复合重金属污染场地土壤高温固化试验研究

发布时间：2020-11-06 00:06

　　 自新世纪以来,我国经济快速发展,绿色新型的经济发展模式已逐渐取代了粗犷的经济发展模式,然而在经济转型的过程中出现了一系列的环境污染问题。其中场地污染问题尤为严重,我国场地污染的管理、调查及修复等方面尚处于起步阶段,缺乏相关管理制度及修复技术经验。因此,对场地污染土壤处理与处置的研究具有重要意义。本研究针对复合重金属污染场地土壤,提出高温固化的修复方法,使土壤中的重金属稳定化,即解决污染场地的重金属污染问题,又可以再加工为有价值的产品。研究选取Cd、Pb、Cu、Zn 4种重金属元素,通过外源引入重金属来模拟复合重金属场地污染土壤,选择粘土和玻璃粉为添加剂,对污染土壤进行高温固化再利用试验。通过正交试验的方法,得出最佳烧结配方,进而对其进行物理学性能指标检验,然后通过重金属固溶率和重金属浸出浓度来分析烧成温度和烧结时间对重金属稳定性的影响,同时对复合重金属污染场地土壤高温固化后再利用的综合效益进行分析。研究结果表明:染毒后的土壤重金属浸出浓度分别为:Cd(0.4545mg·L~(-1))、Pb(6.3817mg·L~(-1))、Cu(0.9255mg·L~(-1))、Zn(24.9667mg·L~(-1)),污染严重。正交试验得出的最佳烧结配方为污染土壤添加量62.5%,粘土添加量25%,玻璃粉添加量12.5%,最终烧成温度950℃。烧结过程为按污染土壤、粘土、玻璃粉按5:2:1的配比混合制成生坯,室温下放置24h,后再置于105℃环境中干燥,使砖坯的含水率下降至3%-5%。然后将其置于马弗炉中,以300℃、550℃、750℃、950℃分别烧结1h,再随炉温自然冷却至室温。烧制后砖体的重金属浸出浓度为:Cd(0.0006mg·L~(-1))、Pb(0.0041mg·L~(-1))、Cu(0.0030mg·L~(-1))、Zn(0.0046mg·L~(-1)),属于非危险类材料,可以直接利用。不同烧制温度与时间的研究表明,当烧成温度为950℃,烧结时间为1.0h,即可达到最理想的烧结环境,砖体的重金属稳定性较好。通过对烧结砖物理学性能指标进行测试,砖体的体积密度在1.8-2.1g·cm~(-3)之间,吸水率均值为11.4%,饱和系数均值为0.53,均符合要求。砖体无石灰爆裂现象,有轻微泛霜现象,抗压强度等级为MU10,抗冻性耐酸碱性良好。从烧制后砖体的可利用性方面来讲,复合重金属场地污染土壤高温固化制砖具有较好的经济效益,是一条有效的处理与利用途径,且具有一定的环境效益和社会效益。
【学位单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X53
【部分图文】：

加量为 62.5%，粘土添加量 25%，玻璃粉添加量 12.5%，烧成温度 950℃。（2）通过比较各列 R 值，RA=0.0037、RB=0.0017、RC=0.0016、RD=0.0039。RD>RA>RB>RC，四个因素对产品考核指标的影响大小顺序为：烧成温度>污染土壤添加量>粘土添加量>玻璃粉添加量。由此可以确定最终原料配方为A2B2C1D3，即土壤添加量为62.5%，粘土添加量25%，玻璃粉添加量 12.5%，烧成温度 950℃。该试验条件下制得砖块的重金属浸出毒性见表2-11，污染土壤高温固化后的样品见图 2-2。表 2-11 最优配方重金属浸出毒性值 （mg·L-1）元素 Cd Cu Pb Zn浸出值 0.0006 0.0030 0.0041 0.0046地表水环境质量标准（GB3838-2002）Ⅲ类 0.005 1.0 0.05 1.0Ⅳ类 0.005 1.0 0.05 2.0Ⅴ类 0.001 1.0 0.1 2.0

图 4-1 不同烧成温度下砖块中重金属固溶率（a:不同烧成温度下 Cd 的重金属固溶率；b:不同烧成温度下 Pd 的重金属固溶率；c:不同烧成温度下 Cu 的重金属固溶率；d:不同烧成温度下 Zn 的重金属固溶率）由图 4-1 可知，4 种重金属的固溶率在 40%-50%之间波动。重金属 Cd 的固溶率在烧成温度为 750℃时达到最大值，之后随着烧成温度的增加，Cd 的固溶率持续下降，最终在烧成温度为 1050℃时，Cd 的固溶率降至 39.21%。Cd 的熔点为 321℃，沸点为765℃，属于易挥发重金属元素，有研究表明 Cd 元素在超过 600℃时就会挥发。砖体中重金属的固化率逐渐降低的原因可能是在焙烧过程中重金属 Cd 气化随着烟气会发到外界，所以在污染土壤制砖的过程中应着重考虑烟气的处理问题，防治造成二次污染问题。重金属 Pb、Cu 和 Zn 的固溶率随温度的变化规律相识，变化过程为先上升后下降再上升又下降。Pb 的固溶率在 800℃时达到最大值 45.72%，900℃时达到最小值 41.32%，Cu 和 Zn 的固溶率在 800℃时达到最大值 48.14%和 46.15%，1050℃时达到最小值 41.88%和 41.56%。

n 的固溶率呈现逐渐上升的趋势，并且在此区间内亦满足砖体物理学指标的烧制要是理想的稳定化烧制区间。在该温度区间内，辅料中粘土和玻璃粉富含的 SiO2和4与金属氧化物发生复杂的化学反应。当 Al3O4与金属氧化物充分接触时，易生成尖晶石，可对重金属进行有效的固定，当 SiO2与金属氧化物接触时，易生成稳定酸盐，当三者同时接触时则会形成一个低共熔体系。随着温度提高，发生部分融化，的大骨架结构对重金属元素进行吸附和包封，从而抑制挥发物质的逃逸。当温度继加时，样品的玻璃相黏度升高，流动性增强，可挥发性重金属挥发量随之增加，因金属 Pb、Cu 和 Zn 的固溶率在 1000℃以后随温度的升高开始逐渐下降。综上分析，砖体中的重金属固溶率在 40%-50%范围内浮动，部分重金属随烟气挥外界，剩余则被高温生成的尖晶石和硅酸盐类物质固化。900℃-950℃可以认为是金属到达最佳稳定化烧成温度区间。（2）烧结时间将制得的砖坯在 950℃下烧结 0.5h、1.0h、1.5h 和 2.0h，测定烧结成品中的重金属。在 0.5h-2.0h 时间区间内，砖体不同烧结时间下重金属固溶率见图 4-2。
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 陶亮;万开;刘承帅;吴对林;李芳柏;黄奂彦;曾彩明;;场地土壤重金属污染健康风险评价及固化处置——以东莞市某电镀厂搬迁场地为例[J];生态环境学报;2015年10期

2 程皝;;我国土壤修复工程开展现状分析[J];绿色科技;2015年08期

3 刘志超;高良敏;刘宁;张潇潇;陈丽丽;;我国土壤污染现状及解决途径分析[J];江苏科技信息;2015年15期

4 徐厚林;;烧结砖化学成分及物理性能简述[J];砖瓦世界;2015年04期

5 俞黎明;刘欢;;苏州市生产化学品环境情况调查成果及对策建议[J];污染防治技术;2014年04期

6 ;全国土壤污染状况调查公报[J];中国环保产业;2014年05期

7 陈维铅;高淑雅;刘杰;董亚琼;;熔融法制备金尾矿微晶玻璃及性能研究[J];人工晶体学报;2014年01期

8 邱成;;浅议土壤污染及其防治[J];四川农业科技;2014年01期

9 申坤;程言君;高国龙;杨晓松;牛源;金尚勇;;某冶炼废渣的稳定化处理[J];有色金属工程;2013年03期

10 王昕晔;黄亚继;仲兆平;牛淼淼;孙宇;张强;;炉内添加剂对垃圾焚烧过程中重金属捕集影响的试验研究[J];中国电机工程学报;2012年32期

相关博士学位论文 前1条

1 陈永亮;鄂西低硅铁尾矿烧结制砖及机理研究[D];武汉科技大学;2012年

相关硕士学位论文 前2条

1 袁姗姗;纳米伊/蒙粘土吸附水和垃圾焚烧飞灰中重金属离子的研究[D];华南理工大学;2016年

2 张向军;石灰、粉煤灰处理Cd、Pb、Cr污染土壤的试验研究[D];重庆大学;2009年

本文编号：2872392