一種減少有害重金屬組分溶出的方法

2023-09-13 12:28:20 2

專利名稱：一種減少有害重金屬組分溶出的方法
技術領域：
本發明涉及環境保護領域，具體涉及一種減少有害重金屬汙染環境的方法，用 以對含重金屬的廢液或固態廢棄物進行處理。
背景技術：
重金屬離子汙染環境是一個涉及眾多行業領域的重大問題。天燃氣工業、煤氣 工業及工業廢棄物等均存在有害重金屬溶出汙染水環境的問題。這些可溶的有害重 金屬主要以氫氧陰離子的方式在水環境中進行遷移。這會嚴重影響周圍的環境和人 體健康。為此，我國的地下水質量標準中嚴格限制了其在水環境中的最大溶出量。
目前，國內外降低液態廢棄物中有害重金屬組分含量和抑制固態廢棄物中有害 組分溶出的方法很多，主要技術有(1)基於吸附原理，採用活性炭作為吸附劑對 液態廢棄物中有害重金屬組分進行處理。然由於活性炭生產成本較高，該法的實際 應用受到很大的限制；採用經汽爆處理的秸稈吸附材料吸附液態廢棄物中的重金屬 組分。該法在實施過程中，需對汽爆秸稈進行浸泡、乾燥、粉碎處理，製備工藝稍 有複雜，目前仍未達到實際應用階段；(2)化學沉澱法能快速去除液態廢棄物中的 有害重金屬離子，但往往在沉澱過程中加入試劑量較大，易對環境產生二次汙染；
(3) 離子交換法，在一定條件下處理效果較好，但離子交換樹脂價格高，選擇交換 性能不佳，在處理成分複雜的液態廢棄物時存在操作複雜，成本相對偏高的問題；
(4) 生化法，即培養能吸附重金屬的細菌。該法需對廢水的pH值及水溫等條件進 行嚴格的限制，這較大的限制其廣泛的應用，另外成本較高也是一個制約因素;(5) 利用工業、農業的副產物對有害組分進行固化處理。具體有採用農業副產品稻殼灰 固化環境有害組分。即在含重金屬元素的液態或固態廢棄物中加入一定比例的稻殼 灰，進行攪拌、靜置或成型處理。該法操作簡便易行，使液態和固態廢棄物中鎘、 鉛離子的溶出量大幅減小。但該法僅針對鎘、鉛兩種有害重金屬組分，未對其它重 金屬組分進行分析研究；採用工業副產物高爐礦渣減少六價鉻離子的汙染。該法利 用細磨後高鋁礦渣的還原性、吸附性和化學活性，將有毒六價鉻離子還原成低價無 毒的鉻離子並固化起來，具有效率高、利用廢棄資源、無副作用的優點。不足的是， 其研究僅針對六價鉻離子；(6)基於鈣礬石沉澱法處理含鉻廢水，具體是讓含鉻的廢水流經由石膏、鹼性鋁酸鈣組成的處理劑(主要利用生成的氫氧鈣鋁化合物和鈣
礬石)，以去除廢水中的鉻。同類專利U.S.Pat.Nos.4,671,897/5,202,062。該類方法 現時效果較好，但富集有重金屬的沉澱物易出現長期穩定性差、後期重金屬組分滲 漏等問題。綜合上述，目前的處理利用技術主要存在如下問題(1)處理成本高、 工藝複雜，難以應用推廣，例如生化法培養細菌耗資較大；(2)易對環境產生二次 汙染；(3)長期穩定性差，即在某些環境條件下，被還原成低價的有害組分又還原 成高價的原組分(例如，六價鉻離子)，造成危害性反彈。

發明內容
本發明旨在克服上述現有技術存在的缺陷，提供一種減少有害重金屬汙染環境 的方法。
本發明採用水化硫鋁酸鈣來固化液態和固態廢棄物中的有害重金屬組分(例如， 砷、硒、鉻、鎘、鉛、硼等)。通過向廢液或廢棄物焚燒灰中加入處理劑進行處理 使其形成合成水化硫鋁酸鈣，'所述處理劑主要為新鮮氧化鈣和硫酸鋁。本發明中，對於含有害重金屬組分的液態廢棄物，本發明的處理步驟如下(1) 在含重金屬組分的液態廢棄物中首先加入用於合成水化硫鋁酸鈣的鈣基材 料，充分混合攪拌均勻；而後緩慢加入合成水化硫鋁酸鈣所需的硫鋁基材料；(2) 將上述混合溶液攪拌4 6小時，靜置12 24小時；(3) 將上述振蕩後的溶液進行過濾，除去沉澱，檢測濾液中重金屬含量達標後 即可排放。富集有重金屬的沉澱物另外妥善堆放。其中，加入處理劑過程中溶液中的pH值始終控制在ll 13之間。加入的氧化 鈣和硫酸鋁的摩爾比為l: 5 8。攪拌4 6小時，靜置12 24小時。
本發明中，對於含有害重金屬組分的固態廢棄物，本發明的處理步驟如下在含有害重金屬組分的固體廢棄材料(例如，垃圾焚燒灰)中，按其質量百 分比先後加入一定量的形成水化硫鋁酸f5的原料(,丐基材料和硫鋁基材料)和 5 20wt。/。的勃氏比表面積為15000 20000m"kg的矽灰，加水攪拌並注模搗實成型； 待硬化後脫模，在密封條件下養護28天，即可使硬化體中六價鉻離子的溶出量大 幅減小；經該處理後的固體廢棄物可用於普通堆放或作為其它產品的原料。其中，所述矽灰的勃氏比表面積為15000~20000m2/kg。在固體廢物中氧化然加 入量為0.2 0.4wt%，硫酸鋁加入量為0. 15 0. 3wt%。以上本發明方法適於處理的重金屬有砷、硒、鉻、鎘、鉛、硼等，不僅可以單 一處理，同時還可以混合處理。採用上述技術方案，經試驗驗證，用本發明方法處理後的廢液或固態廢棄物,
其有害重金屬組分的溶出量可減少90%左右。本發明方法中產生的水化硫鋁酸鈣 在較高pH條件下具有極低的可溶性，本身抗滲透性較高，可以避免由長期穩定性 差及後期重金屬組分滲漏產生的二次汙染問題。另外，整個處理過程實施簡便易行， 處理效果顯著。
具體實施例方式
本發明提供了一種有效減少有害重金屬汙染環境的方法。是採用水化硫鋁酸鈣 吸收有害液態廢棄物中的重金屬組分(例如，砷、硒、鉻、鎘、鉛、硼等)，和將 水化硫鋁酸鈣與矽灰並用，以有效降低廢水、汙水中重金屬組分的濃度，極大的抑 制含重金屬固態廢棄物中有害重金屬組分的溶出。
本發明在廢液處理中，需通過滴加5M氫氧化鈉溶液以確保整個溶液的pH值 始終控制在11 13之間；另外要確定形成水化硫鋁酸鈣各組分間的最佳配比參數， 本發明中加入的氧化鈣和硫酸鋁的摩爾比優化為1: 5 8。本發明採用的鈣質材料 為由石灰石燒制的新鮮氧化鈣，鋁質材料和硫酸鹽採用硫酸鋁。
以下通過具體實施例詳述本發明。 '
實施例1
待處理廢液砷離子濃度為0.5mg/L的溶液l千克。
處理步驟用石灰石燒制新鮮氧化鈣，取2.5克的氧化鈣加入廢液中，充分 攪拌而形成氫氧化鈣過飽和溶液；而後緩慢將2克硫酸鋁加入到上述水溶液中， 同時滴加5M的氫氧化鈉使混合液的pH控制在11以上，充分攪拌4h，靜置20h。 之後進行液固相的過濾分離，固體物質另外放置，對液體部分中砷的濃度進行測 定。
結果處理後所得溶液中砷的殘留濃度低於0.05mg/L，說明經過處理後該廢 液有害重金屬組分砷溶出減少量達90%。經處理後的廢液可直接排放。
實施例2
待處理廢液硒離子濃度為lmg/L的溶液1千克。
處理步驟用石灰石燒制新鮮氧化鈣，取2.5克的氧化鈣加入廢液中，充分 攪拌而形成氫氧化鈣過飽和溶液；而後緩慢將2克硫酸鋁加入到上述水溶液中， 同時滴加5M的氫氧化鈉使混合液的pH控制在11以上，充分攪拌6h，靜置20h。 之後進行液固相的過濾分離，固體物質另外放置，對液體部分中硒的濃度進行測 定。結果經處理後所得溶液中硒的殘留濃度低於O. lmg/L，說明經過處理後該廢 液有害重金屬組分硒溶出減少量達90%。 實施例3待處理廢液1千克溶液，其中鉻離子濃度為lmg/L，硒離子濃度為lmg/L， 砷離子濃度為0. 5rag/L。處理步驟用石灰石燒制新鮮氧化鈣，取3.8克的氧化鈣加入廢液中，充分 攪拌而形成氫氧化鈣過飽和溶液；而後緩慢將3克硫酸鋁加入到上述水溶液中， 同時滴加5M的氫氧化鈉使混合液的pH控制在11以上，充分攪拌6h，靜置24h。 之後進行液固相的過濾分離，固體物質另外放置，對液體部分中鉻、硒、砷的濃 度分別進行測定。結果經處理後所得溶液中硒的殘留濃度低於0. lmg/L，鉻殘留濃度低於 0. lmg/L，砷殘留濃度低於0.05mg/L，說明經過處理後該廢液中有害重金屬組分溶 出減少量達90%。 實施例4待處理廢棄物某一種工業垃圾焚燒灰1千克，經測其中的可溶性六價鉻含量為2. 35mg/kg，將其與水攪拌製成擴展度為200ran的泥漿硬化體後密封養護，28 天齡期的泥漿硬化體中六價鉻溶出量為0. 145mg/L。處理過程在焚燒灰中依次摻入20克的新鮮氧化鈣、15克的硫酸鋁及50克 勃氏比表面積為15000m7kg的矽灰，混勻，然後在保證相同擴展度的條件下加入 一定量的水攪拌並注模搗實成型，待硬化後脫模，在密封條件下養護28天得到硬 化體。參照GB 5086. 2-1997《固體廢物浸出毒性浸出方法一水平振蕩法》測試標準 檢測硬化體中六價鉻離子的溶出量。結果處理後硬化體中六價鉻離子的溶出量減至0.055mg/L。說明經處理後的 廢棄物中有害重金屬鉻的溶出量減少62%，該處理後的廢物硬化體可普通堆放或 作為其它產品的原料。 實施例5其餘和實施例4相同，只是處理過程中加入40克的新鮮氧化鈣、30克的硫酸 鋁及IOO克勃氏比表面積為18000mVkg的矽灰。結果顯示，處理後硬化體中六價 鉻離子的溶出量減至0. 012mg/L。說明加大處理劑的用量處理效果更顯著。 實施例6其餘和實施例4相同，只是處理過程中加入40克的新鮮氧化鈣、30克的硫酸
鋁及200克勃氏比表面積為20000mVkg的矽灰。結果顯示，處理後硬化體中六價鉻 離子的溶出量減至0. 008mg/L。說明加大矽灰的用量和比表面積處理效果更顯著。
實施例7
待處理廢棄物某一工業垃圾焚燒灰1千克，其中可溶性的鉛含量為 5. 86mg/kg。將其與水攪拌製成擴展度為200mm的泥漿硬化體後密封養護，28天齡 期的泥漿硬化體中鉛的溶出量為1.74mg/L。
處理過程在焚燒灰中依次摻入20克的新鮮氧化鈣、15克的硫酸鋁及50克 勃氏比表面積為20000mVkg的矽灰，混勻，然後在保證相同擴展度的條件下加入 一定量的水攪拌並注模搗實成型，待硬化後脫模，在密封條件下養護28天得到硬 化體。參照GB 5086. 2-1997《固體廢物浸出毒性浸出方法一水平振蕩法》測試標準 檢測硬化體中鉛的溶出量。
結果處理後硬化體中鉛的溶出量減至0.35mg/L。說明經處理後的廢棄物中 有害重金屬鉛的溶出量減少80%，該處理後的廢物硬化體可普通堆放或作為其它 產品的原料。 實施例8
待處理廢棄物幾種工業垃圾焚燒灰1千克，其中可溶性重金屬鎘的含量為 3. 25mg/kg，可溶性六價鉻的含量為2. 42 mg/kg。將其與水攪拌製成擴展度為200mm 的泥漿硬化體後密封養護，28天齡期的泥漿硬化體中鎘的溶出量為0.53mg/L，六 價鉻離子的溶出量為0. 16mg/L。
處理過程在該焚燒灰中依次摻入40克的新鮮氧化鈣、30克的硫酸鋁及300 克勃氏比表面積為20000m7kg的矽灰，混勻，然後在保證相同擴展度的條件下加 入一定量的水攪拌並注模搗實成型，待硬化後脫模，在密封條件下養護28天得到 硬化體。參照GB 5086. 2-1997《固體廢物浸出毒性浸出方法一水平振蕩法》測試標 準檢測硬化體中鎘和鉻的溶出量。
結果處理後硬化體中鎘的溶出量減至0. 01mg/L，六價鉻的溶出量減至0. 068 mg/L。該處理後的廢物硬化體可普通堆放或作為其它產品的原料。
權利要求
1、一種減少有害重金屬汙染環境的方法，其特徵在於，對含有有害重金屬的廢液或廢棄物加入處理劑進行處理使其形成合成水化硫鋁酸鈣，所述處理劑主要為新鮮氧化鈣和硫酸鋁。
2、 根據權利要求1所述的減少有害重金屬汙染環境的方法，其特徵在於，對含 有有害重金屬的廢液進行處理，將氧化鈣加入到廢液中形成氫氧化鈣過飽和溶液， 而後緩慢加入硫酸鋁，攪拌，靜置，固液分離後得到經處理後的廢液。
3、 根據權利要求2所述的減少有害重金屬汙染環境的方法，其特徵在於，加入 處理劑過程中溶液中的pH值始終控制在11 13之間。
4、 根據權利要求2或3所述的減少有害重金屬汙染環境的方法，其特徵在於， 加入的氧化鈣和硫酸鋁的摩爾比為1: 5 8。
5、 根據權利要求2或3或4所述的減少有害重金屬汙染環境的方法，其特徵在 於，攪拌4 6小時，靜置12 24小時。
6、 根據權利要求1所述減少有害重金屬汙染環境的方法，其特徵在於，對含有 有害重金屬的固體廢棄物進行處理，所述處理劑為氧化鈣、硫酸鋁和矽灰，將處理 劑依次加入固體廢棄物的焚燒灰中加水攪拌並注模搗實成型，待硬化後脫模，在 密封條件下養護28天得到經處理後的廢物硬化體。
7、 根據權利要求6所述減少有害重金屬汙染環境的方法，其特徵在於，所述矽 灰的勃氏比表面積為15000~20000m2/kg。
8、 根據權利要求6或7所述減少有害重金屬汙染環境的方法，其特徵在於，在 固體廢物中氧化鈣加入量為0.2 0.4wt%，硫酸鋁加入量為0. 15 0. 3wt%，矽灰加 入量為5~20wt%。
9、 根據前述任一權利要求所述減少有害重金屬汙染環境的方法，其特徵在於， 所述重金屬為砷、硒、鉻、鎘、鉛、硼中的任一種或多種。
全文摘要
本發明為一種減少有害重金屬汙染環境的方法，涉及廢液和廢物中有害重金屬的處理，採用水化硫鋁酸鈣固化液態和固態廢棄物中的有害重金屬組分。本發明將製備水化硫鋁酸鈣的原料新鮮氧化鈣和硫酸鋁及矽灰分別摻入到含有重金屬組分的液態和固態廢棄物焚燒灰中，有效的固化和抑制了有害重金屬的溶出，經過處理後有害重金屬組分溶出減少量達90％，具有實施簡便易行，處理效果顯著及不易產生二次汙染的特點。
文檔編號A62D3/33GK101337732SQ20081011858
公開日2009年1月7日 申請日期2008年8月19日 優先權日2008年8月19日
發明者葉家元, 張建波, 張文生, 淵 王, 王宏霞 申請人:中國建築材料科學研究總院