CN105542776A - 用于砷污染土壤无害化处理的稳定化药剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于砷污染土壤无害化处理的稳定化药剂及其应用。本发明的稳定化药剂通过如下方法制备得到：搅拌下，向硫酸亚铁水溶液中加入双氧水水溶液，添加完毕后密封，继续搅拌至药液聚合为粘稠状红色液体状的羟基聚合硫酸铁。本发明的稳定化药剂不仅可以快速高效对砷污染土壤进行无害化处理，降低土壤中砷的浸出，并且与现有市售固化稳定化药剂相比，处理后土壤的增容比不大于1.2、土壤结构不被破坏，处理后土壤的pH仍维持在6-9范围内。
Description
技术领域
本发明属于污染土壤修复领域，涉及处理砷污染土壤、废渣、污泥的稳定化药剂，使其中的砷稳定化，降低砷的溶出。
背景技术
在环境化学污染物中，砷是最常见、危害居民健康最严重的污染物之一。特别是随着现代工农业生产的发展，砷对环境的污染日趋严重。砷污染的主要来源主要包括：（1）砷化物的开采和冶炼。特别是在我国流传广泛的土法炼砷，常造成砷对环境的持续污染；（2）在某些有色金属的开发和冶炼中，常常有或多或少的砷化物排出，污染周围环境；（3）砷化物的广泛利用，如含砷农药的生产和使用，又如作为玻璃、木材、制革、纺织、化工、陶器、颜料、化肥等工业的原材料，均增加了环境中的砷污染量；（4）煤的燃烧，可致不同程度的砷污染。
砷污染物在土壤中的残留严重危害环境安全和人体健康，砷污染土壤的治理引起了国内外环保工作者的重视，砷污染土壤的治理和修复已成为环保界研究的热点问题之一。
目前常用的砷污染土壤修复技术有植物修复法、客土换土法、土壤清洗法、微生物修复法、固化稳定化修复法等。在国内已经完成的砷污染土壤修复工程中，采用较多的技术为固化稳定化技术，工程实施所用的砷污染土壤固化稳定化药剂一般由磷酸盐、硅酸盐水泥、炉渣、石膏、铁矿石粉末等构成，施用这类药剂处理后的土壤存在pH较高、增容比比较大、土壤结构被破坏等问题，而且目前市售的砷污染土壤固化稳定化药剂价格比较昂贵。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了用于砷污染土壤无害化处理的稳定化药剂。
本发明提供的用于砷污染土壤无害化处理的稳定化药剂，其通过如下方法制备得到：
搅拌下，向硫酸亚铁水溶液中加入双氧水水溶液，添加完毕后密封，继续搅拌至药液聚合为粘稠状红色液体状的羟基聚合硫酸铁。
其中，硫酸亚铁与双氧水的质量比为1.82:1。
优选地，硫酸亚铁水溶液的质量浓度为20~40%；双氧水水溶液的质量浓度为5-15%；硫酸亚铁水溶液与双氧水水溶液的体积比为1:0.73~4.4。
本发明还提供另一种用于砷污染土壤无害化处理的稳定化药剂，其通过如下方法制备得到：
（1）取硫酸亚铁水溶液和硫酸铝水溶液混合，得混合溶液；
（2）搅拌下，向步骤（1）得到的混合溶液中加入双氧水水溶液，添加完毕后密封，继续搅拌至药液聚合为粘稠状红色液体状的羟基聚合硫酸铝铁。
其中，硫酸亚铁、硫酸铝和双氧水的质量比为1:1.5:0.55。
优选地，硫酸亚铁水溶液的质量浓度为20~40%，硫酸铝水溶液的质量浓度为20~40%，双氧水水溶液的质量浓度为5-15%，硫酸亚铁水溶液、硫酸铝水溶液与双氧水水溶液的体积比为1:0.75~3:0.73~4.4。
本发明还提供上述的用于砷污染土壤无害化处理的稳定化药剂的应用方法，将所述稳定化药剂加入砷污染土壤中，搅拌均匀，养护。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明的用于砷污染土壤无害化处理的稳定化药剂不仅可以快速高效对砷污染土壤进行无害化处理，降低土壤中砷的浸出，并且与现有市售固化稳定化药剂相比，处理后土壤的增容比不大于1.2、土壤结构不被破坏，处理后土壤的pH仍维持在6-9范围内。
2、本发明的用于无害化处理砷污染土壤的稳定化药剂，其主要成分是由铁盐、铝盐、氧化剂等反应二形成的聚合羟基铁、聚合羟基铝铁，此稳定化药剂是一种果冻状的半流体状态，性质不稳定，一般现场使用时随用随配。这类稳定剂通过羟基架桥与砷形成多核络离子无机高分子化合物，无机高分子化合物失水后形成结构类似于四氧化三铁的复杂磁铁矿共沉淀，长期稳定性较好。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明的用于砷污染土壤无害化处理的稳定化药剂，通过如下方法制备得到：
搅拌下，向硫酸亚铁水溶液中加入双氧水水溶液，添加完毕后密封，继续搅拌至药液聚合为粘稠状红色液体状的羟基聚合硫酸铁。
本发明的另一种用于砷污染土壤无害化处理的稳定化药剂，通过如下方法制备得到：
（1）取的硫酸亚铁水溶液和硫酸铝水溶液混合，得混合溶液；
（2）搅拌下，向步骤（1）得到的混合溶液中加入双氧水水溶液，添加完毕后密封，继续搅拌至药液聚合为粘稠状红色液体状的羟基聚合硫酸铝铁。
羟基聚合硫酸铝铁，以硫酸亚铁、硫酸铝作为聚合单体，通过调节聚合单体在氧化水解过程中Fe2+、Fe3+、SO4 2-之间的比例关系，生成分子式为[FeAl(OH)n(SO4)3-n/2]m的羟基硫酸铝铁高聚物。羟基聚合硫酸铝铁通过羟基架桥与类金属砷形成多核络离子无机高分子化合物，后无机高分子化合物失水形成结构类似四氧化三铁的复杂磁铁矿共沉淀，长期稳定性较好。
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
1）羟基聚合硫酸铁制备：
（1）向2m3药剂搅拌设备中添加0.5m3水，添加150kg硫酸亚铁，均匀搅拌；
（2）将0.275m330%过氧化氢稀释至0.825m3，由蠕动泵均速通入硫酸亚铁搅拌设备，通入速度不应过快（控制在10~20L/min），通入过程中连续搅拌，通入过程中硫酸亚铁搅拌设备禁止密封；硫酸亚铁与双氧水的质量比：1.82:1。
（3）氧化过程结束，密封硫酸亚铁搅拌设备持续搅拌，至药液聚合为粘稠状红色液体止。
2）羟基聚合硫酸铁处理砷污染土壤。
砷污染土壤取自广西河池某硫磺矿附近。采用《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》（HJ/T299-2007）对污染土壤进行了浸出实验，土壤中砷的浸出含量为1.51mg/L。
将制备好的羟基聚合硫酸铁以3%添加比例加入到1m3砷污染土（土的密度为1.6t/m3）中，需要上述羟基聚合硫酸铁溶液0.42m3。采用小型水泥搅拌机将污染土壤与羟基聚合硫酸铁溶液搅拌均匀，养护3天后取样，采用《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》（HJ/T299-2007）对处理后的土壤进行了浸出实验，处理后土壤中砷的浸出含量为0.4mg/L，处理土壤的增容比为1.11,土壤pH为6.5。
实施例2~5
实施例2~5与实施例1的制备方法相同，区别在于配制浓度不同硫酸亚铁水溶液和双氧水水溶液，以及二者的体积比例不同。按照与实施例1相同的方法对相同砷污染土壤进行处理，结果如下：
| 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| 硫酸亚铁水溶液的质量浓度 | 20% | 25% | 35% | 40% |
| 双氧水水溶液的质量浓度 | 15% | 10% | 10% | 5% |
| 硫酸亚铁水溶液与双氧水水溶液的体积比 | 1:0.73 | 1:1.375 | 1:1.92 | 1:4.4 |
| 硫酸亚铁与双氧水的质量比 | 1.82:1 | 1.82:1 | 1.82:1 | 1.82:1 |
| 处理后土壤中砷的浸出含量(mg/L) | 0.3 | 0.33 | 0.36 | 0.29 |
| 处理后土壤的增容比 | 1.11 | 1.11 | 1.12 | 1.12 |
| 处理后土壤的pH | 7.3 | 7.3 | 7.0 | 6.5 |
实施例6：
1）羟基聚合硫酸铝铁制备：
（1）2m3药剂搅拌设备中添加0.5m3水，添加60kg硫酸亚铁和90kg硫酸铝，均匀搅拌；
（2）将0.11m330%过氧化氢稀释至0.33m3，由蠕动泵均速通入硫酸亚铁、硫酸铝混合溶液搅拌设备中，通入速度不应过快（控制在10-20L/min），通入过程中连续搅拌，通入过程中搅拌设备禁止密封；硫酸亚铁、硫酸铝与双氧水的质量比为1:1.5:0.55。
（3）氧化过程结束，密封搅拌设备持续搅拌，至药液聚合为粘稠状红色液体止。
2）羟基聚合硫酸铝铁处理砷污染土壤
砷污染土壤取自广西河池某硫磺矿附近。采用《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》（HJ/T299-2007）对污染土壤进行了浸出实验，土壤中砷的浸出含量为1.51mg/L。
将制备好的聚合羟基硫酸铝铁以3%添加比例加入到1m3污染渣土（渣土容重取1.6）中，需要上述聚合羟基硫酸铝铁溶液0.27m3。采用小型水泥搅拌机将污染土壤与聚合羟基硫酸铝铁溶液搅拌均匀，养护3天后取样，采用《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》（HJ/T299-2007）对处理后的土壤进行了浸出实验，处理后土壤中砷的浸出含量为0.41mg/L，处理后土壤pH为6.8处理后土壤增容比为1.08。
实施例7~10
实施例7~10与实施例1的制备方法相同，区别在于配制浓度不同硫酸亚铁水溶液和双氧水水溶液，以及二者的体积比例不同。按照与实施例1相同的方法对相同砷污染土壤进行处理，结果如下：
| 实施例7 | 实施例8 | 实施例9 | 实施例10 | |
| 硫酸亚铁水溶液的质量浓度 | 20% | 20% | 40% | 40% |
| 硫酸铝水溶液的质量浓度 | 20% | 40% | 20% | 40% |
| 双氧水水溶液的质量浓度 | 15% | 5% | 15% | 5% |
| 硫酸亚铁水溶液、硫酸铝水溶液与双氧水水溶液的体积比 | 1:1.5:0.73 | 1:0.75:2.2 | 1:3:1.47 | 1:1.5:4.4 |
| 硫酸亚铁、硫酸铝与双氧水的质量比 | 1:1.5:0.55. | 1:1.5:0.55. | 1:1.5:0.55. | 1:1.5:0.55. |
| 处理后土壤中砷的浸出含量(mg/L) | 0.32 | 0.33 | 0.35 | 0.32 |
| 处理后土壤的增容比 | 1.05 | 1.08 | 1.1 | 1.1 |
| 处理后土壤的pH | 7.2 | 7.0 | 6.8 | 7.3 |
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (7)
1.一种用于砷污染土壤无害化处理的稳定化药剂，其特征在于，其通过如下方法制备得到：
搅拌下，向硫酸亚铁水溶液中加入双氧水水溶液，添加完毕后密封，继续搅拌至药液聚合为粘稠状红色液体状的羟基聚合硫酸铁。
2.根据权利要求1所述的稳定化药剂，其特征在于，硫酸亚铁与双氧水的质量比为1.82:1。
3.根据权利要求2所述的稳定化药剂，其特征在于，硫酸亚铁水溶液的质量浓度为20~40%；双氧水水溶液的质量浓度为5-15%；硫酸亚铁水溶液与双氧水水溶液的体积比为1:0.73~4.4。
4.一种用于砷污染土壤无害化处理的稳定化药剂，其特征在于，其通过如下方法制备得到：
（1）取硫酸亚铁水溶液和硫酸铝水溶液混合，得混合溶液；
（2）搅拌下，向步骤（1）得到的混合溶液中加入双氧水水溶液，添加完毕后密封，继续搅拌至药液聚合为粘稠状红色液体状的羟基聚合硫酸铝铁。
5.根据权利要求4所述的稳定化药剂，其特征在于，硫酸亚铁、硫酸铝和双氧水的质量比为1:1.5:0.55。
6.根据权利要求5所述的稳定化药剂，其特征在于，硫酸亚铁水溶液的质量浓度为20~40%，硫酸铝水溶液的质量浓度为20~40%，双氧水水溶液的质量浓度为5-15%，硫酸亚铁水溶液、硫酸铝水溶液与双氧水水溶液的体积比为1:0.75~3:0.73~4.4。
7.权利要求1~6任一项所述的用于砷污染土壤无害化处理的稳定化药剂的应用方法，其特征在于，将所述稳定化药剂加入砷污染土壤中，搅拌均匀，养护。
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