CN105602568A

CN105602568A - 一种重金属污染场地注浆修复剂及其制备方法

Info

Publication number: CN105602568A
Application number: CN201510966207.9A
Authority: CN
Inventors: 李琛; 葛红光; 宋凤敏; 刘智峰; 赵佐平; 王彦民
Original assignee: Shaanxi University of Technology
Current assignee: Shaanxi University of Technology
Priority date: 2015-12-22
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2035-12-22
Also published as: CN105602568B

Abstract

本发明涉及污染场地修复技术和环境保护技术，尤其涉及一种重金属污染场地注浆修复剂及其制备方法。重金属污染场地注浆修复剂由粉末预混料和现场混配液组成。粉末预混料与现场混配液质量比在3:7~4:6。粉末预混料的质量百分组成为：生物质活性炭粉15~40%，改性海泡石粉10~40%，膨润土粉10~45%，稻壳粉10~25%；现场混配液为质量浓度为10~20%的碳酸氢铵水溶液。重金属污染场地注浆修复剂的制备方法：将生物质活性炭粉、稻壳粉、改性海泡石粉、膨润土粉按比例混合均匀得粉末预混料，施用时，与现场混配液混合搅拌均匀即为重金属污染场地注浆修复剂。该重金属污染场地注浆修复剂制造成本低廉，施工方便。

Description

一种重金属污染场地注浆修复剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及污染场地修复技术和环境保护技术领域，尤其涉及一种重金属污染场地注浆修复剂及其制备方法。

背景技术

随着经济发展和城镇化进程的加快，场地性质的变更日益频繁，一些工业用地由于老城区的扩大而转变为居民区，一些工业用地因企业搬迁、买卖等变为不同用途的工业用地，为了避免因场地污染而可能带来的环境风险，这些土地在流转或者变更用途时必须进行场地评估和污染修复，而重金属污染场地因其污染严重，危害大，存量多而备受重视。

注浆法又称高压注浆法，是地下防渗，土层加固的常见施工方法之一，目前因其施工方便，修复效果好，施工成本低的特征而被应用到污染场地的修复过程。污染场地的注浆修复法是将浆体状的修复剂，在高压条件下，经管道注入污染场地的土层，重金属与浆体修复剂反应，实现重金属的固定化、稳定化、无害化。

重金属污染场地常用的修复方法有植物修复法、微生物修复法、客土法和化学修复法，植物修复法和微生物修复法虽然修复费用较低，但是其修复周期长，效果不够稳定，在实际应用过程中受到极大制约。客土法是使用未受污染的土壤的替换受重金属污染土壤的方法，从而实现土地功能的恢复，但其处理费用昂贵，且在重金属污染土壤转运过程中存在较大的生态风险。化学修复法是一种价格相对低廉、修复效果高效稳定的一种重金属污染场地修复方法，目前在重金属污染场地修复中应用较为广泛。

生物质活性炭因其成本低廉，且具有多孔、高比表面积、大量的表面负电荷以及高电荷密度的特性，对重金属离子有很好的吸附固定作用。海泡石和膨润土廉价易得，对重金属离子具有广泛的固定效果。

目前重金属污染场地修复剂存在的问题主要有：1）目前的重金属污染场地修复剂大多含有水硬性或高硬度物质，在注浆修复时易造成管道和设备结垢、堵塞，加大施工成本；2）目前的重金属污染场地修复剂通过磷酸根、碳酸根与重金属离子发生沉淀和共沉淀实现重金属离子的固定，当场地土壤中的pH发生较大变化时，重金属离子容易从固定体系中发生返溶现象，重新对场地造成污染。3）部分重金属修复剂以钢渣、电厂渣等工业废弃物为原料以降低成本，这些物质本身含有一定量的重金属，在一定的条件下有可能出现反渗现象，加剧场地的重金属污染。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种重金属污染场地注浆修复剂及其制备方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种重金属污染场地注浆修复剂，由粉末预混料和现场混配液组成，按质量百分比计，粉末预混料与现场混配液质量比为3:7~4:6；其中，粉末预混料的质量百分组成为：生物质活性炭粉15~40%，改性海泡石粉10~40%，膨润土粉10~45%，稻壳粉10~25%；现场混配液为碳酸氢铵水溶液，碳酸氢铵的质量百分比浓度为10~20%。进一步的，所述的生物质活性炭粉由以下方法制备：首先，收集城市生活污水处理厂剩余污泥，经脱水除杂后，保持含水率在80~85%，以氮气为保护气，在炭化炉中经700~820℃炭化20~30min即得到生物质活性炭，经粉碎后，过50目筛即得到生物质活性炭粉。进一步的，所述的改性海泡石粉为盐酸改性海泡石粉，由以下方法制备：以海泡石原矿（主要化学成分按质量百分比计：SiO₂52~55%，CaO、MgO23~35%，Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO4~8%）为原料，球磨后过100目筛，浸泡于质量百分比浓度为5~8%的稀盐酸中50min，自然干燥后即得到盐酸改性海泡石，经粉碎后，过100目筛即得到改性海泡石粉。进一步的，所述的膨润土粉为过100目筛所得的膨润土粉，其主要化学成分按质量百分比计：SiO₂65~68%，Al₂O₃、Fe₂O₃12~17%，CaO、MgO、K₂O、Na₂O4.5~5.5%。进一步的，所述的稻壳为水稻加工废弃物，经粉碎后，过50目筛所得的稻壳粉。

上述的一种重金属污染场地注浆修复剂的制备方法，包括以下步骤：步骤1）制备生物质活性炭粉：收集城市污染处理厂剩余污泥，经脱水除杂后，保持含水率在80~85%，以氮气为保护气，在炭化炉中经700~820℃炭化20~30min即得到生物质活性炭，经粉碎后，过50目筛即得到生物质活性炭粉。步骤2）制备改性海泡石粉：将海泡石原矿球磨后过100目筛，浸泡于质量百分比浓度为5~8%的稀盐酸中50min，自然干燥后即得到盐酸改性海泡石，经粉碎后，过100目筛即得到改性海泡石粉。步骤3）制备膨润土粉：将膨润土原矿球磨后过100目筛，即得膨润土粉。步骤4）制备稻壳粉：将收集的稻壳用10目粗筛除去土、稻草后进行粉碎，过50目筛，即得稻壳粉。步骤5）制备粉末预混料：将步骤1）、2）、3）、4）所制备的原料按质量百分比计（生物质活性炭粉15~40%，改性海泡石粉10~40%，膨润土粉10~45%，稻壳粉10~25%）均匀混合后备用，得到粉末预混料。步骤6）制备现场混配液：现场混配液为质量浓度为10~20%的碳酸氢铵水溶液。步骤7）重金属污染场地注浆修复剂的制备：将步骤5）所制备的粉末预混料与步骤6）所制备的现场混配液按质量配比3:7~4:6混合搅拌均匀，得到具有良好流动性的浆体，即得到重金属污染场地注浆修复剂。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.本发明利用利用各种配方成分的特定功效，通过各成分的协同作用，达到固定污染场地中的重金属的目的，降低污染场地中重金属的活性和生态有效性，可有效修复Cu²⁺、Zn²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺、Ni²⁺一种或多种重金属所造成的场地污染。2.本发明工艺简单，原料廉价易得，无外来重金属，安全可靠。3.本发明施工方便，施工过程易于管理，管道、设备不易结垢、阻塞。

附图说明

图1~10为本发明应用例1中注浆修复的5个点位0.1m、0.7m深度的土层长期连续监测结果。

图1为注浆修复后点位1在0.1m深度土层中重金属含量随时间变化规律；

图2为注浆修复后点位1在0.7m深度土层中重金属含量随时间变化规律；

图3为注浆修复后点位2在0.1m深度土层中重金属含量随时间变化规律；

图4注浆修复后点位2在0.7m深度土层中重金属含量随时间变化规律；

图5注浆修复后点位3在0.1m深度土层中重金属含量随时间变化规律；

图6注浆修复后点位3在0.7m深度土层中重金属含量随时间变化规律；

图7为注浆修复后点位4在0.1m深度土层中重金属含量随时间变化规律；

图8为注浆修复后点位4在0.7m深度土层中重金属含量随时间变化规律；

图9为注浆修复后点位5在0.1m深度土层中重金属含量随时间变化规律；

图10为注浆修复后点位5在0.7m深度土层中重金属含量随时间变化规律。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的说明，但仅是举例，并不构成对本发明的限制。以下实施例所用材料均为市售，稻壳收集自农家，无特殊说明为常规方法。

实施例1本发明重金属污染场地注浆修复剂及其制备方法

本发明所述一种重金属污染场地注浆修复剂，由粉末预混料与现场混配液按质量比3:7混合制得；粉末预混料中各物质的质量配比为：生物质活性炭粉35份，改性海泡石粉15份，膨润土粉30份，稻壳粉20份；现场混配液的质量配比为：碳酸氢铵18份，水82份；生物质活性炭粉由以下方法制得：收集城市污染处理厂剩余污泥，经脱水除杂后，保持含水率在80%，以氮气为保护气，在炭化炉中经780℃炭化25min即得到生物质活性炭，经粉碎后，过50目筛即得到生物质活性炭粉；改性海泡石粉由以下方法制得：将海泡石原矿球磨后过100目筛，浸泡于质量百分比浓度为8%的稀盐酸中50min，自然干燥后即得到盐酸改性海泡石，经粉碎后，过100目筛，即得到改性海泡石粉，所用海泡石原矿组分如表1所示。膨润土粉由以下方法制得：将膨润土原矿球磨后过100目筛，即得膨润土粉，所用膨润土原矿组分如表2所示。稻壳粉由以下方法制得：将收集的稻壳用10目粗筛除去土、稻草后进行粉碎，过50目筛，即得稻壳粉。

实施例2~5

与实施例1不同之处在于原料配比有所差别，制备方法同实施例1。其中，实施例2~3的原料配比中，按质量计，粉末预混料:现场混配液=3:7，所用现场混配液的质量配比为：碳酸氢铵15份，水85份；实施例4~5的原料配比中，按质量计，粉末预混料:现场混配液=4:6，所用现场混配液的质量配比为：碳酸氢铵20份，水80份。实施例2~5的粉末预混料原料配比如表3所示。

应用例1

陕西省汉中市某机械加工厂搬迁遗留地块，钻孔取样后对地下0.1m、0.7m土样的重金属含量进行测定，5个孔位土样重金属测定结果如表4~8所示。各重金属元素的背景值取陕西省A层、C层土壤背景值的算术平均值《中国土壤元素背景值》。

对污染场地进行均匀打孔，按1.8m、1.1m、0.5m深度分三层进行高压注浆，注浆量相同，点位1~5分别使用实施例1~5所制备的重金属污染场地注浆修复剂进行注浆修复，同时对各点位0.1m、0.7m深度的土层进行长期连续监测。

结合应用例1可以看出，使用本发明的重金属污染场地注浆修复剂及其制备方法制备的重金属污染场地注浆修复剂对重金属污染场地进行修复，可以有效降低重金属铜、锌、铅、镍的含量，在注浆修复90d左右，重金属污染场地中的铜、锌、铅、镍可接近或达到该地区的土壤背景值。

以上对发明的具体实施例进行了描述，需要指出的是，本领域技术人员在不脱离本发明原理的前提下，针对重金属污染场地污染情况，对本发明中的相应物料配比所做出的变形和修改，也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种重金属污染场地注浆修复剂，其特征在于，所述的重金属污染场地注浆修复剂由粉末预混料和现场混配液组成，按质量百分比计，粉末预混料与现场混配液质量比为3:7~4:6，进一步的，所述的粉末预混料的质量百分组成为：生物质活性炭粉15~40%，改性海泡石粉10~40%，膨润土粉10~45%，稻壳粉10~25%，现场混配液为碳酸氢铵水溶液，碳酸氢铵的质量百分比浓度为10~20%。

2.根据权利要求1所述的重金属污染场地注浆修复剂，其特征在于：所述的生物质活性炭粉是以城市生活污水处理厂剩余污泥为原料制备而成。

3.根据权利要求1所述的一种重金属污染场地注浆修复剂，其特征在于：所述的改性海泡石粉为盐酸改性海泡石粉，制备所述改性海泡石粉的海泡石原矿其主要化学成分按质量百分比计：SiO₂52~55%，CaO、MgO23~35%，Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO4~8%。

4.根据权利要求1所述的重金属污染场地注浆修复剂，其特征在于：所述的膨润土粉为过100目筛所得的膨润土粉，其主要化学成分按质量百分比计：SiO₂65~68%，Al₂O₃、Fe₂O₃12~17%，CaO、MgO、K₂O、Na₂O4.5~5.5%。

5.根据权利要求1所述的重金属污染场地注浆修复剂，其特征在于：所述的稻壳为水稻加工废弃物，经粉碎后，过50目筛所得的稻壳粉。

6.根据权利要求1所述的重金属污染场地注浆修复剂的制备方法，其步骤是：（A）生物质活性炭粉的制备：收集城市污染处理厂剩余污泥，经脱水除杂后，保持含水率在80~85%，以氮气为保护气，在炭化炉中经700~820℃炭化20~30min即得到生物质活性炭，经粉碎后，过50目筛即得到生物质活性炭粉，（B）改性海泡石粉的制备：将海泡石原矿球磨后过100目筛，浸泡于质量百分比浓度为5~8%的稀盐酸中50min，自然干燥后即得到盐酸改性海泡石，经粉碎后，过100目筛即得到改性海泡石粉，(C)膨润土粉的制备：将膨润土原矿球磨后过100目筛，即得膨润土粉，(D)稻壳粉的制备：将收集的稻壳用10目粗筛除去土、稻草后进行粉碎，过50目筛，即得稻壳粉，(E)粉末预混料的制备：将步骤（A）、(B)、(C)、(D)所制备的原料按一定的质量配比均匀混合即得粉末预混料，(F)现场混配液的制备：按一定的质量配比将碳酸氢铵溶于水，得到现场混配液，(G)重金属污染场地注浆修复剂的制备：并按一定的质量配比将步骤（E）所制备的粉末预混料与步骤（F）所制备的现场混配液混合搅拌，得到具有良好流动性的浆体，即得到重金属污染场地注浆修复剂。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的重金属污染场地注浆修复剂可修复污染场地中的Cu²⁺、Zn²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺、Ni²⁺中的一种或几种。