利用烟气脱硫石膏稳定固定重金属污染沉积物中镉的方法.pdf

本发明公开了属于环保技术领域的涉及沉积物中重金属的稳定固定化处理的一种利用烟气脱硫石膏稳定固定重金属污染沉积物中镉的方法。向被镉污染的沉积物中添加5-25wt％的脱硫石膏作为稳定固定剂，按每克沉积物10毫升水的比例添加400毫升水，室温条件下，放于电磁搅拌器上于室温下进行搅拌，进行重金属污染沉积物中镉的稳定固定化处理；以沉积物溶液中镉的含量作为沉积物中镉的固定化效果评价参数。本发明在解决了重金属污染沉积物中镉的稳定固定化问题的同时，还解决燃煤电厂烟气脱硫石膏的资源化综合利用问题，达到以废治废、资源综合利用的目的。

1.  一种利用烟气脱硫石膏稳定固定重金属污染沉积物中镉的方法，其特征在于，向被镉污染的沉积物中加入烟气脱硫石膏和水，进行重金属污染沉积物室温条件下的稳定固定化处理；以沉积物溶液中镉的含量作为沉积物中镉的固定化效果评价参数，具体步骤如下：
1)沉积物样品的制备
取被镉污染的沉积物样品或模拟镉污染的沉积物样品，阴凉处风干沉积物样品，研磨过40目筛，装瓶待用；
2)重金属污染沉积物中镉的稳定固定化处理
分别称取40克风干的、被镉污染的或模拟镉污染的沉积物于500毫升烧杯中，添加5-25wt％的购置于燃煤电厂，石膏含量＞80wt％的脱硫石膏作为稳定固定剂，按每克沉积物10毫升水的比例添加400毫升水，放于电磁搅拌器上于室温下，以60-100转/分钟进行搅拌，对重金属污染沉积物中镉的稳定固定化处理；
3)固定化处理后的产品可脱水后进行填埋；
4)重金属污染沉积物中镉的稳定固定化效果评价
在7天的稳定固定化过程中，不同时间分别用注射器取样10毫升，共计16个取样点，过0.45微米微孔滤膜后测试溶液中镉的含量，溶液中镉的含量用火焰原子吸收分光光度仪进行测定；
以沉积物样品中镉的释放量即沉积物溶液中镉的含量作为沉积物中镉的固定化效果评价参数，沉积物中镉的释放量越低，沉积物中镉越稳定，固定化效果越显著。

2.  根据权利要求1所述利用烟气脱硫石膏稳定固定重金属污染沉积物中镉的方法，其特征在于，所述模拟镉污染的沉积物样品为称量2千克松花江吉林市江段的沉积物，加入镉的浓度为1.3克镉/千克的12.3克硝酸镉，加水搅拌混匀，保持50wt％的水分60天，自然挥发水分。

利用烟气脱硫石膏稳定固定重金属污染沉积物中镉的方法
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体是由于沉积物中重金属种类的多样性和不确定性，因此选用被镉污染的沉积物进行针对性的沉积物中重金属的稳定固定化处理的一种利用烟气脱硫石膏稳定固定重金属污染沉积物中镉的方法。
技术背景
随着社会的不断发展，水体污染问题日益突出，我国江河湖库底质的污染率高达80.1wt％(2005年数据)。2001年研究数据表明黄浦江干流沉积物中镉超背景值2倍、铅超1倍、汞含量明显增加；苏州河中铅全部超标、镉为75wt％超标、汞为62.5wt％超标。2003年数据显示黄河、淮河、松花江、辽河等十大流域的流域片重金属超标断面的污染程度均为超类。2004年太湖底泥中总铜、总铅、总镉含量均处于轻度污染水平。2006年滇池沉积物中镉、铜、铅和锌四种重金属的含量远远超过了背景值。
20世纪70年代之前，沉积物被简单地看作水环境中污染物的“汇”，但随着影响水体污染的外源污染源越来越多地得到控制后，受污染水体沉积物逐渐成为水体不可忽视的重要内源污染源。目前，水体污染沉积物的评估、处置、处理和恢复已日益成为世界上水环境净化的难题，在美国，沉积物的污染及处置已经成为当前的迫切难题，可以说是环境污染的第二次浪潮；在我国河流、湖泊、海湾中受污染的沉积物巨量积累，其污染控制也成为本世纪的重大难题。
受污染的沉积物处理与处置一般是通过去除、减少、固定、稳定沉积物中的污染物，按照处理位置可分为异位修复和原位修复，按照处理手段方法可以分为生物学、物理、化学等方法。原位修复是沉积物不进行疏浚、采挖而直接采用固化或生物降解等手段来消除底泥的污染行为；异位修复则是将底泥疏浚后再行处理，利用物理、化学、生物等方法消除其对水体的危害。原位修复主要有原位掩蔽、原位化学固定和原位生物降解等方法。目前沉积物的处理多是进行异位处理，即疏浚，疏浚后再进行填埋、固化、焚烧、淋洗等处理。填埋是目前国内外常采用的污染沉积物的处置方式，但填埋的沉积物中污染物在外界环境发生变化可以再次释放，造成二次污染。
固定化技术被视为潜在有效的重金属污染沉积物的处理技术。沉积物中重金属在外界条件改变时将发生迁移转化。如果控制外界条件，使沉积物中重金属由不稳定态向稳定态转变，则可降低沉积物中重金属的生物毒性。因此，通过改变外界条件，如向沉积物中投加合适的化学药剂或天然矿物盐、有机质等，降低污染沉积物中重金属的溶解度、迁移性和毒性，可以实现污染沉积物中重金属的稳定固定化。现有资料表明，稳定固定化技术作为一种有效的修复重金属污染物的手段在国外已有报道，但在国内利用稳定固定化技术修复水体重金属污染沉积物的研究较少。有研究表明可以利用羟基磷灰石作为固定剂，来稳定固定沉积物中的重金属，但羟基磷灰石目前广泛应用于制造骨骼或牙齿替代物，价格相对比较高，不适用于广泛应用于重金属污染沉积物的固定化技术。
脱硫石膏是一种烟气脱硫过程产生的工业固体废弃物，主要是燃煤电厂烟气湿式石灰石/石膏法脱硫过程产生。煤炭在我国能源消费中的比例占70％左右，而煤炭燃烧排放的二氧化硫对大气污染比较严重，占全国二氧化硫排放总量90wt％。当前国内脱硫技术90％主要是湿式石灰石/石膏法工艺，虽然减轻了烟气中二氧化硫对大气的污染，但同时又产生了湿法烟气脱硫石膏副产品。石灰石/石膏法脱硫设备每处理1吨二氧化硫就产生脱硫石膏2.7吨。随着我国的火电厂装机容量的逐年递增，预计到“十二五”期间，每年的脱硫石膏和其他副产品石膏将超过1亿吨，如果不进行合理的利用，将造成浪费和二次污染。目前，国外一些发达国家如美国、德国、日本已经形成了完善的脱硫石膏研究、应用、开发体系，利用率达到90％以上，而我国燃煤火电厂生产的脱硫石膏利用率较低，主要应用于水泥和石膏板行业，另外在粉刷石膏、石膏粉、石膏粘结剂、农业、矿山填埋用灰浆以及公路路基材料等领域也有所应用，但受工业规模的影响很大。目前我国脱硫石膏的研究和应用开发还处于起步阶段，蕴藏着巨大市场机遇，且国家对此大力加以扶持，已成为资源综合利用和保护环境的新课题。
本发明使用燃煤电厂烟气脱硫石膏作为固定剂，采用稳定固定化技术增加污染沉积物中镉的稳定性，避免沉积物中镉在外界环境发生变化时而释放，造成二次污染，建立适合固定污染沉积物中镉的工艺参数。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用烟气脱硫石膏稳定固定重金属污染沉积物中镉的方法，其特征在于，向被镉污染的沉积物中加入烟气脱硫石膏，在保持有水分的条件下，进行重金属污染沉积物室温条件下的稳定固定化处理。以沉积物溶液中镉的含量作为沉积物中镉的固定化效果评价参数，具体步骤如下：
1)沉积物样品的制备
取被镉污染的沉积物样品或模拟镉污染的沉积物样品(称量2千克松花江吉林市江段的沉积物，加入镉的浓度为1.3克镉/千克的12.3克硝酸镉，加水搅拌混匀，保持50wt％的水分60天，自然挥发水分，)阴凉处风干沉积物样品，研磨过40目筛，装瓶待用；
2)重金属污染沉积物中镉的稳定固定化处理
分别称取40克风干的、被镉污染的(或模拟镉污染的)沉积物于500毫升烧杯中，添加5-25wt％的脱硫石膏作为稳定固定剂(可购置于燃煤电厂，石膏含量＞80wt％)，按每克沉积物10毫升水的比例添加400毫升水，放于电磁搅拌器上于室温下进行搅拌(60-100转/分钟)，进行重金属污染沉积物中镉的稳定固定化处理；
3)固定化处理后的产品脱水后进行填埋，大大降低重金属镉的在水溶液中释放；
4)重金属污染沉积物中镉的稳定固定化效果评价
在7天的稳定固定化过程中，不同时间分别用注射器取样10毫升，共计16个取样点，，过0.45微米微孔滤膜后测试溶液中镉的含量。溶液中镉的含量用型号为PE-AA400的火焰原子吸收分光光度仪进行测定。
以沉积物样品中镉的释放量(沉积物溶液中镉的含量)作为沉积物中镉的固定化效果评价参数，沉积物中镉的释放量越低，沉积物中镉越稳定，固定化效果越显著。
本发明的积极效果：通过比较不同添加比例的脱硫石膏样品体系中镉的释放量发现：添加25wt％脱硫石膏的沉积物中镉的固定化效果最好，在7天的固定化过程中，镉的释放量保持在0.1毫克/升左右，未添加脱硫石膏的沉积物中镉的释放量介于6-8毫克/升之间，即添加了25wt％脱硫石膏的沉积物中镉释放量显著降低。通过添加脱硫石膏可大大抑制重金属污染沉积物中镉的释放，增加了镉的稳定性，实现了重金属污染的沉积物中镉的稳定固定化。
综上所述，污染沉积物中镉的脱硫石膏稳定固定处理与以往的重金属污染沉积物的处理方法比较具有如下优点：
(1)应用燃煤电厂烟气脱硫石膏稳定固定化沉积物中的镉，与未添加脱硫石膏的沉积物相比溶液中镉的含量大大降低，明显抑制沉积物中镉的释放，增加了重金属污染沉积物中镉的稳定性；
(2)应用燃煤电厂烟气脱硫石膏稳定固定化沉积物中的镉，在解决了重金属污染沉积物中镉的稳定固定化问题的同时，还解决燃煤电厂烟气脱硫石膏的资源化综合利用问题，达到以废治废、资源综合利用的目的。
附图说明
图1为添加25wt％脱硫石膏的、模拟镉污染的沉积物中镉的释放量。
具体实施方式
利用烟气脱硫石膏稳定固定重金属污染沉积物中镉的方法，对照实验1：称取40克风干的、模拟镉污染的沉积物于500毫升烧杯中，按每克沉积物10毫升水的比例加入400毫升水，放于电磁搅拌器上于室温下进行搅拌(60-100转/分钟)，进行镉的稳定固定化处理对照实验。在7天的稳定固定化过程中，不同时间分别用注射器取样10毫升(共计16个取样点)，过0.45微米微孔滤膜后测试溶液中镉的含量。测试结果显示：16个取样点测定溶液中镉的平均浓度为7.5±0.35毫克/升。
效果实验1：称取40克风干的、模拟镉污染的沉积物于500mL烧杯中，添加13.3克脱硫石膏(购置于四平电厂，石膏含量＞80wt％，使沉积物中石膏含量达到25wt％)作为稳定固定剂，按每克沉积物10毫升水的比例加入400毫升水，放于电磁搅拌器上于室温下进行搅拌(60-100转/分钟)，进行重金属稳定固定化处理。在7天的稳定固定化过程中，不同时间分别用注射器取样10毫升(共计16个取样点)，过0.45微米微孔滤膜后，用火焰原子吸收分光光度仪(型号：PE-AA400)测试溶液中镉的含量。测试结果显示：16个取样点测定溶液中镉的平均浓度为0.077±0.016毫克/升，仅仅是未添加脱硫石膏的对照实验中镉的释放量的1wt％左右，释放量显著降低，达到了稳定固定沉积物中镉的目的。
在7天的稳定固定化过程中，沉积物中镉释放量保持在0.1毫克/升左右，未添加脱硫石膏的沉积物中镉的释放量介于6-8毫克/升之间，即添加了25wt％脱硫石膏的沉积物中镉释放量显著降低。通过添加脱硫石膏可大大抑制镉的释放，实现了重金属污染沉积物中镉的稳定固定化。
对照实验2：称取40克风干的、被镉污染的沉积物(采集于葫芦岛市近海区域)于500毫升烧杯中，按每克沉积物10毫升水的比例加入400毫升水，放于电磁搅拌器上于室温下进行搅拌(60-100转/分钟)，进行镉的稳定固定化处理对照实验。在7天的稳定固定化过程中，不同时间分别用注射器取样10毫升(共计16个取样点)，过0.45微米微孔滤膜后，溶液中镉的含量用火焰原子吸收分光光度仪(型号：PE-AA400)进行测定。
测试溶液中镉的含量。测试结果显示：16个取样点测定溶液中镉的平均浓度为0.72±0.21毫克/升。
效果实验2：称取40克风干的、被镉污染的沉积物(采集于葫芦岛市近海区域)于500毫升烧杯中，添加13.3克脱硫石膏(可购置于电厂，石膏含量＞80wt％，使沉积物中石膏含量达到25wt％)作为稳定固定剂，按每克沉积物10毫升水的比例加入400毫升水，放于电磁搅拌器上于室温下进行搅拌(60-100转/分钟)，进行重金属稳定固定化处理。在7天的稳定固定化过程中，不同时间分别用注射器取样10毫升(共计16个取样点)，过0.45微米微孔滤膜后测试溶液中镉的含量。测试结果显示：16个取样点测定溶液中镉的平均浓度为0.055±0.013毫克/升，仅仅是未添加脱硫石膏的对照实验中镉的释放量的7wt％左右，释放量显著降低，达到了稳定固定沉积物中镉的目的。