铅污染土壤稳定化试验文档格式.docx
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1.1课题的背景及研究意义1
1.1.1课题背景1
1.1.2研究意义1
1.2国内外研究现状1
1.3主要研究内容5
1.4本章小结6
2研究对象基本情况7
2.1企业概况7
2.2生产原料7
2.3铅的毒理性9
2.4铅在土壤中的存在形态10
3铅稳定化试验11
3.1正交试验方法介绍11
3.1.1正交试验11
3.1.2正交表11
3.2试验器材、仪器和试验方案13
3.2.1试验器材13
3.2.2试验仪器13
3.2.3试验原理14
3.2.3试验方案14
4试验结果分析21
4.1相同质量单种稳定剂21
4.2同种土壤中加入不同质量单种稳定剂21
4.3不同土壤加入不同搭配的稳定剂22
4.4本章小结23
5结论24
参考文献25
致谢26
1绪论
1.1课题的背景及研究意义
1.1.1课题背景
随着工业化和城市化的进程，人类在改造自然、利用自然的同时使大量污染物进入环境，产生了许多环境问题，重金属就是常见的污染源之一。
重金属是土壤环境中一类具有潜在危害的污染物，它在土壤中一般不易随水淋溶，也不能被微生物所分解，而常常在土壤中积累，土壤一旦遭受重金属污染，就很难予以彻底消除，危害十分严重。
因此，土壤重金属污染问题引起全世界的高度重视。
德国、美国、澳大利亚等国家对土壤重金属已有了较深入的研究，我国学者也从土壤的母岩和母质、机械组成、环境污染和人为作用等方面进行了探讨[1]，现有研究表明，土壤重金属污染源主要有工矿企业三废排放、污水灌溉、人为不合理使用化肥农药。
其中，铅污染是重金属污染的重要组成部分之一，铅是一种毒性很大的物质,铅可对许多人体器官带来不良影响[2],特别是对人的肺、肾脏、生殖系统、心血管系统。
这些影响表现为智力下降（尤其是对儿童学习方面引起明显问题）、肾损伤、不育、流产以及高血压。
还可引起铅脑病、腹绞痛、多发性神经炎、溶血性贫血等。
儿童对于铅的不良影响特别敏感。
低水平暴露对于儿童产生的不良影响主要是对中枢神经系统功能与发育方面,并导致各种行为失常。
如精神不能集中,不服从要求或命令、智商测验分数较低等[3]。
因此，对含铅土壤的修复问题已成为现在的一个研究热点。
目前主要的修复方法主要有物理修复、化学修复、生物修复，物理修复的工程量较大且治理费用很高，生物修复技术并未成熟，化学修复简单且较为经济。
故目前使用较多的为化学修复技术。
1.1.2研究意义
本研究对针工业生产过程中对场地的土壤铅污染可能对人体的健康产生严重危害，现在的处置方式主要是异位修复处理，为了治理土壤，减少对人体的健康危害，开展对铅污染土壤通过化学的方式进行稳定化，将铅稳固于土壤中，有利于减少被雨水等浸出量，从而减少人们的健康风险。
本研究是为了找到一种经济合理稳定剂，对含铅土壤进行处理。
[4]
1.2国内外研究现状
表1.1稳定化技术简介
编号
技术名称
技术简介
优点
缺点
1
堆放储存、等待时机
在填埋场或固体废物处置中心建立污染土壤临时储存库，将开始挖出来的污染土壤储放在储存库内，等待固体废物处置中心建立相应的处置设施后，在对土壤进行处理。
储存过程中，要对库区进行封闭管理，要定时对可能的泄露进行监测。
如果当前没有条件建立污染土壤的处理设施、资金短缺，但是能够找到堆放场地，可以考虑该技术路线。
污染土壤长期对方储存会占用大量土地和维护管理力量。
从长远看，在费用上可能会更加昂贵。
2
回收处理
在当地政府环保部门的监督下，选择有条件的工厂，对可以利用的物质回收利用。
可以回收有用物质。
需要确保在回收利用过程中没有产生新的污染。
3
土壤淋洗
用水或添加表面活性剂、螯合剂的水溶液来淋洗土壤，将土壤污染物淋洗到溶液中。
被清洗后的土壤经检测合格后可以回收利用。
淋洗土壤的溶液需要收集起来进行无害化处理，处理后的水可以用于淋洗，处理后的残渣可以填埋。
可以出去土壤中的含铅污染物。
对于大粒径、地有机碳的土壤如沙砾、砂、细沙等土质，土壤中的污染物比较容易被淋洗出来。
对粘土和粉土中的污染物比较难以清洗出来。
由于本项目评估场地为部分为粘性土壤。
4
固化或稳定化
通过对土壤中添加固化剂或稳定化剂等粘结剂固定土壤中的污染物，防止其在环境中进一步前移、扩散。
对于重金属和放射性污染土壤比较适合。
因为固化材料会老化或失效，而且水浸泡、冰冻/融化都会影响固化效果，一般不用于有机污染土壤。
增大污染物的体积。
5
氧化还原法
氧化还原法就是在重金属污染土壤中添加氧化还原剂，通过化学反应改变重金属离子的价态，从而降低土壤中重金属的活性和毒性。
对于铅污染土壤，常用的还原剂有硫酸亚铁、亚硫酸盐、硫代硫酸钠、亚硫酸氢钠、二氧化硫等。
施用过磷酸钙、钙镁磷肥、水合氧化锰等也可促进铅的沉淀，减少土壤中的可交换态铅。
还原剂的选择，如果选择失当，易造成土壤的二次污染。
6
高温热脱附
将土壤输入旋转的容器中，并保持容器中的真空以及低氧条件，通过火焰、蒸汽、热油等方式将容器加热。
是的容器内的土壤温度内保持某一温度，并且持续一定的时间。
在此过程中土壤中的污染物和水分将成为气体或成细颗粒状进入气相。
这些气体被收集起来，在捕集和出力其中的污染物后，气体被排放。
通过控制反应器的温度（例如500℃）及土壤在反映其中的停留时间（例如45分钟），可以使污染物会发出来，但是并不发生氧化、分解等化学反应。
针对挥发性和半挥发性有机化合物比较有效。
适应的污染物浓度水平比较宽泛。
该场地土壤中的有机污染物较不少，需要较多的能源，需要较准确的控制反应器的温度和土壤停留时间。
7
超临界水氧化
当水被加热到374.3℃、加压到22.1MPa时，饱和水与干饱和蒸汽密度相等，达到水临界点。
当温度压力超过该点时，即为超临界水。
在超临界条件下，碳可以被转化为二氧化碳，氢则被转化为水，含氯化合物产生的氯原子转化为氯离子，硝基化合物转化为硝酸盐，硫变为硫酸盐，磷则以磷酸盐状态存在。
此时，水中所有的有机氯污染物会在几分钟内被氧化、分解。
当污染物浓度很高时，例如10%，反应产生的热量可以维持分解反应过程，不许外界加热。
适合处理高浓度污染物，反应彻底，不排放新污染物。
需要首先将土壤中的污染物转移到水相中。
污染土壤的处理链较长，费用高。
8
气象化学还原
首先通过高温热解析获得解吸附释放出来的气态污染物，然后进入化学还原过程。
这一技术基于氢气与有机化合物的气相热化学反应。
在850℃或者更高温度下，氢气可以与有机化合物结合，生成短链碳氢化合物（主要为甲烷）。
对于有机氯化合物，反应产物为甲烷和氯化氢。
反应中需要水的存在，因为水可以作为还原剂和氢的供体。
这一反应是非选择性的，因为其本质是对所有不饱和有机化合物施加彻底的加氢反应。
对于生成的气体，需要加NaOH中和。
可以定量的将苯系有机物转化为甲烷。
甲烷可以通过水气变换和催化被最终转化为氢气。
这一工艺可以实现反应用氢气的自给。
反应在还原条件将进行不会产生二恶英等副产物。
由于反应需要水的存在，污染土壤可以有一定的含水量。
在处理土壤时需要在气相还原工艺前增设热解吸附处理。
反应中不能有空气和氧气进入，防止产生爆炸。
9
热脱附与高温分解
该技术路线将热解吸附同高温热解与焚烧串联起来。
污染土壤颗粒被粉碎至直径5毫米以内，进入旋转反应器。
反应器内处于低压真空的（0到50Pa）还原环境，反应器内的运行温度为450℃-800℃。
污染物在反应器内解析、蒸发并分解。
分解后的气体进入燃烧室焚烧摧毁其中的有机物质。
最后的尾气经过洗涤处理后排放。
几乎所有的有机物都能通过该技术路线得到比较彻底的处理。
需要较多的能源，需要较准确的控制反应器的温度和土壤停留时间。
10
玻璃化
将污染土壤放入耐高温容器中，通过对污染土壤进行高强度的加热，例如使土壤温度升高到1400-2000℃，将土壤融化，一方面将有机物热摧毁，另一方面将曾被污染的土壤转变成稳定的玻璃和固态晶体。
加热的方法有电极加热和等离子电弧加热。
这种方法在容器上都要设气体收集罩和尾气处理系统，将融化尾气收集处理。
很少受污染物浓度的影响，可以一次性将包括二恶英在内的所有挥发性和半挥发性有机化合物，只有极少部分尾气排出。
污染物的总去除率大于99.9999%。
比较适合在粘土和密实的土壤中应用。
费用比原位高很多主要是因为容器内操作耗电量大、进行分批处理时操作比较复杂，在中国由于劳动力价格较低，与原位想必不会存在太大差别。
对于共可容纳28.5吨土的熔化槽设施，需要750KW的电源。
尾气处理设施较为庞大，在原位处理容易引起民众关注。
尾气处理设施需要严格把关，不能排放二次污染物。
11
高温焚烧
焚烧方法即是通过高温燃烧的方法将危险废弃氧化物分解。
理论上，通过燃烧，在高温下可以无害化分解大多数有机物质。
在物料温度1100-1500℃可以焚毁苯系有机化合物和一些难燃有机化合物。
在高温下，停留时间越长，焚毁去除率越大。
一般，烟气停留时间至少为2秒，固体停留时间为数分钟到数小时，过剩空气量为完全燃烧理论值的1.5-2.0倍。
在物料温度1100-1500℃的高温下可以将有机化合物分解。
而且在XX也建有固体废物焚烧炉。
至少回转式水泥窖在很多地方都有。
由于水泥窖回转炉的物料温度可达1500℃，物料在大于1100℃段停留时间可达几分钟到几十分钟，烟气停留时间也较长，在1100℃可达6-10秒，又处于负压状态下运行，工矿稳定，对于各种有毒的危险废弃物具有较好的分解作用。
焚烧有机化合物产生的酸性物质对焚烧炉和其它设备有一定的腐蚀性。
当采用回转水泥窖焚烧时，会对水泥产品质量由于影响。
与单独危险废物焚烧炉相比，由于水泥回转窖废气的排放量大得多，当污染土壤的添加比例较低时，对于焚烧危险废弃物的废气排放，相当于进行大量稀释，虽然污染物的浓度可以达到相应的环境标准，但是大气污染物排放总量却有大幅度增加。
12
电化学法
电化学法是在铅污染土壤中插入电极对，通以直流电，铅的带电粒子在电迁移、电渗和电泳等的作用下发生氧化还原反应，并迁移、富集于阴/阳极，从而去除污染土壤中的铅。
此技术操作简单，安装方便,且技术经济性可行，可将土壤中的Pb降到10mg/Kg以下，并可同时对多种重金属同时去除。
电极对易腐蚀，存在二次污染风险。
土壤的酸碱度、含水率等，土壤的复杂条件也是该技术的限制因素。
13
螯合剂法+植物修复
在铅污染土壤中施加螯合剂，可提高铅的活性和生物有效性，使其易于流动和吸收，然后再植物修复。
在应用中，一方面螯合剂对土壤中的铅离子进行活化，另一方面影响植物对铅的吸收和转移。
目前通常使用的螯合剂有两类：
一类是人工合成螯合剂，如EDTA，DTPA，EGTA，CDTA等；
另一类是天然螯合剂，如草酸、酒石酸、柠檬酸等。
使用人工螯合剂时需考虑重金属活化后扩散所带来的环境风险。
14
植物修复法
植物修复主要是利用超富集植物，将土壤中的铅大量转移至植株体内特别是地上部分，从而修复铅污染土壤。
修复成本较低；
以太阳能为驱动能，是一种绿色修复技术，且植物修复属于原位修复，对环境扰动较小，避免了土壤结构的破坏；
提高土壤有机质含量，增加土壤肥力，有利于植物生长。
植物修复技术也存在一定的局限性，如超富集植物种类较少、对重金属复合污染的修复具有单一选择性、植物地上部分枯萎重新进入土壤等。
表1.1中的修复技术为现如今国内外主要应用的技术，国内修复技术应用较多的为土壤淋洗、固化或稳定化、氧化还原法、螯合剂法+植物修复。
其中对含铅土壤修复应用较多的为固化或稳定化、氧化还原法。
国外在植物修复技术发面有一定的发展，其中美国、德国、日本对此技术应用较为广泛。
[5]
1.3主要研究内容
本研究对针工业生产过程中对场地的土壤铅污染可能对人体的健康产生严重危害，现在的处置方式主要是异位修复处理，为了更加便利的治理其土壤，减少对人体的健康危害，开展对铅污染土壤通过化学的方式进行稳定化，将铅稳固于土壤中，减少被雨水等浸出量，从而减少人们的健康风险。
本设计以XX三峡油漆厂的场地风险评估为背景进行研究，具有研究的相关条件。
主要研究以下内容：
调查研究含铅污染土壤对人的安全健康的影响与危害
通过调研、查阅资料考察铅对人体的危害以及出现过的铅中毒重大事故，加强对铅的了解。
铅作为一种有毒重金属一旦进入人体内，人体自身无法将其排出。
这种现实使其处在长期性和潜伏性两个特性，对人的健康存在极大的危害。
调研含铅污染土壤治理修复技术的常见方法和重金属的迁移规律
目前，铅污染土壤修复技术分为物理、化学和生物修复3种方法[19]。
物理方法是利用重金属铅在土壤中的迁移速度比较慢的特点，将含有重金属铅的土壤转移出去的一种修复技术，主要包括换土法、隔离法、淋滤法、玻璃化法、电化学法和吸附固定法等。
化学方法是利用改良剂与铅之间的化学反应，从而对污染土壤中的铅进行固定、分离提取等，主要包括化学固定法、螯合剂调节法、土壤pH控制法、土壤氧化还原电位调节法和土壤重金属离子拮抗法等。
生物修复技术是在20世纪90年代迅速发展的一种治理土壤污染的新技术[20]，是一种环境友好型治理技术，以其高效、安全、持久、价廉等特点得到学者和政府的认可。
随着科学技术的不断发展，生物修复技术将会具有广阔的应用空间。
生物修复主要包括微生物和植物修复。
[6]
确定稳定剂组成与配比，并制定实验研究方案
经过调查研究本试验采用化学稳定技术，即利用化学药品将土壤中的铅变成较为稳定的化合物。
从而使其不能分解转化成离子状态进入水、植物中给人的身体带来危害。
研究证明化学稳定剂需要多种进行混合稳定效果更好，故需要利用试验找到一种效果良好且经济的混合稳定剂。
[7]
进行含铅污染土壤稳定化研究实验，并提出合理的稳定化方案
稳定化试验是通过人为方式在定量的土壤中加入定量的铅利用原子吸收方法测出不稳定铅的含量，然后加入更种配比的定量剂再对其中的铅含量进行测定。
[8]
结合实际情况制定场土壤治理修复方案。
1.4本章小结
本章主要介绍了含铅土壤修复的背景及研究意义，列出了国内外目前含铅土壤修复技术。
国内运用较多的方法为土壤淋洗、固化或稳定化、氧化还原法、螯合剂法+植物修复几种方法，国外应用较多的为植物修复技术。
阐述了本研究是通过调查研究含铅污染土壤对人的安全健康的影响与危害结合三峡油漆厂的实际情况，进行含铅污染土壤稳定化研究实验。
2研究对象基本情况
2.1企业概况
XXX股分有限公司原厂址位于XXX区XXX旁，该厂始建于1954年，于2007年全面停产后搬迁至江津区德感工业园区，占地面积292亩，经XX市勘测院的定标图和现场勘测，该场地面积构成如下：
该场地中间由一条XX穿过，在XX的北面约为150余亩，其中家属区约为13亩，生产区域约为120亩，其它区域为办公楼、球场及停车场等非生产区域；
在XX的南面约为140余亩，其中污水处理车间约为8.8亩，其余为公路、疗养院、家属区等非生产区域。
因此，该场地生产区域区面积约为128亩。
本次评估主要针对该场地的生产区域的进行环境风险评估。
根据规划用该场地作商业用地和居住用地。
2.2生产原料
水性涂料
水性涂料是将颜料、分散剂、水及水性树脂混合搅拌、研磨后，加入水和助剂进行调漆，然后包装入库。
原辅材料消耗见表2.1，
表2.1水性涂料原料消耗表
原料名称
年耗量（t）
乳液（外购）
36
钛白粉
25
立德粉
19
滑石粉等超细填料及颜料
59
助剂
其它（包括水）
57
溶剂型涂料
溶剂型涂料包含通用涂料、汽摩涂料和工业涂料三大类，其生产工艺基本相同，将溶剂、颜料和树脂（漆油）混合搅拌，再加入溶剂进行研磨，然后与溶剂、催化剂和树脂（漆油）一起进行调漆，最后包装入库。
原辅材料消耗见表2.2-2.4。
表2.2通用涂料原料消耗表
漆油（自制）
9015
1639
铁红粉
328
109
D-403（含钙、硅的填充料）
3278
各种干料
492
200#溶剂汽油
843
苯
120
甲苯
180
二甲苯
310
硝化棉
164
合计
16478
表2.3汽摩防腐涂料原料消耗表
外购树脂
1589
自制树脂
199
各种着色颜料
278
各种防锈颜料及填充料
517（其中红丹113t）
其化颜料
各种助剂
60
37
112
2991
表2.4工业涂料原料消耗表
醇酸树脂（自制）
6258
313
1043
487
碳黑
21
含铅、铬颜料
139
各种填料
834
其它颜料
695（其中红丹215t）
193
208
干料（外购）
174
10485
从上诉表格可以看出，在油漆的生产过程中铅主要来源于在混合油漆时所加入的含铅颜料中。
铅随着生产中所产生废料、废液排出，从而进入到土壤当中。
含铅颜料的年耗量为139吨，故会产生大量的污染土壤。
因此，对污染土壤进行稳定化处理有很大的必要性。
2.3铅的毒理性
铅为柔软灰白色重金属，延展性较强，相对原子质量为207．2。
加热至400—500℃时有大量铅蒸气逸出，在空气中迅速氧化成氧化亚铅和氧化铅，并凝结成烟尘。
随着熔铅温度的升高，可进一步氧化为氧化铅、三氧化二铅、四氧
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