一种重金属污染土壤砖窑协同处理的方法与流程

1.本发明涉及污染土壤治理技术领域，尤其涉及一种重金属污染土壤砖窑协同处理的方法。


背景技术：

2.土壤是环境中各类污染物的最终受体，水体、空气中的污染物随着环境物质循环最终都会进入土壤。但是由于土壤污染的隐蔽性，土壤污染特别是重金属污染往往不容易被察觉，知道重金属在土壤中不断积累，通过土壤
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植物系统不断富集而对作物产生毒害，或者通过食物链富集影响到人类健康，人们才慢慢注意到土壤重金属污染的危害，同时也开始关注污染土壤的治理和修复。
3.目前针对土壤污染的，其中常见的有生物修复、植物修复和化学淋洗法等等，这些修复技术的特点是事先基本上不需要把污染的土壤固相或液相介质从污染的现场挖出或抽提出去，而是依靠物理、化学或生物学过程将污染物进行清除。这些方法虽然对污染土壤进行了处理，但是其适用性均受到一定的限制，例如，生物修复法中微生物在土壤中的移动性差，易受污染物的毒性效应抑制，降低修复效率，并且微生物酶制剂会带来次生污染；植物修复法仅适合于低浓度污染的土壤，且修复往往需要几个生长季节，甚至更久；而淋洗法对土壤的要求较高，并且淋洗剂带来二次污染的风险大。所以现需要一种重金属污染土壤的处理方法，可以解决上述的问题。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的在于公开一种重金属污染土壤砖窑协同处理的方法，利用化学吸附、物理包容和晶格固化的方式，对重金属污染土壤进行处理，将污染土壤中的重金属离子尽可能的固定，处理效果较好，能够在一定程度上防止二次污染。
5.具体的，本发明的一种重金属污染土壤砖窑协同处理的方法，所述方法包括预处理和制砖步骤，所述预处理步骤是将污染土壤和改性膨润土混合后，喷入聚丙烯酸溶液，加热保温反应2
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3h即可。
6.进一步，所述改性膨润土是由腐植酸对膨润土接枝改性而得。
7.本发明的重金属污染土壤处理方法，利用改性膨润土和聚丙烯酸对污染土壤进行了预处理，利用腐植酸对膨润土进行接枝，由于腐植酸具有负电，且阳离子代换量高，对重金属离子具有显著的络合和吸附作用，结合膨润土自身的吸附作用，在预处理的过程中，先通过改性膨润土对污染土壤中重金属离子进行络合和吸附，将其初步固定下来，然后再加入聚丙烯酸，利用聚丙烯酸和腐植酸之间的交联聚合效应，进一步将重金属离子进行包裹，从而将重金属离子固定在改性膨润土周围，而膨润土本身属于制砖过程中的粘接剂，在高温的作用下，膨润土熔融，将重金属离子进一步固定化。
8.进一步，所述改性膨润土的制备方法为：将经过酸化处理的膨润土超声分散于去离子水中，加入十六烷基三甲基氯化铵，搅拌分散10min，水浴加热至70℃，保温反应5h，反
应期间间歇分批次滴加3
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氯丙基三乙氧基硅烷，反应完成后，过滤，滤饼先后用无水乙醇和去离子水清洗干净后，真空干燥，研磨过200目筛，得到粉末搅拌加入腐植酸水溶液中，调节ph至5
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6，于35℃、120
‑
140r/min条件下恒温震荡20
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24h，抽滤，滤饼洗涤至中性，烘干，得到改性膨润土。
9.通过十六烷基三甲基氯化铵对膨润土进行插层处理，增大膨润土的层间距，然后再利用3
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氯丙基三乙氧基硅烷将腐植酸接枝到膨润土上，能够在一定程度上增加膨润土上腐植酸的负载率，从而提高改性膨润土对重金属离子的吸附和络合能力。
10.进一步，所述酸化处理为：称取膨润土加入1.0mol/l的硫酸溶液中，水浴加热至60℃，保温搅拌回流反应12
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14h，过滤滤饼洗涤至中性。
11.对膨润土进行酸化处理，有利于除去其中的杂质，提高其纯度。
12.进一步，所述预处理步骤具体为：将污染土壤晒干、破碎后加入双轴搅拌机中，加入改性膨润土，搅拌混合后加入过硫酸钾溶液，搅拌混匀后得到混合物，使用过热蒸汽对混合物进行加热，于80
‑
90℃温度下进行保温反应2
‑
3h，反应过程中间歇分批次喷入聚丙烯酸溶液，反应完成后得到经过预处理的污染土壤。
13.进一步，所述方法具体为：
14.s1：将经过预处理的污染土壤，与石灰石、粉煤灰、粘土送入强力搅拌机中进行均匀搅拌得到预混合料，搅拌过程中加入水，控制原料的含水率在16％以下；
15.s2：将预混合料用皮带机送入双极真空挤砖机，经过二次搅拌，同时抽真空，最后挤出得到泥条，将泥条经切坯机切割，得到砖坯；
16.s3：将砖坯码至窑车上，送入干燥窑内，于100
‑
150℃温度下进行干燥，再送入隧道窑内在富氧环境下烧结。
17.进一步，所述污染土壤、石灰石、粉煤灰、粘土的质量比为1:0.1:(1
‑
1.5):(2.2
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4)。
18.进一步，所述隧道窑内烧结的温度为1200
‑
1300℃。
19.进一步，所述隧道窑内通过通入空气形成富氧环境，空气流速为2
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3m/s。
20.本发明的有益效果：
21.本发明公开了一种重金属污染土壤砖窑协同处理的方法，将重金属污染的土壤挖出后利用砖窑进行制砖，且在制砖之前还利用改性膨润土和聚丙烯酸进行预处理，从一开始就对其进行固定和约束，防止在处理的过程中发生转移，产生二次污染，本发明利用化学吸附、物理包容和晶格固化的方式，将污染土壤中的重金属离子尽可能的固定，处理效果明显。
具体实施方式
22.以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：
23.本发明的一种重金属污染土壤砖窑协同处理的方法，包括预处理和制砖步骤，预处理步骤是将污染土壤和改性膨润土混合后，喷入聚丙烯酸溶液，加热保温反应2
‑
3h即可。具体如下：
24.实施例一
25.改性膨润土的制备
26.称取膨润土以45g/l的固液比加入1.0mol/l的硫酸溶液中，水浴加热至60℃，保温搅拌回流反应13h，过滤滤饼洗涤至中性得到酸化膨润土，将经过酸化处理的膨润土超声分散于去离子水中，加入0.1倍膨润土质量的十六烷基三甲基氯化铵，以1000r/min速度搅拌分散10min，水浴加热至70℃，保温反应5h，反应期间间歇分批次滴加3
‑
氯丙基三乙氧基硅烷，3
‑
氯丙基三乙氧基硅烷和膨润土的质量比为1:3，均分为三份，间隔1h加入，反应完成后，过滤，滤饼先后用无水乙醇和去离子水清洗干净后，于60℃温度下真空干燥，研磨过200目筛，得到粉末搅拌加入45wt％腐植酸水溶液中，再加入0.1mol/l氢氧化钾溶液调节ph至5
‑
6，于35℃、140r/min条件下恒温震荡20h，抽滤，滤饼洗涤至中性，于70℃温度下烘干，得到改性膨润土
27.预处理
28.将污染土壤晒干、破碎后加入双轴搅拌机中，加入改性膨润土，搅拌混合后加入过硫酸钾溶液，搅拌混匀后得到混合物，混合物中污染土壤和改性膨润土、过硫酸钾的质量比为1:0.2:0.01，使用过热蒸汽对混合物进行加热，于85℃温度下进行保温反应3h，反应过程中间歇分批次喷入50wt％聚丙烯酸溶液，总共加入的聚丙烯酸和改性膨润土的质量比为1:1.5，同时控制反应物的含水率为12
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15％，反应完成后得到经过预处理的污染土壤。
29.制砖
30.s1：按照1:0.1:1:2.2的质量比，将经过预处理的污染土壤，与石灰石、粉煤灰、粘土送入强力搅拌机中进行均匀搅拌得到预混合料，搅拌过程中加入水，控制原料的含水率在16％以下；
31.s2：将预混合料用皮带机送入双极真空挤砖机，经过二次搅拌，同时抽真空，增加得到砖坯的密度，最后挤出得到泥条，将泥条经切坯机切割，得到砖坯；
32.s3：将砖坯码至窑车上，送入干燥窑内，于150℃温度下进行干燥，再送入隧道窑内，在烧结温度为1300℃，空气流速为2m/s的条件下，在富氧环境下进行烧结。
33.实施例二
34.称取膨润土以50g/l的固液比加入1.0mol/l的硫酸溶液中，水浴加热至60℃，保温搅拌回流反应14h，过滤滤饼洗涤至中性得到酸化膨润土，将经过酸化处理的膨润土超声分散于去离子水中，加入0.12倍膨润土质量的十六烷基三甲基氯化铵，以1000r/min速度搅拌分散10min，水浴加热至70℃，保温反应5h，反应期间间歇分批次滴加3
‑
氯丙基三乙氧基硅烷，3
‑
氯丙基三乙氧基硅烷和膨润土的质量比为1:3，均分为三份，间隔1h加入，反应完成后，过滤，滤饼先后用无水乙醇和去离子水清洗干净后，于60℃温度下真空干燥，研磨过200目筛，得到粉末搅拌加入35wt％腐植酸水溶液中，再加入0.1mol/l氢氧化钾溶液调节ph至5
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6，于35℃、130r/min条件下恒温震荡22h，抽滤，滤饼洗涤至中性，于65℃温度下烘干，得到改性膨润土
35.预处理
36.将污染土壤晒干、破碎后加入双轴搅拌机中，加入改性膨润土，搅拌混合后加入过硫酸钾溶液，搅拌混匀后得到混合物，混合物中污染土壤和改性膨润土、过硫酸钾的质量比为1:0.15:0.01，使用过热蒸汽对混合物进行加热，于80℃温度下进行保温反应2h，反应过程中间歇分批次喷入50wt％聚丙烯酸溶液，总共加入的聚丙烯酸和改性膨润土的质量比为1:2，同时控制反应物的含水率为12
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15％，反应完成后得到经过预处理的污染土壤。
37.制砖
38.s1：按照1:0.1:1.5:3的质量比，将经过预处理的污染土壤，与石灰石、粉煤灰、粘土送入强力搅拌机中进行均匀搅拌得到预混合料，搅拌过程中加入水，控制原料的含水率在16％以下；
39.s2：将预混合料用皮带机送入双极真空挤砖机，经过二次搅拌，同时抽真空，增加得到砖坯的密度，最后挤出得到泥条，将泥条经切坯机切割，得到砖坯；
40.s3：将砖坯码至窑车上，送入干燥窑内，于120℃温度下进行干燥，再送入隧道窑内，在烧结温度为1200℃，空气流速为2m/s的条件下，在富氧环境下进行烧结。
41.实施例三
42.称取膨润土以40g/l的固液比加入1.0mol/l的硫酸溶液中，水浴加热至60℃，保温搅拌回流反应12h，过滤滤饼洗涤至中性得到酸化膨润土，将经过酸化处理的膨润土超声分散于去离子水中，加入0.15倍膨润土质量的十六烷基三甲基氯化铵，以1000r/min速度搅拌分散10min，水浴加热至70℃，保温反应5h，反应期间间歇分批次滴加3
‑
氯丙基三乙氧基硅烷，3
‑
氯丙基三乙氧基硅烷和膨润土的质量比为1:3，均分为三份，间隔1h加入，反应完成后，过滤，滤饼先后用无水乙醇和去离子水清洗干净后，于60℃温度下真空干燥，研磨过200目筛，得到粉末搅拌加入30wt％腐植酸水溶液中，再加入0.1mol/l氢氧化钾溶液调节ph至5
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6，于35℃、120r/min条件下恒温震荡24h，抽滤，滤饼洗涤至中性，于60℃温度下烘干，得到改性膨润土
43.预处理
44.将污染土壤晒干、破碎后加入双轴搅拌机中，加入改性膨润土，搅拌混合后加入过硫酸钾溶液，搅拌混匀后得到混合物，混合物中污染土壤和改性膨润土、过硫酸钾的质量比为1:0.22:0.01，使用过热蒸汽对混合物进行加热，于90℃温度下进行保温反应2h，反应过程中间歇分批次喷入50wt％聚丙烯酸溶液，总共加入的聚丙烯酸和改性膨润土的质量比为1:2，同时控制反应物的含水率为12
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15％，反应完成后得到经过预处理的污染土壤。
45.制砖
46.s1：按照1:0.1:1.2:4的质量比，将经过预处理的污染土壤，与石灰石、粉煤灰、粘土送入强力搅拌机中进行均匀搅拌得到预混合料，搅拌过程中加入水，控制原料的含水率在16％以下；
47.s2：将预混合料用皮带机送入双极真空挤砖机，经过二次搅拌，同时抽真空，增加得到砖坯的密度，最后挤出得到泥条，将泥条经切坯机切割，得到砖坯；
48.s3：将砖坯码至窑车上，送入干燥窑内，于130℃温度下进行干燥，再送入隧道窑内，在烧结温度为1250℃，空气流速为3m/s的条件下，在富氧环境下进行烧结。
49.实施例四
50.本实施例和实施例一相比，其不同之处在于本实施例的污染土壤不进行预处理步骤，直接进行制砖。
51.经检测，污染土壤中主要含的重金属包括铜(18.16mg/kg)、锌(82.76mg/kg)、镉(20.37mg/kg)、铅(16.95mg/kg)、砷(25.96mg/kg)和铬(14.33mg/kg)，取实施例一～实施例四制备得到成品砖按照《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》gb5085.3
‑
2007中相应的方法对重金属含量进行检测和分析，测试结果如表1所示：
52.表1
[0053][0054][0055]
从表1中数据可以看出，本发明的重金属污染土壤处理方法，能够有效的对污染土壤中的重金属离子进行固定化，有效降低其浸出率，而通过实施例一和实施例四进行对比可以看出，本发明中的预处理步骤，能够有效提高砖窑协同处理过程中对重金属离子的固定效果。
[0056]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。