步骤：

通过旋耕机将污染土壤翻松，均匀施加所述重金属污染土壤稳定化药剂，再通过旋耕机反复旋耕，将所述重金属污染土壤稳定化药剂与污染土壤混合均匀。

作为优选，当所述污染土壤中主污染成分为Pb或Cd时（即TCLP法浸出液中Pb≥1mg/L或Cd≥0.3mg/L），所述重金属污染土壤稳定化药剂的添加量以骨粉在污染土壤中的添加重量比为3%～6%。

作为优选，当所述污染土壤中主污染成分为Zn或Cu或Ni时（即TCLP法浸出液中Zn≥100mg/L或Cu≥80mg/L或Ni≥1mg/L），所述重金属污染土壤稳定化药剂的添加量以煅烧贝壳粉在土壤中的添加重量比为4%～7%。

作为优选，当所述污染土壤中污染成分较多（Pb、Cd、Zn、Cu和Ni中的至少两种）且浸出液浓度较高（即TCLP法浸出液中Pb≥1mg/L或Cd≥0.3mg/L或Zn≥100mg/L或Cu≥80mg/L或Ni≥1mg/L）时可增加稳定化药剂的添加量，一般稳定化药剂的添加量为土壤干质量的4%～10%。

用药剂处理污染土壤之前，通过浸出试验确定污染土壤中主要的危害成分。将土壤与浸出液混合后充分震荡，测定浸出液中重金属的含量，其TCLP浸出方法可参考HJ/T300-2007（固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法）。

本发明还提供了一种利用如所述重金属污染土壤稳定化药剂异位处理重金属污染土壤的方法，包括如下步骤：

将污染土壤晒干后与稳定化药剂充分混合，调节污染土壤含水率至10～20%，常温下养护7～14天。

本发明主要针对目前重金属污染土壤稳定化药剂成本高、稳定化效果不持久等问题，提出采用骨粉、生物炭、贝壳粉作为原料制备稳定化药剂的方法。该稳定化药剂与传统药剂相比，具有稳定化有效成分稳定释放，稳定化效果持久的特点，同时由于采用了废弃生物质作为制备原料，达到了以废治废的效果。

本发明以生物质废料为原料，通过合理的配比添加，实现对重金属污染土壤的稳定化。药剂具有较好的pH控制能力，生物质原料所具有的生物多孔介质，能够对重金属离子进行有效的物理捕获，药剂中含有丰富的磷灰石、钙矾石等对重金属具有高效的化学沉淀作用，能够对将游离态的重金属转化为矿物形态，具有长期有效的稳定化效果。该药剂使用简单、成本较低，且其原料都为常见的生物质废料，同时也达到了废物资源利用的效果。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面将选取两种不同来源的重金属污染土壤，依照本发明的具体实施方式、参照图1所示的工艺流程图，给与进一步的说明。

生物炭由如下方法制备：

将生物质（锯末、农作物秸秆和玉米芯中的至少一种）风干后磨碎至60目（即250um）以下颗粒状，于裂解炉内400～800℃下裂解6～8个小时。在该条件下制作而成的生物碳具有较好的物理吸附性能；以下实施中优选600℃下裂解7个小时。

煅烧贝壳粉由如下方法制备：

将粒径在20目以下的贝壳粉在高温炉内800～1000℃煅烧2～4个小时，自然冷却至室温。以下实施中优选在高温炉内900℃煅烧3个小时。

实施例1

按照图1所示工艺流程，取得某农田土壤，其受到铅的污染，其表层土壤中铅的含量为381～1129mg/kg，其TCLP法浸出的铅浓度为5.98mg/L。经过分析，该土壤中污染物较为单一，且较易稳定，选用稳定化药剂配比为骨粉60%、贝壳粉30%、生物炭10%，稳定化药剂在土壤中的添加量为5%。稳定化药剂分两次通过人工均匀分撒至土壤，每次分撒后通过旋耕机将污染土壤多次翻松，即可实现稳定化。同时与5%磷酸盐稳定化和5%石灰稳定化的样品进行对比。

表1稳定化前后TCLP浸出液Pb的浓度

	样品1	样品2	样品3
				原土	6.05mg/L	6.25mg/L	5.65mg/L
本发明药剂	0.08mg/L	N.D.	0.12mg/L
				硫酸二氢钾	N.D.	N.D.	0.05mg/L
石灰	0.59mg/L	0.68mg/L	0.61mg/L

实施例2

按照图1所示工艺流程，取得某铅锌矿区污染土壤，其表层土壤中的污染物主要为铅、镉和锌，其浓度分别为637～3128mg/kg、3.6～17.5mg/kg和684～2873mg/kg。经过分析，该土壤中污染物种类较为复杂，且污染程度较高，选用稳定化药剂配比为骨粉50%、贝壳粉40%、生物炭10%，稳定化药剂在土壤中的添加量为8%。采用异位稳定化的方式，将土壤晒干后在搅拌机中与稳定化药剂混合，调节含水率至10～20%，常温下养护7～14天，达到最佳的稳定化效果。同时与5%磷酸盐稳定化的样品进行对比。表1稳定化前后TCLP浸出液重金属浓度

	Pb	Cd	Zn
				原土	12.96mg/L	0.95mg/L	118.12mg/L
本发明药剂	0.18mg/L	N.D.	37.23mg/L
				硫酸二氢钾	0.27mg/L	N.D.	91.44mg/L

依照原料的市场价格计算本稳定化药剂的制作***格约为1500～2000元/吨，磷酸钠稳定剂的价格在5000元/吨以上。由上可见，利用本发明配制的稳定化药剂具有稳定化效果好，成本低廉的特点，具有很好的市场利用前景。

Claims

1.一种重金属污染土壤稳定化药剂，其特征在于，以重量百分比计，其原料组成为：

骨粉20～60％；

生物炭10～30％；

煅烧贝壳粉20～70％；

所述煅烧贝壳粉由如下方法制备：

将粒径在20目以下的贝壳粉在高温炉内800～1000℃煅烧2～4个小时，自然冷却至室温；

所述生物炭由如下方法制备：

将生物质风干后磨碎至60目以下颗粒状，于裂解炉内400～800℃下裂解6～8个小时。

2.根据权利要求1所述重金属污染土壤稳定化药剂，其特征在于，所述骨粉为猪、牛和羊中至少一种的脱胶骨粉，磷的含量大于12％，粒径小于20目。

3.根据权利要求1所述重金属污染土壤稳定化药剂，其特征在于，所述生物质为锯末、农作物秸秆和玉米芯中的至少一种。

4.一种如权利要求1所述重金属污染土壤稳定化药剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将生物质风干后磨碎至60目以下颗粒状，于裂解炉内400～800℃下裂解6～8个小时，得生物炭；将粒径在20目以下的贝壳粉在高温炉内800～1000℃煅烧2～4个小时，自然冷却至室温，得煅烧贝壳粉；

(2)将所述生物炭、煅烧贝壳粉与骨粉按比例混合均匀即得。

5.一种利用如权利要求1所述重金属污染土壤稳定化药剂原位处理重金属污染土壤的方法，其特征在于，包括如下步骤：

通过旋耕机将污染土壤翻松，均匀施加所述重金属污染土壤稳定化药剂，再通过旋耕机反复旋耕，将所述重金属污染土壤稳定化药剂与污染土壤混合均匀；

当所述污染土壤中主污染成分为Pb或Cd时，所述重金属污染土壤稳定化药剂的添加量以骨粉在污染土壤中的添加重量比为3％～6％；

当所述污染土壤中主污染成分为Zn或Cu或Ni时，所述重金属污染土壤稳定化药剂的添加量以煅烧贝壳粉在土壤中的添加重量比为4％～7％。

6.一种利用如权利要求1所述重金属污染土壤稳定化药剂异位处理重金属污染土壤的方法，其特征在于，包括如下步骤：

将污染土壤晒干后与稳定化药剂充分混合，调节污染土壤含水率至10～20％，常温下养护7～14天。