一種污染土壤重金屬固化劑及使用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種污染土壤重金屬固化劑及使用方法，按占膨潤(rùn)土的重量百分比計(jì)，在膨潤(rùn)土中添加下述三種成分：硅藻土10%-50%，海泡石10%-50%，磷礦粉4-20%。利用該固化劑處理污染土壤時(shí)，按所述固化劑與重金屬污染土壤為1-3:100（重量比）進(jìn)行充分混合，再加入所述混合料30-50%（重量比）的水，充分?jǐn)嚢杌旌稀１景l(fā)明污染土壤重金屬固化劑全部以天然礦物為原材料，無二次污染，在固化重金屬的同時(shí)能有效提高土壤肥效，解決了現(xiàn)有化學(xué)修復(fù)方法顯著改變土壤pH值及引起土壤板結(jié)的技術(shù)問題。
【專利說明】一種污染土壤重金屬固化劑及使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境工程【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種污染土壤重金屬固化劑及使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]重金屬一般是指比重在5.0g/cm3以上的約45種元素。在環(huán)境污染研究中的重金屬主要是指Pb、Cd、Hg、Cr以及類金屬As等生物毒性顯著的元素，還包括具有一定毒性的重金屬Zn、Cu、Co、Ni和Sn等元素。近幾年國(guó)內(nèi)先后發(fā)生的鎘米事件，引起黨和國(guó)家高度關(guān)注。2011年2月18號(hào)，《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》獲得國(guó)務(wù)院正式批復(fù)，成為首個(gè)獲批的“十二五”規(guī)劃，按照該規(guī)劃要求，未來5年，中央財(cái)政將投入約750億元的專項(xiàng)資金，綜合防治重金屬污染。
[0003]土壤重金屬污染是指人類活動(dòng)將重金屬輸入土壤中，引起土壤重金屬含量明顯高于背景含量，并造成生態(tài)環(huán)境質(zhì)量惡化的現(xiàn)象。目前重金屬污染土壤修復(fù)方法主要有以下幾種:
第一是客(換)土法 :將表土部分或全部移走后換上新的非污染土壤，或在被污染的土壤表層覆蓋非污染土壤或混勻，使污染物濃度降低或減少污染物與植物根系的接觸，達(dá)到減輕危害的目的。這種方法工程量大、投資費(fèi)用高，易破壞土體結(jié)構(gòu)，且換出的污土需妥善處理，不適用于大面積污染土壤的治理。
[0004]第二是電動(dòng)力修復(fù):在污染土壤兩端插上電極，接通電源后，土壤中的帶電粒子向極性不同的電極上移動(dòng)，然后通過工程措施將電極收集起來進(jìn)行處理，以達(dá)到清除污染土壤中重金屬的目的。這種方法由于實(shí)際污染的土壤面積一般較大而電流作用距離太小，因此難以推廣,且操作成本太高。
[0005]第三是植物修復(fù):主要通過超富集植物吸收土壤中重金屬，將重金屬轉(zhuǎn)移到植物地上部分，然后將富集重金屬的植物地上部分收割，焚燒后回收重金屬，達(dá)到修復(fù)污染的目的。這種方法受環(huán)境條件和病蟲害影響較大，且受植物栽培和生長(zhǎng)的限制，周期較長(zhǎng)，修復(fù)效率較低。
[0006]第四是化學(xué)淋洗法:采用特定的化學(xué)試劑將污染土壤中的重金屬淋洗出來，然后對(duì)淋洗出來的廢液進(jìn)行處理。這種方法成本較高，且用于淋洗土壤的化學(xué)試劑進(jìn)入土壤易造成二次污染。
[0007]第五是固化穩(wěn)定化:一般采用固化劑與污染土壤中重金屬反應(yīng)，生成穩(wěn)定物質(zhì)，從而降低重金屬的浸出毒性，達(dá)到修復(fù)目的。
[0008]上述各種處理方法中，固化穩(wěn)定化技術(shù)由于其修復(fù)效果好、修復(fù)成本較低、見效快等優(yōu)點(diǎn)，是目前較為常用的重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)。但是國(guó)內(nèi)目前應(yīng)用于修復(fù)重金屬污染土壤的固化劑存在如下缺點(diǎn):(1)有機(jī)類固定劑生產(chǎn)過程本身排放污染物，且用于修復(fù)時(shí)存在二次污染；(2)無機(jī)類固定劑如石灰類固定劑一般通過使重金屬形成氫氧化物或碳酸鹽類沉淀而得以固化，一旦環(huán)境條件發(fā)生改變?nèi)缦陆邓嵊?，重金屬容易重新釋放。因此，制備固化效果好、無二次污染、價(jià)格低廉的重金屬固化劑成為重金屬污染土壤修復(fù)的關(guān)鍵技術(shù)，探索以天然礦物為原材料制備重金屬固化劑成為重金屬污染土壤修復(fù)的重要研究方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種純天然礦物材料制作、成本較低、對(duì)重金屬固化效果好、無二次污染且能有效提高土壤肥效的污染土壤重金屬固化劑，以及所述固化劑的制備方法和使用方法。
[0010]本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:一種污染土壤重金屬固化劑，按占膨潤(rùn)土的重量百分比計(jì)，在膨潤(rùn)土中添加下述三種成分:硅藻土 10%-50%，海泡石10%-50%，磷礦粉4-20%。
[0011]優(yōu)選地，所述的污染土壤重金屬固化劑，添加10%的硅藻土，50%的海泡石，15%的磷礦粉；或者50%的硅藻土，10%的海泡石，4%的磷礦粉；或者30%的硅藻土，30%的海泡石，20%的磷礦粉。
[0012]本發(fā)明還提供所述的污染土壤重金屬固化劑的制備方法，該方法包括以下步驟: O按設(shè)定的比例稱取膨潤(rùn)土、硅藻土、海泡石、磷礦粉，備用；
2)將膨潤(rùn)土、硅藻土、海泡石、磷礦粉粉碎，再充分混合，得到污染土壤重金屬固化劑。
[0013]本發(fā)明還提供所述的污染土壤重金屬固化劑固化污染土壤中重金屬的方法，該方法包括以下步驟: 1)按所述重金屬固化劑與重金屬污染土壤的重量比為1-3:100進(jìn)行混合，攪拌均勻，得到混合料；
2)加入所述混合料30-50%(重量比)的水，充分?jǐn)嚢杌旌?，靜置成型。
[0014]所述的方法,所述步驟2)中的攪拌時(shí)間為5min-10min,靜置時(shí)間至少3天。
[0015]所述的方法，所述的重金屬指是Cd、Pb、Cu的一種或幾種。
[0016]本發(fā)明具有以下有益效果:
膨潤(rùn)土是一種以蒙脫石為主要成分的含水層狀硅酸鹽礦，蒙脫石結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)硅氧四面體夾一層鋁氧八面體組成的2:1型晶體結(jié)構(gòu)，在外面兩層硅氧S1-O四面體，中間鋁氧Al-O八面體中，高價(jià)的硅離子和鋁離子能被其它低價(jià)陽離子所置換，使蒙脫石單晶胞帶負(fù)電荷，從而形成一個(gè)大負(fù)電離子團(tuán)，它具有吸附重金屬離子的能力。同時(shí)其外表面也吸附一定量陽離子，通常層間吸附的這些陽離子以共價(jià)鍵或離子鍵連接在一起，在一定條件下能與其它金屬陽離子實(shí)現(xiàn)離子交換。此外，蒙脫石具有巨大的比表面積和孔隙度，可通過物理作用、化學(xué)作用和離子交換作用對(duì)重金屬離子進(jìn)行吸附。硅藻土化學(xué)成分主要是SiO2，含有少量的Al203、Fe203、Ca0、Mg0和有機(jī)質(zhì)。海泡石的化學(xué)成分為SiO2和MgO，它具有非金屬礦物中最大的比表面積和獨(dú)特的內(nèi)容孔道結(jié)構(gòu)，是公認(rèn)的吸附能力最強(qiáng)的粘土礦物。磷礦粉中含有鈣、鎂、磷等各種元素，其中鎂主要以白云石的形式賦存，并有少量以磷酸鹽、硅酸鹽形式存在；磷主要以磷灰石的形式賦存；鈣主要以白云石的形式賦存。利用高微分子技術(shù)將膨潤(rùn)土、硅藻土、海泡石、磷礦粉進(jìn)行充分粉碎、混合制備得到污染土壤重金屬固化劑，該固化劑具有高比表面積的超微粒子結(jié)構(gòu)和低結(jié)晶性的化學(xué)吸附功能，在一定濕度條件下，利用礦物結(jié)構(gòu)中的離子與重金屬離子發(fā)生交換作用，將重金屬引入其中并使之堅(jiān)固結(jié)合。這樣的重金屬引入比重金屬表面吸附更安全穩(wěn)定，生成含重金屬的礦石晶體，等同于將重金屬轉(zhuǎn)化為其在自然界中存在形式中的最穩(wěn)定的化合物，從而喪失毒性和遷移性，并有效切斷污染暴露途徑。
[0017]本發(fā)明的土壤固化劑對(duì)含重金屬污染土壤進(jìn)行固化處理后，對(duì)重金屬的固化效果好、操作簡(jiǎn)單易行、成本較低，無二次污染，解決了現(xiàn)有固化劑及固化方法存在的改變土壤PH值、引起土壤板結(jié)、重金屬反溶等技術(shù)難題，經(jīng)本發(fā)明技術(shù)處理的污染土壤可以重新利用。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面通過【具體實(shí)施方式】的詳細(xì)描述來進(jìn)一步闡明本發(fā)明，但并不是對(duì)本發(fā)明的限制，僅僅作示例說明。
[0019]實(shí)施例1
O以膨潤(rùn)土為基準(zhǔn)，稱取重量百分比為10%的硅藻土，50%的海泡石，15%的磷礦粉，利用球磨儀充分粉碎混合，得到污染土壤重金屬固化劑；
2)稱取Cd、Pb、Cu污染土壤100g，加入3g上述固化劑，攪拌均勻，加入所述混合料30%(重量比)的自來水，充分?jǐn)嚢?min，混合均勻，靜置3天；
3)3天后自然風(fēng)干土壤，破碎取樣，分別根據(jù)《固體廢物毒性浸出方法硫酸硝酸法》(環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HJ/T 299-2007)和《土壤pH的測(cè)定》(農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1377-2007)測(cè)定浸出液毒性和土壤pH值。
[0020]經(jīng)檢測(cè)，Cd的浸出濃度由固化前的0.41 mg/L下降到固化后0.03 mg/L, Pb的浸出濃度由固化前的0.30 mg/L下降到固化后的低于檢測(cè)限，Cu的浸出濃度由固化前的4.08mg/L下降到固化后0.22 mg/L, pH值由4.65上升為6.06。
[0021]實(shí)施例2
1)以膨潤(rùn)土為基準(zhǔn)，稱取重量百分比為50%的硅藻土，10%的海泡石，4%的磷礦粉，利用球磨儀充分粉碎混合，得到污染土壤重金屬固化劑；
2)稱取Cd、Pb、Cu污染土壤100g，加入Ig上述固化劑，攪拌均勻，加入所述混合料50%(重量比)的自來水，充分?jǐn)嚢?min，混合均勻，靜置4天；
3)4天后自然風(fēng)干土壤，破碎取樣，分別根據(jù)《固體廢物毒性浸出方法硫酸硝酸法》(環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HJ/T 299-2007)和《土壤pH的測(cè)定》(農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1377-2007)測(cè)定浸出液毒性和土壤pH值。
[0022]經(jīng)檢測(cè)，Cd的浸出濃度由固化前的0.41 mg/L下降到固化后0.01 mg/L, Pb的浸出濃度由固化前的0.30 mg/L下降到固化后的0.05 mg/L,Cu的浸出濃度由固化前的4.08mg/L下降到固化后0.33 mg/L, pH值由4.65上升為5.55。
[0023]實(shí)施例3
O以膨潤(rùn)土為基準(zhǔn)，稱取重量百分比為30%的硅藻土，30%的海泡石，20%的磷礦粉，利用球磨儀充分粉碎混合，得到污染土壤重金屬固化劑；
2)稱取Cd、Pb、Cu污染土壤100g，加入2g上述固化劑，攪拌均勻，加入所述混合料40%(重量比)的自來水，充分?jǐn)嚢?min，混合均勻，靜置4天；
3)4天后自然風(fēng)干土壤，破碎取樣，分別根據(jù)《固體廢物毒性浸出方法硫酸硝酸法》(環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HJ/T 299-2 007)和《土壤pH的測(cè)定》(農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1377-2007)測(cè)定浸出液毒性和土壤pH值。
[0024]經(jīng)檢測(cè)，Cd的浸出濃度由固化前的0.45 mg/L下降到固化后0.01 mg/L, Pb的浸出濃度由固化前的1.39 mg/L下降到固化后的0.04 mg/L,Cu的浸出濃度由固化前的1.25mg/L下降到固化后0 .03 mg/L, pH值由4.65上升為5.63。
【權(quán)利要求】
1.一種污染土壤重金屬固化劑，其特征在于，按占膨潤(rùn)土的重量百分比計(jì)，在膨潤(rùn)土中添加下述三種成分:硅藻土 10%-50%，海泡石10%-50%，磷礦粉4-20%。
2.權(quán)利要求1所述的污染土壤重金屬固化劑，其特征在于，添加10%的硅藻土，50%的海泡石，15%的磷礦粉；或者50%的硅藻土，10%的海泡石，4%的磷礦粉；或者30%的硅藻土，30%的海泡石，20%的磷礦粉。
3.權(quán)利要求1或2所述的污染土壤重金屬固化劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1）按設(shè)定的比例稱取膨潤(rùn)土、硅藻土、海泡石、磷礦粉，備用； 2)將膨潤(rùn)土、硅藻土、海泡石、磷礦粉充分混勻，得到污染土壤重金屬固化劑。
4.按照權(quán)利要求3所述的污染土壤重金屬固化劑的制備方法，其特征在于:步驟2)中，先利用球磨儀將所述硅藻土、海泡石、磷礦粉充分粉碎，再與膨潤(rùn)土混勻。
5.利用權(quán)利要求1或2所述的污染土壤重金屬固化劑固化污染土壤中重金屬的方法，其特征在于: 1)按所述重金屬固化劑與重金屬污染土壤的重量比為1-3:100進(jìn)行混合，攪拌均勻，得到混合料； 2)加入所述混合料30-50%(重量比)的水，充分?jǐn)嚢杌旌希o置成型。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:所述步驟I)中，按所述重金屬固化劑與重金屬污染土壤的重量比為1:100或2:100或3:100進(jìn)行混合。
7.如權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述步驟2)中的攪拌時(shí)間為5min-10min,靜置時(shí)間至少3天。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的重金屬指是Cd、Pb、Cu的一種或幾種。
【文檔編號(hào)】C09K17/12GK103865543SQ201410107493
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月22日
【發(fā)明者】林親鐵, 賴勝強(qiáng), 陳志良, 劉潔婷, 鐘松雄 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)