重金屬及有機(jī)物復(fù)合污染土用的固化劑及制備和應(yīng)用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于土木工程、環(huán)境巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)，涉及一種重金屬及有機(jī) 物復(fù)合污染土用的固化劑及制備和應(yīng)用方法，該固化劑制備原料來(lái)自于工業(yè)廢料，適用于 處理土壤中重金屬及有機(jī)污染物，可用于污染場(chǎng)地的固化穩(wěn)定化修復(fù)，并實(shí)現(xiàn)廢物利用。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于我國(guó)高污染工業(yè)歷史長(zhǎng)、發(fā)展快，多種類(lèi)型工廠常在同一地域更迭，導(dǎo)致遺留 的污染物累積作用明顯、成分復(fù)雜，使得工業(yè)污染場(chǎng)地土壤污染呈現(xiàn)多樣性和復(fù)合性的特 點(diǎn)，重金屬與有機(jī)污染物復(fù)合型污染案例頻現(xiàn)。這些復(fù)合污染場(chǎng)地土壤及地下水中的有毒 有害重金屬和有機(jī)污染物，對(duì)附近居民生產(chǎn)生活造成了極大危害，開(kāi)展相關(guān)污染修復(fù)治理 工作迫在眉睫。不同于單一的重金屬污染或有機(jī)物污染場(chǎng)地，復(fù)合污染場(chǎng)地中重金屬及有 機(jī)污染物伴生共存，由于重金屬及有機(jī)物的物理化學(xué)特性差異顯著，其與土壤、地下水構(gòu)成 復(fù)雜的物理、化學(xué)作用體系，因此修復(fù)難度更高。常用的修復(fù)手段往往只對(duì)一種或一類(lèi)污染 物污染場(chǎng)地有效，如動(dòng)電修復(fù)法不適用于有機(jī)污染場(chǎng)地，蒸汽浸提法只對(duì)揮發(fā)性及半揮發(fā) 性有機(jī)污染物有較好的處理效果，而植物修復(fù)采用的超富集植物往往具有專一性，只作用 于1-2種重金屬，而對(duì)其他有較高含量的污染物表現(xiàn)出毒害癥狀。
[0003] 固化穩(wěn)定化技術(shù)（solidification/stabilization，簡(jiǎn)稱S/S技術(shù)）被廣泛地應(yīng)用 于污染場(chǎng)地及固體廢棄物填埋處理中，研究表明依據(jù)采用的固化劑不同，S/S技術(shù)能夠處理 多種重金屬及有機(jī)污染物，其是重金屬及有機(jī)物復(fù)合污染場(chǎng)地的最有效修復(fù)技術(shù)之一?，F(xiàn) 階段用以處理重金屬及有機(jī)物復(fù)合污染場(chǎng)地的固化劑多采用硅酸鹽水泥混合吸附性材料 的形式制備而成，其中吸附性材料以活性炭或有機(jī)膨潤(rùn)土最為普遍。然而這些傳統(tǒng)固化劑 存在諸多弊端，限制了其在重金屬及有機(jī)物復(fù)合污染場(chǎng)地中的推廣應(yīng)用：此類(lèi)固化劑僅將 此類(lèi)有機(jī)污染物封閉起來(lái)，并未進(jìn)行分解以降低毒性；場(chǎng)地土壤中的有機(jī)污染物和高濃度 重金屬如鋅（Zn)均能夠嚴(yán)重抑制水泥水化反應(yīng)，進(jìn)而降低修復(fù)土體強(qiáng)度發(fā)展，影響最終固 化效果；水泥類(lèi)熟料在水化過(guò)程中會(huì)釋放大量熱量，其固化體在25°C養(yǎng)護(hù)條件下內(nèi)部溫度 可達(dá)到50-60°C，而多種有機(jī)污染物在此溫度下?lián)]發(fā)，如丙酮（沸點(diǎn)56. 5°C)、二氯甲烷（沸 點(diǎn)39. 8°C)、汽油（沸點(diǎn)40-200°C)等；其修復(fù)后的土體堿性較高（一般情況下pH值均大 于12)，不利于對(duì)有機(jī)污染物有降解能力的微生物（適應(yīng)環(huán)境pH在6. 5-9. 5之間）生存，同 時(shí)降雨條件下易產(chǎn)生堿性浸出液，改變周?chē)馏w和水體的酸堿平衡，對(duì)周邊生物產(chǎn)生不利 影響；高堿性下產(chǎn)生的重金屬氫氧化物沉淀是水泥此類(lèi)固化劑主要的固化機(jī)理之一，其在 周?chē)h(huán)境過(guò)酸、過(guò)堿情況下都極易再次溶出；水泥在生產(chǎn)和使用過(guò)程中會(huì)釋放大量的二氧 化碳（C02)氣體，其占全世界總排放量的5%左右，這無(wú)疑對(duì)環(huán)境造成極大危害；此外復(fù)雜 環(huán)境如干旱、降雨，季節(jié)與晝夜溫差，酸性二氧化碳（C02)侵蝕等均會(huì)引起的修復(fù)土體強(qiáng)度 驟降低以及污染物的二次溶出；此外吸附性材料活性炭及有機(jī)膨潤(rùn)土的生產(chǎn)成本較高，其 中活性炭制備過(guò)程需要消耗大量能源及珍貴木質(zhì)資源，而有機(jī)膨潤(rùn)土制備過(guò)程復(fù)雜，其采 用的改性劑季銨鹽本身亦是一種高毒性的環(huán)境污染物。
[0004] 綜上所述，傳統(tǒng)固化劑對(duì)土中的有機(jī)污染物固化穩(wěn)定效果不佳，同時(shí)處理高濃度 重金屬污染物的效果較差，因而不適用于重金屬及有機(jī)污染物復(fù)合污染場(chǎng)地，尤其是高濃 度重金屬及有機(jī)污染物復(fù)合污染場(chǎng)地。針對(duì)現(xiàn)有固化劑修復(fù)重金屬及有機(jī)物復(fù)合污染土具 有的上述缺陷，尋找一種能固化穩(wěn)定重金屬，同時(shí)吸附并能分解有機(jī)污染物，固化效率高， 成本低廉，性能穩(wěn)定，材料來(lái)源廣泛且環(huán)境友好的新型固化劑成為業(yè)內(nèi)人士日益關(guān)注的焦 點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種重金屬及有機(jī)物復(fù)合污染土 用的固化劑，該固化劑能夠顯著降低污染土中重金屬的浸出毒性，高效吸附并分解有機(jī)污 染物，尤其適用于重金屬及有機(jī)污染物含量較高（總含量大于l〇〇〇〇mg/kg)且污染物種類(lèi) 較多的場(chǎng)地土，污染土修復(fù)后可作為環(huán)境友好型材料資源化利用；同時(shí)，還提供該固化劑的 制備和應(yīng)用方法，使得該固化劑成本低廉，制備、使用方便，可大規(guī)模推廣應(yīng)用于復(fù)合污染 場(chǎng)地的固化穩(wěn)定化修復(fù)中，并實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢料的資源化利用。
[0006] 技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種重金屬及有機(jī)物復(fù)合污染土用的固化劑，所述的固化劑按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，包括 以下組分：
[0008] 電石渣粉體：12~27%;
[0009] 過(guò)磷酸鈣粉體：40~64%;
[0010] 負(fù)載過(guò)碳酸鈉的生物炭粉體：20~40%。
[0011] 作為優(yōu)選例，所述的負(fù)載過(guò)碳酸鈉的生物炭粉體通過(guò)以下方法制成：首先用工業(yè) 級(jí)碳酸鈉制備飽和碳酸鈉溶液，將生物炭研磨并過(guò)〇. 1mm篩，得到生物炭粉，然后將得到的 生物炭粉浸漬到飽和碳酸鈉溶液中，生物炭與飽和碳酸鈉溶液中溶質(zhì)碳酸鈉的質(zhì)量比為 6:1，攪拌10~15min至混合物均勾，將得到的混合物烘干并過(guò)0. 1mm篩，得到生物炭和碳 酸鈉的粉體混合物；將制備得到的粉體混合物置于流動(dòng)床上，通入熱空氣吹沸，并在其上連 續(xù)噴灑工業(yè)級(jí)純過(guò)氧化氫溶液，反應(yīng)完成后，將混合物研磨并過(guò)〇. 1_篩，制備得到負(fù)載過(guò) 碳酸鈉的生物炭粉體。
[0012] 作為優(yōu)選例，所述的生物炭粉由農(nóng)作物廢料或動(dòng)物糞便在缺氧條件下，且在 300~700 °C高溫環(huán)境下裂解而成。
[0013] -種重金屬及有機(jī)物復(fù)合污染土用的固化劑的制備方法，該制備方法包括以下步 驟：將電石渣粉體、過(guò)磷酸鈣粉體以及負(fù)載過(guò)碳酸鈉的生物炭粉體混合，其中各組分的重量 百分比為：電石渣粉體12~27%、過(guò)磷酸鈣粉體40~64%、負(fù)載過(guò)碳酸鈉的生物炭粉體 20~40%，干法攪拌10~15min，使混合均勾，制備得到固化劑。
[0014] 作為優(yōu)選例，所述的電石渣粉體由以下方法制備而成：將工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的 廢電石渣經(jīng)堆放蒸發(fā)和脫水得到含水率為30~50 %的電石渣塊體，再將電石渣塊體切割 成電石渣粒體，使電石渣粒體直徑小于2mm，并將電石渣粒體堆置于底部帶孔的金屬托盤(pán) 內(nèi)，再將托盤(pán)及位于托盤(pán)內(nèi)的電石渣粒體置于溫度為100~450°C的烘箱內(nèi)，并通入溫度為 100~250°C的氣流，使電石渣粒體最終含水率小于2 %，磨細(xì)并過(guò)0. 075mm篩，得到電石渣 粉體。
[0015] 作為優(yōu)選例，所述的過(guò)磷酸鈣粉體由以下方法制備而成：將農(nóng)業(yè)級(jí)磷肥過(guò)磷酸 鈣放置于烘箱內(nèi)，通入溫度為1〇〇~250°c的氣流烘干，使其含水率小于2%，磨細(xì)并過(guò) 0. 075mm篩，得到過(guò)磷酸鈣粉體。
[0016] 作為優(yōu)選例，所述的負(fù)載過(guò)碳酸鈉的生物炭粉體由以下方法制備而成：首先用工 業(yè)級(jí)碳酸鈉制備飽和碳酸鈉溶液，將生物炭研磨并過(guò)〇. 1mm篩，得到生物炭粉，然后將得到 的生物炭粉浸漬到飽和碳酸鈉溶液中，生物炭與飽和碳酸鈉溶液中溶質(zhì)碳酸鈉的質(zhì)量比為 6:1，攪拌10~15min至混合物均勾，將得到的混合物烘干并過(guò)0. 1mm篩，得到生物炭和碳 酸鈉的粉體混合物；將制備得到的粉體混合物置于流動(dòng)床上，通入熱空氣吹沸，并在其上連 續(xù)噴灑工業(yè)級(jí)純過(guò)氧化氫溶液，反應(yīng)完成后，將混合物研磨并過(guò)〇. 1_篩，制備得到負(fù)載過(guò) 碳酸鈉的生物炭粉體。
[0017] -種重金屬及有機(jī)物復(fù)合污染土用的固化劑的應(yīng)用方法，將該固化劑與重金屬及 有機(jī)物復(fù)合污染土進(jìn)行混合攪拌，且固化劑的摻量為：固化劑質(zhì)量為重金屬及有機(jī)物復(fù)合 污染土干重質(zhì)量的4~10%，控制固化后的污染土含水率在18~25%之間。
[0018] 作為優(yōu)選例，所述的固化劑按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，包括以下組分：
[0019] 電石渣粉體：12~27% ;
[0020] 過(guò)磷酸鈣粉體：40~64% ;
[0021] 負(fù)載過(guò)碳酸鈉的生物炭粉體：20~40%。
[0022] 作為優(yōu)選例，所述的重金屬及有機(jī)物復(fù)合污染土小于0.075mm顆粒含量大于 60%，且土壤中重金屬鉛含量大于2000mg/kg，重金屬鋅含量大于3000mg/kg，重金屬錦含 量大于200mg/kg，總有機(jī)污染物濃度大于200mg/kg。
[0023] 有益效果：與傳統(tǒng)重金屬及有機(jī)物復(fù)合污染土固化劑相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具 有以下有益效果：
[0024] (1)重金屬固化效果佳。傳統(tǒng)固化劑對(duì)污染土中的重金屬的主要固化機(jī)理之一是 生成重金屬氫氧化物沉淀，其在周?chē)h(huán)境過(guò)酸或過(guò)堿時(shí)均易產(chǎn)生二次溶出。而本發(fā)明的固 化劑中電石渣與過(guò)磷酸鈣的主要成分分別為Ca(0H) 2和Ca(Η2P04) 2，其在水溶液環(huán)境下發(fā)生 酸堿反應(yīng)，生成大量羥基磷灰石晶體。羥基磷灰石能夠高效吸附絡(luò)合Zn、Cd、Pb等