磷酸渣在修復(fù)環(huán)境中重金屬鉛污染的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及以廢治廢的領(lǐng)域，特別涉及磷酸渣在修復(fù)環(huán)境中重金屬鉛污染的應(yīng) 用。
【背景技術(shù)】
[0002] 在鋼鐵行業(yè)的生產(chǎn)加工過(guò)程中，不可避免地要經(jīng)過(guò)退火、正火、淬火、焊接等加工 過(guò)程，表面時(shí)常會(huì)產(chǎn)生黑色的氧化皮。氧化皮不僅影響鋼材的外觀質(zhì)量，也會(huì)對(duì)產(chǎn)品的后續(xù) 加工產(chǎn)生不利影響，故在后續(xù)加工前必須采用酸洗、拋光等表面處理將其發(fā)放出去。酸洗工 藝主要是用鹽酸或硫酸、氫氟酸和磷酸等對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行清洗。利用磷酸清洗的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生 大量的磷酸渣。磷酸渣的堆積會(huì)造成環(huán)境污染，進(jìn)而危害人類與動(dòng)植物的健康。
[0003] 目前對(duì)于磷酸渣的處理，大部分企業(yè)的方式是消極的填埋，因此磷酸渣的處理處 置是目前亟待解決的問(wèn)題。
[0004] 隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，重金屬鉛的排放造成的污染越來(lái)越嚴(yán)重，其難降解性、富集 性對(duì)人類、動(dòng)植物造成了嚴(yán)重的危害。如對(duì)人體會(huì)造成貧血，損害精神系統(tǒng)等。
[0005] 傳統(tǒng)重金屬處理方法有三類：化學(xué)法、物理法、生物法，這些工藝普遍存在成本高、 反應(yīng)慢、易造成二次污染等缺點(diǎn)。近年來(lái)，采用吸附劑去除重金屬鉛由于工藝簡(jiǎn)單、操作方 便等優(yōu)點(diǎn)成為人們研宄的熱點(diǎn)，因此吸附劑的選擇尤其重要。在眾多的吸附劑中，化學(xué)合 成的吸附劑通常存在著成本高、合成工藝復(fù)雜的缺點(diǎn)，如專利《公開(kāi)號(hào)為CN102179233、CN 102389776等》；天然吸附劑有著成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，但多數(shù)天然吸附劑需要經(jīng)過(guò)化學(xué)改性， 這無(wú)疑增加了成本，使其低廉性大打折扣，如使用橘子皮《Lugo-Lugo V，Hernandez-Lopez S, Barrera-Diaz C, et, al. A comparative study of natural, formaldehyde-treated and copolymer-grafted orange peel for Pb (II) adsorption under batch and continuous mode. Journal of Hazardous Materials. 2009, 161, 1255-1264》，專利《公開(kāi)號(hào) CN 102513067》等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決鋼鐵廠磷酸渣的利用問(wèn)題及重金屬鉛污染問(wèn)題，本發(fā)明提出以磷酸渣為 原料修復(fù)環(huán)境中重金屬鉛污染的廢水與土壤。
[0007] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：
[0008] 一種磷酸渣在修復(fù)環(huán)境中重金屬鉛污染的應(yīng)用，所述的磷酸渣為采用磷酸清洗鋼 鐵表面氧化皮后產(chǎn)生的廢渣；所述的環(huán)境包括水體和土壤。
[0009] 其中，當(dāng)環(huán)境為水體時(shí)，所述的應(yīng)用包括如下步驟：
[0010] (1)將磷酸渣水洗、自然晾干、破碎過(guò)80~150目篩后備用；
[0011] ⑵將磷酸渣按固液比〇. lg/50mL的比例加入到含鉛廢水中，在pH為2~6(pH優(yōu) 選4~6)、20~50°C下充分混合，反應(yīng)時(shí)間不小于60min。
[0012] 當(dāng)環(huán)境為土壤時(shí)，所述的應(yīng)用包括如下步驟：
[0013] (1)將磷酸渣水洗、自然晾干、破碎過(guò)80~150目篩后備用；
[0014] (2)將磷酸渣與鉛污染土壤按10~20:100的質(zhì)量比充分混合，自然條件下放置一 個(gè)月以上。
[0015] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是：
[0016] (1)以磷酸渣作為修復(fù)重金屬鉛的物質(zhì)，有效的緩解了鋼鐵廠磷酸渣的處理壓 力；
[0017] (2)本發(fā)明的磷酸渣對(duì)廢水中重金屬鉛的去除效果好，去除率可達(dá)99. 99%，體現(xiàn) 出磷酸渣對(duì)廢水中鉛良好的去除能力；對(duì)土壤中的鉛也具有很好的固定效果，降低了鉛污 染土壤的危害；
[0018] (3)本發(fā)明的磷酸渣可直接應(yīng)用于重金屬鉛的修復(fù)，不需要再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的加工 過(guò)程，操作簡(jiǎn)單；
[0019] (4)本發(fā)明的磷酸渣應(yīng)用完畢后可直接從水中過(guò)濾分離，不會(huì)產(chǎn)生二次污染，對(duì)于 廢物再利用具有重要意義。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1是初始PH的不同對(duì)磷酸渣去除廢水中重金屬鉛效果影響曲線圖。
[0021] 圖2是溫度對(duì)磷酸渣去除廢水中重金屬鉛效果影響曲線圖。
[0022] 圖3是時(shí)間對(duì)磷酸渣去除廢水中重金屬鉛效果影響曲線圖。
[0023] 圖4是磷酸渣投加量不同對(duì)污染土壤中鉛各形態(tài)含量影響曲線圖。
[0024] 圖5是修復(fù)后土壤中鉛的毒性浸出變化曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制。
[0026] 磷酸渣潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)試驗(yàn)：
[0027] (1)磷酸渣的預(yù)處理：將磷酸渣水洗、自然晾干、破碎過(guò)80~150目篩后備用；
[0028] (2)磷酸渣潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)試驗(yàn)：以固體廢物毒性浸出試驗(yàn)（TCLP)為例。稱取 預(yù)處理過(guò)的磷酸渣lg，根據(jù)pH值加入TCLP提取液20mL，常溫下振蕩（18+2) h后過(guò)濾，測(cè)定 常見(jiàn)重金屬的含量。對(duì)比毒性浸出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的重金屬濃度閾值結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，磷 酸渣中浸出常見(jiàn)重金屬濃度低于規(guī)定的濃度閾值，因此不屬于具有浸出毒性的危險(xiǎn)廢物， 可應(yīng)用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。
[0029] 表1磷酸渣毒性浸出重金屬
[0030]
[0031] 實(shí)施例1
[0032] 討論初始pH的不同對(duì)磷酸渣去除廢水中重金屬鉛效果的影響：
[0033] 配制5份50mL鉛濃度為200mg/L的模擬廢水，研宄不同初始pH的影響，用HC1、 NaOH溶液調(diào)節(jié)初始鉛溶液pH為2、3、4、5、6，分別加入磷酸渣0.1 g，置于200r/min恒溫振蕩 箱中振蕩5小時(shí)，溫度控制在30°C。反應(yīng)結(jié)束后取樣過(guò)濾，測(cè)定重金屬鉛的含量，計(jì)算去除 效果。由計(jì)算結(jié)果得知，pH為4,5,6時(shí)去除率最高，達(dá)到99. 99%。pH過(guò)低不利于鉛的去 除，如圖1。
[0034] 實(shí)施例2
[0035] 討論溫度對(duì)磷酸渣去除廢水中重金屬鉛效果的影響：
[0036] 配制4份50mL鉛濃度為200mg/L的模擬廢水，研宄不同溫度的影響，將各溶液用 HCl、NaOH溶液調(diào)制實(shí)施例1中的最佳pH，分別加入磷酸渣0. lg，將每份鉛溶液分別置于4 個(gè)200r/min恒溫振蕩箱中振蕩5小時(shí)，溫度控制在20 °C、30 °C、40 °C、50 °C。反應(yīng)結(jié)束后取 樣過(guò)濾，測(cè)定重金屬鉛的含量，計(jì)算去除效果。由計(jì)算結(jié)果可知，鉛去除率隨溫度升高而增 大，但溫度為常溫時(shí)去除率可達(dá)99. 90%，說(shuō)明磷酸渣去除廢水中重金屬鉛在常溫下即可進(jìn) 行，如圖2。
[0037] 實(shí)施例3
[0038] 討論時(shí)間對(duì)磷酸渣去除廢水中重金屬鉛效果的影響：
[0039] 配制11份50mL鉛濃度為200mg/L的模擬廢水，研宄時(shí)間的影響，將各溶液用HC1、 NaOH溶液調(diào)制實(shí)施例1中的最佳pH，分別加入磷酸渣0. lg，溫度控制在30°C，置于200r/ min恒溫振蕩箱中，按反應(yīng)時(shí)間10、20、30、40、60、90、120、150、180、240、300min取樣過(guò)濾， 測(cè)定重金屬鉛的含量，計(jì)算去除效果。由計(jì)算結(jié)果可知，在一定時(shí)間內(nèi)隨著時(shí)間的增加，重 金屬鉛去除率逐漸增加，當(dāng)時(shí)間多60min去除率達(dá)到最高。說(shuō)明磷酸渣去除廢水中重金屬 鉛在較短時(shí)間內(nèi)即可達(dá)到較好去除效果，如圖3。
[0040] 實(shí)施例4
[0041] 討論磷酸渣投加量不同對(duì)污染土壤中鉛固化效果的影響：
[0042] 分別稱取6份100g鉛污染土壤，根據(jù)土壤質(zhì)量的0%、2%、5%、10%、15%、20%加 入磷酸澄，水土保持能力為50%~70%。30天后烘干磨碎土壤用Tessier五步提取法測(cè) 定土壤中鉛各形態(tài)的含量，用TCLP法測(cè)定土壤中鉛毒性浸出。由測(cè)定結(jié)果可知，污染土壤 中重金屬鉛的形態(tài)隨著磷酸渣投加量的增加逐漸轉(zhuǎn)化為殘?jiān)鼞B(tài)，如圖4。當(dāng)磷酸渣投加量 多10 %時(shí)，土壤修復(fù)效果最好，修復(fù)后土壤重金屬鉛浸出率可達(dá)到《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出 毒性鑒別》（GB5085. 3-2007)的相關(guān)要求（TCLP〈5mg/L)，達(dá)到固定化效果，如圖5。
[0043] 上述實(shí)施例1-3只是提供了幾個(gè)不同參數(shù)對(duì)廢水中鉛去除效果的影響，pH在1-2 的范圍內(nèi)，去除效果最差；溫度參數(shù)，在常溫下能達(dá)到較好去除效果；時(shí)間參數(shù)，根據(jù)時(shí)溫 等效原理，在一定時(shí)間內(nèi)時(shí)間越長(zhǎng)，去除效果越好；實(shí)施案例4中提供了一種參數(shù)一一投加 量對(duì)土壤鉛固化效果的影響，隨著投加量的增加固化效果越好。在此，沒(méi)有將所有的參數(shù)組 合都一一列舉，因?yàn)闊o(wú)法窮舉。
[0044] 在實(shí)施例1-3中，磷酸渣用量均為一定值，再加上pH、溫度等優(yōu)選的參數(shù)，去除效 果最好，可以達(dá)到99. 9%以上甚至100%，但在實(shí)際去除過(guò)程中，只要磷酸渣未達(dá)到吸附容 量，就可產(chǎn)生去除效果，因此，在實(shí)際過(guò)程中磷酸渣用量，并不僅僅限于上述實(shí)施例1-3中 提到的磷酸渣用量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種磷酸渣在修復(fù)環(huán)境中重金屬鉛污染的應(yīng)用，其特征在于，所述的磷酸渣為采用 磷酸清洗鋼鐵表面氧化皮后產(chǎn)生的廢渣；所述的修復(fù)環(huán)境包括水體和土壤。2. 如權(quán)利要求1所述的磷酸渣在修復(fù)環(huán)境中重金屬鉛污染的應(yīng)用，其特征在于，當(dāng)環(huán) 境為水體時(shí)，所述的應(yīng)用包括如下步驟： (1)將磷酸渣水洗、自然晾干、破碎過(guò)80~150目篩后備用； ⑵將磷酸渣按固液比〇.lg/50mL的比例加入到含鉛廢水中，在pH為2~6、20~50°C下充分混合，反應(yīng)時(shí)間不小于60min。3. 如權(quán)利要求2所述的磷酸渣在修復(fù)環(huán)境重金屬鉛污染中的應(yīng)用，其特征在于，在pH 為4~6、20~50°C下充分混合。4. 如權(quán)利要求1所述的磷酸渣在修復(fù)環(huán)境重金屬鉛污染中的應(yīng)用，其特征在于，當(dāng)環(huán) 境為土壤時(shí)，所述的應(yīng)用包括如下步驟： (1) 將磷酸渣水洗、自然晾干、破碎過(guò)80~150目篩后備用； (2) 將磷酸渣與鉛污染土壤按10~20:100的質(zhì)量比充分混合，自然條件下放置一個(gè)月 以上。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種磷酸渣在修復(fù)環(huán)境重金屬鉛污染中的應(yīng)用。所述的磷酸渣為采用磷酸清洗鋼鐵表面氧化皮后產(chǎn)生的廢渣；所述的修復(fù)環(huán)境包括水體和土壤。本發(fā)明利用鋼鐵廠廢渣—磷酸渣為原料，將其簡(jiǎn)單預(yù)處理后應(yīng)用于重金屬鉛污染的廢水和土壤中，具有成本低，工藝簡(jiǎn)單，不存在二次污染，修復(fù)效果好的優(yōu)點(diǎn)，真正實(shí)現(xiàn)了以廢治廢、變廢為寶，對(duì)于解決環(huán)境污染、促進(jìn)廢物再利用具有極其重要的意義。
【IPC分類】C02F1/28, B09C1/00, C02F1/62
【公開(kāi)號(hào)】CN104909422
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510238792
【發(fā)明人】孫秀云, 董曉麗, 王進(jìn)軍, 嚴(yán)玉波, 李健生, 沈錦優(yōu), 韓衛(wèi)清, 劉曉東, 張軒, 李橋
【申請(qǐng)人】南京理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月16日
【申請(qǐng)日】2015年5月12日