CN107602040A - 降低土壤中重金属浸出毒性的固化稳定化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种降低土壤中重金属浸出毒性的固化稳定化剂及其制备方法，其提供的固化稳定化剂主要由水泥、硫化碱渣、氯化亚铁、磷石膏和添加剂制备而成，其能够降低土壤内重金属铅(Pb)和镉(Cd)等的浸出毒性，并且能够持久有效地将土壤中的重金属污染物固化稳定化，对土壤具有很好的修复效果，修复后的土壤中有效态的重金属含量显著低于国家标准，并且不容易溶出，不易出现二次污染的现象。
Description
技术领域
本发明属于土壤稳定化剂领域，特别涉及一种降低土壤中重金属浸出毒性的固化稳定化剂及其制备方法。
背景技术
当土壤受到重金属污染时，常采用pH调节使重金属生成难溶的氢氧化物来降低土壤重金属的生物可利用性，实现重金属稳定化。重金属氢氧化物的稳定性都有一个极窄的最佳pH值区间，通常落在9-11 之间，其稳定性对pH变化相当敏感，通常一个pH值单位的变化(不论往酸性还是碱性变动)就会导致≥1个数量级的溶解度增加。当土壤 pH随自然条件变化改变后，重金属氢氧化物溶解性也发生变化，重金属容易重新溶出，稳定化效果也随之丧失，形成反弹。
重金属硫化物的溶解度比其氢氧化物低几个数量级，在碱性、中性、偏酸性(pH＝5-6)等条件下都很小，但在接近强酸性和氧化性环境下不稳定易于溶出。
一种药剂难以同时稳定多种重金属，尤其是不同种类的重金属，比如磷酸盐对铅(Pb2+)具有较好的稳定化效果，但对砷(AsO4 3-)却有活化释放作用。Acharyya(Nature,1999)等人指出，上世纪60到90年代孟加拉地下水砷污染是因农田磷肥的大量使用，PO4 3-与AsO4 3-在金属氧化物表面发生竞争吸附，使部分砷解吸附进入地下水造成。并且多种阴离子如果共存还存在着相互竞争吸附的问题，进而不同程度的影响重金属解析。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种降低土壤中重金属浸出毒性的固化稳定化剂及其制备方法，该固化稳定化剂能够降低土壤内多种重金属的浸出。
本发明具体技术方案如下：
本发明提供一种降低土壤中重金属浸出毒性的固化稳定化剂，该固化稳定化剂主要由如下重量份的各成分制备而成：
本发明提供的固化稳定化剂主要由水泥、硫化碱渣、氯化亚铁、磷石膏制备而成，其能够降低土壤内重金属铜(Cu)、锌(Zn)、铅(Pb) 和镉(Cd)等的浸出量，并且能够持久有效地将土壤中的重金属污染物固化稳定化，对土壤具有很好的修复效果，修复后的土壤中有效态的重金属含量显著低于国家标准，并且不容易溶出，不易出现二次污染的现象。
进一步的改进，所述固化稳定化剂还包括重量份数为10-35份的添加剂。
优选地，所述添加剂包括重量份数为5-11.5份的钙基蒙脱石、1-3.5 份的碘化钾和2.3-14份的黏土。
本发明进一步选择钙基蒙脱石、碘化钾和黏土作为添加剂，可以提高固化稳定化剂对砷(As)的固化稳定化作用。
进一步的改进，所述添加剂还包括重量份数为0.5-2.5份的二辛基琥珀酸磺酸钠和1.2-3.5份的月桂醇硫酸酯铵盐。
本发明进一步限定添加剂还包括二辛基琥珀酸磺酸钠和月桂醇硫酸酯铵盐，其可进一步提高重金属表面对阴离子例如磷酸根、硫酸根和硅酸根等的吸附性能。
进一步的改进，所述固化稳定化剂还包括重量份数为5-7.5份的固化剂。
优选地，所述固化剂包括重量份数为3.5-5份的十四脂肪烷基苄基氯化铵和1.5-2.5份的聚醋酸乙烯酯。
本发明进一步选择十四脂肪烷基苄基氯化铵和聚醋酸乙烯酯作为固化剂，进而提高了固化土壤的抗压强度，其固化土壤时凝固紧密，收缩及膨胀系数降低，不易产生因受气温变化而产生热胀冷缩现象导致变形龟裂，因此固化后的土壤抗渗、抗冻、抗裂性能显著提高。
优选地，固化稳定化剂主要由如下重量份的各成分制备而成：
本发明另一方面提供一种降低土壤中重金属浸出毒性的固化稳定化剂的制备方法，该方法包括如下步骤：
将水泥用水搅拌成匀浆，备用；
将硫化碱渣、氧化亚铁和磷石膏放入球磨机内搅拌，转速为5000 转/min，搅拌均匀后，获得搅拌物；
将一半重量的添加剂与匀浆混匀，形成第一混匀物，将另一半的添加剂和固化剂与搅拌物混匀，形成第二混匀物，将第一混匀物放入球磨机内搅拌，转速为3000转/min，搅拌30min，将第二混匀物分批加入球磨机内混匀，转速为10000转/min，第二混匀物添加完毕之后，继续搅拌15min，获得固化稳定化剂。
通过该方法制备的固化稳定化剂可以显著提高固化稳定化剂对土壤内重金属的固化稳定化效果，降低土壤内重金属的浸出。
本发明另一方面提供一种一种权利要求5所述的固化稳定化剂在降低土壤中重金属浸出毒性的应用，其具体方法包括如下步骤：
土壤预处理：破碎机将含有重金属的土壤粉碎，形成颗粒；
第一颗粒层：将颗粒均匀配设形成第一颗粒层，在第一颗粒层内喷洒水，自然风干2h；
第二稳定化剂层：将固化稳定化剂铺设于第一颗粒层上，碾压1h 后，喷入水蒸气，加压至35Mpa，然后喷洒水，自然风干0.5h，形成第二稳定化剂层；
第三混合层：在第二稳定化剂层上铺设一层固化稳定化剂与颗粒的混合物，在该层的四边喷洒水，自然风干1h，形成第三混合层；
第四稳定化剂层：在第三混合层上铺设一层固化稳定化剂，加压 5Mpa，喷洒水，固化稳定化10天。
通过该方法固化稳定化后的土壤具有更高的无侧限抗压强度，与常规普通混匀方法相比，抗压强度提高35％。
优选地，土壤和固化稳定化剂的重量份数比为30:30-50；第一颗粒层所用的颗粒为土壤总重量份的2/3，第三混合层所用颗粒为土壤总重量份的1/3；第二稳定化剂层所用固化稳定化剂为其重量份的1/2，第三混合层所用固化稳定化剂为其重量份的1/5，第四稳定化剂层所用固化稳定化剂为其重量份的3/10。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的固化稳定化剂主要由水泥、硫化碱渣、氯化亚铁、磷石膏和添加剂制备而成，其能够降低土壤内重金属铅(Pb)和镉(Cd) 等的浸出毒性，并且能够持久有效地将土壤中的重金属污染物固化稳定化，对土壤具有很好的修复效果，修复后的土壤中有效态的重金属含量显著低于国家标准，并且不容易溶出，不易出现二次污染的现象；并且在添加剂内加入二辛基琥珀酸磺酸钠和月桂醇硫酸酯铵盐，其可进一步提高重金属表面对阴离子例如磷酸根、硫酸根和硅酸根等的吸附性能；加入由十四脂肪烷基苄基氯化铵和聚醋酸乙烯酯组成的固化剂，进而提高了固化土壤的抗压强度，其固化土壤时凝固紧密，收缩及膨胀系数降低，不易产生因受气温变化而产生热胀冷缩现象导致变形龟裂，因此固化后的土壤抗渗、抗冻、抗裂性能显著提高。
具体实施方式
实施例1-4
实施例1-4提供的降低土壤中重金属浸出毒性的固化稳定化剂的成分及各成分的重量份数见表1。
表1各实施例固化稳定化剂成分的重量份数
| 实施例 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| 水泥 | 10 | 20 | 30 | 40 |
| 硫化碱渣 | 30 | 35 | 15 | 20 |
| 氯化亚铁 | 10.5 | 7.2 | 9 | 5 |
| 磷石膏 | 10 | 15 | 5 | 6 |
| 钙基蒙脱石 | -- | 5 | 8 | 6.5 |
| 碘化钾 | -- | 1.5 | 2.5 | 1 |
| 黏土 | -- | 3 | 5 | 6.5 |
实施例5-8
实施例5-8提供的降低土壤中重金属浸出毒性的固化稳定化剂的成分及各成分的重量份数见表2。
表2各实施例固化稳定化剂成分的重量份数
| 实施例 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 水泥 | 45 | 25 | 35 | 30 |
| 硫化碱渣 | 10 | 20 | 25 | 30 |
| 氯化亚铁 | 8 | 10.5 | 7.5 | 9 |
| 磷石膏 | 4 | 7 | 12 | 9.5 |
| 钙基蒙脱石 | 6 | 9.5 | 7 | 10 |
| 碘化钾 | 3.5 | 3 | 1.5 | 2.8 |
| 黏土 | 14 | 10 | 4 | 9 |
| 二辛基琥珀酸磺酸钠 | 2.5 | 0.5 | 1 | 1.5 |
| 月桂醇硫酸酯铵盐 | 2.2 | 1.2 | 3.5 | 1.5 |
实施例9-12
实施例9-12提供的降低土壤中重金属浸出毒性的固化稳定化剂的成分及各成分的重量份数见表3。
表3各实施例固化稳定化剂成分的重量份数
| 实施例 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| 水泥 | 30 | 40 | 15 | 35 |
| 硫化碱渣 | 22.5 | 30 | 17.5 | 20 |
| 氯化亚铁 | 6.5 | 10 | 8.5 | 3.5 |
| 磷石膏 | 10 | 11 | 14 | 11.5 |
| 钙基蒙脱石 | 8.5 | 9.5 | 11 | 7.8 |
| 碘化钾 | 2 | 1 | 2.2 | 1.7 |
| 黏土 | 7 | 8.5 | 11 | 10.5 |
| 二辛基琥珀酸磺酸钠 | 2 | 1.7 | 1.2 | 1.5 |
| 月桂醇硫酸酯铵盐 | 1.7 | 2.5 | 3 | 2.3 |
| 十四脂肪烷基苄基氯化铵 | 3.5 | 4.5 | 5 | 4 |
| 聚醋酸乙烯酯 | 1.5 | 2 | 2.5 | 2.2 |
实施例13降低土壤中重金属浸出毒性的固化稳定化剂的制备方法
该方法包括：
将水泥用水搅拌成匀浆，备用；
将硫化碱渣、氧化亚铁和磷石膏放入球磨机内搅拌，转速为5000 转/min，搅拌均匀后，获得搅拌物；
将一半重量的添加剂与匀浆混匀，形成第一混匀物，将另一半的添加剂和固化剂与搅拌物混匀，形成第二混匀物，将第一混匀物放入球磨机内搅拌，转速为3000转/min，搅拌30min，将第二混匀物分批加入球磨机内混匀，转速为10000转/min，第二混匀物添加完毕之后，继续搅拌15min，获得固化稳定化剂。
实施例14固化稳定化剂在降低土壤中重金属浸出毒性的应用
具体方法包括如下步骤：
土壤预处理：取3000g含有重金属的土壤，破碎机粉碎，形成颗粒；
第一颗粒层：将2000g颗粒均匀配设形成第一颗粒层，在第一颗粒层内喷洒水，自然风干2h；
第二稳定化剂层：将2500g固化稳定化剂铺设于第一颗粒层上，碾压1h后，喷入水蒸气，加压至35Mpa，然后喷洒水，自然风干0.5h，形成第二稳定化剂层；
第三混合层：在第二稳定化剂层上铺设一层1000g固化稳定化剂与1000g颗粒的混合物，在该层的四边喷洒水，自然风干1h，形成第三混合层；
第四稳定化剂层：在第三混合层上铺设一层1500g固化稳定化剂，加压5Mpa，喷洒水，固化稳定化10天。
对照例1-8
对照例1-8提供的降低土壤中重金属浸出毒性的固化稳定化剂的成分及各成分的重量份数见表4。
表4各对照例固化稳定化剂成分的重量份数
注本发明出现的所有“--”表示不含有该成分。
对照例9-13
对照例9-13提供的降低土壤中重金属浸出毒性的固化稳定化剂的成分及各成分的重量份数见表5。
表5各对照例固化稳定化剂成分的重量份数
对照例14-18
对照例14-18提供的降低土壤中重金属浸出毒性的固化稳定化剂的成分及各成分的重量份数见表6。
表6各对照例固化稳定化剂成分的重量份数
| 对照例 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 |
| 水泥 | 30 | 40 | 15 | 35 | 35 |
| 硫化碱渣 | 22.5 | 30 | 17.5 | 20 | 20 |
| 氯化亚铁 | 6.5 | 10 | 8.5 | 3.5 | 3.5 |
| 磷石膏 | 10 | 11 | 14 | 11.5 | 11.5 |
| 钙基蒙脱石 | 8.5 | 9.5 | 11 | 7.8 | 7.8 |
| 碘化钾 | 2 | 1 | 2.2 | 1.7 | 1.7 |
| 黏土 | 7 | 8.5 | 11 | 10.5 | 10.5 |
| 二辛基琥珀酸磺酸钠 | 2 | 1.7 | 1.2 | 1.5 | 1.5 |
| 月桂醇硫酸酯铵盐 | 1.7 | 2.5 | 3 | 2.3 | 2.3 |
| 十四脂肪烷基苄基氯化铵 | 3.5 | -- | 5 | -- | 4 |
| 聚醋酸乙烯酯 | -- | 2 | -- | 2.2 | 2.2 |
| 聚丙烯酰胺 | 1.5 | -- | -- | -- | -- |
| 木质素磺酸钠 | -- | 1.5 | -- | -- | 2.2 |
| 磺基琥珀酸单酯二钠盐 | -- | 4.5 | -- | -- | -- |
试验例1：固化稳定化剂对土壤内重金属的固化稳定化效果试验
试验选取湖南长沙市某污染场地土壤样品，分成12份，每份200g，按已知的浸出检测方法检测浸出成分，记录浸出液中各重金属的含量，取实施例1-4，对照例1-8的固化稳定化剂10g按照《土壤环境监测技术导则》(HJ/T166-2004)中规定的0.1mol/L HCl浸提，浸提方法采用《GB 5086.2固废毒性浸出方法-水平振荡法》。
固化稳定化10天后，浸出液中各重金属含量检测按公知方法检测，各检测结果见表7。
表7不同实施例和对照例处理的土壤样品内重金属浸出试验结果
从上表可以看出本发明实施例1-4对土壤内的重金属具有很好的固化稳定化作用，不会造成二次污染，但是但对实施例1-4内的成分进行替换或更改后，制成的固化稳定化剂对土壤内重金属的固化稳定化作用显著降低。
试验例2不同添加剂对阴离子在重金属表面的吸附性能影响试验
试验选取辽宁省沈阳市某被As和Pb污染的土壤，测定处理前浸出液中As浓度为15.6mg/L，Pb浓度为34.2mg/L；测定固化稳定化前、实施例5-8和对照例9-13的固化稳定化处理10天后剂、并调节浸出液 pH至3时，按照《土壤环境监测技术导则》(HJ/T166-2004)中规定的 0.1mol/L HCl浸提，浸提方法采用《GB 5086.2固废毒性浸出方法-水平振荡法》。
浸出液中各重金属含量检测按公知方法检测，各检测结果见表8。
表8不同添加剂对阴离子在重金属表面的吸附性能影响试验结果
从表中可以看出本发明在固化稳定化剂中加入二辛基琥珀酸磺酸钠和月桂醇硫酸酯铵盐可以显著提高重金属表面对磷酸根、硫酸根等阴离子的吸附，当在强酸调节下吸附力也比较强，进而降低了重金属溶出的概率，降低了重金属浸出毒性。
实施例3固化稳定化后的土壤各性能指标的测试
表9为实施例9-12、对照例14-18重金属污染的土壤经固化稳定化后各项性能的检测结果。
表9各项性能检测结果
| 样品 | 渗透系数(cm/s) | 无侧限抗压强度(Mpa) |
| 实施例9 | 4.35×10-8 | 2.56 |
| 实施例10 | 7.21×10-8 | 3.01 |
| 实施例11 | 8.35×10-8 | 3.24 |
| 实施例12 | 1.34×10-10 | 4.23 |
| 对照例14 | 1.23×10-5 | 1.21 |
| 对照例15 | 4.05×10-5 | 0.98 |
| 对照例16 | 9.28×10-3 | 0.43 |
| 对照例17 | 7.32×10-3 | 0.56 |
| 对照例18 | 6.58×10-4 | 2.31 |
从表中可以看出，本发明在固化稳定化剂内加入特殊固化剂后，可以显著降低固化稳定化土壤的渗透性，并且提高其无侧限抗压强度。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种降低土壤中重金属浸出毒性的固化稳定化剂，其特征在于，所述固化稳定化剂主要由如下重量份的各成分制备而成：
2.如权利要求1所述的降低土壤中重金属浸出毒性的固化稳定化剂，其特征在于，所述固化稳定化剂还包括重量份数为10-35份的添加剂。
3.如权利要求2所述的降低土壤中重金属浸出毒性的固化稳定化剂，其特征在于，所述添加剂包括重量份数为5-11.5份的钙基蒙脱石、1-3.5份的碘化钾和2.3-14份的黏土。
4.如权利要求3所述的降低土壤中重金属浸出毒性的固化稳定化剂，其特征在于，所述添加剂还包括重量份数为0.5-2.5份的二辛基琥珀酸磺酸钠和1.2-3.5份的月桂醇硫酸酯铵盐。
5.如权利要求1所述的降低土壤中重金属浸出毒性的固化稳定化剂，其特征在于，所述固化稳定化剂还包括重量份数为5-7.5份的固化剂。
6.如权利要求5所述的降低土壤中重金属浸出毒性的固化稳定化剂，其特征在于，所述固化剂包括重量份数为3.5-5份的十四脂肪烷基苄基氯化铵和1.5-2.5份的聚醋酸乙烯酯。
7.如权利要求6所述的降低土壤中重金属浸出毒性的固化稳定化剂，其特征在于，所述固化稳定化剂主要由如下重量份的各成分制备而成：
8.一种权利要求5所述的降低土壤中重金属浸出毒性的固化稳定化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
将水泥用水搅拌成匀浆，备用；
将硫化碱渣、氧化亚铁和磷石膏放入球磨机内搅拌，转速为5000转/min，搅拌均匀后，获得搅拌物；
将一半重量的添加剂与匀浆混匀，形成第一混匀物，将另一半的添加剂和固化剂与搅拌物混匀，形成第二混匀物，将第一混匀物放入球磨机内搅拌，转速为3000转/min，搅拌30min，将第二混匀物分批加入球磨机内混匀，转速为10000转/min，第二混匀物添加完毕之后，继续搅拌15min，获得固化稳定化剂。
9.一种权利要求5所述的固化稳定化剂在降低土壤中重金属浸出毒性的应用，其特征在于，具体方法包括如下步骤：
土壤预处理：破碎机将含有重金属的土壤粉碎，形成颗粒；
第一颗粒层：将颗粒均匀配设形成第一颗粒层，在第一颗粒层内喷洒水，自然风干2h；
第二稳定化剂层：将固化稳定化剂铺设于第一颗粒层上，碾压1h后，喷入水蒸气，加压至35Mpa，然后喷洒水，自然风干0.5h，形成第二稳定化剂层；
第三混合层：在第二稳定化剂层上铺设一层固化稳定化剂与颗粒的混合物，在该层的四边喷洒水，自然风干1h，形成第三混合层；
第四稳定化剂层：在第三混合层上铺设一层固化稳定化剂，加压5Mpa，喷洒水，固化稳定化10天。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，土壤和固化稳定化剂的重量份数比为30:30-50；第一颗粒层所用的颗粒为土壤总重量份的2/3，第三混合层所用颗粒为土壤总重量份的1/3；第二稳定化剂层所用固化稳定化剂为其重量份的1/2，第三混合层所用固化稳定化剂为其重量份的1/5，第四稳定化剂层所用固化稳定化剂为其重量份的3/10。
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