專利名稱：一種用于礦區(qū)污染土壤修復(fù)的廉價(jià)穩(wěn)定劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于礦區(qū)污染土壤整治修復(fù)的穩(wěn)定劑。通過對(duì)城市垃圾與 煤混燒后排放后的灰渣有效資源化利用，達(dá)到對(duì)礦區(qū)污染土壤進(jìn)行原位修復(fù)治 理的目的。發(fā)明內(nèi)容覆蓋了環(huán)境保護(hù)、環(huán)境工程和污染整治領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
城市垃圾與煤混燒發(fā)電是具有中國特色的一種獨(dú)特的垃圾焚燒處理方式。 由于中國的城市垃圾不分類造成了垃圾本身熱值低、水分高的特點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn) 充分燃燒的目的，焚燒處理過程中需要添加一定量的煤。同時(shí)，由于這種焚燒 處理方法產(chǎn)生的熱能足以驅(qū)動(dòng)機(jī)組發(fā)電，近年來得到政府部門的大力提倡和支
持。這種方法處理城市垃圾后， 一般有20_30%的灰渣排放，由于垃圾摻煤發(fā)電 廠越來越多，造成大量灰渣堆積如山。如何妥善處理和有效利用這類焚燒灰渣， 是人們目前面臨的一大難題。垃圾和煤混燒處理過程中，煤和垃圾中各組分相 互作用，使得排放的灰渣既不同于普通的粉煤灰，又不同于垃圾單獨(dú)燃燒的灰 渣，而具有其自身的特點(diǎn)。用這類灰渣合成的吸附劑具有較高的陽離子交換能 力，在污染土壤修復(fù)方面表現(xiàn)出良好的效果。
近年來，礦山開釆污染環(huán)境的問題已經(jīng)引起人們的高度關(guān)注。礦產(chǎn)資源的 開發(fā)創(chuàng)造了財(cái)富，促進(jìn)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但是在目前的開發(fā)技術(shù)水平和管理 水平下，礦產(chǎn)資源開發(fā)過程和礦藏開采后的廢棄物都使礦區(qū)環(huán)境受到不同程度 的破壞，影響最深刻的是礦區(qū)土壤環(huán)境。重金屬在土壤中具有移動(dòng)性強(qiáng)、滯留 時(shí)間長、不能被微生物降解等特點(diǎn)，給我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來嚴(yán)重影響，我國每年 因重金屬污染土壤引起的糧食減產(chǎn)達(dá)上千萬噸。土壤重金屬污染還直接影響到農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，并通過食物鏈最終進(jìn)入人體威脅人體健康。更應(yīng)該引起注 意的是，許多重金屬除了產(chǎn)生生理上的可見毒性或傷害以外，還引起生物體機(jī) 能慢性和長期的改變影響生物體健康。土壤被有毒重金屬污染后對(duì)人體的影響 大都是間接的，主要通過農(nóng)作物、地面水或地下水對(duì)人體產(chǎn)生影響。
污染土壤修復(fù)在理論和技術(shù)上可行的主要有生物修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、物理修 復(fù)和組合修復(fù)四種方法。這些土壤修復(fù)的技術(shù)與方法種類繁多，各有優(yōu)缺點(diǎn)。 生物修復(fù)特別是利用超積累植物進(jìn)行植物修復(fù)是目前重金屬污染土壤治理技術(shù) 的研究熱點(diǎn)之一，但此項(xiàng)技術(shù)仍然有一些不足之處，特別是大部分超積累重金 屬的植物一般植株矮小、生長緩慢、生物量低、因而修復(fù)效率低、所需時(shí)間長， 所以必須尋求一些快速的方法修復(fù)或控制土壤重金屬污染。重金屬在土壤中的 可移動(dòng)性是決定其生物有效性的一個(gè)重要因素，而移動(dòng)性取決于其在土壤中的 存在形態(tài)，因此通過向污染土壤中加入穩(wěn)定劑，使重金屬的得到吸附或共沉淀 來降低其移動(dòng)性，減小污染擴(kuò)散，然后通過種植高富集植物，依靠植物根系的 分泌物使污染物緩慢釋放而富集在植物體內(nèi)，達(dá)到凈化修復(fù)的目的。因此，通 過添加土壤添加劑固定土壤中的重金屬是一種簡(jiǎn)單而有效的礦區(qū)污染土壤的原 位修復(fù)方法，這種方法需要時(shí)間短、效率高，更符合目前對(duì)重金屬污染土壤修 復(fù)的迫切需要。
傳統(tǒng)的固定物質(zhì)中主要以磷酸鹽、石灰和生物固體為材料，成本較高，本 發(fā)明推出的穩(wěn)定劑具有效果好、合成簡(jiǎn)易、成本低的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)為日益增加的 焚燒灰渣的合理處置提供了一條經(jīng)濟(jì)可行的資源化利用途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于開辟一條合理有效的城市垃圾摻煤發(fā)電廠焚燒廢渣資源 化新途徑，緩解堆放場(chǎng)或填埋場(chǎng)的壓力，同時(shí)為金屬礦區(qū)污染土壤的整治修復(fù) 提供廉價(jià)高效且環(huán)保的原位修復(fù)穩(wěn)定材料。以城市垃圾摻煤發(fā)電廠焚燒灰渣和 堿為原材料，采用熔融一水熱合成工藝，合成富含沸石的礦區(qū)污染土壤穩(wěn)定劑。 產(chǎn)品具有較好的離子交換和吸附性能，同時(shí)不會(huì)造成二次污染，適合用于礦區(qū) 重金屬污染土壤修復(fù)治理。


圖1是表示垃圾摻煤發(fā)電廠焚燒灰渣合成礦區(qū)污染土壤穩(wěn)定劑的工藝流程 示意圖。
圖2是垃圾摻煤發(fā)電廠焚燒灰渣與合成穩(wěn)定劑高倍電鏡表觀構(gòu)造比較。 圖3是穩(wěn)定劑在鋅污染土壤上的使用效果。
圖4是土柱模擬試驗(yàn)結(jié)果，顯示Zn主要被固定在施有穩(wěn)定劑的表層10cm 之內(nèi)。
具體實(shí)施例方式
按圖1所示，將固體NaOH垃圾摻煤發(fā)電廠灰渣按1.2: 1 (g: g)的比例混 合均勻，在55(TC下焙燒lh，自然冷卻，研磨均勻。培燒產(chǎn)物按照固液比1:10 加入一定量的水，室溫?cái)嚢枥匣?4 h以上，然后放入高壓釜120 。C加熱6 h， 停止加熱，將合成樣品洗滌至pH10以下，過濾，干燥即得到產(chǎn)品。產(chǎn)品的微觀 構(gòu)造見圖2。產(chǎn)品的性能和固定效果采用吸附試驗(yàn)和土柱模擬試驗(yàn)驗(yàn)證 l)吸附試驗(yàn)5g礦區(qū)污染土壤與穩(wěn)定劑按不同比例混合，加入50ml去離子水，振蕩4 h，通過測(cè)定溶液鋅離子濃度考察固定劑投加量對(duì)礦區(qū)土壤中鋅瀝出濃 度的影響。其結(jié)果參見圖3。
2) 土柱模擬試驗(yàn)土柱試驗(yàn)的目的是模擬和研究鋅在土壤中的垂直遷移特征。
將高30cm的Zn礦區(qū)污染土柱裝入直徑2cm的玻璃柱中，在表層10cm按4g /100g (固定劑/污染土壤)的比例均勻摻入穩(wěn)定劑，然后用0. lmol/L CaCl2 溶液淋洗一個(gè)星期之后，將土壤每2cm分開，風(fēng)干。硝酸-高氯酸-氫氟酸消 解，測(cè)定不同深度段內(nèi)鋅濃度。固定效果參見圖4，顯示Zn主要被固定在施 有穩(wěn)定劑的表層10cm之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于金屬礦區(qū)污染土壤修復(fù)的廉價(jià)穩(wěn)定劑，其特征在可以按照下述工藝流程制備首先將固體NaOH與垃圾與煤混燒灰渣均勻混合，NaOH加入量按加水后1.5molNaOH/L計(jì)算，在500-550℃下焙燒1h，自然冷卻，研磨均勻；然后向培燒產(chǎn)物中按固液比1∶10加入水，室溫?cái)嚢枥匣?4h以上，然后放入高壓釜120℃加熱6h，停止加熱，將合成樣品洗滌至pH 10以下，過濾，干燥即得到產(chǎn)品，廢液中殘余NaOH可以循環(huán)利用。
2. 按照權(quán)利要求1所述用于金屬礦區(qū)污染土壤修復(fù)的廉價(jià)穩(wěn)定劑，其特征在 于所用原材料為城市垃圾與煤混燒發(fā)電廠焚燒灰渣。
3. 按照權(quán)利要求1所述用于金屬礦區(qū)污染土壤修復(fù)的廉價(jià)穩(wěn)定劑，其特征在 于制備過程中NaOH加入量按加水后1. 5 molNaOH/L計(jì)算，焙燒溫度為500-550 °C，焙燒時(shí)間為1 h。
4. 按照權(quán)利要求1所述用于金屬礦區(qū)污染土壤修復(fù)的廉價(jià)穩(wěn)定劑，其特征在于水熱合成階段加水量為培燒產(chǎn)物水二l: 10，室溫老化時(shí)間為24 h，水熱合成溫度為120 °C，時(shí)間為6 h。
全文摘要
本發(fā)明以大量產(chǎn)生的垃圾摻煤發(fā)電廠廢棄灰渣為原始材料，采用熔融-水熱合成的工藝合成功能吸附材料，這種材料在礦區(qū)污染土壤修復(fù)治理方面具有良好的效果。在使用過程中，將這種材料施入土壤，可以達(dá)到重金屬穩(wěn)定化和鈍化的目的，防止重金屬擴(kuò)散。這種穩(wěn)定材料對(duì)于重金屬重度污染土壤尤其有效。本發(fā)明的穩(wěn)定劑具有效果好、成本低、無二次污染等特點(diǎn)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)垃圾摻煤發(fā)電廠廢棄灰渣有效資源化利用。
文檔編號(hào)B09C1/00GK101513642SQ20081005796
公開日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2008年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月22日
發(fā)明者張付申, 蕓 樊 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心