铬污染土壤的固化/稳定化研究

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近年来,我国正处在城市化建设高速发展的过程中,土地资源和环境问题日益突出。而主城区内众多企业即将搬迁出主城区,搬迁后的污染土壤整治问题十分突出,如铬渣堆场,电镀污泥与电镀废渣堆放,引起了大量土壤污染,已影响到城市建设,因而加快污染土壤的治理。由于历史原因诸多企业位于重庆市城区两江岸边,如重庆民丰化工有限责任公司老厂房位于三峡水库的回水区,部分铬污染物处于三峡水库175m水位线以下,渗透出的污水对嘉陵江水质影响大。老铬渣及污染土壤对环境已造成了严重污染。另一方面,污染土壤的整治与修复目前国内还处于探索阶段,尤其是铬渣污染土壤的修复技术还不成熟。无论在理论还是实践方面,土壤修复的研究和开发现状远远跟不上当前建设发展速度。  基于上述原因,本文以民丰农化公司铬渣堆存场重污染区的土壤为研究对象,检测含铬污染物的浓度,为后续试验做基础,主要检测指标:以总Cr、Cr6+为主。并以水泥为主要固化剂,选用多种费用低廉、易于获取的稳定剂,采用实验配制方式,验证固化/稳定化制剂制备方法的合性、有效性和定量化程度。通过检测其稳定效果(六价铬的浸出特性),筛选出最佳还原剂;并以膨润土和粉煤灰为主要添加剂,制备水泥固化体,优化试验配比,降低重金属毒性。  试验结果表明:  ①通过实验统计数据,得出水泥含量与Cr6+浸出浓度关系的拟合曲线;由此得出随着水泥含量的增加,固化体浸出毒性减小;当水泥含量超过一定比例时,浸出毒性下降得非常缓慢,固化效果不能得到明显改善。所以一味的通过增大水泥的含量来降低浸出毒性并不可行。首先不符合工程治理的经济性原则,造成资源浪费。  ②添加稳定剂硫酸亚铁、硫化钠、亚硫酸钠、硫酸亚铁铵后,固化体的浸出毒性相比纯水泥固化时在不同程度上都有所下降。随着添加的还原剂剂量的增大,下降速率越来越慢;且随着养护时间的增加,Cr6+浸出浓度减小,其中养护27d比7d的固化体的固话效果好。  ③硫化钠和亚硫酸钠对浸出毒性的影响效果基本一致。相比较,硫化钠和亚硫酸钠的稳定化效果稍微差些。已有的研究表明,用硫化钠和亚硫酸钠解毒后固化体的稳定性不好,且这两种还原剂的用量增大到某个临界点对还原铬的效率有明显的抑制作用。  ④酸亚铁与硫酸亚铁铵的固化稳定化效果不错,但是从硫酸亚铁铵与铬反应方程式来看,反应中后放出刺激性的氨气,产生二次污染。在现实应用中,很重要的一点是(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O比FeSO4·7H2O贵,后者还是炼钢废水的酸洗废渣,利用起来更有意义(以废利废),综上所述,最佳的稳定剂是FeSO4·7H2O。  ⑤通过对水泥土壤质量比3:7,3.5:6.5及4:6这三组实验的对比,得出以下结论:当水泥土壤质量比4:6时,各种还原剂的用量和六价铬离子的降解还原效果较好。出于综合考虑,筛选出水泥土壤质量比4:6时,不同还原剂的固化稳定化效果最好。  ⑥分别加入粉煤灰和膨润土这两种添加剂后,污染土壤的Cr6+浸出浓度有所减小,说明添加剂能固化稳定化污染土壤;当随着添加剂用量的增加,Cr6+浸出浓度变化不大,说明仅靠增加添加剂的用量是起不到进一步解毒的作用。  ⑦综合考虑还原剂的剂量、水泥的百分含量、添加剂剂量和六价铬的浸出毒性鉴别标准,选择最优方案:水泥与土壤比例为3:7,硫酸亚铁的添加量为理论值的1.50倍,粉煤灰剂量为25.0g((即水泥与土壤总质量的10%),此时,每吨污染土壤的处理费用约为219元(不考虑人工费)。  ⑧加入药剂处理铬污染土壤可以实现污染土壤无害化,而且达到废物少增容或不增容,从而提高污染土壤处理处置系统的总体效益和经济型。同时还可以通过改变螯合剂的结构和性能使其与污染土壤中的危险成分之间的化学螯合作用得到加强,进而提高稳定化产物的长期稳定性,减少最终处置过程中稳定化产物对环境的影响。
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