修复重金属和有毒有机物复合污染土壤的稳定固化剂及其使用方法

摘要

本发明涉及一种修复重金属和有毒有机物复合污染土壤的稳定固化剂，所述的稳定固化剂按质量百分比，包括以下原料：包括10%-30%的水泥、10%-30%的粉煤灰、20%-50%的黏土、2%-10%的激活剂和2%-20%的氧化剂，其中，所述的激活剂为氧化镁、氧化铝、二氧化钛或三氧化钼其中的一种或两种以上任意组合物；所述的氧化剂为过硫酸钠、过氧化钙、过硫酸钾、过硫酸铵其中的一种或两种以上的任意组合物，将各原料投入研磨机进行研磨混合均匀，制成比表面积在400-800m2/kg的稳定固化剂。本发明具有成本低，土壤修复效果好，施工简单的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种修复重金属和有毒有机物复合污染土壤的稳定固化剂及其使用方法，属于环境保护中的土壤污染治理技术领域。 

背景技术

随着经济的快速发展、人口的剧增，城市工业“三废”和生活污水的排放与日俱增，土壤的环境污染问题日趋严重，尤其是土壤重金属污染问题。土壤重金属污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性，污染物在土壤中的滞留时间长，植物或微生物难以降解，不仅可以导致土壤的退化、农作物受损，还会直接威胁人类的生命健康。近年来，同时随着环境恶化的加重，土壤的重金属污染问题也呈现出了日益复杂的趋势。大量的污染地块在存在着重金属污染的同时，也存在着严重的有毒有机物污染，给周围的居民和生态环境带来了严重的威胁。 

常用的土壤重金属修复技术主要包括挖掘、稳定化固化、化学淋洗、气提、热处理、生物修复等，而稳定化固化技术是一种比较成熟的废物处置技术。目前土壤重金属稳定化固化修复技术是通过物理或化学的方法将土壤中的有毒重金属固定起来，或者将重金属转化成化学性质不活泼的形态，阻止其在环境中迁移、扩散等过程，从而降低重金属的毒害程度。 

而传统的稳定固化剂是采用水泥、石灰等，利用固化剂的水化反应产物与污染物的相互作用以及物理包裹作用来实现稳定化固化。虽然传统的稳定固化剂技术具有易操作、成本低等优点，但是其处理后的土壤存在硬化、增容等问题，同时也不能满足同时修复处理重金属和有毒有机物复合污染土壤的要求。而分步处理能将有毒有机物污染物和重金属污染物分开解毒虽能解决复合污染问题，但是这种方法处理成本高、施工复杂，难以进行大规模推广。 

发明内容

本发明的目的是提供一种成本低，土壤修复效果好，施工简单的修复重金属和有毒有机物复合污染土壤的稳定固化剂及其制备方法和使用方法。 

本发明为达到上述目的的技术方案是：一种修复重金属和有毒有机物复合污染土壤的稳定固化剂，其特征在于：所述的稳定固化剂按质量百分比，包括以下原料：包括10%-30%的水泥、10%-30%的粉煤灰、20%-50%的黏土、2%-10%的激活剂和2%-20%的氧化剂，其中，所述的激活剂为氧化镁、氧化铝、二氧化钛或三氧化钼其中的一种或两种以上任意组合物；所述的氧化剂为过硫酸钠、过氧化钙、过硫酸钾、过硫酸铵其中的一种或两种以上的任意组合物，将各原料投入研磨机进行研磨混合均匀，制成比表面积在400-800m²/kg的稳定固化剂。 

其中：所述的稳定固化剂包括12%-25%的水泥、15%-25%的粉煤灰、25%-40%的黏 土、5%-8%的激活剂、5%-15%的氧化剂。 

所述的黏土为蒙脱石、膨润土、锂蒙脱石、高岭土或凹凸棒石中的其中一种或两种以上任意组合。 

本发明的修复重金属和有毒有机物复合污染土壤的稳定固化剂的使用方法，其特征在于：按以下步骤： 

⑴、用筛分破碎机将污染土壤进行破碎筛分，将污染土壤颗粒控制在5cm以下； 

⑵、将稳定固化剂投加至破碎筛分后的污染土壤中混合均匀，其中，稳定固化剂与未投药剂之污染土壤的质量比为0.05-0.2：1； 

⑶、向加有稳定固化剂的污染土壤中喷洒水并混合均匀，其中，所述水的喷洒量与未投药剂之前污染土壤的质量比为0.1-0.2：1。 

⑷、采样测定修复后土壤中的有毒有机物污染物含量与其浸出液的浸出毒性浓度。 

本发明采用上述技术方案后具有以下优点： 

1、本发明采用水泥、粉煤灰、黏土、激活剂和氧化剂特定配方体系作为稳定固化剂，通过水泥作为胶结剂与污染土壤中的重金属离子形成难溶的复合物，起到稳定化固化作用，降低重金属的生物有效性。本发明稳定固化剂中的粉煤灰不仅可以减少反应过程中的水化热，还可以改善修复药剂与污染土壤的和易性，起到分散剂作用，同时通过黏土对重金属与有毒有机物都具有强大的吸附能力，可有效降低重金属离子与有毒有机物的浸出，而氧化剂在污染土壤中进行氧化反应，能直接部分降解污染土壤中有毒有机物，降低其在土壤中的污染物浓度，激活剂可激活促进氧化反应的进行，在大程度上能降低土壤中有毒有机物的浓度。本发明通过稳定固化剂能实现沉淀、共沉淀、吸附、氧化的物化协同作用，极大地增强了对土壤中重金属离子与有毒有机物污染物的长期稳定化效果，土壤修复效果好。 

2、本发明的稳定固化剂在对污染土壤中的重金属离子与有毒有机物实现稳定化固化的同时，能降低污染土壤中的有毒有机物，尤其是针对苯系物类与石油烃污染物进行降解。本发明的稳定固化剂通过黏土作为吸附剂，由于大大降低了水泥、粉煤灰和生石灰等对土壤破坏较明显的传统固化剂用量，能在增强稳定固化的同时，也较大程度解决了处理后土壤的硬化以及增容等问题，使固化后的土壤理化性质改变较小，pH值呈弱碱性，有利于后期场地植被修复。 

3、本发明的稳定固化剂采用价格低廉的原料，取材广泛，使用过程中也不会产生二次污染，而且施工简便，是一种高效、实用的修复药剂。 

具体实施方式

本发明的修复重金属和有毒有机物复合污染土壤的稳定固化剂，该稳定固化剂按质量百分比，包括以下原料：包括10%-30%的水泥、10%-30%的粉煤灰、20%-50%的黏土、2%-10%的激活剂和2%-20%的氧化剂。本发明通过水泥起到胶结剂作用，能使水泥与污染土壤中的重金属离子形成难溶的复合物，起到稳定固化作用，从而降低重金属的生物有效性，同时通过粉煤灰以减少反应过程中的水化热，以改善稳定固化剂与污染土壤的和易性，起到分散剂作用，通过黏土对重金属及有毒有机物进行吸附，能有效降低重金属离子 与有毒有机物的浸出，本发明的黏土为蒙脱石、膨润土、锂蒙脱石、高岭土或凹凸棒石中的其中一种或两种以上任意组合。本发明的激活剂为氧化镁、氧化铝、二氧化钛或三氧化钼其中的一种或两种以上任意组合物，通过激活剂以激活促进氧化反应的进行，降低土壤中有毒有机物的浓度。本发明氧化剂为过硫酸钠、过氧化钙、过硫酸钾、过硫酸铵其中的一种或两种以上的任意组合物，通过氧化剂在污染土壤中进行氧化反应，直接能部分降解土壤中有毒有机物，降低其在土壤中的污染物浓度，通过沉淀、共沉淀、吸附、氧化的物化协同作用，起到较好的修改效果。本发明将各原料投入研磨机进行研磨混合均匀，制成比表面积在400-800m²/kg的稳定固化剂，如制成比表面积在500m²/kg的稳定固化剂，或如制成比表面积在700m²/kg的稳定固化剂。本发明的稳定固化剂的原料及配比最好采用15%-25%的水泥、15%-25%的粉煤灰、30%-40%的黏土、5%-8%的激活剂和8%-18%的氧化剂，对土壤修复效果更好。具体原料按质量百分比见表1所示， 

表1 

本发明修复重金属和有毒有机物复合污染土壤的稳定固化剂的使用方法，按以下步骤： 

⑴、用筛分破碎机将污染土壤进行破碎筛分，将污染土壤颗粒控制在5cm以下； 

⑵、将稳定固化剂投加至破碎筛分后的污染土壤中混合均匀，其中，稳定固化剂与未投药剂之前污染土壤的质量比为0.05-0.2：1，具体质量比见表2所示， 

表2 

⑶、向加有稳定固化剂的污染土壤中喷洒水并混合均匀，其中，水的喷洒量与未投药剂之前污染土壤的质量比为0.1-0.2：1，具体质量比见表3所示， 

表3 

⑷、采样测定修复后土壤中的有毒有机物污染物含量与其浸出液的浸出毒性浓度。 

试验地块为重金属和有毒有机物复合污染，其主要的污染物质包括苯、甲苯、铅、镍，最高污染物浓度分别为190.54mg/kg、804.56mg/kg、908.76mg/kg、400.56mg/kg。经检测确定污染范围和深度后，使用挖掘机将污染土壤挖出后暂存在场地旁边铺有防渗材料的地块上，利用筛分破碎机将含有机物污染的重金属污染土壤进行破碎筛分，使其土壤颗粒直接小于5cm。 

用表1各实施例制得的稳定固化剂并按表2对应的实施例添加到土壤中，用混合机械设备对含有机物污染的重金属污染土壤进行搅拌混匀，再按表3对应的实施例向含有稳定固化剂的污染土壤中喷洒水并混合均匀。 

修复后土壤的有机物含量采用气相色谱/质谱法进行测试，修复后土壤的浸出液制备方法参考HJ/T299《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》进行。 

养护稳定7天、28天后，取样测定修复后土壤中的有毒有机物污染物含量与其浸出液的浸出毒性浓度，具体测定结构见表4～表11所示。 

采用本发明实施例1中的稳定固化剂及使用方法其测定结果见表4： 

表4 

采用本发明实施例2中的稳定固化剂及使用方法其测定结果见表5： 

表5 

采用本发明实施例3中的稳定固化剂及使用方法其测定结果见表6： 

表6 

采用本发明实施例4中的稳定固化剂及使用方法其测定结果见表7： 

表7 

采用本发明实施例5中的稳定固化剂及使用方法其测定结果见表8： 

表8 

采用本发明实施例6中的稳定固化剂及使用方法其测定结果见表9： 

表9 

采用本发明实施例7中的稳定固化剂及使用方法其测定结果见表10： 

表10 

采用本发明实施例8中的稳定固化剂及使用方法其测定结果见表11： 

表11 

从上述测定结果可以看出，采用本发明的稳定固化剂修复后的复合污染土壤，不仅重金属与有毒有机物的浸出浓度有了很大的下降，土壤中的有机物含量也大大降低，取得了较为理想的修复效果。修复后的土壤可作为一般工业废弃物直接进入填埋场安全填埋，或者进行其他安全处置或资源化。