TWI646994B - Hazardous substance treatment agent - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種用於對污泥、焚燒灰或土壤中的有害物質不溶性處理的粉末狀的有害物質處理藥劑,其由將包含有5~90重量%的選自鐵、錳以及鋁中至少一種金屬的水溶性酸性金屬鹽,和2~80重量%的鹼金屬以及/或鹼土金屬的水難溶性鹼性化合物,和1~30重量%的水的材料進行粉體混合而得到的混合物組成,其含有在粉體混合時使水溶性酸性金屬鹽和水難溶性鹼性化合物的至少一部分發生反應得到的反應生成物。採用本發明經過該不溶性處理後,廢棄物即使被雨水等淋濕,也不會再溶出重金屬,或溶出量顯著縮減,可通過填埋等安全地進行處置。
Description
本發明涉及一種為了將工廠等產生的含有有害物質的污泥、焚燒灰或污染土壤安全地用於填埋等,使砷、鉛、鎘、六價鉻、硒、汞、氟、硼、鎳、銅、鋅、銻、鋇等有害物變得穩定,並對其進行不溶性處理的化學藥劑。
在化工廠、礦山、冶煉廠、鋼鐵廠、焚燒處理場等的產品製造、熔煉、表面處理、電鍍、焚燒等工序中,會產生各種含有有害物質的廢棄物,其中含有成分濃度較高的,將通過迴圈再用工序回收,作為資源返回到原料中,而含有濃度較低或原本就被視為雜質的,則被當作廢棄物處理。
對於廢水中含有的有害物質,一般在廢水處理工序中,通過添加鹼性藥劑、氧化劑等,使其以絮凝物的形式在水中析出,添加凝集劑後使用增稠劑等進行濃縮沉澱,最後用壓濾機等脫水後作為污泥,以填埋等方式廢棄處理。
對污泥或焚燒灰進行填埋等廢棄處理時,為防止污染周圍環境,需要對有害物質進行固定化及穩定化處理,以免其溶出,同時為了維持處理時的施工性,需要具備一定的施工強度。
對含有有害物質的廢棄物及被有害物質污染的土壤進行廢
棄處理時,需要對所含的有害物質進行穩定化處理,以免其溶出。在有害物質的不溶性處理方面,已知螯合劑(Chelate)是有效的,但是,因為它用在酸性至中性範圍,一旦與用於保持施工性的廉價水泥等固化材料混合,便會發生不溶性性能下降的問題。如果為此增加螯合劑的添加量,則處理成本會變高。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1 日本專利特開2001-121131號公報
專利文獻2 日本專利特開2006-272144號公報
專利文獻3 日本專利特開2012-188544號公報
專利文獻4 日本專利特開2012-210577號公報
在專利文獻1中公開了為了使有害金屬無害化,而在含有該有害金屬的廢棄物中添加硫酸鐵(II)和水,混合後再添加鈣化合物調節pH的方法。該方法需要大量的水,並且整體會變成泥狀。而在專利文獻2中公開了一種在高溫下煆燒鋁酸鈣水合物,以在顆粒表面形成具有水難溶性鈣鹽的重金屬不溶解劑。該方法需要高溫煆燒和表面處理工序。另外,在專利文獻3中公開了一種含有次磷酸等磷酸或磷酸鹽的重金屬不溶解劑。而在專利文獻4中公開了為了將土壤中的砷無害化處理,利用氧化菌將砷轉化為五價形態之後,在土壤中混合鐵系硫酸鹽和煆燒白雲石,進行不溶性處理的方法。上述的各種方法或處理劑,存在製造複雜或使用複雜,或對多種重金屬及非金屬有害物質效果不夠好的問題。
本發明的目的在於提供一種針對污泥、焚燒灰或土壤中的有害物質的不溶性處理藥劑。
本發明提供一種用於有害物質不溶性處理的粉末狀的有害物質處理藥劑,其由將包含有5~90重量%的選自鐵、錳以及鋁中至少一種金屬的水溶性酸性金屬鹽,和2~80重量%的鹼金屬以及/或鹼土金屬的水難溶性鹼性化合物,和1~30重量%的水的材料進行粉體混合而得到的混合物組成,其含有在粉體混合時使水溶性酸性金屬鹽和水難溶性鹼性化合物的至少一部分發生反應得到的反應生成物。
進一步說,所述水溶性酸性金屬鹽,為選自氯化鐵、硝酸鐵、硫酸鐵、氯化錳、氯化鋁以及硫酸鋁中至少一種的粉末或者15~35重量%的水溶液。
再進一步說,所述水難溶性鹼性化合物,為選自氧化鈣、氫氧化鈣、矽酸鈣、氧化鎂、氫氧化鎂、矽酸鈉、矽酸鉀、矽酸鹽玻璃、鋼渣、水泥中至少一種的粉末。
另外,該有害物質處理藥劑為用於將污泥、焚燒灰或污染土壤中的有害物質不溶性處理的有害物質處理藥劑,所述有害物質為選自砷、鉛、鎘、六價鉻、硒、汞、氟、硼、鎳、銅、鋅、銻以及鋇中至少一種的離子。
作為優選方案,所述有害物質處理藥劑為將包含有10~90重量%的硫酸鐵以及/或硫酸鋁,和3~80重量%的氧化鎂以及/或矽酸鈣,和1~30重量%的水的材料進行粉體混合而得到。
作為另一優選方案,所述有害物質處理藥劑為將包含有
10~90重量%的硫酸鐵以及/或硫酸鋁,和3~80重量%的氫氧化鈣,和1~30重量%的水的材料進行粉體混合而得到。
作為另一優選方案,所述有害物質處理藥劑為將包含有10~90重量%的硫酸鐵以及/或硫酸鋁,和3~80重量%的水泥,和1~30重量%的水的材料進行粉體混合而得到。
作為另一優選方案,所述有害物質處理藥劑為將包含有10~90重量%的硫酸鐵以及/或硫酸鋁,和3~80重量%的鋼渣粉末,和1~30重量%的水的材料進行粉體混合而得到。
按照本發明,可用簡單的方法,對污泥、焚燒灰及土壤中的有害物質進行不溶性處理。經過該不溶性處理後,廢棄物即使被雨水等淋濕,也不會再溶出重金屬,或溶出量顯著縮減,可通過填埋等安全地進行處置。
第1圖,為表示有害物質處理藥劑5的熱差分析結果的曲線圖。
第2圖,為表示有害物質處理藥劑7的熱差分析結果的曲線圖。
為使 貴審查委員能清楚了解本發明之內容,謹以下列說明搭配圖式,敬請參閱。
通過本發明處理的有害物質含有物主要有:化工廠、礦山、冶煉廠、鋼鐵廠、電鍍廠、焚燒處理場等的產品製造、熔煉、表面處理、電鍍、焚燒等工序中排出的無機類污泥、焚燒灰、飛灰或這些工廠等的運
轉過程中產生的被污染的土壤等。
本發明的有害物質處理藥劑由鐵、錳、鋁中至少一種的水溶性酸性金屬鹽和鹼金屬或鹼土金屬的水難溶性鹼性化合物的混合物組成,並至少含有一部分粉體混合時在水的存在下發生化學反應得到的反應生成物。
被用作有害物質處理藥劑原料的鐵、錳、鋁的水溶性酸性金屬鹽,要求具有在水中的溶解度大,且當加入到水中時pH呈酸性的性質,氯化鐵、硝酸鐵、硫酸鐵、氯化錳、硫酸錳、氯化鋁、硫酸鋁均可使用,但其中的氯化鐵、硫酸鐵、氯化鋁、硫酸鋁對自然環境污染小,成本低,更加適宜。鐵化合物中,二價或三價化合物均可使用。此外,所用的酸性金屬鹽,應為粉末或15~35重量%的水溶液。
被用作有害物質處理藥劑原料的鹼金屬、鹼土金屬的水難溶性鹼性化合物,要求具有在水中的溶解度小,且當加入到水時pH呈鹼性的性質,氧化鈣、氫氧化鈣、矽酸鈣、氧化鎂、氫氧化鎂、矽酸鈉、矽酸鉀、矽酸鹽玻璃、鋼渣、水泥等均可使用,但其中的氫氧化鈣、矽酸鈣、氧化鎂、鋼渣、水泥易於獲得且成本低,更為適宜。鹼金屬和鹼土金屬的水難溶性鹼性鹽更適宜於為粉末。
本發明的有害物質處理藥劑為,在水溶性酸性金屬鹽和水難溶性鹼性化合物的混合物中加入1~30%(重量)的水並混合,要求含有通過將至少其一部分在水的存在下發生化學反應而得到的水合反應生成物。此時,如果加水量太大,將導致混合物漿化,不能獲得粉末狀的有害物質處理藥劑。另外,如果加水量太小,將導致水合反應生成物的量減少,有
害物質的處理性能會降低。作為加水方法,可將水加入到水溶性酸性金屬鹽中,或分別將水加入到水溶性酸性金屬鹽及水難溶性鹼性化合物中後混合,也可將水溶性酸性金屬鹽、水難溶性鹼性化合物和水同時混合。
對含有水溶性酸性金屬鹽、水難溶性鹼性化合物和水的材料進行粉體混合。此時,水溶性酸性金屬鹽、水難溶性鹼性化合物的一部分在水的存在下反應生成水合反應生成物。假設水溶性酸性金屬鹽、水難溶性鹼性化合物分別用MX和AY表示,則可推測該生成物為諸如MY、AX的化合物及其複鹽,以及含有MY、AX的結晶礦物或其水合物(金屬氫氧化物)。如果上述材料為粉末,則可以推測:反應將發生在其表面部分,水合反應生成物存在於粉末表面,而粉末內部仍為水溶性酸性金屬鹽、水難溶性鹼性化合物。如果只是在無水狀態下簡單地混合水溶性酸性金屬鹽、水難溶性鹼性化合物,那麼有害物質處理藥劑的性能不能得到充分提升,因此最好能用混煉機在水的存在下使兩種粉末充分接觸。用混煉機進行混煉的時間應為2分鐘以上,5分鐘以上更佳。以此種方式獲得的有害物質處理藥劑,由於添加的水會隨著水合反應生成物的生成而消耗,因而其表面相對乾燥呈乾爽粉末狀,但也可根據需要進行加熱乾燥,或進行粒狀化處理,以提高可用性。
本發明的有害物質處理藥劑相對於污泥、焚燒灰或土壤等被處理材料(以下稱“廢棄物等”)的調配量為廢棄物等重量的0.5~50%。另外,在廢棄物等含有大量水分的情況下,最好換算為固體成分計算,但如果含水量在20%以下,可以直接使用其重量。
混合廢棄物等和有害物質處理藥劑時,可使用能使整體變得
均勻的混合裝置,混合或混煉幾分鐘以上即可。以此種方式得到的不溶性處理廢棄物,利用本發明的有害物質處理藥劑中所含的水溶性酸性金屬鹽和水難溶性鹼性化合物事先反應生成的高活性金屬氫氧化物的吸附作用,以及有害物質處理藥劑中所含的未反應的水溶性酸性金屬鹽和鹼金屬、鹼土金屬鹼性化合物與混合的廢棄物彼此發生化學反應,形成水不溶性反應物,對當時污泥中含有的有害物質離子的吸附及共沉澱作用,以實現不溶出。即,利用有害物質處理藥劑中所含的金屬氫氧化物的吸附作用和在廢棄物中混合未反應的水溶性酸性金屬鹽和鹼性化合物時發生的化學反應的吸附及共沉澱作用,進行兩個階段的穩定化。因此,無論是將該進行了不溶性處理的廢棄物堆放在戶外,還是用於填埋等,都不會再溶出有害物質,或溶出量大大降低。
作為有害物質處理藥劑,將水溶性酸性金屬鹽、水難溶性鹼性化合物和水按表1所示的混合比(重量%),經混合反應製備表1所示的藥劑1~12。所用的水溶性酸性金屬鹽為硫酸亞鐵(FS)、氯化亞鐵(FC)、硫酸鋁(AS)和氯化鋁(AC)的粉末狀工業化學品,水難溶性鹼性化合物為氧化鎂(MO)、氫氧化鈣(CH)的粉末狀工業化學品及合成雪矽鈣石(Tobermorite)為主要成分的矽酸鈣粉末(CS),添加水使用淨化水。用市售的粉體混合裝置將上述材料按表1所示的配比混合,使其反應,製備有害物質處理藥劑1~12。
採用粉體混合裝置,混合與實施例中使用的相同的水溶性酸性金屬鹽(A)、水難溶性鹼性化合物(B)和水,製備表2所示的比較劑1~18。在該表中,FS、FC、AS、AC、MO、CH、CS是上述水溶性酸性金屬鹽和水難溶性鹼性化合物的略稱。調配量%是指重量%。
實施例1
作為含有有害物質的污泥,使用了化工廠的汙水處理工序中產生的爛泥的脫水物(含水率45%)(污泥1)。在該污泥中按表3所示的量(重量%)添加藥劑1至12中的任意一個,用混合機混合10分鐘。對於得到的不溶性處理污泥,保濕放置1天後,根據常規分析方法進行溶出測試,將其結果示於表3。為了進行比較,除了不添加藥劑外,按同樣的步驟處理後進行溶出測試。在未加入藥劑的情況下,鉛溶出量為0.21mg/L,與之相比較,加入3重量%藥劑的情況下,溶出量均減少至檢測極限以下,或減少至0.004mg/L以下和1/50以下。
實施例2
作為含有有害物質的污泥,使用了金屬加工廠的表面處理工序中產生的爛泥的脫水物(含水率40%)(污泥2)。在該污泥中按表4所示的量(重量%)添加藥劑,用混合機混合10分鐘。對於得到的不溶性處理污泥,保濕放置1天後,根據常規分析方法進行溶出測試,將其結果示於表4。在未加入藥劑的情況下,Ni溶出量為5.0mg/L,Cr6+溶出量為0.48mg/L,與之相比較,加入3重量%藥劑的情況下,溶出量均減少至檢測極限以下的0.005mg/L以下。
實施例3
作為含有有害物質的污泥,使用了化工廠的汙水處理工序中產生的爛泥的脫水物(含水率49%)(污泥3)。在該污泥中按表5所示的量(重量%)添加藥劑,用混合機混合10分鐘。對於得到的不溶性處理污泥,保濕放置1天後,根據常規分析方法進行溶出測試,將其結果示於表5。在未加入藥劑的情況下,As溶出量為0.14mg/L,與之相比較,加入3重量%藥劑的情況下,溶出量均減少至檢測極限以下的0.001mg/L以下。
實施例4
作為含有重金屬的土壤,使用了化工廠舊址產生的污染土壤(含水率26%)(污染土壤1)。在該污染土壤中按表6所示的量(重量%)添加藥劑,用混合機混合10分鐘。對於得到的不溶性處理污染土壤,保濕放置1天後,根據常規分析方法進行溶出測試,將其結果示於表6。在未加入藥劑的情況下,As溶出量為0.060mg/L,與之相比較,加入0.5、1或2重量%的藥劑1或1重量%的藥劑2、3、5的情況下,溶出量均減少至檢測極限以下的0.001mg/L以下。在未加入比較劑的情況下,Pb溶出量為0.21mg/L,與之相比較,加入3重量%比較劑I~12中的任意一個的情況下,溶出量雖均有減少,但程度較低。
實施例5
作為含有重金屬的土壤,使用了化工廠舊址產生的污染土壤(含水率28%)(污染土壤2)。在該污染土壤中按表7所示的量(重量%)添加藥劑,用混合機混合10分鐘。對於得到的不溶性處理污染土壤,保濕放置1天後,根據常規分析方法進行溶出測試,將其結果示於表7。在未加入藥劑的情況
下,Se溶出量為0.18mg/L,與之相比較,加入3重量%的藥劑7、8或9的情況下,溶出量均減少至檢測極限以下的0.001mg/L以下。
實施例6
作為含有重金屬的土壤,使用了化工廠舊址產生的污染土壤(含水率25%)(污染土壤3)。在該污染土壤中按表8所示的量(重量%)添加藥劑,用混合機混合10分鐘。對於得到的不溶性處理污染土壤,保濕放置1天後,根據常規分析方法進行溶出測試,將其結果示於表8。在未加入藥劑的情況下,Cd溶出量為32.3mg/L,Pb溶出量為1.34mg/L,與之相比較,加入3、5或7重量%的藥劑1的情況下,溶出量均大幅減少。
實施例7
作為含有重金屬的土壤,使用了化工廠舊址產生的污染土壤(含水率27%)(污染土壤4)。在該污染土壤中按表9所示的量(重量%)添加藥劑,
用混合機混合10分鐘。對於得到的不溶性處理污染土壤,保濕放置1天後,根據常規分析方法進行溶出測試,將其結果示於表9。在未加入藥劑的情況下,Cd溶出量為6.7mg/L,Pb溶出量為7.5mg/L,與之相比較,加入3重量%的藥劑的情況下,溶出量均減少至檢測極限以下的0.001mg/L以下。
實施例8
作為含有重金屬的土壤,使用了化工廠舊址產生的污染土壤(含水率25%)(污染土壤5)。在該污染土壤中按表10所示的量(重量%)添加藥劑,用混合機混合10分鐘。對於得到的不溶性處理污染土壤,保濕放置1天後,根據常規分析方法進行溶出測試,將其結果示於表10。在未加入藥劑的情況下,Hg溶出量為5.3mg/L,與之相比較,加入3重量%的藥劑的情況下,溶出量均大幅減少。
實施例9
作為含有重金屬的土壤,使用了化工廠舊址產生的污染土壤(含水率23%)(污染土壤6)。在該污染土壤中按表11所示的量(重量%)添加藥劑,用混合機混合10分鐘。對於得到的不溶性處理污染土壤,保濕放置1天後,根據常規分析方法進行溶出測試,將其結果示於表11。在未加入藥劑的情況下,F溶出量為5.0mg/L,與之相比較,加入2重量%的藥劑的情況下,溶出量均減少至1/10以下。
比較例1
作為含重金屬的污泥,使用與實施例1中相同的污泥1,並在該污泥中按表12所示的量(重量%)加入表2所示的比較劑1至12,用混合機混合10分鐘。對於得到的不溶性處理污泥,保濕放置1天後,根據常規分析方法進行溶出測試,將其結果示於表12。在未加入比較劑的情況下,Pb溶出量為0.21mg/L,與之相比較,加入3重量%的比較劑1至12中的任一種比較劑,溶出量雖然均減少,但程度較低。
比較例2
作為含重金屬的污泥,使用與實施例2中相同的污泥2,並在該污泥中按表13所示的量(重量%)加入表2所示的比較劑,用混合機混合10分鐘。對於得到的不溶性處理污泥,保濕放置1天後,根據常規分析方法進行溶出測試,將其結果示於表13。在未加入比較劑的情況下,Ni溶出量為5.0mg/L,Cr6+溶出量為0.48mg/L。
比較例3
作為含重金屬的污泥,使用與實施例3中相同的污泥3,並在該污泥中按表14所示的量(重量%)加入表2所示的比較劑,用混合機混合10分鐘。對於得到的不溶性處理污泥,保濕放置1天後,根據常規分析方法進行溶出測試,將其結果示於表14。在未加入比較劑的情況下,As溶出量為0.14mg/L。
表14
比較例4
作為含重金屬的土壤,使用與實施例4中相同的污染土壤1,並在該土壤中按表15所示的量(重量%)加入表2所示的比較劑,用混合機混合10分鐘。對於得到的不溶性處理污泥,保濕放置1天後,根據常規分析方法進行溶出測試,將其結果示於表15。在未加入比較劑的情況下,As溶出量為0.060mg/L。
實施例10
對於在上述實施例中製備的有害物質處理藥劑5以及7,採用熱差分析裝置(TG/DTA),以10C°/分的升溫速度將試樣溫度從30C°升至1000C°,測出此時的DTA和TG,將藥劑5的結果表示在圖1中,將藥劑7的結果表示在圖2中。
Claims (7)
- 一種有害物質處理藥劑,該有害物質處理藥劑用於對污泥、焚燒灰及/或土壤中的有害物質進行不溶性處理,其特徵在於,由將包含有5~90重量%的選自鐵、錳以及鋁中至少一種金屬的水溶性酸性金屬鹽,和2~80重量%的鹼金屬以及/或鹼土金屬的水難溶性鹼性化合物,和1~30重量%的水的材料進行粉體混合而得到的混合物組成,該混合物含有水溶性酸性金屬鹽和水難溶性鹼性化合物、以及在粉體混合時使水溶性酸性金屬鹽和水難溶性鹼性化合物的至少一部分發生反應得到的反應生成物,所述有害物質為選自砷、鉛、鎘、六價鉻、硒、汞、氟、硼、鎳、銅、鋅、銻以及鋇中至少一種的離子。
- 如申請專利範圍第1項所述的有害物質處理藥劑,其特徵在於,所述水溶性酸性金屬鹽,為選自氯化鐵、硝酸鐵、硫酸鐵、氯化錳、氯化鋁以及硫酸鋁中至少一種的粉末或者15~35重量%的水溶液。
- 如申請專利範圍第1或2項所述的有害物質處理藥劑,其特徵在於,所述水難溶性鹼性化合物,為選自氧化鈣、氫氧化鈣、矽酸鈣、氧化鎂、氫氧化鎂、矽酸鈉、矽酸鉀、矽酸鹽玻璃、鋼渣、水泥中至少一種的粉末。
- 如申請專利範圍第1項所述的有害物質處理藥劑,其特徵在於,該有害物質處理藥劑為將包含有10~90重量%的硫酸鐵以及/或硫酸鋁,和3~80重量%的氧化鎂以及/或矽酸鈣,和1~30重量%的水的材料進行粉體混合而得到。
- 如申請專利範圍第1項所述的有害物質處理藥劑,其特徵在於,該有害 物質處理藥劑為將包含有10~90重量%的硫酸鐵以及/或硫酸鋁,和3~80重量%的氫氧化鈣,和1~30重量%的水的材料進行粉體混合而得到。
- 如申請專利範圍第1項所述的有害物質處理藥劑,其特徵在於,該有害物質處理藥劑為將包含有10~90重量%的硫酸鐵以及/或硫酸鋁,和3~80重量%的水泥,和1~30重量%的水的材料進行粉體混合而得到。
- 如申請專利範圍第1項所述的有害物質處理藥劑,其特徵在於,該有害物質處理藥劑為將包含有10~90重量%的硫酸鐵以及/或硫酸鋁,和3~80重量%的鋼渣粉末,和1~30重量%的水的材料進行粉體混合而得到。
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