铬渣渗滤液污染土壤应急处置方法

文档序号:9314254阅读:603来源:国知局
铬渣渗滤液污染土壤应急处置方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于环境科学与工程技术领域,涉及一种铬渣渗滤液污染土壤应急处置方 法。
【背景技术】
[0002] 铬渣属于生产铬盐或金属铬过程中排放的固体废弃物,其中含有具有"三致"作用 的Cr (VI),因此是公认的危险固体废弃物。目前,我国大部分铬渣采用露天堆放,防渗措施 不完善,降水过程中,由于雨水的冲刷,水溶态及酸溶态Cr (VI)很可能经过土壤渗入地下, 或者是在地面表面形成凹池,对周围区域的土壤、地表水及地下水造成污染,严重影响人类 及其他生物健康。因此,对堆存场地受污染土壤的修复、阻止铬渣渗滤液扩散应成为人们主 要关注的目标。
[0003] -、土壤中的铬污染修复技术
[0004] 土壤中的铬的形态有Cr(III)和Cr(VI),三价铬以难溶性氢氧化物形式存在,游 离的三价铬极少,六价铬以铬酸根的形式存在,溶解、迀移性、毒性强。对于受铬污染的土壤 治理途径之一是改变铬在土壤中的存在形式,此法的思路在于利用还原剂或生物将六价铬 还原成三价铬,或辅助一定剂量的粘合剂,降低六价铬的迀移能力;另一种途径是将铬从被 污染的土壤中清除,此法适用于渗透系数大的土壤,利用清水或某种络合剂作为清洗液,将 土壤中的铬清洗出去,然后再对铬水进行处理,清洗剂本身的毒性、生物可降解性限制了此 项技术的发展,另外对含铬水的二次处理也为此方法的运行增加成本。
[0005] 二、铬渣渗滤液处置技术
[0006] 渗滤液中的铬以三价铬和六价铬的形式存在,两者形态可相互转化,所以,对于总 铬的处理更具有现实意义。目前,国内外关于铬渣渗滤液的处理方法报道颇多,主要有:1、 沉淀法:将含铬废水与钡盐反应生成不溶性铬酸钡沉淀,此法适用于含六价铬高的废水, 优点是处理效果好,处理费用低,操作方便,缺点是钡盐用量大,来源较困难,产生的污泥量 大,处理工艺复杂物理化学法;2、生物处理法:主要利用驯化的功能菌对含铬废水的静电 吸附作用、酶的催化转化作用、络合作用、絮凝作用、共沉淀作用除去废水中的铬,此法操作 方便,运行费用较低,但产生的生物污泥易造成二次污染;3、吸附法:利用吸附材料或改性 后的吸附材料对铬的吸附作用除去废水中的铬,此法的缺点是再生效率低,使用寿命短,处 理费用高;4、电化学法:利用电解反应将Cr (VI)还原成毒性较小的Cr (III),通过产生的残 渣处理废水中的六价铬,其优点是操作简单、占地少,缺点是耗电大,出水水质差,并产生大 量难以处理的污泥;5、化学还原法:通过向含铬废水中投加还原剂,在酸性条件下将毒性 较高的Cr (VI)还原成毒性较小的Cr (III),然后利用NaOH或石灰调节pH,使Cr (III)以氢 氧化物沉淀的形式从水体中分离去除。这些方法有各自的优、缺点,但无论哪种方法,都会 产生含铬固体废物,如不进行资源化回收处理,就会涉及到铬泥的二次污染,或对已富集铬 的生物后续处理问题。
[0007] 三、改性粉煤灰对废水处理技术
[0008] 我国对含铬污泥的去除方法主要是简单堆置或填埋,铬的固定-稳定化处理、资 源化处理,具有潜在的研究与应用价值。污泥中铬的固定-稳定化处理主要有水泥基固化 技术、石灰固化技术、塑性材料包胶技术、大型包胶技术、自交结固化技术、玻璃固化法。
[0009] 粉煤灰是煤粉经高温燃烧后形成的一种似火山灰质的混合材料,由多种矿物成分 组成,与硅酸盐水泥熟料和适量石膏磨细可制成的水硬性胶凝材料,可以起到铬的稳定、固 定作用,多孔性松散结构,将其作为吸附剂处理含铬废水,起到了变废为宝的效果,有广泛 的应用与经济价值。粉煤灰通过物理吸附、化学吸附、离子交换吸附、静电吸附、絮凝吸附、 沉淀和过滤等作用去除废水中的污染物。粉煤灰虽然具有较大的比表面积,但单独做为吸 附剂处理废水,效果并不理想,但经过改性活化处理后,吸附能力大大提高,作为吸附剂应 用于废水处理中起到了变废为宝的效果,有广泛的应用与经济价值,实现了资源可持续利 用。目前,对于改性粉煤灰改性方法主要有火法改性、酸法改性、碱法改性、PDMDAAC改性和 其它方法的改性,广泛用于处理重金属废水、染料废水、油类苯酚类废水、含磷废水和理含 氟废等。于立竞用火法改性粉煤灰后处理水中的Cu 2+,pH 7. 0,搅拌时间为IOmin时,Cu2+去 除率为87. 6 % ;曹先艳等用PDMDAAC改性粉煤灰后处理染料废水,当投加量为20g/L,反应 80min,脱色率在84%以上,且改性粉煤灰的处理效果优于单独使用PDMDAAC。王金梅等用 氧化钙改性粉煤灰后处理含耐酸大红4BS染料的废水,研究表明在染料废水COD的质量浓 度在356. 8mg/L时,投加量为20g/L,pH 10. 5左右,COD去除率达到95%,可达到国家排放 标准。王代芝等用Imol/LCaO改性粉煤灰处理含酸性蓝400mg/L的模拟废水中,研究表明: 当改性粉煤灰投加量为200g/L,吸附时间为40min时,pH 6左右,去除率达92. 64%。陈雪 初等对粉煤灰改性制备深度除磷剂的研究,含磷浓度在〇. 5~50mg/L之间,经酸和亚铁盐 改性后的粉煤灰处理后,出水低于〇. 5mg/L,达到国家污水磷排放一级标准。彭荣华等人利 用硫铁矿、氯化钠、盐酸对粉煤灰进行一系列活化处理后,研究表明当Cr 6+初始浓度50mg/L 以下,Cr6+去除率为96%以上,但pH影响其对Cr 6+去除率。肖文香等人利用水泥改性粉煤 灰,当配比为17 : 3, Cr6+初始浓度为5mg/L,pH 4. 0,投加量为lg/L,吸附6h,Cr 6+的去除 率为95%。
[0010]目前,国内学者对于粉煤灰除铬的研究大多针对于六价铬,对总铬的研究较少,而 要提高粉煤灰吸附效率往往需要改性,且改性后的吸附效果有限。
[0011] 腐殖质作为土壤中主要的有机成分,对土壤中重金属的迀移、转化具有重要的作 用,其中HA是腐殖质中溶于碱而不溶于酸的部分,在腐殖质中占有很大的比例,HA分子中 含有大量的苯环、稠苯环及各种杂环,各环之间又有桥键相连,环及支链上有羧基、酚羟基、 醌基、甲氧基、磺酸基、胺基等各种官能团,腐植酸因带负电且阳离子代换量高,同时具有很 好的络合性能,能够与许多重金属作用,影响重金属离子在环境中的形态和迀移,进而也影 响不同吸附剂对金属离子的吸附行为。另一方面,腐植酸作为氧化还原活性很强的化合物, 能还原环境中的一些金属离子。因此,研究总铬处理过程中腐植酸与Cr(VI)相互作用关 系、腐植酸对CaO、粉煤灰处理总铬的影响,以及铬渣渗滤液的原位处理也是十分必要的。腐 植酸与六价铬的相互作用研究有很多报道,因腐植酸的化学组成不固定,两者间的氧化还 原反应的定量关系较难确定。

【发明内容】

[0012] 本发明的目的是通过对粉煤灰-CaO联合除铬效果的研究,讨论了粉煤灰-CaO对 总铬的去除机理,通过对处理后废水进行元素全分析及对处理后的剩余残渣毒性浸出试验 的研究,证明了粉煤灰-CaO联合不仅对总铬有较好的处理效果,还能有效处理铬渣渗滤液 中其它有毒重金属元素,同时也限制粉煤灰中毒性成分的浸出,因此,提供了一种铬渣渗滤 液中络污染土壤较为快速、方便、少污染的应急处置方法。
[0013] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0014] 一种铬渣渗滤液污染土壤应急处置方法,包括如下步骤:
[0015] 步骤一、首先确定土壤表面铬渣渗滤液中总铬的初始浓度范围,当待处理的铬渣 渗滤液中总铬含量过高时,为达到较高的去除量,应采取水稀释的办法预先稀释处理土壤 表面的铬渣渗滤液,浓度控制在0. 157~52. 3mg/L范围内。
[0016] 步骤二、根据铬渣渗滤液的初始浓度和受污染的范围确定粉煤灰-氧化钙混合剂 的投加总量,依据受污染土壤表面铬渣渗滤液的总体积,将粉煤灰-CaO干混剂投加到土壤 表面的铬渣渗滤液中,控制固(粉煤灰-CaO)液(铬渣渗滤液)比为2.5~7 : 50。
[0017] 本步骤中,所述粉煤灰-氧化钙干混剂中二者质量比为2 : 0.5~5,最佳质量比 为 2 : 1 或 2 : 2。
[0018] 本步骤中,所述最佳固液比为4 : 50。
[0019] 步骤三、以100~300r/min的搅拌速度将铬渣渗滤液与粉煤灰-氧化钙充分混 合,经水化、固定7~24h后,将处理后的废水抽除、排放,剩余的固体残渣可与硅酸盐水泥 熟料、矿渣等混合制成水硬性材料从而实现进一步的稳定-固定化处理。
[0020] 本步骤中,所述最佳搅拌速度为150r/min。
[0021] 本步骤中,所述最佳水化、固定时间为24h。
[0022] 本发明具有如下优点:
[0023] 1、本发明以铬渣浸出水为研究对象,模拟铬渣水污染土壤的条件,以粉煤灰-CaO 为处理剂,对其与总铬相互作用机理和影响因素进行了研究,确定了粉煤灰、CaO最佳掺量 比,验证了技术方法的可靠性。研究表明:在室温25°C条件下,150r/min的转速充分振荡 24h,固定粉煤灰用量,加入不同质量的CaO,随着CaO质量的增加,总铬的去除率逐渐增加, 对较高浓度的废水,选择粉煤灰-CaO配比为2 : 2时,CaO的利用率最高,且平均每克处理 剂的处理量最大。通过空白、对照试验研究表明,粉煤灰、CaO联合使用对总铬的去除效果 远大于单独使用粉煤灰或CaO做为吸附剂的处理效果,其作用机制可能是粉煤灰、CaO在水 化反应过程中可将铬固定在晶体结构中。通过对处理后废水进行元素全分析,研究表明粉 煤灰-CaO联合使用不仅能处理铬渣渗滤液中总铬,还能有效处理溶液中其它有毒重金属 元素,同时也限制粉煤灰中毒性成分的浸出,且处理后的固体残渣对总铬的浸出具有抑制 作用。因此,本方法对应急处理受铬渣渗滤液污染的土壤,防止其向土壤周围及深处扩散, 具有重要的现实意义。
[0024] 2、此方法不受pH的限制,不需要调节原铬水的酸度,无需对粉煤灰进行改性,省 去了还原沉淀法中将Cr(VI)还原成Cr(III)的过程,避免了向铬渣渗滤液中投加还原剂对 土壤可能造成的二次污染的缺陷。
[0025] 3、目前,国内对于突发性铬渣渗滤液污染的土壤来说,未有可行性的应急处理措 施,本方法可将铬渣渗滤液铬渣渗滤液或土壤表层的铬渣渗滤液进行固定,作为原位处理 法的一种,有效地阻止或减缓渗滤液由表层土壤向深层土壤蔓延,操作简单、价格低廉、无 污染。从造福人类角度讲,限制了粉煤灰本身含有一些有毒重金属的溶出,解决部分粉煤灰 随意堆放对土壤、地表水、地下水等造成污染的问题。
[0026] 4、改善粉煤灰的吸附容量,解损失量小,减轻吸附饱和灰的后续处理负担,为粉煤 灰的资源化利用打下基础,
[0027] 5、操作简单、价格低廉、污染小、无需耗能,减轻了铬泥后续处理负担,为粉煤灰的 资源化利用奠定基础。
【附图说明】
[0028] 图1为流程图;
[0029] 图2为粉煤灰中总铬的溶出量曲线;
[0030] 图3为不同时间粉煤灰原料中其它元素溶出量(mg/L);
[0031] 图4为振荡时间对粉煤灰除总铬的影响;
[0032] 图5为粉煤灰的投加量对总铬吸附量的影响;
[0033] 图6为振荡时间对粉煤灰-CaO联合去除总铬效果的影响;
[0034] 图7为平衡浓度与处理量拟合曲线;
[0035] 图8为不同时间CaO投量对粉煤灰-CaO联合去除总铬的的影响;
[0036] 图9为振荡时间对CaO去除总铬的影响;
[0037] 图10为初始浓度49. I lmg/L时CaO投加量对总铬去除的影响;
[0038] 图11为初始浓度22. 78mg/L时CaO投加量对总铬去除的影响;
[0039] 图12为不同时间不同配比的改性处理剂对总铬去除的影响;
[0040] 图13为振荡0. 5h湿混剂、干湿剂对总铬去除效果对比图;
[0041] 图14为振荡Ih湿混剂、干湿剂对总铬去除效果对比图;
[0042] 图15为振荡2h湿混剂、干湿剂对总铬去除效果对比图;
[0043] 图16为振荡3h湿混剂、干湿剂对总铬去除效果对比图;
[0044] 图17为振荡5h湿混剂、干湿剂对总铬去除效果对比图;
[0045] 图18为振荡7h湿混剂、干湿剂对总铬去除效果对比图;
[0046] 图19为振荡24h湿混剂、干湿剂对总铬去除效果对比图;
[0047] 图20为粉煤灰表面结构(1000X);
[0048] 图21为粉煤灰表面结构(5000X);
[0049] 图22为粉煤灰EDX能谱分析;
[0050] 图23为CaO水化改性后的粉煤灰表面结构(1000 X);
[0051] 图24为CaO水化改性后的粉煤灰表面结构(5000X
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