专利名称：一种用于矿区污染土壤修复的廉价稳定剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于矿区污染土壤整治修复的稳定剂。通过对城市垃圾与 煤混烧后排放后的灰渣有效资源化利用，达到对矿区污染土壤进行原位修复治 理的目的。发明内容覆盖了环境保护、环境工程和污染整治领域。
背景技术：
城市垃圾与煤混烧发电是具有中国特色的一种独特的垃圾焚烧处理方式。 由于中国的城市垃圾不分类造成了垃圾本身热值低、水分高的特点。为了实现 充分燃烧的目的，焚烧处理过程中需要添加一定量的煤。同时，由于这种焚烧 处理方法产生的热能足以驱动机组发电，近年来得到政府部门的大力提倡和支
持。这种方法处理城市垃圾后， 一般有20_30%的灰渣排放，由于垃圾掺煤发电 厂越来越多，造成大量灰渣堆积如山。如何妥善处理和有效利用这类焚烧灰渣， 是人们目前面临的一大难题。垃圾和煤混烧处理过程中，煤和垃圾中各组分相 互作用，使得排放的灰渣既不同于普通的粉煤灰，又不同于垃圾单独燃烧的灰 渣，而具有其自身的特点。用这类灰渣合成的吸附剂具有较高的阳离子交换能 力，在污染土壤修复方面表现出良好的效果。
近年来，矿山开釆污染环境的问题已经引起人们的高度关注。矿产资源的 开发创造了财富，促进了社会经济的发展，但是在目前的开发技术水平和管理 水平下，矿产资源开发过程和矿藏开采后的废弃物都使矿区环境受到不同程度 的破坏，影响最深刻的是矿区土壤环境。重金属在土壤中具有移动性强、滞留 时间长、不能被微生物降解等特点，给我国农业生产带来严重影响，我国每年 因重金属污染土壤引起的粮食减产达上千万吨。土壤重金属污染还直接影响到农产品产量和质量，并通过食物链最终进入人体威胁人体健康。更应该引起注 意的是，许多重金属除了产生生理上的可见毒性或伤害以外，还引起生物体机 能慢性和长期的改变影响生物体健康。土壤被有毒重金属污染后对人体的影响 大都是间接的，主要通过农作物、地面水或地下水对人体产生影响。
污染土壤修复在理论和技术上可行的主要有生物修复、化学修复、物理修 复和组合修复四种方法。这些土壤修复的技术与方法种类繁多，各有优缺点。 生物修复特别是利用超积累植物进行植物修复是目前重金属污染土壤治理技术 的研究热点之一，但此项技术仍然有一些不足之处，特别是大部分超积累重金 属的植物一般植株矮小、生长缓慢、生物量低、因而修复效率低、所需时间长， 所以必须寻求一些快速的方法修复或控制土壤重金属污染。重金属在土壤中的 可移动性是决定其生物有效性的一个重要因素，而移动性取决于其在土壤中的 存在形态，因此通过向污染土壤中加入稳定剂，使重金属的得到吸附或共沉淀 来降低其移动性，减小污染扩散，然后通过种植高富集植物，依靠植物根系的 分泌物使污染物缓慢释放而富集在植物体内，达到净化修复的目的。因此，通 过添加土壤添加剂固定土壤中的重金属是一种简单而有效的矿区污染土壤的原 位修复方法，这种方法需要时间短、效率高，更符合目前对重金属污染土壤修 复的迫切需要。
传统的固定物质中主要以磷酸盐、石灰和生物固体为材料，成本较高，本 发明推出的稳定剂具有效果好、合成简易、成本低的优点，同时为日益增加的 焚烧灰渣的合理处置提供了一条经济可行的资源化利用途径。
发明内容
本发明的目的在于开辟一条合理有效的城市垃圾掺煤发电厂焚烧废渣资源 化新途径，缓解堆放场或填埋场的压力，同时为金属矿区污染土壤的整治修复 提供廉价高效且环保的原位修复稳定材料。以城市垃圾掺煤发电厂焚烧灰渣和 碱为原材料，采用熔融一水热合成工艺，合成富含沸石的矿区污染土壤稳定剂。 产品具有较好的离子交换和吸附性能，同时不会造成二次污染，适合用于矿区 重金属污染土壤修复治理。
图1是表示垃圾掺煤发电厂焚烧灰渣合成矿区污染土壤稳定剂的工艺流程 示意图。
图2是垃圾掺煤发电厂焚烧灰渣与合成稳定剂高倍电镜表观构造比较。 图3是稳定剂在锌污染土壤上的使用效果。
图4是土柱模拟试验结果，显示Zn主要被固定在施有稳定剂的表层10cm 之内。
具体实施例方式
按图1所示，将固体NaOH垃圾掺煤发电厂灰渣按1.2: 1 (g: g)的比例混 合均匀，在55(TC下焙烧lh，自然冷却，研磨均匀。培烧产物按照固液比1:10 加入一定量的水，室温搅拌老化24 h以上，然后放入高压釜120 。C加热6 h， 停止加热，将合成样品洗涤至pH10以下，过滤，干燥即得到产品。产品的微观 构造见图2。产品的性能和固定效果采用吸附试验和土柱模拟试验验证 l)吸附试验5g矿区污染土壤与稳定剂按不同比例混合，加入50ml去离子水，振荡4 h，通过测定溶液锌离子浓度考察固定剂投加量对矿区土壤中锌沥出浓 度的影响。其结果参见图3。
2) 土柱模拟试验土柱试验的目的是模拟和研究锌在土壤中的垂直迁移特征。
将高30cm的Zn矿区污染土柱装入直径2cm的玻璃柱中，在表层10cm按4g /100g (固定剂/污染土壤)的比例均匀掺入稳定剂，然后用0. lmol/L CaCl2 溶液淋洗一个星期之后，将土壤每2cm分开，风干。硝酸-高氯酸-氢氟酸消 解，测定不同深度段内锌浓度。固定效果参见图4，显示Zn主要被固定在施 有稳定剂的表层10cm之内。
权利要求
1.一种用于金属矿区污染土壤修复的廉价稳定剂，其特征在可以按照下述工艺流程制备首先将固体NaOH与垃圾与煤混烧灰渣均匀混合，NaOH加入量按加水后1.5molNaOH/L计算，在500-550℃下焙烧1h，自然冷却，研磨均匀；然后向培烧产物中按固液比1∶10加入水，室温搅拌老化24h以上，然后放入高压釜120℃加热6h，停止加热，将合成样品洗涤至pH 10以下，过滤，干燥即得到产品，废液中残余NaOH可以循环利用。
2. 按照权利要求1所述用于金属矿区污染土壤修复的廉价稳定剂，其特征在 于所用原材料为城市垃圾与煤混烧发电厂焚烧灰渣。
3. 按照权利要求1所述用于金属矿区污染土壤修复的廉价稳定剂，其特征在 于制备过程中NaOH加入量按加水后1. 5 molNaOH/L计算，焙烧温度为500-550 °C，焙烧时间为1 h。
4. 按照权利要求1所述用于金属矿区污染土壤修复的廉价稳定剂，其特征在于水热合成阶段加水量为培烧产物水二l: 10，室温老化时间为24 h，水热合成温度为120 °C，时间为6 h。
全文摘要
本发明以大量产生的垃圾掺煤发电厂废弃灰渣为原始材料，采用熔融-水热合成的工艺合成功能吸附材料，这种材料在矿区污染土壤修复治理方面具有良好的效果。在使用过程中，将这种材料施入土壤，可以达到重金属稳定化和钝化的目的，防止重金属扩散。这种稳定材料对于重金属重度污染土壤尤其有效。本发明的稳定剂具有效果好、成本低、无二次污染等特点，同时可以实现垃圾掺煤发电厂废弃灰渣有效资源化利用。
文档编号B09C1/00GK101513642SQ20081005796
公开日2009年8月26日 申请日期2008年2月22日 优先权日2008年2月22日
发明者张付申, 芸 樊 申请人:中国科学院生态环境研究中心