粉煤灰制備土壤重金屬穩(wěn)定劑編制說明

中關(guān)村眾信土壤修復(fù)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟

標(biāo)準(zhǔn)編制說明

標(biāo)準(zhǔn)名稱：粉煤灰制備土壤重金屬穩(wěn)定劑及應(yīng)用技術(shù)規(guī)程

主要起草單位：中國礦業(yè)大學(xué)（北京）

編制說明的內(nèi)容包括：

一、工作簡況；

包括任務(wù)來源、協(xié)作單位、中關(guān)村眾信土壤修復(fù)產(chǎn)業(yè)技

術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)（以下簡稱：土盟團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)）主要起草

人及其所做的工作等；

1.1任務(wù)來源

土壤重金屬污染是各國普遍面臨的環(huán)境問題，在全球1000多萬個受污染場

地中，有50%以上場地受重金屬污染。土壤重金屬污染具有毒性強(qiáng)、殘留久、隱

蔽性強(qiáng)等特點(diǎn)，對人類健康以及生態(tài)環(huán)境均造成嚴(yán)重危害。重金屬污染土壤修復(fù)

技術(shù)中固化/穩(wěn)定化應(yīng)用較為廣泛，作為一種治理土壤重金屬污染的修復(fù)技術(shù)，

它可以有效改良土壤并降低土壤重金屬的遷移。因此，探究各穩(wěn)定劑之間的復(fù)配

使用及安全長效性應(yīng)用效果對高效的新型穩(wěn)定劑的研發(fā)尤為重要。

粉煤灰是燃煤火電廠產(chǎn)生的主要工業(yè)固體廢棄物，排放量高但利用率低，長

期堆放造成了土地資源浪費(fèi)和有毒有害物質(zhì)遷移等環(huán)境污染。據(jù)中華人民共和國

國家發(fā)展和改革委員會對國家綜合資源利用的統(tǒng)計(jì)，我國粉煤灰2019年綜合利

用率為74.7%，急需由目前的“低效、低值、分散利用”向“高效、高值、規(guī)?；?/p>

利用”轉(zhuǎn)化。我國粉煤灰多用于生產(chǎn)建材工業(yè)、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，在污染土壤治理方面

的應(yīng)用存在較大的發(fā)展空間。粉煤灰含有豐富微量元素與營養(yǎng)元素，具有pH高、

孔隙與粒度豐富等特點(diǎn)，具有較大的比表面積和表面活性基團(tuán)，對污染物具有較

強(qiáng)的吸附能力，可用于重金屬污染土壤的修復(fù)。

目前利用粉煤灰制備土壤穩(wěn)定化劑已有少許研究但尚未形成相關(guān)的規(guī)范標(biāo)

準(zhǔn)，方法和手段沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和評價體系。因此，亟需在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，

制定合理的規(guī)范，促進(jìn)該類產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?；谀壳拔覈勖夯依矛F(xiàn)狀，開展粉

煤灰制備土壤穩(wěn)定化劑的研究和技術(shù)規(guī)范編制具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，該項(xiàng)工作可

以為粉煤灰作為改良劑修復(fù)重金屬污染土壤提供經(jīng)驗(yàn)。因此，編制《粉煤灰制備

土壤重金屬穩(wěn)定劑及應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》具有實(shí)際應(yīng)用價值。

1.2協(xié)作單位

1

《粉煤灰制備土壤重金屬穩(wěn)定劑及應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)由中國礦業(yè)大學(xué)

（北京）提出，由中關(guān)村眾信土壤修復(fù)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟立項(xiàng)，由中國礦業(yè)大學(xué)

（北京）、森特士興環(huán)?？萍加邢薰尽⒌V冶科技集團(tuán)有限公司、北京建筑材料

科學(xué)研究總院、北京建工環(huán)境修復(fù)股份有限公司、山西農(nóng)業(yè)大學(xué)、生態(tài)環(huán)境部土

壤與農(nóng)業(yè)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境監(jiān)管技術(shù)中心、生態(tài)環(huán)境部對外合作與交流中心、中國環(huán)

境科學(xué)研究院、北京中鐵裝飾工程有限公司合作起草。

1.3主要起草人

本文件由馬妍為主的起草小組共同起草。本文件主要起草人：馬妍、黃占斌、

張大定、范書凱、王圖強(qiáng)、劉鵬、郜春花、楊賓、彭政、馬?？?、陳繼云、袁瑞

青、尚秀芳、吳淑敏、覃晴、朱漢青、厲萌萌、徐向陽。

二、工作主要過程；

在接到中關(guān)村眾信土壤修復(fù)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟下達(dá)的《粉煤灰制備土壤重金

屬穩(wěn)定劑及應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編制計(jì)劃后，由中國礦業(yè)大學(xué)（北京）、森

特士興環(huán)?？萍加邢薰?、礦冶科技集團(tuán)有限公司、北京建筑材料科學(xué)研究總院、

北京建工環(huán)境修復(fù)股份有限公司、山西農(nóng)業(yè)大學(xué)、生態(tài)環(huán)境部土壤與農(nóng)業(yè)農(nóng)村生

態(tài)環(huán)境監(jiān)管技術(shù)中心、生態(tài)環(huán)境部對外合作與交流中心、中國環(huán)境科學(xué)研究院、

北京中鐵裝飾工程有限公司抽調(diào)專業(yè)技術(shù)人員組成了《粉煤灰制備土壤重金屬穩(wěn)

定劑及應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)起草組，開展本文件制定的各項(xiàng)工作，并召開會議征

求意見，就標(biāo)準(zhǔn)制定、試驗(yàn)方法等技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行研討，具體工作過程如下：

2022年6月，向標(biāo)委會提交了本項(xiàng)目聯(lián)絡(luò)人信息（姓名、電話/手機(jī)、郵箱），

項(xiàng)目立項(xiàng)申請。

2022年6月，中關(guān)村眾信土壤修復(fù)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟確認(rèn)項(xiàng)目立項(xiàng)。

2022年9月，土盟團(tuán)標(biāo)委員會組織專家進(jìn)行立項(xiàng)評審。

2022年10月，標(biāo)準(zhǔn)起草組提交了本文件起草工作方案（電子版）。

2022年11月，標(biāo)準(zhǔn)起草組完成了標(biāo)準(zhǔn)初稿。

2023年2月，標(biāo)準(zhǔn)起草組對標(biāo)準(zhǔn)初稿內(nèi)容進(jìn)行反復(fù)修改，形成標(biāo)準(zhǔn)征求意見

稿的初稿，發(fā)送評審專家組進(jìn)行小范圍的意見征詢。

2023年4月，對征詢的意見進(jìn)行匯總，并對該標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿修訂完善。

專家意見及修訂結(jié)果如下表所示：

2

序號章條號修改意見與建議理由修訂結(jié)果

1封皮增加國際及國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)分類號標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性要求請示土盟單位決定

題目不夠精簡和準(zhǔn)已修改，現(xiàn)題目為“粉

名稱改為《粉煤灰制備土壤穩(wěn)定化劑及

確，重金屬概念也較煤灰制備土壤重金屬

2封皮應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，“重金屬鈍化”具體放

大，而實(shí)際試驗(yàn)沒有穩(wěn)定劑及應(yīng)用技術(shù)規(guī)

到適用范圍中，并精準(zhǔn)表述

對所有重金屬進(jìn)行程”

通過查詢并確定“技術(shù)

校準(zhǔn)名稱的翻譯，“技術(shù)規(guī)程”通常是規(guī)程”的翻譯為

3封皮標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性要求

“Codeofpractice”Technical

specifications

題目中不提到，但在術(shù)

4封皮生物炭是否要放入題目？標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性要求語和定義中有給出定

義

確定為技術(shù)規(guī)程，相應(yīng)

中英文標(biāo)題翻譯有問題，技術(shù)規(guī)程？技

5封皮標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性要求翻譯為Technical

術(shù)規(guī)范？

specifications

題目點(diǎn)出，具體重金屬

重金屬是否要在題目點(diǎn)出？或者放適

6封皮標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性要求種類為陽離子型重金

用范圍？

屬，在文本中有所體現(xiàn)

已修改，現(xiàn)題目為“粉

題目改為土壤修復(fù)，具體污染物在適用煤灰制備土壤重金屬

7封皮標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性要求

范圍寫穩(wěn)定劑及應(yīng)用技術(shù)規(guī)

程”

8目錄“1適用范圍”改為“1范圍”標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性要求已修改

“本標(biāo)準(zhǔn)由中關(guān)村眾信土壤修復(fù)產(chǎn)業(yè)技

術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟提出并歸口管理。”改為“本

9前言標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性要求已修改

標(biāo)準(zhǔn)由中關(guān)村眾信土壤修復(fù)產(chǎn)業(yè)技術(shù)

創(chuàng)新聯(lián)盟提出并歸口?！?/p>

3

“本文件主要起草單位”改為“本文件起

10前言標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性要求已修改

草單位”

11前言“本標(biāo)準(zhǔn)”都改為“本文件”標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性要求已修改

“本文件界定了粉煤灰土壤重金屬穩(wěn)定

化劑的術(shù)語和定義，規(guī)定了粉煤灰土壤

重金屬穩(wěn)定化劑的要求、檢驗(yàn)規(guī)則、包

裝、運(yùn)輸和儲存，描述了粉煤灰土壤重

12范圍標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性要求已修改

金屬穩(wěn)定化劑的使用方法?！备臑椤氨疚?/p>

件規(guī)定了粉煤灰土壤重金屬穩(wěn)定化劑

的制備流程、要求、檢驗(yàn)規(guī)則及其使用

方法?！?/p>

“本文件適用于以粉煤灰與農(nóng)業(yè)廢棄生

已修改，之前的適用范

物質(zhì)為主要原料，通過堿熔改性制成土

圍表述有誤，現(xiàn)改為

13范圍壤重金屬穩(wěn)定化材料，可應(yīng)用于各種固標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性要求

“本文件適用于重金屬

廢堆場重金屬污染修復(fù)。”改為“本文件

污染的工業(yè)用地治理。”

適用于各種固廢堆場重金屬污染修復(fù)?！?/p>

14范圍建議前半句把“相關(guān)術(shù)語和定義”刪掉標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性要求已刪除

之前的表述有誤，現(xiàn)修

15范圍對固廢堆場的表述，需要再細(xì)化一下標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性要求改為重金屬污染的工

業(yè)用地

規(guī)范性

列出的“GB36600”未引用，其余按規(guī)范

16引用文標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性要求已修改

排序

件

規(guī)范性

規(guī)范引用文件需要10-15個，粉煤灰的已補(bǔ)充，現(xiàn)有12個規(guī)

17引用文標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性要求

用量范圍，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)范引用文件

件

術(shù)語和團(tuán)標(biāo)中粉煤灰的定義要統(tǒng)一，包括英文參考?xì)W洲標(biāo)準(zhǔn)EN450，

18標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性要求

定義翻譯統(tǒng)一定義為：粉煤燃燒

4

過程中產(chǎn)生的主要由

球形玻璃質(zhì)顆粒組成

的細(xì)顆粒粉末

明確生物炭為熱解生

術(shù)語和要明確生物炭是什么生物炭，熱解生物物炭，并在術(shù)語和定義

19標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性要求

定義炭？水熱炭？中給出生物炭、熱解的

定義

術(shù)語和

20術(shù)語和定義中英文之間不加冒號標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性要求已修改

定義

已修改，修改后的第4

制備文本中更多體現(xiàn)制備流程工藝，細(xì)化如本標(biāo)準(zhǔn)的核心內(nèi)容，

21章講述了制備工藝，第

流程何應(yīng)用，增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)性應(yīng)該詳細(xì)闡述

8章說明了施用方式

根據(jù)表征分析數(shù)據(jù)算

出密度范圍為15-200

理化穩(wěn)定劑的密度要補(bǔ)充，粒度80%寫錯g/cm3，粒度的表述指

22標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性要求

指標(biāo)了，理化指標(biāo)還應(yīng)說清楚粉煤灰含量的是1.5nm-15nm的

粒級占全部粒級的

80%

理化表中首行“指標(biāo)”改為“限值”或“指標(biāo)要

23標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性要求已修改

指標(biāo)求”，其余同

檢測參考其他標(biāo)準(zhǔn)，該點(diǎn)說

246.2-6.5之間，標(biāo)準(zhǔn)說明標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性要求

方法明引用的標(biāo)準(zhǔn)即可

檢驗(yàn)7.1出現(xiàn)懸置段“產(chǎn)品檢驗(yàn)分為出廠檢

25標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性要求已修改，取消懸置設(shè)置

規(guī)則驗(yàn)和型式檢驗(yàn)”

檢驗(yàn)

267.1.2建議采用列項(xiàng)表述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性要求已修改

規(guī)則

檢驗(yàn)7.4“不符合本文件要求”如可以明確，建

27標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性要求已修改

規(guī)則議明確改為“第4章要求”，下同

5

應(yīng)用技

28范圍第一章和第七章不統(tǒng)一，像農(nóng)用地標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性要求已修改

術(shù)規(guī)范

需包含修改后第5章

測定的全部指標(biāo)（外

應(yīng)用技觀、密度、粒度、水分、

29出廠檢驗(yàn)要包含哪些理化指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性要求

術(shù)規(guī)范pH值、碳含量、灰分、

揮發(fā)分、固定碳、表征

分析結(jié)果）

標(biāo)志、包

裝、運(yùn)輸不是技術(shù)規(guī)程類標(biāo)準(zhǔn)

30刪除已刪除

和的主要內(nèi)容

貯存

無參考文獻(xiàn)，終結(jié)線已

31最后如有參考文獻(xiàn)請補(bǔ)充，補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)終結(jié)線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性要求

補(bǔ)充

三、確定土盟團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)內(nèi)容（如技術(shù)指標(biāo)、參

數(shù)、公式、性能要求、實(shí)驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則等）的論據(jù)（包

括試驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）；

3.1范圍

本文件規(guī)定了粉煤灰制備土壤重金屬穩(wěn)定劑的制備方法與具體流程、要求、

檢驗(yàn)規(guī)則及其使用方法。

本文件適用于重金屬污染的工業(yè)用地治理。

3.2規(guī)范性引用文件

外觀形貌在自然光照下用目視法檢測。

確定粉煤灰制備土壤重金屬穩(wěn)定劑中密度的測定按照NY/T3672-2020的規(guī)

定執(zhí)行。

確定粉煤灰制備土壤重金屬穩(wěn)定劑中粒度的測定按照GB/T24891-2010的規(guī)

定執(zhí)行。

6

確定粉煤灰制備土壤重金屬穩(wěn)定劑中水分含量的測定按照GB/T8577-2010

的規(guī)定執(zhí)行。

確定粉煤灰制備土壤重金屬穩(wěn)定劑中pH值的測定按照GB/T18877-2009的

規(guī)定執(zhí)行。

確定粉煤灰制備土壤重金屬穩(wěn)定劑中生物炭含量（以碳計(jì)）的測定按照

DB21/T2398-2015的規(guī)定執(zhí)行。

確定粉煤灰制備土壤重金屬穩(wěn)定劑中汞、砷、鎘、鉛、鉻含量的測定按照

GB/T23349-2020的規(guī)定執(zhí)行。

確定粉煤灰制備土壤重金屬穩(wěn)定劑中灰分、揮發(fā)分含量的測定按照GB/T

2011-1991的規(guī)定執(zhí)行。

3.3術(shù)語和定義

本文件共有6個術(shù)語和定義。具體如下：

（1）粉煤灰coalflyash

粉煤燃燒過程中產(chǎn)生的主要由球形玻璃質(zhì)顆粒組成的細(xì)顆粒粉末。

（2）生物炭biochar

生物質(zhì)在缺氧或有限氧氣供應(yīng)條件下，在相對較低溫度下（<700℃）熱解

得到的富碳產(chǎn)物。

（3）陽離子型重金屬cationicheavymetals

重金屬存在形態(tài)呈現(xiàn)為陽離子，如Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cd2+等。

（4）土壤重金屬穩(wěn)定劑soilheavymetalstabilizer

使重金屬附著在其表面或形成難溶性的沉淀物，降低重金屬在土壤中的遷移

性和生物有效性，減少重金屬對地下水體和植物的毒害作用，從而達(dá)到修復(fù)土壤

目的的藥劑。

（5）堿熔融改性alkalimeltmodification

將固體顆粒態(tài)氫氧化鈉與被改性物質(zhì)以一定的質(zhì)量比均勻混合并在設(shè)置溫

度下焙燒的過程。

（6）熱解pyrolysis

物質(zhì)僅借助于熱而發(fā)生的化學(xué)變化稱為熱解。

3.4技術(shù)指標(biāo)確定依據(jù)

通過對現(xiàn)行的土壤重金屬穩(wěn)定劑企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)指標(biāo)要求，

7

涉及水分、pH、生物炭碳含量、鉛吸附量和粒度，以及限制指標(biāo)汞、砷、鉛、

鎘、鉻，綜合各指標(biāo)和收集的樣品進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的檢測，本文件在參考現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)

的基礎(chǔ)上確定產(chǎn)品技術(shù)和限制指標(biāo)。

《關(guān)于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導(dǎo)意見》（2021）提出粉煤灰

的綜合利用率達(dá)到78%。《粉煤灰綜合利用管理辦法》進(jìn)一步界定了粉煤灰和粉

煤灰綜合利用的概念，鼓勵對粉煤灰進(jìn)行高附加值和大摻量利用。

粉煤灰具有良好的物理化學(xué)性質(zhì)，可作農(nóng)業(yè)肥料和土壤改良劑。因?yàn)榉勖夯?/p>

中含有大量水溶性Si/Ca/Mg/P等農(nóng)作物所必需的營養(yǎng)元素，能廣泛應(yīng)用于改

造粘土、生土、酸性土和鹽堿土。本文件穩(wěn)定劑水分、密度、粒度、pH、灰分

及揮發(fā)分的測定分別參照NY/T3672-2020、GB/T8577-2010、GB/T24891-2010、

GB/T18877-2009、GB/T2011-1991規(guī)定。

本文件生物炭碳含量的測定參照元素分析儀法規(guī)定執(zhí)行。

對于重金屬污染土壤，本文件選用重金屬污染土壤中較為常見的鉛作為材料

所需吸附元素。通過吸附試驗(yàn)確定穩(wěn)定劑對鉛的吸附量，并參照《肥料中砷、鎘、

鉻、鉛、汞含量的測定》（GB/T23349-2020）中的試驗(yàn)方法。

四、主要試驗(yàn)（驗(yàn)證）的分析；

4.1穩(wěn)定劑對水中Pb2+吸附效果研究

4.1.1試驗(yàn)?zāi)康?/p>

為評價粉煤灰制備土壤重金屬穩(wěn)定劑在水相中對Pb2+的吸附效果，為產(chǎn)品后

續(xù)在土壤中的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

4.1.2試驗(yàn)材料

將一定量粉煤灰（FA）與氫氧化鈉按1:1.5質(zhì)量比均勻混合后，焙燒制得

堿熔粉煤灰（AFFA），將AFFA與生物質(zhì)按一定比例熱解制得對重金屬具有穩(wěn)定

化效果的材料（AFFA/BC）。

4.1.3試驗(yàn)內(nèi)容

（1）AFFA/BC吸附性能實(shí)驗(yàn)

制備Pb(NO3)2儲備液，濃度為1000mg/L。使用去離子水分別將其稀釋成5、

10、20、50、100mg/L的Pb2+溶液，備用。

①初始溶液pH

8

2+

使用30%HNO3與NaOH溶液（1:1）調(diào)節(jié)Pb溶液至不同pH（3、4、5、

6左右）。稱取1.0g/LAFFA/BC于塑料離心管中，加入50mL不同pH的Pb2+溶

液（20mg/L），混合均勻，恒溫振蕩24h（25℃，160r/min）。靜置取上清液過

0.45μm水系濾膜，滴加濃硝酸使其pH<2，使用電感耦合等離子體原子發(fā)射光

譜法（ICP-AES）測定濾液中Pb2+濃度，下同。

②吸附劑投加量

2+

取一定量20mg/L的Pb溶液于廣口瓶中，用30%HNO3與NaOH溶液（1:1）

調(diào)節(jié)Pb2+溶液初始pH值至5左右。分別稱取0.8、1.0、1.6、2.0、2.4g/L的AFFA/BC

于塑料離心管中，加入50mLPb2+溶液，混合均勻，恒溫振蕩24h（25℃，160r/min）。

靜置過膜，用ICP-AES測定濾液中Pb2+濃度。

③初始濃度

2+

取濃度為5、10、20、50、100mg/L的Pb溶液，使用HNO3與NaOH調(diào)節(jié)

其初始pH值至5左右。在100mL塑料離心管中添加1.0g/L的AFFA/BC，分別

加入不同初始濃度的Pb2+溶液，混合均勻，混合物置于恒溫振蕩箱中持續(xù)振蕩

24h（25℃，160r/min）。靜置過膜，用ICP-AES測定濾液中Pb2+濃度。

（2）吸附動力學(xué)實(shí)驗(yàn)方法

稱取1.0g/L的AFFA/BC于塑料離心管中，加入50mL濃度為20mg/L的

Pb2+溶液（pH≈5），于振蕩培養(yǎng)箱中恒溫（25℃）吸附5、10、20、30、60、120、

180、240、360、480、720、1440min，靜置過膜，用ICP-AES測定濾液中Pb2+

濃度。繪制AFFA/BC去除Pb2+的散點(diǎn)圖，使用準(zhǔn)一級、準(zhǔn)二級動力學(xué)吸附模型和

顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型進(jìn)行擬合。

（3）等溫吸附實(shí)驗(yàn)方法

取5、10、20、50、100mg/L的Pb2+溶液，調(diào)節(jié)其pH值為5左右，分別稱

取1.0g/L的AFFA/BC，置于100mL錐形瓶中，添加50mL不同濃度Pb2+溶液，

置于恒溫振蕩培養(yǎng)箱中吸附24h，將混合物取出，靜置、過膜，用ICP-AES測

定濾液中Pb2+濃度。繪制AFFA/BC去除Pb2+的散點(diǎn)圖，使用Langmuir和

Freundlich等溫吸附模型進(jìn)行擬合。

4.1.4試驗(yàn)結(jié)果與分析

（1）不同pH、Pb2+初始濃度、材料投加量下AFFA/BC對Pb2+的吸附性能

9

圖1溶液初始pH對BC和AFFA/BC吸附Pb2+容量（a）的影響與吸附后溶液pH變化（b）、不

同投加量（c）/初始濃度（d）下AFFA/BC對Pb2+的吸附

在AFFA/BC投加量為0.05g，Pb2+初始濃度為20mg/L吸附時間24h下，

pH對AFFA/BC吸附Pb2+性能的影響見圖1a和圖1b。AFFA/BC對Pb2+吸附量隨

pH增加均呈略微減少趨勢，其吸附量普遍高于22mg/g。其中，AFFA200/BC-NA

在pH為3左右時Pb2+吸附能力最強(qiáng)，達(dá)到23.26mg/g。

圖1c顯示了不同投加劑量時Pb2+去除率與材料吸附量的變化曲線。各投加量

（0.8~2.4g/L）下AFFA/BC對Pb2+的去除率均比原生物炭高，且保持在95%以上，

一方面由于AFFA/BC本身呈堿性，可以與Pb2+形成沉淀；另一方面材料表面負(fù)載

有Na+，可以通過陽離子交換反應(yīng)實(shí)現(xiàn)水相中Pb2+的吸附。投加量從0.8g/L增加

到1.6g/L時，3種AFFA/BC（AFFA200/BC、AFFA200/BC-NA和AFFA600/BC）的去

除率增加2%以上，且吸附量達(dá)到22mg/g，證明其對水相中Pb2+吸附能力稍有增

強(qiáng)，這與其發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、表面官能團(tuán)和Pb2+吸附位點(diǎn)增多都有關(guān)。另外3種

AFFA/BC的Pb2+去除率和平衡吸附量幾乎不受投加量的影響，分別保持在98%和

22mg/g以上。綜合考慮材料的Pb2+吸附能力與經(jīng)濟(jì)效益，選擇投加量為1.0g/L

最為適宜。

10

吸附在吸附劑上的Pb2+含量呈非線性增加，如圖1d所示。Pb2+初始質(zhì)量濃

度從5增加至20mg/L時，AFFA/BC的去除率呈現(xiàn)上升趨勢，在20mg/L時，

Pb2+的去除率和吸附量分別為97.34~98.71%和22.03~22.34mg/g；從20增加至

50mg/L時，AFFA/BC的Pb2+去除率基本保持不變或略微下降；質(zhì)量濃度從50

2+2+

增至100mg/L時，AFFA200/BC的Pb去除率基本保持不變，AFFA600/BC的Pb

去除率僅下降2.14%，與材料的堿性較強(qiáng)有很大關(guān)系。

（2）AFFA/BC對Pb2+的吸附機(jī)制

①吸附動力學(xué)

吸附數(shù)據(jù)采用準(zhǔn)一級（PFO）、準(zhǔn)二級（PSO）、顆粒內(nèi)擴(kuò)散（IPD）模型建

模，如圖2b-c所示。準(zhǔn)二級動力學(xué)模型的相關(guān)系數(shù)R2值更高（表1），其比準(zhǔn)

一級動力學(xué)模型更準(zhǔn)確地描述了吸附數(shù)據(jù)，因此，Pb2+在AFFA/BC上的吸附可

能涉及多種吸附機(jī)制。顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型得到的C常數(shù)均不趨近于零（表1），說

明顆粒內(nèi)擴(kuò)散不是吸附Pb2+的唯一速率控制步驟，而是由多個步驟（表面擴(kuò)散和

內(nèi)擴(kuò)散）控制的。

圖2（a）接觸時間對Pb2+吸附、AFFA/BC去除Pb2+的影響（b）準(zhǔn)一級動力學(xué)模型、（c）準(zhǔn)

二級動力學(xué)模型、（d）顆粒內(nèi)擴(kuò)散曲線（實(shí)驗(yàn)條件：Pb2+初始濃度為20mg/L；生物炭用量

為1.0g/L；溶液初始pH值為6；溫度為25℃）

11

②等溫吸附特性

使用Langmuir模型和Freundlich模型對298K下的Pb2+吸附數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，

結(jié)果如圖3a和b所示。Langmuir模型對AFFA/BC吸附數(shù)據(jù)的擬合效果比

Freundlich模型更好，擬合系數(shù)R2在0.73~0.99之間，說明AFFA/BC對Pb2+的

吸附近似于單分子層化學(xué)吸附。

12

表1BC和AFFA/BC吸附Pb2+的動力學(xué)參數(shù)

Intra-particlediffusion

Pseudo-first-ordermodelPseudo-second-ordermodel

model

Samplek1k2k1dk2dk3d

qe,expqe,calqe,cal

-12-12-12-12-12

(minR(g·mgR(g·mgC1R(g·mgC2R(g·mgC3R

(mg·g-1)(mg·g-1)(mg·g-1)

)·min-1)·min-1/2)·min-1/2)·min-1/2)

BC20.890.2221.340.860.0221.920.981.6711.800.930.0920.580.670.0221.090.43

AFFA200/BC22.240.1119.390.490.0120.460.780.5311.350.610.3914.160.970.0719.700.89

AFFA200/BC-NA22.340.0721.000.850.0122.010.961.775.890.980.3216.610.890.0221.350.50

AFFA200/BC-DW22.270.2822.040.840.0322.500.981.2914.780.930.0122.220.60-0.00322.390.71

AFFA600/BC22.030.2219.990.400.0220.840.760.4514.270.960.1618.410.470.0520.280.85

AFFA600/BC-NA22.290.5721.800.350.1121.990.690.1420.440.600.1120.560.960.0022.140.18

AFFA600/BC-DW22.330.3222.220.940.0422.560.971.1216.300.84-0.00222.420.25-0.00222.410.61

13

RL是Langmuir吸附等溫線的一個參數(shù)，它也決定了吸附與所選吸附質(zhì)-吸附

劑體系的一致性。根據(jù)RL-C0曲線圖（圖3c），所有的AFFA/BC的RL<1，表明

2+

Pb在材料上的吸附及其有利，AFFA600/BC-NA的RL值幾乎為0，說明其吸附具

有不可逆性。

選取Langmuir吸附模型擬合較好的AFFA200/BC-NA，研究反應(yīng)溫度（298、

308、318K）對其吸附Pb2+性能的影響，結(jié)果在圖3d中給出。隨溫度升高，

AFFA200/BC-NA在不同初始濃度C0下的平衡吸附量是減少的。

圖3FA與6種AFFA/BC對Pb2+的（a）Langmuir吸附等溫線（b）Freundlich吸附等溫線；

（c）AFFA/BC對Pb2+吸附性能的影響；（d）溫度對Pb2+吸附性能的影響。（實(shí)驗(yàn)條件：Pb2+

初始濃度為20mg/L；材料用量為0.5g/L；溶液初始pH為6；溫度為25℃）

4.2穩(wěn)定劑對土壤中鉛穩(wěn)定化效果研究

4.2.1試驗(yàn)?zāi)康?/p>

為評價粉煤灰制備土壤重金屬穩(wěn)定劑對土壤中重金屬的穩(wěn)定化效果，為產(chǎn)品

后續(xù)推廣提供科學(xué)依據(jù)，特安排如下土壤培養(yǎng)試驗(yàn)。

4.2.2試驗(yàn)材料

將一定量粉煤灰（FA）與氫氧化鈉按1:1.5質(zhì)量比均勻混合后，350℃焙燒

14

制得堿熔粉煤灰（AFFA），將AFFA與生物質(zhì)按一定比例熱解制得對土壤重金屬

具有穩(wěn)定化效果的材料（AB）。

4.2.3試驗(yàn)內(nèi)容

（1）土培試驗(yàn)

穩(wěn)定化實(shí)驗(yàn)在塑料盒中進(jìn)行，將AB分別與80g土壤以0%、1%、2%、5%

（w/w）的比例充分混合，添加一定量蒸餾水以保持最大持水量的70%，所有土

樣靜置存放于恒溫恒濕培養(yǎng)箱中，培養(yǎng)56天，期間每隔一周按稱重法補(bǔ)充水分，

在各養(yǎng)護(hù)時間點(diǎn)（0、7、14、28、56天）取樣。取出的土樣自然風(fēng)干，分別研

磨過2mm篩，用于后續(xù)測試，每個處理另有2個平行樣。

（2）老化試驗(yàn)

模擬干濕交替過程：土壤穩(wěn)定化修復(fù)12天后，重新添加去離子水使含水率

達(dá)到55%，保證土壤被淹沒，蓋上帶孔的蓋子，避光培養(yǎng)12小時后將容器于40℃

烘箱中干燥12小時，之后重新添加去離子水使含水率恢復(fù)到初始狀態(tài)，即為一

次干濕交替過程。

模擬凍融循環(huán)過程：土壤穩(wěn)定化修復(fù)12天后，重新添加去離子水使含水率

達(dá)到55%，保證土壤被淹沒，蓋上帶孔的蓋子，置于-20℃條件下冰凍12h后避

光培養(yǎng)12h，之后重新添加去離子水使含水率恢復(fù)到初始狀態(tài)，即為一次凍融循

環(huán)過程。

實(shí)驗(yàn)對所有處理土壤分別進(jìn)行2、4、6、8、10和12輪干濕交替或凍融循環(huán)，

在相應(yīng)循環(huán)次數(shù)結(jié)束后，將土壤自然風(fēng)干，取出適量土壤樣品研磨過2mm篩，

裝入樣品袋中放入冰箱備用，用于測試土壤理化性質(zhì)變化及評估修復(fù)效果，并采

用土壤毒性浸出實(shí)驗(yàn)提取樣品中的重金屬，利用ICP-MS對濾液中重金屬含量進(jìn)

行分析，所有處理均設(shè)置3個平行。

4.2.4試驗(yàn)結(jié)果與分析

（1）AB對土壤Pb的影響

①對土壤Pb含量的影響

AB修復(fù)0、7、14、28和56天后對土壤Pb含量的影響如圖4所示。不同

溫度相同秸灰比（10:1）下制備的AB，當(dāng)投加量為1%、2%、5%時，土壤Pb

浸出分別降低31.8%、22.7%、26.4%。對于同一溫度（500℃），不同秸灰比（10:

1、10:2和10:5）下制備的AB，當(dāng)投加量1%時，Pb有效態(tài)含量從低到高具體

15

表現(xiàn)為：AB500-2<AB500-1<AB500-5，且AB500-2土壤Pb有效態(tài)降低8.6%；

當(dāng)投加量為2%時，Pb有效態(tài)含量從低到高具體表現(xiàn)為：AB500-2<AB500-1<

AB500-5，且AB500-2土壤Pb有效態(tài)降低8.3%；當(dāng)投加量為5%時，Pb有效態(tài)

含量從低到高具體表現(xiàn)為：AB500-1<AB500-2<AB500-5，且AB500-1土壤Pb

有效態(tài)降低23.1%。總的來說，熱解溫度為500℃，秸灰比范圍10:1-2制備的

穩(wěn)定劑對重金屬穩(wěn)定化效果更佳。

圖4AB對土壤中Pb毒性浸出的影響（圖a-c1%AB投加量在0、7、14、28和56天后對土

壤Pb含量的影響；圖d-f2%AB投加量在0、7、14、28和56天后對土壤Pb含量的影響；

圖g-i5%AB投加量在0、7、14、28和56天后對土壤Pb含量的影響）

③對土壤Pb賦存形態(tài)的影響

AB對土壤重金屬Pb賦存形態(tài)的影響如圖5所示。隨著培養(yǎng)時間的進(jìn)行，

16

AB對Pb有一定的穩(wěn)定化能力，其中酸可提取態(tài)和可還原態(tài)Pb含量降低，可氧

化態(tài)Pb含量變化不明顯，殘?jiān)鼞B(tài)Pb含量升高。相同的土壤培養(yǎng)時間內(nèi)，不同

施用量處理下，殘?jiān)鼞B(tài)Pb含量均逐漸上升，其轉(zhuǎn)變形式主要為酸提取態(tài)Pb向

殘?jiān)鼞B(tài)Pb轉(zhuǎn)變，且隨著AB施用量增加，土壤中Pb的有效性逐漸降低。當(dāng)土壤

培養(yǎng)時間為56天，土壤中不同形態(tài)Pb含量大小順序表現(xiàn)為：殘?jiān)鼞B(tài)>可氧化態(tài)>

酸提取態(tài)>可還原態(tài)。當(dāng)施用量為1%、2%、5%時，殘?jiān)鼞B(tài)Pb含量分別增加了

1-13%、5-13%、8-12%。不同溫度相同秸灰比（10:1）下制備的AB，500℃制

備材料效果更好；對于同一溫度（500℃），不同的秸灰比（10:1，10:2，10:5）

條件下制備的材料處理的土壤，秸灰比為10:1效果更好。

17

圖5BC和AB（1%、2%和5%）在不同培養(yǎng)時間（28/56d）下土壤中鉛組分的變化

（F4為酸提取態(tài)；F3為可還原態(tài)；F2為可氧化態(tài)；F1為殘?jiān)鼞B(tài)）

（2）加速老化條件下AB對土壤中Pb的影響

①對土壤Pb毒性浸出濃度的影響

重金屬Pb的土壤毒性浸出濃度隨土壤干濕循環(huán)和凍融循環(huán)的過程而呈不同

的變化趨勢（圖6）。在干濕交替條件下，AB修復(fù)后Pb的浸出濃度由443.78-539.27

μg/L逐漸升高到583.53-821.80μg/L，在12輪后，Pb的浸出濃度增加了48.9-58.1%

（圖6a）。Pb在土壤中的毒性浸出濃度隨著干濕交替輪次增加而增加。而隨著循

環(huán)的進(jìn)行，鉛的毒性浸出濃度的增加速率逐漸降至零。

隨著凍融循環(huán)的進(jìn)行，Pb的毒性浸出濃度逐漸降低（圖6b）。BC修復(fù)土壤

后，經(jīng)2、4、6、8、10和12輪后，土壤毒性浸出Pb濃度由391.81-611.05μg/L

分別降低至140.34-356.37μg/L。當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)的增加，Pb的毒性浸出濃度逐

漸下降，到12輪時，Pb的毒性浸出濃度降低了41.7-64.2%，其中AFFA/BC-2

對土壤中Pb的修復(fù)效果最好。

18

圖6干濕交替對BC和AB修復(fù)的土壤中Pb浸出毒性的影響(a)；凍融循環(huán)對BC和AB修復(fù)

的土壤中Pb浸出毒性的影響(b)

②對土壤Pb賦存形態(tài)的影響

隨著干濕循環(huán)與凍融循環(huán)的進(jìn)行，AB對Pb有一定的鈍化固定能力。其中

酸可提取態(tài)Pb略有降低，可還原態(tài)Pb含量降低，可氧化態(tài)Pb和殘?jiān)鼞B(tài)Pb含

量升高，如圖7所示。

圖7AB修復(fù)12循環(huán)后土壤重金屬Pb提取態(tài)的變化（a：干濕循環(huán)、b：凍融循環(huán)；F4為酸

提取態(tài)、F3為可還原態(tài)、F2為可氧化態(tài)、F1為殘?jiān)鼞B(tài)）

4.3結(jié)論

（1）穩(wěn)定劑可以有效吸附水相中的Pb2+，各pH下對Pb2+吸附量高于22mg/g，

19

當(dāng)Pb2+溶液初始濃度低于20mg/L時，隨濃度、投加量增加，穩(wěn)定劑對Pb2+的去

除率與平衡吸附量呈現(xiàn)上升趨勢。

（2）穩(wěn)定劑可有效提高土壤中鉛的穩(wěn)定化效果，使土壤中鉛的殘?jiān)鼞B(tài)含量

增加，酸可提取態(tài)減少，降低了鉛的可遷移性。其中，熱解溫度為500℃，秸灰

比范圍為10:1-2制備的穩(wěn)定劑對重金屬有更好的穩(wěn)定化效果。

（3）經(jīng)凍融循環(huán)處理后，土壤中Pb的毒性浸出濃度逐漸降低，且在凍融循

環(huán)前期Pb的浸出濃度降低速率快，其中秸灰比為10:2的材料對Pb污染土壤修

復(fù)效果最好，且隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，對Pb污染土壤修復(fù)效果更加明顯。

五、采用國際標(biāo)準(zhǔn)的程度及水平的簡要說明（適用時）

無

六、與現(xiàn)行的法律、法規(guī)及國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系

目前我國未見關(guān)于粉煤灰制備土壤重金屬穩(wěn)定劑的國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。本

文件完全符合國家法律、法規(guī)的規(guī)定和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的要求。不存在任何與現(xiàn)行法

律法規(guī)相違背之處。

七、重大分歧意見的解決過程、依據(jù)和結(jié)果（適用時）

本文件的編寫過程無重大分歧。

八、貫徹土盟團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的要求和措施建議（包括組織措

施、技術(shù)措施、過渡辦法等內(nèi)容）

無

九、標(biāo)準(zhǔn)發(fā)行范圍和數(shù)量的建議

本文件適用于粉煤灰為原料通過使用氫氧化鈉堿熔改性按一定比例混合加

生物質(zhì)炭化后制得的對土壤重金屬具有穩(wěn)定化效果的材料。

十、其它應(yīng)予說明的事項(xiàng)

無

20

目錄

一、工作簡況.................................................................1

1.1任務(wù)來源..............................................................1

1.2協(xié)作單位..............................................................1

1.3主要起草人............................................................2

二、工作主要過程.............................................................2

三、確定土盟團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)內(nèi)容的論據(jù).......................................6

3.1適用范圍..............................................................6

3.2規(guī)范性引用文件........................................................6

3.3術(shù)語和定義............................................................7

3.4技術(shù)指標(biāo)確定依據(jù)......................................................7

四、主要試驗(yàn)（驗(yàn)證）的分析...................................................8

4.1穩(wěn)定劑對水中Pb2+吸附效果研究...........................................8

4.1.1試驗(yàn)?zāi)康?.........................................................8

4.1.2試驗(yàn)材料..........................................................8

4.1.3試驗(yàn)內(nèi)容..........................................................8

4.1.4試驗(yàn)結(jié)果與分析....................................................9

4.2穩(wěn)定劑對土壤中鉛穩(wěn)定化效果研究.......................................14

4.2.1試驗(yàn)?zāi)康?........................................................14

4.2.2試驗(yàn)材料.........................................................14

4.2.3試驗(yàn)內(nèi)容.........................................................15

4.2.4試驗(yàn)結(jié)果與分析...................................................15

4.3結(jié)論.................................................................19

五、采用國際標(biāo)準(zhǔn)的程度及水平的簡要說明......................................20

六、與現(xiàn)行的法律、法規(guī)及國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系.....