本發明涉及一種通過制漿結合穩定化工藝處理重金屬污染粘性土的方法。
背景技術：
對于土壤的重金屬污染，國內外已有相當多的研究，常采用的修復技術有穩定化/固化法、淋洗法、植物修復、微生物修復、農業生態修復、電動修復等。其中，穩定化/固化技術較為常用，其方案為向半固態、固態土壤破碎物中添加穩定劑和固化劑以達到處理效果。
其中，粘性土以粉質粘土和粘土為主，其塑性指數大于10，液性指數一般在0.25-0.50之間，即一般表現為可塑性(即在外力作用下可改變形狀但不顯著改變體積也不開裂，外力卸除后仍能保持已有形狀)。在現有技術中，對于重金屬污染的粘性土壤，主要采取曬干后得到固態狀土壤再進行穩定化/固化方法，但使用該方法處理時，需要對粘性土壤進行晾曬，晾曬過程中，不僅需要晾曬場地，且晾曬周期長，一般為7-15天，對天氣的依賴性強，且由于后續藥劑與土壤難以混合均勻，不僅導致處理效果較差，且藥劑使用量增加，成本高。
此外，現有技術中的重金屬淋洗技術，其手段為通過淋洗將土壤中的重金屬總量進行消減，以達到充分洗脫的目的，淋洗過程中需要大量的洗脫藥劑，并需要用物理手段(包括攪拌、水力分選)攪拌土壤和藥劑的混合體。在淋洗過程中，會得到大量土壤漿體，其水固比一般為2-10，通過淋洗法雖然達到了去除重金屬的目的，但所得到的土壤卻無法重復使用。不僅如此，使用淋洗法根本無法處理粘性土。
技術實現要素：
本發明針對現有技術對重金屬污染粘性土處理效率低，周期長的現狀，提供了一種處理效率高、處理周期短、處理效果好、成本低、對天氣依賴程度低，處理后的粘性土可以重復利用的通過制漿結合穩定化工藝處理重金屬污染粘性土的方法。
本發明的技術方案在于提供了一種通過制漿結合穩定化工藝處理重金屬污染粘性土的方法，粘性土進行破碎和高壓水沖擊制漿，得到漿體，加入穩定劑和絮凝劑穩定化處理5-7天。
其所述方法具體包括以下步驟：
1)水力制漿
將粘性土進行初篩和初步破碎后，再同步進行破碎和高壓水沖擊，得到漿體；
初步破碎后粘性土粒徑為200-500mm；
所述高壓水的水壓為1.0～1.5MPa，漿體中雜物的粒徑為25～50mm，所得漿體含固量為1～20％；
2)篩分
進一步篩分，得到-100目篩分物；
3)脫水、穩定化處理
同時向篩分后的土壤漿體中加入穩定劑和絮凝劑或先加入穩定劑，后加入絮凝劑，進行穩定化養護和脫水，所述穩定化養護和脫水時間為5-7天。
本發明在具體的處理過程中，對整個處理的方案都進行了改進，不僅僅是制漿和穩定化處理的結合，對于具體處理過程中，初步破碎的程度、高壓水水壓以及漿體中雜物的粒徑，漿體含固量等參數都進行了嚴格的控制，獲得了在如此短的周期內的良好效果，是難以預料的。
所得漿體含固量優選為5～20％。
通過將固含量優選控制在上述范圍內，能夠進一步縮短水力除漿處理的時間，并同時有利于后續過程的有效進行。
使用常規的破碎篩分設備對一些體積較大的建筑垃圾、磚塊、石塊等進行清除。
所述穩定劑為硫化鹽、磷酸鹽或高分子重金屬捕捉劑DTCR的一種或幾種。
所述絮凝劑為PAM絮凝劑。
所述穩定化養護和脫水后的含水率為40～60％。
所述穩定劑優選為DTCR或硫化鈉。
經過脫水/穩定化處理后，優選進一步加入水泥、粉煤灰進行固化處理。固化后可進一步用于路基或穩定土等。
所加入的穩定劑與篩分后的土壤漿體的質量比根據土壤重金屬含量和性質確定。
所加入的絮凝劑與篩分后的土壤漿體的質量比為0.05-0.3％。
在土工管袋內脫水5-7天后，可進一步同時達到適宜運輸的要求。
優選在土工管袋內進行穩定化養護和脫水脫水。
通過在土工管袋內脫水，一方面能夠進一步起到好的脫水效果，另一方面有利于阻止重金屬的流失。
經過以上步驟處理的土壤，在土工管袋內脫水達到填埋要求時，可直接拖運至填埋場進行填埋。
破碎時優選使用輥式破碎機。
通過輥式破碎機與高壓水的有效結合，能夠進一步提高制漿效率，并縮短制漿周期。
所述高壓水的流量為45-60m3/h。
通過結合控制水壓和流量在上述范圍內，能夠進一步獲得更好的制漿效果。
經過脫水/穩定化處理后，優選進一步加入水泥、粉煤灰進行固化處理。
先加入穩定劑，后加入絮凝劑時，土工管袋的輸送管道上設置兩個加藥口，兩個加藥口在土工管袋的輸送管道上的距離不低于10m。這樣能進一步促進藥劑與漿體混合均勻。
本發明所述絮凝劑與穩定劑不發生反應。
本發明能夠預先分離出各種土壤中石塊、建筑垃圾和材料，并能有效混合土壤和藥劑，達到治理效果。
由于土壤重金屬一般沉積在土壤粒徑內，土壤所含的石塊、建筑垃圾、樹枝、塑料袋等雜物重金屬不會超標，因此可直接送至固廢填埋場進行處理。經過篩分后的土壤量和體積的減少，有助于降低土壤處理成本，節約藥劑使用量等，達到適宜的經濟效果。
根據工藝需要，選擇先加入穩定劑，再加入絮凝脫水藥劑，可進一步避免土壤粒子經過絮凝后將可溶性重金屬包裹于絮凝劑內而降低穩定化效果。
在具體操作過程中，通過初篩和初步破碎，便于后續破碎制漿。
此外，通過結合破碎和高壓水，在對輥物理壓力和水流的雙重作用下，易于得到流動狀態的土壤漿體。
本發明的有益效果：
本發明首次用制漿法結合脫水/穩定化處理粘性土，并取得了好的效果。現有技術中，針對粘性土，主要是通過晾曬，固化后再使用穩定劑等進行處理，未嘗試過預先制漿處理的方法，而現有的制漿處理主要是針對粘度小，分散性好的土壤，且與制漿緊密相連的是淋洗法，即通過藥劑加入水中，對土壤進行淋洗，以除去其中的重金屬。尚未嘗試將制漿與穩定化結合，且現有技術中沒有這種結合的基礎，因為兩者所處理的對象是完全不同的。
本發明針對粘性土這一特殊處理對象，提供了一種完全不同于以往的處理思路和方式，并獲得了意料之外的良好效果，不僅突破了現有技術需要晾曬場地(防雨通風)、晾曬周期長(7-15天)的局限性，且陰雨天氣亦不影響施工進程。
本發明先通過水力制漿，得到含水率80％以上的流動漿體，預先使土壤漿體與土壤中存留的建筑垃圾、石塊、樹根等其他雜物有效分離，再利用篩分的結合，將漿體與雜物分離，再通過后續穩定化以及脫水處理的結合，能夠獲得高效的處理效果。
本發明能夠將制漿與穩定化結合獲得本發明的效果，在發明人研發之初也是未曾想到的。
本發明的處理周期短、處理效果好、成本低、對天氣依賴程度低，處理后的粘性土可以重復利用。
附圖說明
圖1為本發明的處理工藝的示例。
具體實施方式
實施例1
南方某地受重金屬污染土壤，外觀為黃褐色，軟塑-可塑狀態，成份以黏粒、粉粒為主，一般黏粒多于粉粒，含有石塊、建筑廢棄物、樹枝等雜物，跟土壤的質量比約為1:10。重金屬污染因子為Pb、Cd、Zn。Pb平均含量1180mg/kg，Cd平均含量44mg/kg，Zn平均含量：401mg/kg。
初步破碎使用安裝在鏟車上的破碎篩分斗，將待處理土壤初步破碎至200mm－500mm，破碎機的型號為2PGC450×500，進料粒徑為200-500mm，處理能力為30-60t/h，出料粒徑為25-50mm；制劑過程高壓水壓力為1.0MPa，流量45m3/h；土壤制成后漿體含水率為90％；選用直線振動篩，篩網選用100目；土工管袋的型號為geotube@GT330D；絮凝藥劑為陰離子型PAM，分子量為1200萬，穩定劑使用DTCR(重金屬離子捕集沉淀劑)，與PAM不反應；藥劑配置采用一步加入法，將PAM與DTCR調配到一起，一次性加入，最終藥劑PAM含量為0.2％(相對漿體的質量百分含量，下同)，DTCR含量為10％。
按以上工藝處理，土壤處理能力為20-30t/h；處理后，土壤重金屬按照公知的浸出方法浸出，處理后重金屬Pb：0.03mg/L，Cd：0.001mg/L，Zn：未檢出。
最終單位土壤處理成本在260元/噸。
處理一批次周期7天，并且可連續處理。
實施例2
西南某地受重金屬污染河道底泥，灰褐色，軟塑狀態，成份以黏粒、粉粒為主，含有卵石塊、樹枝等雜物，跟土壤的質量比約為1:15。重金屬污染因子為Cd。Cd含量2.36mg/kg。
初步破碎使用安裝在鏟車上的破碎篩分斗，將待處理土壤初步破碎至200mm－500mm，破碎機選的型號為2PGC600×500，進料粒徑為200-500mm，處理能力為40-60t/h，出料粒徑為25-40mm；制劑過程高壓水壓力為1.0MPa，流量60m3/h；選用直線振動篩，篩網選用100目；土工管袋的型號為geotube@GT330D；絮凝藥劑為陽離子型PAM，分子量為1200萬，穩定劑使用硫化鈉；藥劑配置采用分步加入法，先加入溶解好的質量百分濃度為20％的硫化鈉水溶液，加入量為土壤漿體質量的10％，再加入含量質量百分濃度為0.2％的絮凝劑PAM，加入比例為土壤漿體的10％，兩個加藥口在輸送管道上的距離不低于10m(便于藥劑與漿體混合均勻)。
最終單位處理成本為180元/噸土壤。
處理周期7天。
按以上工藝，土壤處理能力為42-55t/h。
處理后，土壤重金屬按照HJ557-2007方法浸出，處理后Cd浸出數據低于0.005mg/L。
對比例1:
對實施例1中同樣的南方某地受重金屬污染土壤，通過晾曬、破碎、穩定化處理，加入的穩定劑DTCR的量與實施例1相等，處理周期為，晾曬15天，破碎、穩定化處理2天，養護3天，處理單批次時間為20天。處理成本為387元/噸土壤。采用該方法處理，按照HJ557-2007方法浸出，重金屬浸出Pb：0.3mg/L，Cd：0.03mg/L，Zn：0.89mg/L。
對比例2:
對實施例2中同樣的西南某地受重金屬污染河道底泥，通過晾曬、破碎、穩定化處理，加入的穩定劑硫化鈉的量與實施例2相等，處理周期為15天。最終處理成本為200元/噸土壤。