汞污染土壤水泥固化处理方法探究.pdf

第 28 卷第 23 期 2012 年 12 月 甘肃科技 Gansu Science and Technology Vol 28No 23 Dec 2012 汞污染土壤水泥固化处理方法探究 晁波阳 郑舒雯 王有乐 兰州大学 资源环境学院 甘肃 兰州 730000 摘要 介绍了利用水泥固化技术处理汞污染土壤 其中 弱碱性的 Na2S 溶液用作固汞剂 混凝成型的固化体破碎 后进行浸出毒性实验检测含汞浓度 探究了 pH Na2S 理论添加量 水泥添加量对固汞效果的影响 实验结果表明 水泥添加量为 4 倍 固汞液 pH 8 Na2S 添加量为理论反应量的 6 倍时 浸出液含汞浓度低于 1ng L 关键词 汞 pH Na2S 水泥固化 浸出液 中图分类号 X53 某氯碱化工厂采用汞法制造烧碱产生了含汞污 泥 汞泥集中堆放于场区 后转运用于炼汞 堆放过 程中汞泥在降水淋溶和地表水的溶解作用下迁移 堆放场地的土壤被污染 经取样检测 土壤汞浓度高 达 135 08mg kg 污染指数高达 90 05 执行土壤环 境质量三级标准 1 5mg kg 汞污染土壤显著影响 水环境和农产品的质量 进入土壤的无机汞在硫酸 盐还原菌或化学作用下 转化为毒性更大 能通过食 物链产生生物放大效应的甲基汞 Me Hg 产生 生物累计效应 危害人类及动物健康 1 据报道 2 固化 稳定化技术是国际上处理有毒 有害废物的主要方法之一 而水泥基材料是近 20 年 来美国及德国 法国 比利时等欧洲发达国家应用最 广也是最重要的胶结料 美国环保局将此技术称为 处理有毒有害废物的最佳技术 目前水泥固化 稳 定化技术是处理土壤重金属污染的重要手段 已经 开展了水泥固化处理铬渣 焚烧垃圾飞灰等研究 而 水泥固化处理汞污染土壤鲜有报道 限制了该方法 在实际工程的推广 在实际工程应用中 通过水泥固化处理汞污染 土壤的主要影响因素包括 pH 固汞液添加量 水泥 与汞污染土壤质量比 本文以堆放场地的汞污染土 壤为样品进行水泥固化处理实验 通过浸出毒性试 验确定最佳固化条件 1测量方法 试剂及设备 总汞含量测量采用冷原子吸收分光光度法 参 照 土壤质量 总汞的测定 冷原子吸收分光光度法 GB T 17136 1997 祁连山牌 425 水泥 NaOH Na2S 分析纯 pH 试纸 搅拌器 SK 2003 双道原子荧光分析仪 西安 索坤公司 震荡仪 2实验过程 在含汞量最大的探坑剖面线上先用竹片剥离探 坑表面 然后取样 收集至塑料样品袋 取样品 20kg 完全混匀后 测量其平均含汞量为 130mg kg 用橡皮锤将土样碾碎后经过 2mm 尼龙筛筛选 将筛选后的样品混匀储备使用 称量 32 份样品 250g 分别置于 2L 塑料容器 中 配制过量的硫化钠溶液 硫化钠的理论加入量 为总汞含量的 0 18 倍 加入蒸馏水调节溶液定容 至用 NaOH 调节溶液的 pH 6 10 称量制备好的土壤样品放入塑料容器中 将土 样和水泥 干粉末 按照质量比 1 8 混合 然后加 入硫化钠溶液 加入适量的自来水 放在搅拌器中搅 拌 搅拌速度为 60r min 时间为 5min 将搅拌好的 水泥浆倒入模板中 经过混凝成型后破碎成粒径 0 5 3cm 的块体 按照 固体废物 浸出毒性浸出方 法 硫酸硝酸法 HJ T 299 2007 进行浸出毒性实 验 具体实验过程如图 1 所示 图 1汞污染土壤水泥固化实验 冯新斌等 3 报道人为 Hg 污染的土壤 Hg 主要 以难氧化降解有机质结合态形式存在 而由地质作 用引起的土壤中 Hg 主要以残渣态形式存在 本实 验主要测量汞污染土壤中的总汞和处理后的样品中 浸出液含汞浓度作为判断指标 原理 汞污染土壤与水泥以一定比例均匀混合 后 添加弱碱性的 Na2S 溶液 汞污染土壤中游离的 Hg2 与 S2 反应生成难溶的 HgS 溶解度为 4 10 53 然后添加一定水量使混合物混凝 在水泥的 水合和水硬胶凝作用下形成坚硬的固化体 降低汞 在 废物 水泥 固化体基质中的迁移率 从而达到 降低废物中总汞浸出的目的 本实验采用硫化钠溶液加入土壤固汞后进行水 泥固化汞污染土壤 确定固化工艺最佳的 pH 水泥 与污染土壤质量比例 硫化钠投加量 黄鸣荣等 4 报道 去除含汞废水中的汞离子最 佳 pH 为7 9 pH 9 后随着 pH 的增大 pH 10 后 汞离子去除效率急剧下降 本实验 pH 变量范围确 定为 6 10 按照反应量确定 Na2S 的投加量为理论倍数为 0 8 水泥 汞污染土壤的比例为 1 8 进行实验 3实验结果及分析 3 1pH 值对固汞效果的影响 反应条件 水泥 汞污染土壤 2 1 质量 比 加入 Na2S 溶液的含量为12 15 18 倍 浸出液 含汞浓度与 pH 的关系如图 2 所示 图 2 pH 值与浸出液中含汞量的关系 由图 2 可知 pH 值从 6 10 增大时 浸出液含 汞浓度逐渐降低 在 pH 8 时达到最小值后又逐渐 增大 固汞液的 pH 为 8 时除汞效果达到最佳 12 15 18 倍的固汞液处理后的水泥块的浸出液浓度分 分别为 0 0845mg L 0 0561mg L 0 0075mg L 均 低于国家 危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别 GB5085 3 2007 中 Hg 浓度标准限值 0 1mg L 因此可确定固汞液的最佳 pH 为 8 3 2水泥添加量对固汞效果的影响 反应条件 pH 为 8 固汞液理论添加量为 15 倍 浸出液含汞浓度与水泥添加倍数的关系如图 3 所示 图 3水泥添加倍数和浸出液含汞浓度的关系 由图 3 可知 随着水泥添加量的增大 浸出液汞 浓度降低 水泥添加量为 3 倍时 浸出液含汞浓度为 0 0012mg L 添加倍数大于 4 后 浸出液含汞浓度 低于 1ng L 因此无害化最佳水泥添加倍数为 4 3 3Na2S 添加量对固汞效果的影响 反应条件 pH 为8 水泥添加倍数为 4 时 浸出 液含汞浓度与固汞液的添加量的关系如图 4 所示 图 4Na2 S 理论添加倍数和浸出液含汞浓度的关系 由图 4 可知 浸出液含汞浓度在 Na2S 理论添加 倍数 0 6 之间时急剧降低 在固汞液添加 6 倍之后 浸出液含汞浓度低于 1ng L 综上 水泥固化处理含汞土壤的最佳条件为 pH 8 水泥添加量为 4 倍 Na2S 的理论添加倍数为 6 倍 可以使浸出液含汞浓度低于 1ng L 4结论 1 水泥固化处理汞污染土壤有良好的处理效 果 实验结果表明 pH 调节至 8 左右时 水泥添加倍 数为 4 Na2S 的理论添加倍数为 6 倍 经过浸出毒性 试验检测的固化块体的浸出液含汞浓度低于1ng L 达到了汞污染土壤的无害化处理 2 根据实际条件 建议汞污染土壤无害化最佳 条件为 水泥 汞泥 2 1 pH 为 8 固汞液添加倍 数为 18 倍时 水泥块浸出液浓度为0 0075mg L 达 到国 家 危 险 废 物 鉴 别 标 准 浸 出 毒 性 鉴 别 GB5085 3 2007 中 Hg 浓度标准限值 0 1mg L 满足无害化堆放要求 下转第 54 页 43甘肃科技第 28 卷 焊接时 先焊内侧 然后在外侧清根焊接 这样 清根打磨非常方便 避免了传统方法清根 打磨的缺 点 内侧焊第一层 外侧清根后焊第二 第三层 焊 接完成后 利用氧乙炔火焰同时加热两个法兰焊缝 内测 加热温度为 160 200 使法兰产生变形 直 至两法兰外侧间隙消除 待冷却后拆开 检测法兰 角变形均符合标准要求 注意加热时两侧的加热速 度和火焰温度应保持一致 以避免法兰变形不对称 3 2无损检测分析及质量控制 每种无损探伤方法均有其优点和局限性 各种 方法对缺陷的检出机率不会是 100 也不会完全 相同 按照设计 技术要求 在对各部位焊缝采用 无损探伤检验 主要采用的是超声波探伤和射线探 伤 而此两种方法主要用于探测被检物的内部缺陷 通常采用超声波探伤检测被检物内部缺陷 如裂纹 白点 分层和焊缝中的未熔合 气孔 夹渣 未熔透 等 采用射线照相探伤方法检测被检物内部的体积 型缺陷 如气孔 夹渣 裂纹 未焊透等 采用磁粉探 伤检测法兰环焊缝表面和近表面裂纹等缺陷 采用 渗透探伤检测内附件角焊缝的表面缺陷等 一般超声探伤适用的对象为 锻件 焊缝 型材 铸件等 超声探伤能发现锻件中与超声波束基本垂 直的裂纹 白点 分层 大片或密集的夹渣等缺陷 通常采用直射法探测内部缺陷 用斜射法可探测与 表面不平行的缺陷和表面缺陷 超声探伤能发现焊 缝 对接焊缝 角焊缝 中的裂纹 未焊透 未熔合 夹渣和气孔等缺陷 通常采用斜射法 能测定缺陷位 置和相对尺寸 但较难判定缺陷的种类 射线探伤适用的对象为 焊缝 铸件等 不适用 锻件 型材 射线探伤能发现焊缝中的未焊透 气 孔 夹渣等缺陷 对于裂纹和未熔合 由于其缝隙宽 度极窄 且射线方向不易与裂纹和未熔合的方向一 致 故射线法较难发现焊缝中裂纹和未熔合 4结论 塔架作为风力发电机组重要的受力部件 对其 制造 安装质量过程的检验检测显得尤为重要 通过 对塔架的生产制造过程的检验分析 提出了塔筒制 造和塔架安装检验的步骤 方法等 并对焊接技术工 艺提出了改进措施 控制法兰与筒体焊接后变形 有 效地消除因反复刨焊造成焊缝成形质量差的现象 对关键检验技术 无损检测技术和质量控制进行了 初步分析探讨 为风电产业持续健康发展提供质量 保障 参考文献 1 风电制造安装检验验收规范 S DB62 甘肃地方标 准 DB62 1938 2010 2 于太安 武志勤 耿俊峰 风电塔架法兰焊接方法研究 J 河北建筑工程学院学报 2008 26 1 79 80 3 梁建明 王占英 刘春东 等 风电塔架法兰焊接工艺 J 焊接技术 2009 38 2 30 31 4 石卫东 风力发电机组制造技术条件探讨 J 甘肃电 力技术 2004 19 8 7 9 5 张永军 风电塔架法兰外翻变形的控制工艺 J 中国 制造业信息化 2009 39 17 71 77 6 张永红 风电塔架焊接工艺的改进措施 J 科技资 讯 2008 18 30 76 77 7 马庆升 陈永东 1500kW 风力发电机组制造质量控制 J 全国风力发电技术协作网第三届年会论文集 风 电技术与运用 1 5 8 许东 风塔的制作 J 化工建设工程 施工技术 2004 26 3 45 48 9 肖广民 陈贵 浅谈风力发电机的制造 J 风力发电 2004 20 4 37 39 10 杨少军 王延斌 特古斯 风力发电法兰平面度控制 技术 J 钢结构 2009 24 12 65 67 11 王兴衍 龚敬文 风力发电机制造的质量控制 J 甘 肃科技纵横 2009 38 1 68 櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷 68 上接第 34 页 参考文献 1 刘平 仇广乐 商立海 汞污染土壤修复技术进展 J 生态学 2007 26 6 933 937 2 Gongar M L D Scheetz B Z Roy D M Ettringite and C S H portland cement phases for waste ion immobiliza tion A review J Waste M