申请日2015.06.12
公开(公告)日2015.11.11
IPC分类号C09K17/08; B09C1/08
摘要
本发明公开了一种铬渣渗滤液污染土壤应急处置方法，所述方法步骤如下：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，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;步骤二、将粉煤灰-CaO干混剂投加到步骤一的铬渣渗滤液中，控制固液比为2.5～7：50;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7～24h。本发明操作简单、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。
权利要求书
1.一种铬渣渗滤液污染土壤应急处置方法，其特征在于所述方 法步骤如下：
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，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;
步骤二、将粉煤灰-CaO干混剂投加到步骤一的铬渣渗滤液中， 控制固液比为2.5～7∶50;
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7～24h。
2.根据权利要求1所述的铬渣渗滤液污染土壤应急处置方法， 其特征在于所述粉煤灰-氧化钙干混剂中二者质量比为2:0.5～5。
3.根据权利要求1或2所述的铬渣渗滤液污染土壤应急处置方 法，其特征在于所述粉煤灰-氧化钙干混剂中二者质量比为2:1或2:2。
4.根据权利要求1所述的铬渣渗滤液污染土壤应急处置方法， 其特征在于所述固液比为4∶50。
5.根据权利要求1所述的铬渣渗滤液污染土壤应急处置方法， 其特征在于所述搅拌速度为150r/min。
6.根据权利要求1所述的铬渣渗滤液污染土壤应急处置方法， 其特征在于所述混合时间为24h。
说明书
铬渣渗滤液污染土壤应急处置方法
技术领域
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
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。
一、土壤中的铬污染修复技术
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、 迁移性、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，降低六价铬的迁移能力;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。
二、铬渣渗滤液处置技术
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。
三、改性粉煤灰对废水处理技术
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。
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Cu2+，pH7.0，搅拌时间 为10min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， pH10.5左右，COD去除率达到95%，可达到国家排放标准。王代芝 等用1mol/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0.5～50mg/L之间，经酸和亚铁盐改性后的粉煤 灰处理后，出水低于0.5mg/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Cr6+初始浓度50mg/L以下，Cr6+去除率为96%以上，但pH 影响其对Cr6+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，pH4.0，投加量为1g/L，吸附6h，Cr6+的去除率为95%。
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。
腐殖质作为土壤中主要的有机成分，对土壤中重金属的迁移、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迁移，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
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铬污染土壤较为快速、方便、少污染的应急处置 方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种铬渣渗滤液污染土壤应急处置方法，包括如下步骤：
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。
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。
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。
本步骤中，所述最佳固液比为4∶50。
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。
本步骤中，所述最佳搅拌速度为150r/min。
本步骤中，所述最佳水化、固定时间为24h。
本发明具有如下优点：
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℃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。
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。
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。
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，
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。