保罗罗丹尼尔N Silverman三世和安吉拉·M Porretta Chemfix技术公司
介绍
重金属污染土壤的处理已经成为一个重要的问题在过去的几年中。近三分之一的网站超级基金国家重点列表(不良贷款)拥有铅浓度明显高于正常背景水平。d '困难治疗重金属污染源于这样一个事实,他们不能被摧毁或生物降解。
美国环境保护署(EPA)一直在努力处理受污染的土壤标准的建立。应急办公室和治疗反应的过程中发展和实施一个计划解决数据需求建立超级基金的最佳证明可用技术(BDAT)土壤。BDAT项目划分为阶段。第一阶段,1987年12月,完成各种处理技术的性能进行了评价利用人为污染土壤。土壤成分和污染物浓度是为了反映这些典型的超级基金土壤与轻微修改一些健康和成本方面的担忧。超级基金BDAT计划的第二阶段将在真正的超级基金土壤进行技术评估。
环保署还建立了一个技术研究示范和评估程序来促进创新技术的开发和使用对超级基金浪费。虽然这个超级基金创新技术评估项目(网站)地址都超级基金废物,大多数网站的部分或完全受污染的土壤。程序使开发技术有机会展示他们的过程在一个实际的超级基金site2)
Chemfix Technologies, Inc . (CTI)被选为一个公司展示他们的过程在站点002项目。专有CHEMFIX®过程是一个化学固定技术基于一系列复杂的硅酸盐反应呈现废物无害。以下研究处理重金属污染土壤常见的超级基金网站CHEMFIX®的过程。
背景
Section 3004的资源保护复苏法案(《}禁止特定的土地处置《资源浪费。的危险固体废物的修正案这个法案(1984)建立治疗标准之前对某些危险废物填埋的垃圾。^)禁止的有效日期后,废物可能只是土地处理,如果:1)他们符合治疗标准颁布的EPA,保护人类健康和环境通过最小化造成短期和长期威胁土地处置或2)环保署已批准请愿的站点。危险废物的处理标准的概念已被扩大到包括处理受污染的土壤。
目前各种治疗技术用于重金属污染土壤(板凳和试点规模)。p s Puglionesi et al . ^)进行了一次评估各种处理技术的选择通过广泛的文献研究和个人联系。
在评估技术、Puglionesi等人使用以下标准:有效性、残渣处理/处理,长期性能、安全、环保和经济风险。收到评级最高的微型胶囊,烘焙提取、稳定和原位玻璃化。值得注意的是,与任何废物流,需要考虑各种各样的因素在选择治疗技术。没有人处理技术是适合所有的情况。网站具体的评估需要进行为了使理性的决定应该使用什么技术。
表1总结了处理技术评估Puglionesi et al。
表1
技术鉴定治疗金属在土壤/污泥
技术
治疗技术热固定
评论
电极加热,变成玻璃地面
原位玻璃化
现场玻璃化
热固定
电极加热,变成玻璃废物流
现场等离子弧(w /金属回收)
热回收
破坏有机物,gasi外商投资企业和凝结而成的金属
高温流体墙
烤
氯化挥发现场降水
原位沉淀
原位沉淀的汽相的应用程序
现场提取
热固定热固定热回收
化学固定化学固定
化学固定化学动员
原位提取化学动员
营养吸收的生物
稳定(混合)物理固定
Macroencapsulation物理隔离
微型胶囊物理隔离
地质隔离物理隔离
安全填埋物理隔离
破坏有机物,变成玻璃金属
导致glassification
氯化焙烧的挥发
使用固定金属废水沉淀技术
使用废水沉淀技术直接应用到土壤
金属螯合剂或表面活性剂用来调动,需要相关的恢复技术
同上
金属积累在植物,最终命运不解决
化学固定胶凝或火山灰混合物
涂层与低渗透混合物
混合和挤压在一个低渗透性材料
不治疗不治疗
原位吸附
化学吸附固定化材料和immobili zed
原位离子交换
化学吸附固定化材料
来源:改编自p s Puglionesi et al。“^”
CHEMFIX®过程描述
的CHEMFIX®过程是定义为一个化学固定/稳定技术。这专有的过程,由Chemfix专利技术,Inc . (CTI),稳定移动选民的关注通过化学反应和物理封装在一个浪费。(6)
的CHEMFIX®过程是基于使用可溶性硅酸盐和硅酸盐设置代理。试剂的组合和比例优化为每个特定废物reguiring治疗。两(2)份,无机化学系统与多价金属离子反应,其他浪费组件,并与自身产生化学的和物理的稳定的固体材料。交联的三维聚合物基体显示属性的稳定性好,熔点高,刚性,脆性结构类似于粘土的土壤。
三(3)类可以被描述的交互。首先是可溶性硅酸盐之间的快速反应和多价金属离子,生成不溶性金属硅酸盐。第二,可溶性硅酸盐之间反应的活性成分设置代理,产生凝胶结构。第三,是水解、水化和中和反应硬化剂和浪费和/或水。
大多数重金属废物成为复杂的硅酸盐的一部分中包含一些重金属沉淀金属氢氧化物在复杂的分子的结构。
没有侧流或排放造成的CHEMFIX®的过程。在处理过程中,所有的浪费是立即转移到高剪切混合器中试剂反应形成凝胶。这个凝胶是然后排放到接收区。即使在这个早期阶段,水在CHEMFIX®产品不成立一个独立的阶段。一些水变成固体的一部分,但大多数身体绑在亲水性CHEMFIX®产品。
实验方法
这次调查是两个独立的实验进行的。一组实验进行综合创造的环境土壤样本反映“典型”的超级基金网站的组成和浓度的土壤。另一组实验是进行污染土壤的实际超级基金的网站。两个实验都关心的能力CHEMFIX®过程巩固和稳定重金属污染物在土壤。
答:人造土壤基质(SSM)的实验
合成土壤基质(SSM)成分制备3 0%粘土(montmorillinite和高岭石),25%的淤泥,砂20%,2 0%的表层土壤和5%的砾石。组件组装,风干,混合在一起。这人造土壤基质样品准备代表一个典型的美国东部土壤样本。
有关SSM样本就被掺入了七种不同的重金属。的浓度峰值随访:砷- 500毫克/公斤,镉- 1000毫克/公斤,铬- 1500毫克/公斤,铜- 9500毫克/公斤,铅- 14000毫克/公斤,- 1000毫克/公斤,镍和锌- 22500毫克/公斤。是基于使用的浓度发生,频率和超级基金土壤中常见污染物的浓度。
地对地导弹的含水量决心为了评估额外的水需求的必要性为便于处理和/或混合CHEMFIX®试剂。已知数量的导弹在110°F烤箱干过夜。样本reweighed第二天每一个小时,直到两个连续读数不相差超过1%。每个导弹的初始和最终权重被用于以下公式来确定样品的含水量。
有关SSM样本调整,然后含水量约为3 0%体重增加distilled-deionized水。这样做是为了促进反应CHEMFIX®的过程。这种调整也允许更好的产品处理能力。
优化CHEMFIX®试剂在水化样品进行。四个样品SSM对待不同比率的试剂。土壤样本和试剂都彻底地混合和合并成一个大肿块干旱可以治愈48小时。固化后,无侧限抗压强度(UCS)的样品被使用透度计测量。试剂比例导致所需UCS(1.5 - -2.5吨/ ft2)是用于进一步leach-ability测试。
的固化SSM样本的最佳试剂比被有毒的特性检测金属可滤去浸出过程按照51 FR 21685 - 21693。(7)目标,分析了金属原子吸收光谱仪使用构成sw - 846”测试方法评估固体废物”,1986(8)根据40 CFR 261一部分。(9)
下一阶段的实验测定动力学参与metal-binding反应在CHEMFIX®产品矩阵。八(8)每个样本的地对地导弹的治疗与CHEMFIX®过程最佳试剂比例。TCLP提取了0,1,3,5,8,治疗后24、48和72小时。每个样本的TCLP渗滤液分析目标金属浓度。
b .凝固的超级基金的土壤
土壤从一个真正的超级基金网站在东北被用于这个调查的一部分。这些土壤样本被发现含有钴、镍和镉从3000到5000毫克/公斤。
在收到这些样品,含水量测定和调整。对这些实验所需的水分是55%。这些调整都是根据混合需求和材料处理需求。
第一个屏幕试剂优化测试然后进行稀释材料和无侧限抗压强度(UCS)读数进行固化过程中以不同的时间间隔。总共有10个不同的试剂比例利用。UCS趋势确立,三(3)的最佳试剂选择比率进行分析。新样品的三个比率都是随着时间的推移和UCS读数再次记录下来。
三个样品的最佳试剂比率(比A、B和C)受到TCLP分析和分析了渗滤液砷、钡、镉、铬、钴、铅、汞、镍、硒和银。
为了确定长期稳定多个提取过程(MEP)进行的一个最固化样品根据构成sw - 846 132 0 8个金属如上方法。(8 '
答:人造土壤基质(SSM)的实验
飙升的飙升合成土壤样本进行了分析金属复苏之前CHEMFIX®治疗。表2总结了每个飙升金属的复苏。一般来说,68 - 153%恢复。
表2
复苏的飙升重金属
人造土壤基质(SSM)
金属
砷
镉
铬
铜
铅
镍
锌
目标浓度(mq / kq)
实际浓度(毫克/公斤)
153 106 68 84 99 93 107
为了方便凝固在材料处理和援助,导弹被调整到7 0%固体重量通过添加水。这是必要的治疗高固体材料,以确保足够的水现在允许所需的化学反应去完成。
测试的有效性CHEMFIX®作为治疗选择过程,固化样品受到TCLP的TCLP测试和比较结果原始样本。这个测试是为了确定污染物的迁移存在于液体,固体和多相废物。如果具有代表性的TCLP提取包含污染物上面列出的任何监管水平将被视为一个危险废物,应坚持严格的处置要求。^)
表3列出了TCLP可滤取的金属在治疗和治疗SSM样本以及TCLP监管限制。未经处理的地对地导弹是体重与调整来弥补水和试剂添加治疗期间,实际数量的导弹就等于CHEMFIX®产品。结果表明,CHEMFIX®治疗减少了96 - 100%的金属可滤去。更重要的是,是治疗物质的能力通过TCLP监管限制。检查数据显示的TCLP可滤取的金属浓度至少一到两个数量级低于监管水平。治疗材料将不再是归类为危险,可以像其他无害固体废物的处理和处置可滤取的金属浓度。
表3
TCLP可滤取的金属浓度的CHEMFIX®处理和未经处理的样品
未经处理的* |
治疗 |
百分比 |
限制 |
|
金属 |
(毫克/ 1) |
(毫克/ 1) |
改进 |
(毫克/ 1) |
砷 |
10.5 |
0.384 |
96年 |
5.0 |
镉 |
28.0 |
< 0.005 |
One hundred. |
1.0 |
铬 |
7.0 |
0.10 |
99年 |
5.0 |
铜 |
176年。0 |
0.12 |
99年 |
NA |
铅 |
38.0 |
< 0。05年 |
One hundred. |
5.0 |
镍 |
21.5 |
0.23 |
99年 |
NA |
锌 |
530年 |
0.033 |
One hundred. |
NA |
♦重量- NA调整值不可用
关注在满刻度的操作CHEMFIX®过程污染物浸出从刚治疗的可能性,潮湿的材料。在正常的处理程序,处理材料将直接转移到细胞凝固。这将是这个材料表现出潜在的污染物浸出在那些花了48小时固化。确定何时金属实际上是绑定在产品矩阵,TCLP分析做了一系列处理样品的固化时间。结果见表4。
表4
对舰导弹1 TCLP渗滤液金属浓度,毫克/ 1治疗后
作为 |
Cd |
Cr |
铜 |
倪 |
Pb |
锌 |
||||
未经处理的材料* |
10.5 |
28 |
。0 |
7所示。 |
0 |
176年 |
21.5 |
38 |
。0 |
530年 |
0小时治疗后 |
0.424 |
0。 |
077年 |
0。 |
07年 |
0。07年 |
0.39 |
< 0。 |
05年 |
0。014年 |
治疗后1小时 |
0.388 |
0。 |
064年 |
0。 |
09年 |
0。07年 |
0.33 |
< 0。 |
05年 |
0。011年 |
在治疗后3小时 |
0.344 |
0。 |
03年5 |
0。 |
06 |
0。08年 |
0.20 |
< 0。 |
05年 |
0.039 |
治疗后5小时 |
0.256 |
0。 |
005年 |
0。 |
07年 |
0。09年 |
0.22 |
< 0。 |
05年 |
0。028年 |
治疗后8小时 |
0.348 |
< 0。 |
005年 |
0。 |
10 |
0。08年 |
0.16 |
< 0。 |
05年 |
0。026年 |
治疗后2 4小时 |
0.396 |
< 0。 |
005年 |
0。 |
11 |
0.11 |
0.20 |
< 0。 |
05年 |
0。028年 |
治疗后48小时0.384 < 0.005 0.10 0.12 0.23 < 0.05 0.033 74小时治疗后0.300 < 0.005 0.12 0.13 0.23 0.012 < 0.05
♦体重调整
数据显示立即减少(未经处理的区别和0小时治疗后)的TCLP可滤取的所有七个金属金属浓度。这表明,金属被绑定后立即治疗。就不会有威胁的污染物浸出的期间CHEMFIX®产品固化。此外,TCLP可滤取的金属浓度的样品不能治愈(0小时治疗后)都通过了TCLP监管限制。因此在治疗后立即材料可分为无害。
b .超级基金土壤处理
可处理性研究进行实际土壤从超级基金网站位于美国东北部。该网站含有重金属,特别是、钴、镉和镍。这些污染物的浓度范围在3000 - 5000毫克/公斤。
优化测试试剂比例进行类似于那些描述合成土壤。图1概括了UCS和固化时间对所有三个最佳试剂比率。最后48小时固化时间,超过2.5吨/英尺^ UCS被观察到。这对CHEMFIX UCS是adeguate®产品。TCLP分析也进行三种试剂比率(比率A、B和C),渗滤液分析的结果如表5所示。所有三个试剂比例导致材料通过TCLP监管限制,并且可以归类为无害的材料。
图1 UCS vs的固化时间CHEMFIX®产品
小时
金属浓度的结果三个试剂的比例没有显著变化。比B被选为最佳当检查所有因素,例如UCS,材料处理和特征和经济。
为了测试的长期稳定性CHEMFIX®过程,多个萃取过程(MEP)进行土壤样品最优处理,试剂比b .这些结果见表6。
结果表明,没有拔十后渗滤液重金属浓度的增加。大多数的金属浓度保持不变或减少总议员期间运行。这证明了长期稳定性CHEMFIX®产品自1000年的议员旨在模拟条件的酸雨。此外,在整个欧洲议会议员分析可滤取的金属浓度均低于监管限制。因此土壤一旦被CHEMFIX®过程仍然是无害的时间更长。
表5
TCLP的结果CHEMFIX®产品超级基金的土壤
比比率比TCLP
金属AB C限制
砷0.015 0.011 0.004 5.0
钡0.9 0.3 0.2 100.0
镉0.194 < 0.005 < 0.005 1.0
铬0.11 0.13 0.16 5.0
0.05 < 0.05 0.06钴NA
铅5.0 < 0.05 < 0.05 < 0.05
水星0.0011 0.0013 0.0015 0.2
镍0.33 0.41 0.41 NA
硒< 0.002 < 0.002 0.003 - 1.0
银5.0 < 0.01 < 0.01 < 0.01
NA -不可用
表6
欧洲议会议员的结果CHEMFIX®产品(B)比超级基金的土壤
金属议员议员议员议员议员议员议员议员议员议员
1 23456789 10
(毫克/ 1)(毫克/ 1)(毫克/ 1)(毫克/ 1)(毫克/ 1)(毫克/ 1)(毫克/ 1)(毫克/ 1)(毫克/ 1)(毫克/ 1)
金属议员议员议员议员议员议员议员议员议员议员
1 23456789 10
(毫克/ 1)(毫克/ 1)(毫克/ 1)(毫克/ 1)(毫克/ 1)(毫克/ 1)(毫克/ 1)(毫克/ 1)(毫克/ 1)(毫克/ 1)
砷 |
0。 |
,014年 |
0, |
.012 |
0。 |
010年 |
< 0.002 |
< 0, |
.002 |
< 0, |
.002 |
< 0, |
.002 |
0, |
04 |
< 0.002 |
0。 |
004年 |
|
钡 |
0。 |
2 |
< 0。 |
。1 |
< 0。 |
1 |
< 0.1 |
< 0。 |
。1 |
< 0, |
。1 |
< 0。 |
。1 |
< 0。 |
。1 |
< 0。 |
。1 |
< 0。 |
1 |
镉 |
0。 |
021年 |
< 0。 |
.005 |
< 0。 |
065年 |
< 0.005 |
0。 |
.019 |
0, |
.007 |
0, |
.021 |
0。 |
.033 |
0。 |
.029 |
0。 |
010年 |
铬 |
0。 |
20. |
0。 |
0。 |
< 0。 |
05年 |
< 0.05 |
< 0。 |
0。 |
< 0。 |
0。 |
< 0。 |
0。 |
< 0。 |
0。 |
< 0。 |
0。 |
< 0。 |
05年 |
钴 |
< 0。 |
05年 |
< 0。 |
0。 |
< 0.05 |
< 0.05 |
< 0。 |
0。 |
< 0。 |
0。 |
< 0。 |
0。 |
< 0。 |
0。 |
< 0。 |
0。 |
< 0。 |
05年 |
|
铅 |
< 0。 |
05年 |
< 0。 |
0。 |
< 0。 |
05年 |
< 0.05 |
< 0。 |
0。 |
< 0.05 |
< 0, |
0。 |
< 0。 |
0。 |
< 0。 |
0。 |
< 0.05 |
||
汞 |
0。 |
0020年 |
0。 |
.0015 |
我0。 |
0010年0.0013 0。 |
.0016 0。 |
.0015 |
!0, |
.0018 0。 |
.0019 0。 |
.0015 0。 |
0018年 |
||||||
镍 |
0。 |
53 |
< 0。 |
,04 |
< 0。 |
04 |
< 0.04 |
< 0。 |
,04 |
< 0。 |
.04点 |
< 0。 |
,04 |
< 0.04 |
< 0。 |
,04 |
< 0。 |
04 |
|
硒 |
0。 |
020年 |
< 0。 |
,002年 |
< 0。 |
002年 |
< 0.002 |
< 0。 |
,002年 |
< 0。 |
.002 |
< 0.002 |
< 0。 |
,002年 |
< 0。 |
,002年 |
< 0。 |
002年 |
|
银 |
< 0。 |
01 |
< 0。 |
,01 |
< 0。 |
01 |
< 0.01 |
< 0。 |
,01 |
< 0。 |
. 01 |
< 0。 |
01 |
< 0。 |
,01 |
< 0。 |
,01 |
< 0。 |
01 |
全面操作设计
基于这些研究获得的信息,全面治疗过程设计。旁边的处理单元将位于最后凝固细胞这最后的材料可以直接放置到细胞治疗。治疗受污染的土壤,土壤将从原网站挖掘前处理和储存在CTI处理单元。
由于材料在土壤(i_e的异质性。、砾石、岩石、植被)试销是必要的,以确保材料是均匀美联储处理单元。试销会实现在几个筛选阶段最终获得不超过1/4英寸大小的粒子。凯利的材料将被储存为未来治疗。
粒子不通过试销可以处理两种方式中的一种,1)破碎/研磨/分解或2)土壤洗。破碎/研磨/分解选项将导致更小的微粒服从CHEMFIX®的过程。土壤清洗将消除重金属坚持大颗粒的表面。土壤清洗洗水后会重新进入CHEMFIX®后面在水化的过程从而消除任何事后水处理的必要性。
设计处理系统由一个干燥和液体试剂存储拖车(或筒仓)和给料机;进料斗;伴随控制和仪表;CTI高剪切混合器;输送机;和称量给料器。称量给料器控制各自的饲料的干燥和液体试剂通过4到2 0毫安信号发送到中央控制单元。
污染废料将加载到一个输入料斗饲料CTI处理系统。材料可能会进行二次研磨之前进入一个称量给料器。称量给料器将准确记录输入废弃物处理器的数量,以及控制后续的加法混合水。废弃物将与稀释水混合使用CTI-designed均质器。计划处理范围从4到6 0 0%固体百分比。准备的废弃物混合将进入高剪切过程混合液体干燥试剂添加。结果CHEMFIX®产品将被转移到相邻细胞凝固,它将完成稳定化/固化。
据估计,治疗250 - 350立方码率/天的CHEMFIX®过程可以实现。然而,材料的预先筛分率将取决于材料的性质。治疗成本估计为65 - 125美元/立方码。实际成本为其他工作将从低到高不同单位成本所根据工作尺寸。
结论
本研究的实验数据从两个部分证明了CHEMFIX®过程能够处理受污染的土壤,呈现他们无害。动力学实验的结果合成土壤基质(SSM)表明,metal-binding反应发生几乎瞬间。这将消除任何问题关于潜在浸出材料在凝固治疗细胞等待物理凝固。舰导弹实验的结论支持的工作实际超级基金的土壤。多个提取过程的结果证明了长期稳定CHEMFIX®产品。由于这些实验生成的信息连同一个可行的工程设计全面治疗单位表示的潜力CHEMFIX®过程作为污染土壤的治疗选择。
引用
(1)对土壤重金属污染的“危险废物顾问1988年1月/ 2月,Pg。1 - 2 0。
(2)“超级基金创新技术评估(网站)项目“美国环境保护署HMCRI会议出版,1987年。
(3)联邦公报,体积51。Pg 40572。1986年11月7日。
(4)“前三分之一废物治疗提出;大量延迟由于缺乏能力”BNA环境记者卷。18日,49号。1988年4月1日。Pg 2387。
(5)p s Puglionesi et al . 1987年,美国“重金属污染土壤处理技术”国防防范协会15日环境研讨会论文集。1987年4月28 - 30日。
(6)美国专利号3387872。“生产Waste-Non-Polluting和可支配的方法”。发明者:杰西·r·康纳。1974年9月24日。
(7)联邦公报,体积51。动力。21685 - 21693。1986年6月13日。
(8)“测试方法评估固体废物”。sw - 846构成。1986年11月。
(9)代码的联邦法规,标题40,261。Pg 359 1986版。
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