CN104418560A - 一种用于治理重金属污染的固化剂及重金属固化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于治理重金属污染的固化剂及重金属固化方法，固化剂由30～70质量份的固化骨架材料、20～60质量份的固化胶凝材料，5～10质量份的固化促进剂组成，固化骨架材料为粉煤灰、高炉矿渣、电石渣、煅烧煤矸石粉中的至少一种；固化胶凝材料为普通硅酸盐水泥、石灰中的至少一种；固化促进剂为磷酸氢钾、磷酸氢钠、硫酸铝中的至少一种；重金属固化方法为：将上述固化剂与固体废物加水混合搅拌成糊状，形成固化体，固化剂的用量为固体废物干重的30～50%；混合后的固化体在常温、相对湿度90%条件下至少养护7天，即完成重金属固化处理过程。实施本发明的固化剂及重金属固化方法，重金属固化效率高，且治理成本较低。

Description

一种用于治理重金属污染的固化剂及重金属固化方法

技术领域

本发明涉及固体废物污染治理领域，特别涉及一种用于治理固体废物重金属污染的固化剂及重金属固化方法。

背景技术

固体废物的污染治理是我国当前环保工作的重点和难点之一，特别是废弃冶炼矿渣、垃圾焚烧飞灰、工业废水污泥等含重金属的固体废物，若处置不当，将对水体、大气和土壤造成严重污染，甚至严重威胁人民群众身心健康。但是由于重金属在环境中不会降解，在不同的环境条件下易发生形态和价态的变化，其活性、迁移性、生物毒性也会有很大差别，因此，重金属污染治理十分困难。

现有的重金属污染治理技术种类繁多，一般可分为物理方法、化学方法、生物方法，但是受治理成本、治理周期及治理效果等方面的限制，大多数治理技术仅停留在实验室研究阶段，真正在实际工程上应用最多的是重金属固化处理技术。重金属固化处理技术指运用物理或化学的方法将土壤中的有毒重金属固定起来，或者将重金属转化成化学性质不活泼的形态，阻止其在环境中迁移、扩散等过程，从而降低重金属的毒害程度的修复技术。

基于重金属固化处理技术，国内外已开发出了多种重金属固化剂。这些固化剂大多以水泥和石灰为主要胶凝材料，两者占固化剂成分的50%以上。另外也有一些固化剂添加高分子量的吸附材料作为辅助，对重金属有一定的吸附作用。但是，这些固化剂普遍存在用量大（固化剂与固体废物的比例甚至达到1:1）、成本高（需采购工业化学品）、固化体的抗压强度、抗冲击性、抗浸泡性和抗冻融性等性状不理想，长期固化效果差等缺点。

CN101921090A的中国专利公开了一种重金属污染底泥固化剂及其固化方法，所用固化剂包括粉煤灰和水泥，质量比为1：(0.5～11)，固化剂用量为底泥的0.4～1.5倍，养护时间在25天以上。CN102989741A的中国专利公开了一种重金属固体废弃物固化剂的制备方法，所用固化剂的成分，重烧氧化镁粉30～45%，磷酸二氢钾25～30%，硼砂3～5%，粉煤灰8～10%，重金属固体废物19～25%，治理成本较高。申请号CN200910312110.0的中国专利介绍了以工业废弃物为主原料的绿色环保土壤固化剂及其使用方法，该固化剂使用的工业废弃物包括粉煤灰，高炉矿渣或硅微粉，含量为40～70%，另外添加预糊化淀粉10～30%，聚丙烯酸钠10～30%。该固化剂与水混合成淤泥状喷施与施工面，可以固化土壤并能种植绿化植物，但对重金属的固化效果不佳，酸性条件下，重金属重新溶出。

因此，如何在重金属固化的过程中减少固化剂使用量、降低处理成本，同时提高重金属的固化效果，降低其浸出毒性（尤其是在酸性条件下的浸出毒性），对于重金属固化修复技术具有极为重要的实际应用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术中重金属固化剂使用量较大，处理成本较高，且固化效率不显著等问题，提供一种用量少，处理成本低且固化效率较高的重金属固化剂及固化方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：配制一种用于治理固体废物中重金属污染的固化剂，固化剂包括30～70质量份的固化骨架材料、20～60质量份的固化胶凝材料，5～10质量份的固化促进剂。

在本发明提供的固化剂中，优选地，固化骨架材料包括粉煤灰、高炉矿渣、电石渣、煅烧煤矸石粉中的一种或几种；固化胶凝材料包括普通硅酸盐水泥、石灰中的一种或两种；固化促进剂包括磷酸氢钾、磷酸氢钠、硫酸铝的一种或几种。

在本发明提供的固化剂中，优选地，固化骨架材料为40～60质量份，固化胶凝材料为30～40质量份。

在本发明提供的固化剂中，优选地，固化胶凝材料还包含有添加剂，添加剂含有沸石、硅藻土、膨润土、海泡石、高岭土、蒙脱石等高吸附粘土矿物中的一种或几种，作为重金属吸附材料；添加剂为固化剂的0～10质量份。

在本发明提供的固化剂中，优选地，固化骨架材料的比重大于或等于固化胶凝材料的比重。

在本发明提供的固化剂中，优选地，固化骨架材料、固化胶凝材料的原料为工业废弃物和天然矿物，均磨细过60目筛。

本发明还提供了一种用于治理固体废物中重金属污染的重金属固化方法，该方法包括如下步骤：

S1、将30～70质量份的固化骨架材料和20～60质量份的固化胶凝材料磨细过60目筛后，与5～10质量份的固化促进剂充分混合，制备上述固化剂；

S2、将固化剂与固体废物混合，固化剂的用量为固体废物干重的30～50%，然后加入水搅拌成糊状，形成固化体；

S3、将混合后的固化体在16℃～35℃、相对湿度80%以上条件下至少养护6天，即完成固体废物重金属固化处理过程。

在本发明提供的重金属固化方法中，优选地，固化体在温度为20℃～30℃、相对湿度90%条件下养护7天完成重金属固化过程。

在本发明提供的重金属固化方法中，优选地，选用40质量份的高炉矿渣、20质量份的煅烧煤矸石粉、20质量份的石灰、10质量份的普通硅酸盐水泥，10质量份的膨润土、5质量份硫酸铝和5质量份的磷酸氢钠，将高炉矿渣和煅烧煤矸石粉磨细过60目筛与另外五者充分混合制备所述固化剂；将所述固化剂按废弃矿渣重量的50%加入，混合搅拌均匀，然后加入水拌合成糊状；在常温、相对湿度90%条件下养护6天即完成重金属固化过程。

在本发明提供的重金属固化方法中，优选地，选用20质量份的粉煤灰、30质量份的高炉矿渣、40质量份的石灰、5质量份的硅藻土、5质量份的沸石、5质量份磷酸氢钾和5质量份硫酸铝，将粉煤灰和高炉矿渣磨细过60目筛与另外五者充分混合制备所述固化剂；将所述固化剂按河涌底泥重量的40%加入，混合搅拌均匀，然后加入水拌合成糊状；在常温、相对湿度90%条件下养护7天即完成重金属固化过程。

实施本发明提供的重金属固化剂及其使用方法，可以达到以下有益效果：由于本发明所提供的重金属固化剂主要原料采用工业废弃物和天然矿物，在治理重金属污染的同时消纳了工业废弃物，实现以废治废。而且原料来源广泛、成本低廉，用量少，可以有效降低固体废物重金属固化处理成本，实现工程上的大规模应用。按照本发明提供的重金属固化剂，通过固化骨架材料、固化胶凝材料、固化促进剂的合理配比，兼具重金属固化和稳定化的双重功效，不仅可以将重金属封存在固化体内部，而且通过分子键合使重金属形成稳定的沉淀和晶体物质，降低其活性。这种通过分子键合作用形成的重金属沉淀和晶体物质非常稳定，即使在pH值低于3.0的酸性条件下，重金属也不易溶出，从而大大减小了固化体中的重金属浸出风险，真正实现固体废物重金属无害化/稳定化安全处置。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

按照本发明提供的一种用于治理固体废物重金属污染的固化剂，由30～70质量份的固化骨架材料、20～60质量份的固化胶凝材料、5～10质量份的固化促进剂组成。其中，受重金属污染的固体废物主要包括废弃冶炼矿渣、垃圾焚烧飞灰、工业废水污泥等。在本实施例提供的一种用于治理固体废物重金属污染的固化剂中，包含固化骨架材料、固化胶凝材料和固化促进剂。其中，固化骨架材料为粉煤灰、高炉矿渣、电石渣、煅烧煤矸石粉中的至少一种；固化胶凝材料为普通硅酸盐水泥、石灰中的至少一种；固化胶凝材料还包含有添加剂，添加剂含有沸石、硅藻土、膨润土、海泡石、高岭土、蒙脱石等高吸附粘土矿物中的至少一种，它们作为重金属吸附材料，可以改善和提高重金属固化效果；固化促进剂可以是磷酸氢钾、磷酸氢钠、硫酸铝中的至少一种，用于加快固化作用，缩短固化周期。

在具体实现过程中，上述的固化骨架材料、固化胶凝材料的主要原料采用工业废弃物和天然矿物，为保证固化材料混合均匀及提高重金属固化效率，原料均磨细过60目筛。

在本发明另一实施例提供的用于治理固体废物重金属污染的固化剂中，与上述实施例不同的是固化骨架材料为40～60质量份，固化胶凝材料为30～40质量份。

为实施对重金属的固化处理，本发明还提供了一种用于治理固体废物中重金属污染的重金属固化方法，包括如下步骤：

S1、将30～70质量份的固化骨架材料和20～60质量份的固化胶凝材料磨细过60目筛后，与5～10质量份的固化促进剂充分混合，制备上述固化剂；

S2、将所述固化剂与固体废物混合，所述固化剂的用量为固体废物干重的30～50%，然后加入水搅拌成糊状，形成固化体；

S3、将混合后的固化体在16℃～35℃、相对湿度80%以上条件下至少养护6天，即完成固体废物重金属固化处理过程。

优选地，固化体在温度为20℃～30℃、相对湿度90%条件下养护7天完成重金属固化过程。

以上概况地介绍了本发明的固化剂的配方及重金属固化方法，为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，下面结合具体实施例，进一步说明本发明。

实施例1

利用本发明的重金属固化剂处理废弃冶炼矿渣。测得矿渣中浸出性铜含量为9.82mg/kg，浸出性铅含量为1.69mg/kg。

按照本实施例提供的重金属固化剂的配方为：60质量份的粉煤灰、30质量份的普通硅酸盐水泥、10质量份的磷酸氢钾，将粉煤灰磨细过60目筛与另外两者充分混合。

将上述重金属固化剂按废弃矿渣重量的30%加入，混合搅拌均匀，然后加入水拌合成糊状。在常温、相对湿度90%条件下养护7天。7天后参照GB5086.2-1997《固体废物浸出毒性浸出方法-水平振荡法》标准检测固化体中浸出性铜和铅的含量。结果显示，固化体中浸出性铜的含量为1.57mg/kg，浸出性铅含量为0.31mg/kg，与原始矿渣相比，分别减少了84.0%和81.2%。说明此重金属固化剂对降低废弃矿渣中重金属浸出毒性具有显著效果。

实施例2

固化处理对象同为实施例1中的废弃矿渣。

重金属固化剂的配方为：60质量份的电石渣、30质量份的石灰、10质量份的磷酸氢钠，将电石渣磨细过60目筛与另外两者充分混合。

将上述重金属固化剂按废弃矿渣重量的30%加入，混合搅拌均匀，然后加入水拌合成糊状。在常温、相对湿度90%条件下养护7天。7天后参照GB5086.2-1997《固体废物浸出毒性浸出方法-水平振荡法》标准检测固化体中浸出性铜和铅的含量。结果显示，固化体中浸出性铜的含量为1.88mg/kg，浸出性铅含量为0.45mg/kg，与原始矿渣相比，分别减少了80.9%和73.4%。说明此重金属固化剂对降低废弃矿渣中重金属浸出毒性具有显著效果。

实施例3

处理对象同为实施例1中的废弃矿渣。

重金属固化剂的配方为：55质量份的高炉矿渣、30质量份的石灰、10质量份的膨润土、5质量份硫酸铝，将高炉矿渣磨细过60目筛与另外三者充分混合。

将上述重金属固化剂按废弃矿渣重量的30%加入，混合搅拌均匀，然后加入水拌合成糊状。在常温、相对湿度90%条件下养护7天。7天后参照GB5086.2-1997《固体废物浸出毒性浸出方法-水平振荡法》标准检测固化体中浸出性铜和铅的含量。结果显示，固化体中浸出性铜的含量为0.94mg/kg，浸出性铅含量为0.26mg/kg，与原始矿渣相比，分别减少了90.4%和84.6%。说明在重金属固化剂中加入膨润土等高吸附粘土矿物对重金属的固化效果更为显著。

实施例4

处理对象同为实施例1中的废弃矿渣。

重金属固化剂的配方为：40质量份的高炉矿渣、20质量份的煅烧煤矸石粉、20质量份的石灰、10质量份的普通硅酸盐水泥，10质量份的膨润土、5质量份硫酸铝和5质量份的磷酸氢钠，将高炉矿渣和煅烧煤矸石粉磨细过60目筛与另外五者充分混合。

将上述重金属固化剂按废弃矿渣重量的50%加入，混合搅拌均匀，然后加入水拌合成糊状。在常温、相对湿度90%条件下养护6天。6天后参照GB5086.2-1997《固体废物浸出毒性浸出方法-水平振荡法》标准检测固化体中浸出性铜和铅的含量。结果显示，固化体中浸出性铜的含量为0.74mg/kg，浸出性铅含量为0.10mg/kg，与原始矿渣相比，分别减少了92.5%和94.1%。说明在重金属固化剂中加入膨润土等高吸附粘土矿物对重金属的固化效果更为显著。

实施例5

利用本发明的重金属固化剂处理受重金属污染河涌底泥。测得底泥中浸出性锌含量为14.37mg/kg，浸出性镍含量为3.42mg/kg，。

重金属固化剂的配方为：50质量份的粉煤灰、30质量份的普通硅酸盐水泥、10质量份的沸石、10质量份硫酸铝，将粉煤灰磨细过60目筛与另外三者充分混合。

将上述重金属固化剂按底泥重量的40%加入，混合搅拌均匀，然后加入水拌合成糊状。在常温、相对湿度90%条件下养护7天。7天后参照GB5086.2-1997《固体废物浸出毒性浸出方法-水平振荡法》标准检测固化体中浸出性锌和镍的含量。结果显示，固化体中浸出性锌的含量为2.63mg/kg，浸出性镍含量为0.57mg/kg，与原始底泥相比，分别减少了81.7%和83.3%。说明此重金属固化剂对降低河涌底泥中重金属浸出毒性具有显著效果。

实施例6

处理对象同为实施例5中的河涌底泥。

重金属固化剂的配方为：50质量份的高炉矿渣、40质量份的石灰、5质量份的硅藻土、5质量份磷酸氢钾，将高炉矿渣磨细过60目筛与另外三者充分混合。

将上述重金属固化剂按底泥重量的40%加入，混合搅拌均匀，然后加入水拌合成糊状。在常温、相对湿度90%条件下养护7天。7天后参照GB5086.2-1997《固体废物浸出毒性浸出方法-水平振荡法》标准检测固化体中浸出性锌和镍的含量。结果显示，固化体中浸出性锌的含量为2.04mg/kg，浸出性镍含量为0.29mg/kg，与原始底泥相比，分别减少了85.8%和91.5%。说明此重金属固化剂对降低河涌底泥中重金属浸出毒性具有显著效果。

实施例7

处理对象同为实施例5中的河涌底泥。

重金属固化剂的配方为：20质量份的粉煤灰、30质量份的高炉矿渣、40质量份的石灰、5质量份的硅藻土、5质量份的沸石、5质量份磷酸氢钾和5质量份硫酸铝，将粉煤灰和高炉矿渣磨细过60目筛与另外五者充分混合。

将上述重金属固化剂按底泥重量的40%加入，混合搅拌均匀，然后加入水拌合成糊状。在常温、相对湿度90%条件下养护7天。7天后参照GB5086.2-1997《固体废物浸出毒性浸出方法-水平振荡法》标准检测固化体中浸出性锌和镍的含量。结果显示，固化体中浸出性锌的含量为1.54mg/kg，浸出性镍含量为0.18mg/kg，与原始底泥相比，分别减少了96.2%和94.7%。说明此重金属固化剂对降低河涌底泥中重金属浸出毒性具有显著效果。

实施例8

利用本发明的重金属固化剂处理制革废水污泥。测得污泥中浸出性铬含量为12.97g/kg。

重金属固化剂的配方为：40质量份的煅烧煤矸石粉、30质量份的普通硅酸盐水泥、10质量份的石灰、10质量份的膨润土、10质量份硫酸铝，将煅烧煤矸石磨细过60目筛与另外三者充分混合。

将上述重金属固化剂按制革污泥重量的40%加入，混合搅拌均匀，加入水拌合成糊状。在常温、相对湿度90%条件下养护7天。7天后参照GB5086.2-1997《固体废物浸出毒性浸出方法-水平振荡法》标准检测固化体中浸出性铬的含量。结果显示，固化体中浸出性铬含量为0.86g/kg，与原始污泥相比，减少了93.4%。说明此重金属固化剂对降低工业污泥中重金属浸出毒性具有显著效果。

实施例9

处理对象同为实施例8中制革废水污泥。

重金属固化剂的配方为：20质量份的煅烧煤矸石粉、30质量份的电石渣、40质量份的石灰、5质量份的蒙脱石、5质量份的高岭土、10质量份硫酸铝，将煅烧煤矸石粉和电石渣磨细过60目筛与另外四者充分混合。

将上述重金属固化剂按制革污泥重量的40%加入，混合搅拌均匀，加入水拌合成糊状。在常温、相对湿度90%条件下养护7天。7天后参照GB5086.2-1997《固体废物浸出毒性浸出方法-水平振荡法》标准检测固化体中浸出性铬的含量。结果显示，固化体中浸出性铬含量为0.75g/kg，与原始污泥相比，减少了94.2%。说明此重金属固化剂对降低工业污泥中重金属浸出毒性具有显著效果。

实施例10

处理对象同为实施例8中制革废水污泥。

重金属固化剂的配方为：20质量份的粉煤灰、20质量份的电石渣、40质量份的普通硅酸盐水泥、5质量份的蒙脱石、5质量份的海泡石、10质量份磷酸氢钠，将粉煤灰和电石渣磨细过60目筛与另外四者充分混合。

将上述重金属固化剂按制革污泥重量的50%加入，混合搅拌均匀，加入水拌合成糊状。在常温、相对湿度90%条件下养护7天。7天后参照GB5086.2-1997《固体废物浸出毒性浸出方法-水平振荡法》标准检测固化体中浸出性铬的含量。结果显示，固化体中浸出性铬含量为0.65g/kg，与原始污泥相比，减少了95.0%。说明此重金属固化剂对降低工业污泥中重金属浸出毒性具有显著效果。

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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种用于治理固体废物中重金属污染的固化剂，其特征在于，包括30～70质量份的固化骨架材料、20～60质量份的固化胶凝材料，5～10质量份的固化促进剂。

2.根据权利要求1所述的固化剂，其特征在于，所述固化骨架材料包括粉煤灰、高炉矿渣、电石渣、煅烧煤矸石粉中的一种或几种；所述固化胶凝材料包括普通硅酸盐水泥、石灰中的一种或两种；所述固化促进剂包括磷酸氢钾、磷酸氢钠、硫酸铝的一种或几种。

3.根据权利要求2所述的固化剂，其特征在于，所述固化骨架材料为所述固化剂的40～60质量份，所述固化胶凝材料为所述固化剂的30～40质量份。

4.根据权利要求2-3中任一项所述的固化剂，其特征在于，所述固化胶凝材料还包含有添加剂，所述添加剂含有沸石、硅藻土、膨润土、海泡石、高岭土、蒙脱石等高吸附粘土矿物中的一种或几种，作为重金属吸附材料；所述添加剂为固化剂的0～10质量份。

5.根据权利要求1所述的固化剂，其特征在于，所述固化骨架材料的比重大于或等于固化胶凝材料的比重。

6.根据权利要求1所述的固化剂，其特征在于，所述固化骨架材料、固化胶凝材料的原料为工业废弃物和天然矿物，均磨细过60目筛。

7.一种用于治理固体废物中重金属污染的重金属固化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1、将30～70质量份的固化骨架材料和20～60质量份的固化胶凝材料磨细过60目筛后，与5～10质量份的固化促进剂充分混合，制备如权利要求1所述的固化剂；

S2、将所述固化剂与固体废物混合，所述固化剂的用量为固体废物干重的30～50%，然后加入水搅拌成糊状，形成固化体；

S3、将混合后的所述固化体在16℃～35℃、相对湿度80%以上条件下至少养护6天，完成固体废物重金属固化处理过程。

8.根据权利要求7所述的重金属固化方法，其特征在于，所述固化体在温度为20℃～30℃、相对湿度90%条件下养护7天完成重金属固化过程。

9.根据权利要求7或8所述的重金属固化方法，其特征在于，选用40质量份的高炉矿渣、20质量份的煅烧煤矸石粉、20质量份的石灰、10质量份的普通硅酸盐水泥，10质量份的膨润土、5质量份硫酸铝和5质量份的磷酸氢钠，将高炉矿渣和煅烧煤矸石粉磨细过60目筛与另外五者充分混合制备所述固化剂；将所述固化剂按废弃矿渣重量的50%加入，混合搅拌均匀，然后加入水拌合成糊状；在常温、相对湿度90%条件下养护6天即完成重金属固化过程。

10.根据权利要求7或8所述的重金属固化方法，其特征在于，选用20质量份的粉煤灰、30质量份的高炉矿渣、40质量份的石灰、5质量份的硅藻土、5质量份的沸石、5质量份磷酸氢钾和5质量份硫酸铝，将粉煤灰和高炉矿渣磨细过60目筛与另外五者充分混合制备所述固化剂；将所述固化剂按河涌底泥重量的40%加入，混合搅拌均匀，然后加入水拌合成糊状；在常温、相对湿度90%条件下养护7天即完成重金属固化过程。