一种污染土壤钝化剂及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于环保技术领域，涉及污染土壤的钝化或无害化处理，尤其是涉及一种 污染土壤钝化剂及其制备方法与应用。
【背景技术】
[0002] 近年来，由于镉米、血铅、癌症村等重大环境事件的频繁发生，使得土壤以及地下 水重金属污染问题越来越受到人们的重视。从重金属污染土壤形成的过程与机理看，根治 污染的过程也必然是长期与渐进的，因此，迫切需要开一种既要高效、环保，又要控制成本 的治理方法。
[0003] 固化/稳定化修复技术因为具有适用范围广、处理时间短、成本低廉等优势，在欧 美地区得到广泛的应用，如在美国这种技术已在180个超级基金项目中得到了应用，所以 美国环保局曾将固化/稳定化技术称为处理有毒有害废物的最佳技术。
[0004] 固化/稳定化是通过将污染体用胶凝材料包裹，胶凝材料固化后将其固定在固体 结构上，从而控制危险污染废弃物发生扩散的技术。其中固化与稳定化具有不同的含义，固 化技术中污染物与胶凝材料之间不发生化学反应，只是机械地将污染物固定在自身有一定 强度的固态产物中，从而达到控制污染物扩散的目的；稳定化是指将污染物转化为不易溶 解、迀移能力或毒性更小的形式来实现其无害化，降低其危害性。固化/稳定化过程并没有 减少污染物的总量，只是降低其迀移能力。通常通过浸出实验，测量浸出溶液中重金属离子 的浓度来评估处理后污染物的迀移能力。
[0005] 近五年来，植物法、生物法逐渐受到研宄人员的追捧，有关土壤重金属污染稳定 化或钝化技术的研宄却在逐渐减少，有关专利也不是很多，公开号为CN101805617A的中 国专利公开了一种设施菜地土壤重金属钝化剂及其制备方法，通过施用配比为：麦饭石 粉10 %?30%、硅藻土粉10 %?30%、沸石粉10 %?20%、褐煤20 %?30%、粉煤灰 25 %?35 %的钝化剂，可以达到钝化设施菜地土壤重金属，降低土壤作物可利用态重金属 含量的效果，但是该钝化剂对重金属的吸附交换性能较差，处理效果较差。中国专利公开号 CN101045599A发明了一种利用石灰改性的粉煤灰吸附剂，钝化处理脱水城市污泥中含量高 的锌和铜的方法，对污泥中重金属铜和锌的钝化率可达85%和70%，但是上述吸附剂制备 工艺复杂，同时处理时需要30-80°C的温度，对使用环境要求较高。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够大幅提高 钝化（稳定化）处理后土壤的长期稳定性的污染土壤钝化剂及其制备方法与应用。
[0007] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008] 一种污染土壤钝化剂，由以下重量百分比的原料混合形成：天然粘土矿物材料 30%?60%、工业无害废弃物30%?60%、阳离子交换剂10%?20%。
[0009] 所述的天然粘土矿物材料为膨润土、凹凸棒土、钙镁氧化物、镁铝水滑石或羟基磷 灰石中的一种或几种混合。
[0010] 所述的工业无害废弃物为高炉矿渣、粉煤灰或钢渣中的一种或几种混合。
[0011] 所述的阳离子交换剂为X型分子筛或孔径大于4A的分子筛。
[0012] -种所述的污染土壤钝化剂的制备方法，将天然粘土矿物材料、工业无害废弃物 混合后再与阳离子交换剂充分混合，并粉碎至100目以下，即得污染土壤钝化剂。
[0013] 一种所述的污染土壤钝化剂的应用，向污染土壤中按不大于25wt%的添加量施 入钝化剂，其中钝化剂的添加比例根据污染程度定，为了保证污染土壤与钝化剂混合均匀， 污染土壤的含水率需控制在15%以下；使得钝化剂与污染土壤混合均匀，淋入配置好的水 剂，并保证土壤含水率25 %?40 %，堆放保持水分3?7天。
[0014] 所述的水剂为硝酸和硫酸混酸溶液，且硝酸和硫酸混酸溶液的pH值为4. 5?6。
[0015] 固化/稳定化技术之所以在世界范围内得到广泛的应用，主要是因为其成本低 廉、操作便捷等优点，但是近年来一些国家或地区在考虑用化学淋洗等方法来代替这项技 术，是因为固化/稳定化技术固有的弊端-重金属离子再溶出即长期稳定性问题。而本发 明通过天然粘土矿物材料、工业废弃物以及阳离子交换剂之间的相互协调作用，对土壤中 的重金属具有明显的钝化作用，特别是加入的阳离子交换剂-X型分子筛或孔径大于4A的 分子筛，可以大幅提高钝化（稳定化）处理后土壤的长期稳定性。
[0016] 可溶性重金属离子在土壤中通常以水合离子的形态存在，其离子动力学半径一般 大于0. 4nm，所以如孔径小于4A的小孔径分子筛由于孔径的限制，对重金属的吸附交换性 能非常差。天然沸石虽然有较大比表面积，但是由于其中存在的晶相较杂，孔道也不规整， 所以其对重金属的吸附交换性能一般较差。本发明钝化剂采用的阳离子交换剂为X型分子 筛或孔径大于4A的分子筛，不但具有较大的孔容和比表面积，而且孔道均一、规整、孔径大 于0. 4nm，可以从容的与重金属发生交换。
[0017] 与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
[0018] 1、钝化剂部分采用了粉煤灰、矿渣等工业废弃物作为原料之一，既解决了工业废 弃物本身的堆放、处置问题，又响应国家号召对废弃物进行资源化利用，变废为宝。
[0019] 2、该钝化剂完全由天然矿物材料、类矿物材料组成，成本低廉，不会产生二次污 染。
[0020] 3、本发明的钝化剂处理效果好，阳离子交换剂的加入可以明显的减少土壤中重金 属的溶出，提高钝化土壤的长期稳定性。
[0021] 4、使用本发明的钝化剂，应用条件简单，常温下就可以完成污染土壤的钝化处理。
【附图说明】
[0022] 图1为Cd污染钝化土壤的强化淋溶曲线；
[0023] 图2为Cu污染钝化土壤的强化淋溶曲线；
[0024] 图3为Hg污染钝化土壤的强化淋溶曲线。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0026] 用于试验用的土壤取自上海某污染场地，测重金属总量Cdl22mg/kg，Cu488mg/kg， Hgl50mg/kg〇
[0027] 土壤重金属钝化试验：
[0028] 向上述污染土壤中按不大于25%的添加量施入钝化剂，与污染土壤充分搅拌，使 得钝化剂与污染土混合均匀，淋入配置好的水剂，并保证土壤含水率25 %?40 %，堆放保 持水分3?7天。即可测土壤重金属浸出量，所用浸出标准为HJ/300-2007。
[0029] 钝化土壤的长期稳定性试验：
[0030] 取3?7天钝化后的土壤3. 5kg，装入淋溶装置，采用pH = 4. 5的醋酸水溶液（模 拟上海酸雨pH值）不间断淋溶，通过强化淋溶的方式缩短试验周期。
[0031] 实施例1
[0032] CcU Cu、Hg复合重金属污染钝化：
[0033] 取上述污染土 70kg，分成7份编号为S1-S6, Sl为空白的污染土壤，向S2-S6分别 加入不同的钝化剂，总加入量不超过2. 5kg，充分搅拌，使得钝化剂与污染土混合均匀，淋入 配置好的水剂，并保证土壤含水率30%，堆放保持水分7天，测土壤重金属的浸出量。具体 测试结果见下表：
[0034]
【主权项】
1. 一种污染土壤钝化剂，其特征在于，由以下重量百分比的原料混合形成：天然粘土 矿物材料30 %?60 %、工业无害废弃物30 %?60 %、阳离子交换剂10 %?20 %。
2. 根据权利要求1所述的一种污染土壤钝化剂，其特征在于，所述的天然粘土矿物材 料为膨润土、凹凸棒土、钙镁氧化物、镁铝水滑石或羟基磷灰石中的一种或几种混合。
3. 根据权利要求1所述的一种污染土壤钝化剂，其特征在于，所述的工业无害废弃物 为高炉矿渣、粉煤灰或钢渣中的一种或几种混合。
4. 根据权利要求1所述的一种污染土壤钝化剂，其特征在于，所述的阳离子交换剂为X 型分子筛或孔径大于4A的分子筛。
5. -种如权利要求1所述的污染土壤钝化剂的制备方法，其特征在于，将天然粘土矿 物材料、工业无害废弃物混合后再与阳离子交换剂充分混合，并粉碎至100目以下，即得污 染土壤钝化剂。
6. -种如权利要求1所述的污染土壤钝化剂的应用，其特征在于，向污染土壤中按不 大于25wt %的添加量施入钝化剂，使得钝化剂与污染土壤混合均匀，淋入配置好的水剂，并 保证土壤含水率25 %?40 %，堆放保持水分3?7天。
7. 根据权利要求6所述的一种污染土壤钝化剂的应用，其特征在于，所述的水剂为硝 酸和硫酸混酸溶液，且硝酸和硫酸混酸溶液的pH值为4. 5?6。
【专利摘要】本发明涉及一种污染土壤钝化剂及其制备方法与应用，钝化剂由以下重量百分比的原料混合形成：天然粘土矿物材料30％～60％、工业无害废弃物30％～60％、阳离子交换剂10％～20％；其中，阳离子交换剂为X型分子筛或孔径大于4A的分子筛。与现有技术相比，发明钝化剂完全由天然矿物材料、类矿物材料组成，成低廉，不会产生二次污染，将环保理念进行到底，引入粉煤灰等工业废弃物，既解决了废物的存放、处置等问题，同时对污染土壤特别是重金属污染土壤具有良好的钝化效果和较好的长期稳定性，适合大面积推广应用。
【IPC分类】C09K17-06, C09K17-08, C09K17-04, B09C1-08
【公开号】CN104560046
【申请号】CN201510041839
【发明人】胡杰, 徐华胜, 顾艳, 邓琦, 夏思奇, 李明霞, 商照聪
【申请人】上海绿强新材料有限公司, 上海化工研究院
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月27日