一種用於治理重金屬汙染土壤的聯合穩定礦化修復劑及其使用方法
2023-05-22 10:52:41
一種用於治理重金屬汙染土壤的聯合穩定礦化修復劑及其使用方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於治理重金屬汙染土壤的聯合穩定礦化修復劑及其使用方法，其包括：用於與重金屬反應形成不溶性化合物的化學結合劑、具有電性中和或吸附與架橋作用的凝聚劑以及具有表面複合和包覆作用的凝硬材料；所述化學結合劑、凝聚劑和凝硬材料共同形成對所述重金屬離子穩定和/或固化的協同效應。在滿足固化產物浸出液達到國家標準的前提下，按照本發明的用於治理重金屬汙染土壤的聯合穩定礦化修復劑的組份和添加工藝順序，其所需的成份的劑量最少，成本最低，且固化產物增容比最小，避免對環境造成二次汙染，使用方法操作簡便，可廣泛應用於重金屬汙染廢渣、土壤、河湖底泥、焚燒爐飛灰等環境的處理中。
【專利說明】一種用於治理重金屬汙染土壤的聯合穩定礦化修復劑及其 使用方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及環保【技術領域】，特別涉及一種用於治理重金屬汙染土壤的聯合穩定礦 化修復劑。此外，本發明還涉及一種用於治理重金屬汙染土壤的聯合穩定礦化修復劑的使 用方法。
【背景技術】
[0002] 目前，我國用於重金屬廢物處理的常用穩定化技術有：水泥穩定化/固化，石灰穩 定化和粉煤灰穩定化等。但是，對於常規的穩定化技術，存在一些不可忽視的問題，很多研 究都證明了穩定化技術穩定廢物成分的主要機理是廢物和凝結劑間的化學鍵合力、凝結劑 對廢物的物理包容及凝結劑水合產物對廢物的吸附作用。然而，確切的包容機理和對固化 體在不同化學環境中的長期行為的認識還很不夠，特別是包容機理，當包容體破裂後，危險 成分會重新進入環境造成不可預見的影響。
[0003] 同時，常規的沉澱技術如氫氧化物沉澱、硫化物沉澱等，隨處理對象pH值的變化 影響顯著，當穩定化產物的pH值升高或降低時，沉澱的重金屬都會再度浸出，不適合於重 金屬廢物的長期穩定化處理。另外，固化體的增容率現象也會進一步影響常規的穩定化技 術在我國重金屬廢物處理中的應用。因此，結合我國實際情況，開展重金屬廢物處理處置穩 定化新【技術領域】的研究將更具實用價值。
【發明內容】
[0004] 針對現有技術存在的問題，本發明旨在提供一種用於治理重金屬汙染土壤的聯合 穩定礦化修復劑及其使用方法，以解決現有技術不能適用於重金屬廢物的長期穩定化處 理、固化體的增容率大以及容易對環境造成二次汙染的技術問題。
[0005] 本發明提供一種用於治理重金屬汙染土壤的聯合穩定礦化修復劑，包括：用於與 重金屬反應形成不溶性化合物的化學結合劑、具有電性中和或吸附與架橋作用的凝聚劑以 及具有表面複合和包覆作用的凝硬材料，其中：所述化學結合劑為磷酸、磷酸氫二銨、磷酸 二氫鉀、磷酸二氫鈣、三元過磷酸鈣、磷酸氫二鈉中的一種或幾種形成的複合溶液；所述凝 聚劑為陰離子型聚合物、中性聚合物、多元聚合氯化鋁其中一種或幾種形成的複合溶液；所 述凝硬材料為波特蘭水泥、粉煤灰、氧化鈣、氧化鎂、硅藻土、高嶺土、羥基磷石灰中的單一 組分或多種形成的混合物；所述化學結合劑、凝聚劑和凝硬材料共同形成對所述重金屬離 子穩定和/或固化的協同效應。
[0006] 優選地，所述凝聚劑為聚丙烯醯胺水溶液，所述聚丙烯醯胺水溶液將溶解性重金 屬離子和不溶性化合物聚集、凝結成粒狀結構。
[0007] 優選地，所述用於治理重金屬汙染土壤的聯合穩定礦化修復劑還包括添加劑，所 述添加劑為用於調節所述廢料PH值的酸溶液或鹼溶液。
[0008] 基於同一個發明構思，本發明還涉及一種用於治理重金屬汙染土壤的聯合穩定礦 化修復劑的使用方法，依次包括如下步驟：
[0009] 步驟S10 :待處理的廢料經過鄂式破碎機或錘式破碎機進行破碎處理，破碎成粒 徑小於10_的顆粒，加水混合，攪拌均勻；步驟S20 :在所述步驟S10處理後的混合物中加 入化學結合劑，使用強制式攪拌機攪拌均勻，攪拌時間為3-5min ;
[0010] 步驟S30 :在所述步驟S20處理後的混合物中加入凝聚劑，攪拌3-5min ;
[0011] 步驟S40 :在所述步驟S30處理後的混合物中加入凝硬材料，攪拌3-5min ;
[0012] 步驟S50 :所述步驟S40處理後的混合物出料後蓋篷布養護，避免混合物未完全固 化前被雨水衝洗浸出重金屬，形成二次汙染。
[0013] 優選地，所述步驟S10中添加用於調節所述廢料PH值的添加劑，所述化學結合劑、 凝聚劑添加時均調配成水溶液，所述凝硬材料直接添加使用。
[0014] 優選地，所述步驟S50的混合物含水率控制在50%以內；所述養護氣溫控制在 15°C及以上時，時間控制在48?72小時內；所述養護氣溫低於15°C時，時間延長至7?14 天。
[0015] 基於上述技術方案的公開，本發明提供的所述用於治理重金屬汙染土壤的聯合穩 定礦化修復劑及其使用方法，在滿足固化產物浸出液達到國家標準的前提下，按照本發明 的用於治理重金屬汙染土壤的聯合穩定礦化修復劑的組份和添加工藝順序，其所需的成份 的劑量最少，成本最低，且固化產物增容比最小，避免對環境造成二次汙染，使用方法操作 簡便，可廣泛應用於重金屬汙染廢渣、土壤、河湖底泥、焚燒爐飛灰等環境的處理中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發明提出的一種用於治理重金屬汙染土壤的聯合穩定礦化修復劑的使 用方法流程示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 下面結合附圖並通過【具體實施方式】來進一步說明本發明的技術方案：
[0018] 本發明提供一種用於治理重金屬汙染土壤的聯合穩定礦化修復劑，包括：用於與 重金屬反應形成不溶性化合物的化學結合劑、具有電性中和或吸附與架橋作用的凝聚劑以 及具有表面複合和包覆作用的凝硬材料，其中：化學結合劑為磷酸、磷酸氫二銨、磷酸二氫 鉀、磷酸二氫鈣、三元過磷酸鈣、磷酸氫二鈉中的一種或幾種形成的複合溶液；凝聚劑為陰 離子型聚合物、中性聚合物、多元聚合氯化鋁其中一種或幾種形成的複合溶液；凝硬材料為 波特蘭水泥、粉煤灰、氧化鈣、氧化鎂、硅藻土、高嶺土、羥基磷石灰中的單一組分或多種形 成的混合物；化學結合劑、凝聚劑和凝硬材料共同形成對所述重金屬離子穩定和/或固化 的協同效應。
[0019] 需要說明的是，本發明的用於治理重金屬汙染土壤的聯合穩定礦化修復劑可應用 於重金屬汙染廢渣、土壤、河湖底泥、焚燒爐飛灰等的處理中。
[0020] 本發明的化學結合劑的作用機理是，以上化學物質在溶液中分解為磷酸根，磷酸 根廢料中之重金屬（尤其是鉛離子）緊密鍵結成為不溶性之化合物，其解離度比一般其它 型之結合劑或螯合劑所產生之解離度更低。常用硫、羥基與重金屬產生化合物Ksp值：
[0021] Pb2++S2- - PbS(s)Ksp = ΚΓ28
[0022] Cd2++S2- - CdS(s)Ksp = ΚΓ26.1
[0023] Pb2++0!T - Pb (OH) 2 (s) Ksp = 1 (Γ19·8
[0024] CcT+Or - Cd (OH) 2 (s) Ksp = 1 (Γ14.1
[0025] 本發明所用磷酸類與重金屬產生化合物Ksp值。
[0026] 5Pb2++3P043>0!T - Pb5 (P04) 30H(s)Ksp = ΚΓ54·2
[0027] 3Pb2++2P0 廣-Pb3 (P04) 2 (s) Ksp = 1 (Γ42·1
[0028] 3CcT+2P0 廣-Cd3 (P04) 2 (s) Ksp = 1 (Γ32·6
[0029] 本發明的凝聚劑的作用機理為：凝聚劑通過電性中和或吸附與架橋作用，有效令 溶解性金屬離子及不溶性之結合物聚集凝結成粒狀，避免溶解性金屬離子及未結晶或凝結 之化合物在固化後再次浸出，以達到預期之標準。
[0030] 本發明的凝硬材料的作用機理為：凝硬材料使結合物被廢料及凝硬材料包覆，形 成緊密、透水性低之穩定物或固化物，提供結合物持續穩定鍵結結合之內在環境，且可以抵 抗外在不良環境之侵蝕，降低重金屬溶出之機會。
[0031] 上述協同效應的原理為：運用物理或化學的方法將廢料、土壤中的有毒重金屬固 定起來，或者將有毒重金屬轉化成化學性質不活潑的形態，阻止其在環境中遷移、擴散等過 程，從而降低重金屬的毒害程度，其處理時間短、適用範圍較廣。本發明的用於治理重金屬 汙染土壤的聯合穩定礦化修復劑將化學結合劑、凝聚劑及凝硬材料三種物料按一定的工藝 加入含重金屬（鉛、鎘、砷或汞）的廢料、廢渣、廢土或土壤中，通過化學沉澱、化學吸附、電 性中和、架橋、物理吸附、化學合併、表面複合及包覆的聯合作用，形成對重金屬離子穩定和 /或固化的協同效應，且增容比小，達到傳統混合組份使用時無法達到的有益效果。
[0032] 優選地，凝聚劑為聚丙烯醯胺水溶液，所述聚丙烯醯胺水溶液將溶解性重金屬離 子和不溶性化合物聚集、凝結成粒狀結構。在本發明的一個具體實施例中，凝硬材料選用波 特蘭水泥時，應用在主要含鉛、鎘等重金屬浸出汙染物超標時，在滿足國家浸出標準的前提 下，能有效降低化學結合劑、凝硬材料的用量，避免了穩定化/固化技術常見增容比過大的 不利因素。
[0033] 優選地，本發明的用於治理重金屬汙染土壤的聯合穩定礦化修復劑還包括添加 齊U，所述添加劑為用於調節所述廢料PH值的酸溶液或鹼溶液，以達到最優化的化學穩定和 凝硬包裹效應，減少化學結合劑和凝硬材料的使用量。
[0034] 基於同一個發明構思，本發明還提供了一種用於治理重金屬汙染土壤的聯合穩定 礦化修復劑的使用方法，其特徵在於，依次包括如下步驟：
[0035] 步驟S10 :待處理的廢料經過鄂式破碎機或錘式破碎機進行破碎處理，破碎成粒 徑小於10mm的顆粒，加水混合，攪拌均勻；
[0036] 步驟S20 :在所述步驟S10處理後的混合物中加入化學結合劑，使用強制式攪拌機 攪拌均勻，攪拌時間為3-5min ;
[0037] 步驟S30 :在所述步驟S20處理後的混合物中加入凝聚劑，攪拌3_5min ;
[0038] 步驟S40 :在所述步驟S30處理後的混合物中加入凝硬材料，攪拌3_5min ;
[0039] 步驟S50 :所述步驟S40處理後的混合物出料後蓋篷布養護，避免混合物未完全固 化前被雨水衝洗浸出重金屬，形成二次汙染。
[0040] 步驟S10中添加用於調節所述廢料PH值的添加劑，所述化學結合劑、凝聚劑添加 時均調配成水溶液，所述凝硬材料直接添加使用。
[0041] 步驟S50的混合物含水率控制在50%以內；所述養護氣溫控制在15°C及以上時， 時間控制在48?72小時內；所述養護氣溫低於15°C時，時間延長至7?14天。
[0042] 本發明的一種用於治理重金屬汙染土壤的聯合穩定礦化修復劑，其使用時，操作 人員需按步驟S10至步驟S50依次進行。
[0043] 具體地，下面用具體的實驗數據來說明本發明的一種用於治理重金屬汙染土壤的 聯合穩定礦化修復劑及其使用方法的有益效果：
[0044] 實驗準備：選取待處理的汙染土壤樣品：XQ9-7-3,其含As、Pb和Cu等重金屬的總 量和浸出數據參見表1 :
[0045] 表 1
[0046]
【權利要求】
1. 一種用於治理重金屬汙染土壤的聯合穩定礦化修復劑，用於處理廢料中的有毒重金 屬，其特徵在於，包括：用於與重金屬反應形成不溶性化合物的化學結合劑、具有電性中和 或吸附與架橋作用的凝聚劑以及具有表面複合和包覆作用的凝硬材料，其中： 所述化學結合劑為磷酸、磷酸氫二銨、磷酸二氫鉀、磷酸二氫鈣、三元過磷酸鈣、磷酸氫 二鈉中的一種或幾種形成的複合溶液； 所述凝聚劑為陰離子型聚合物、中性聚合物、多元聚合氯化鋁其中一種或幾種形成的 複合溶液； 所述凝硬材料為波特蘭水泥、粉煤灰、氧化鈣、氧化鎂、硅藻土、高嶺土、羥基磷石灰中 的單一組分或多種形成的混合物； 所述化學結合劑、凝聚劑和凝硬材料共同形成對所述重金屬離子穩定和/或固化的協 同效應。
2. 根據權利要求1所述的一種用於治理重金屬汙染土壤的聯合穩定礦化修復劑，其特 徵在於，所述凝聚劑為聚丙烯醯胺水溶液，所述聚丙烯醯胺水溶液將溶解性重金屬離子和 不溶性化合物聚集、凝結成粒狀結構。
3. 根據權利要求1所述的一種用於治理重金屬汙染土壤的聯合穩定礦化修復劑，其特 徵在於，還包括添加劑，所述添加劑為用於調節所述廢料PH值的酸溶液或鹼溶液。
4. 一種用於治理重金屬汙染土壤的聯合穩定礦化修復劑的使用方法，其特徵在於，依 次包括如下步驟： 步驟S10 :待處理的廢料經過鄂式破碎機或錘式破碎機進行破碎處理，破碎成粒徑小 於10mm的顆粒，加水混合，攪拌均勻； 步驟S20 :在所述步驟S10處理後的混合物中加入化學結合劑，使用強制式攪拌機攪拌 均勻，攪拌時間為3-5min ; 步驟S30 :在所述步驟S20處理後的混合物中加入凝聚劑，攪拌3-5min ; 步驟S40 :在所述步驟S30處理後的混合物中加入凝硬材料，攪拌3-5min ; 步驟S50 :所述步驟S40處理後的混合物出料後蓋篷布養護，避免混合物未完全固化前 被雨水衝洗浸出重金屬，形成二次汙染。
5. 根據權利要求4所述的一種用於治理重金屬汙染土壤的聯合穩定礦化修復劑的使 用方法，其特徵在於，所述步驟S10中添加用於調節所述廢料PH值的添加劑，所述化學結合 齊?、凝聚劑添加時均調配成水溶液，所述凝硬材料直接添加使用。
6. 根據權利要求4所述的一種用於治理重金屬汙染土壤的聯合穩定礦化修復劑的使 用方法，其特徵在於，所述步驟S50的混合物含水率控制在50%以內；所述養護氣溫控制在 15°C及以上時，時間控制在48?72小時內；所述養護氣溫低於15°C時，時間延長至7?14 天。
【文檔編號】C09K17/40GK104059673SQ201410293524
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月25日 優先權日:2014年6月25日
【發明者】成一知, 羅文連, 蔣燚 申請人:湖南新九方科技有限公司