重金屬汙染土壤的修複方法與流程
2023-05-22 18:00:26
本發明涉及土壤修復治理技術領域，特別涉及一種重金屬汙染土壤的修複方法。
背景技術：
隨著我國產業結構升級、城市布局調整，很多城市湧現大批汙染企業的關閉和搬遷現象，導致城市出現了大量遺留工業汙染場地，其中重金屬汙染土壤是工業汙染場地中較為常見的一種類型。這些汙染場地大多面臨再利用而發生用地類型的變更，由於重金屬對動植物和人體的危害具有長期性、潛在性和不可逆性，在汙染土壤再利用前應進行相應修復以保證場地環境和居民的健康。
目前重金屬汙染土壤修復主要有物理、化學、生物等幾大類方法。物理方法首先將汙染土壤挖出，再對挖出的汙染土壤進行淋洗、氣提或熱處理等，這些措施具有效果徹底、穩定等優點，但同時存在處理成本高、施工複雜等問題，難以進行大規模推廣。生物方法包括植物修復技術和微生物修復技術，生物方法實施較簡便，具有投資少和對環境擾動少等優點，但也存在較多限制因素：植物修復技術的修復用植物種類有限，且其修復速度較慢，積累大量重金屬植物的再處理等問題也是限制植物修復技術大規模推廣的主要因素；同樣微生物修復技術的修復用微生物種類也有限，且由於微生物生物體較小，修復的重金屬量也較少，修復速度較慢，從而限制了微生物修復技術的大規模推廣。化學方法主要包括提取法、固化法、電化學方法、施用改良劑法等。其中化學固定法，也稱為化學穩定法，是一種較為成熟且經濟可行的方法，該技術利用穩定劑或固定劑與土壤中的重金屬發生水化反應、氧化還原、螯合、沉澱、吸附等物理化學作用，通過改變土壤中重金屬的化學形態或降低其遷移性，從而達到修復治理的效果。與其他修復技術相比，具有適用範圍廣、處理容量大、固定物種類多、見效快、效果顯著等優點，故具有較好的應用前景。
目前常用的化學固定劑分為天然礦物、有機物、石灰類、置換金屬類等幾大類，這些化學固定劑分別存在以下幾個問題：天然礦物型固定劑對重金屬的固定效率低；有機類固定劑用於重金屬汙染土壤修復時，存在二次汙染；石灰類固定劑通常是改變土壤ph使重金屬形成氫氧化物和碳酸鹽類沉澱，含有石灰類成分的固定劑在添加到土壤後，會導致修復后土壤硬化、增容，而且單純靠水化反應後形成的氫氧化物和碳酸鹽類等化合物對土壤中重金屬的固定效果容易受外界環境條件的影響，土壤經過長期的風化和酸雨侵蝕，其中的重金屬存在著會重新溶出的潛在危險。置換金屬主要為亞微米或納米鐵，具有較強還原能力，可把在金屬活動順序表中排於其後的金屬置換出來而沉積在鐵的表面從而達到去除汙染的目的。但亞微米或納米鐵成本高，且易被周圍的介質(比如溶解氧、水)氧化，導致其利用效率降低；另外，納米零價鐵在非疏鬆的介質中傳遞很慢，進一步限制了其在土壤修複方面的應用。因此，如何儘可能保持其原有的反應活性及與汙染物的充分接觸，提高修復效率及降低反應成本，是納米零價鐵獲得土壤重金屬修復效果的關鍵。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種成本低、效果好、效率高、環境友好的重金屬汙染土壤的修複方法。
為解決上述技術問題，本發明採用以下技術方案：
一種重金屬汙染土壤的修複方法，包括以下步驟：
(1)利於挖掘機將重金屬汙染土壤表層15cm～25cm厚的土壤挖出，並對所挖土壤進行破碎篩分，均勻分布在防滲層上；
(2)將粉煤灰、磷石膏和赤泥組成的固態調理劑研磨混合，加入步驟(1)所挖土壤中並攪拌混合；
(3)1～2個月後，將鼠李糖脂包覆的零價納米鐵混懸液作為液態穩定劑噴灑在重金屬汙染土壤中，養護4～6個月後，完成對重金屬汙染土壤的修復。
優選的，所述固態調理劑的添加比例為土壤質量的20％～30％；所述液態穩定劑的添加比例為土壤質量的15％～30％。
優選的，所述液態穩定劑的製備方法為：在保護氣氛和機械攪拌下，將鼠李糖脂溶液加入到氯化鐵溶液中，再滴加nahb4溶液進行反應，得到鼠李糖脂包覆的零價納米鐵混懸液。
優選的，所述鼠李糖脂溶液的濃度為2g/l～3g/l；所述氯化鐵溶液的濃度為0.15mol/l～0.25mol/l；所述nahb4溶液的濃度為0.3mol/l～0.5mol/l；所述鼠李糖脂溶液、氯化鐵溶液和nahb4溶液的體積比為2∶1∶1。
優選的，所述保護氣氛為氮氣，所述機械攪拌的轉速為350r/min～550r/min。
優選的，所述固態調理劑中各組分的配比為：粉煤灰40～55份、磷石膏20～35份、赤泥15～30份。
優選的，所述固態調理劑包括以下重量份的組分：粉煤灰45～50份、磷石膏25～30份、赤泥20～25份。
優選的，所述固態調理劑包括以下重量份的組分：粉煤灰48份、磷石膏27份、赤泥22份。
與現有技術相比，本發明的優點在於：
1、本發明的重金屬汙染土壤的修複方法，通過固態調理劑和液態穩定劑的有機結合，促進了他們聯合作用修復重金屬汙染土壤的能力。固態調理劑為粉煤灰、磷石膏和赤泥組成的混合物，一方面能在重金屬汙染土壤中形成高滲透性的剛性網格結構，利於含納米零價鐵的液態穩定劑的均勻快速滲入；另一方面能對汙染土壤中重金屬起到吸附、捕集和螯合作用，利於納米零價鐵快速精準地對汙染土壤中的重金屬進行還原；從而大大提高了納米零價鐵的利用效率，大大降低了重金屬汙染土壤修復的成本。
2、本發明中，通過鼠李糖脂對零價納米鐵進行分散，一方面鼠李糖脂分散納米零價鐵粒子的四周，近似於有機網絡將納米零價鐵粒子包圍起來，有效的減少了納米零價鐵顆粒與周圍的介質(比如溶解氧、水)的接觸面積，阻止了納米零價鐵與周圍介質發生反應，從而維持其較高的反應活性。另一方面鼠李糖脂能改變納米零價鐵的表面電荷分布，產生靜電穩定效應、空間位阻作用和靜電空間位阻穩定效應，從而能有效阻止納米零價鐵之間的團聚效應，提高納米零價鐵的分散性、穩定性。另外，鼠李糖脂的羧基、羥基能與重金屬形成螯合物，特別是對重金屬鉛具有良好的螯合效果，進一步有利於納米零價鐵快速精準地對汙染土壤中的重金屬進行還原。因而該液態穩定劑能進一步提高了納米零價鐵對汙染土壤中的重金屬進行還原的效率，降低了重金屬汙染土壤修復的成本。
附圖說明
圖1為本發明實施例1的液態穩定劑的sem照片，其中，(b)圖為(a)圖的高解析度圖。
具體實施方式
以下結合具體優選的實施例對本發明作進一步描述，但並不因此而限制本發明的保護範圍。
實施例1：
用於重金屬汙染土壤修復的化學穩定劑的製備
(1)固態調理劑的製備：將粉煤灰、磷石膏和赤泥按照48∶27∶22的重量比均勻混合，得到固態調理劑；
(2)液態穩定劑的製備：在氮氣氣氛和機械攪拌下(轉速400r/min)，將體積比為2∶1的鼠李糖脂溶液(2g/l)和fecl3溶液(0.2mol/l)充分混合後，再滴加與fecl3溶液等體積的nahb4溶液(0.4mol/l)進行反應，待氣泡不在生成後，反應完畢，得到鼠李糖脂包覆的零價納米鐵混懸液，常溫下密封保存。
圖1為本實施例製備的鼠李糖脂包覆的零價納米鐵混懸液的掃描電鏡圖，由圖可知，零價納米鐵顆粒分散均勻，且鼠李糖脂成功將零價納米鐵包覆起來。
將市場購買的零價納米鐵分散於水中，其中，零價納米鐵在分散液中的含量與步驟(2)製備的鼠李糖脂包覆的零價納米鐵混懸液中的零價納米鐵含量相同，將同體積的上述零價納米鐵的分散液與步驟(2)製備的鼠李糖脂包覆的零價納米鐵混懸液分別噴灑在鉛含量嚴重超標的土壤中，2個月後分別測定土壤中重金屬鉛的弱酸提取態和可還原態的百分含量，結果如表1，由表1可知，鼠李糖脂包覆的零價納米鐵對土壤中的鉛的穩定效率明顯高於零價納米鐵。
一種重金屬汙染土壤的修複方法，包括以下步驟：
s1：利用挖掘機將常寧市水口山某鉛鋅礦區重金屬汙染土壤表層25cm厚的土壤挖出，並對所挖土壤進行破碎篩分，均勻分布在防滲層上；
s2：將步驟(1)製備的固態調理劑加入步驟s1所挖土壤中並攪拌混合，每公斤汙染土壤的添加量為25％wt；
s3：2個月後，將步驟(2)製備的的液態穩定劑噴灑在重金屬汙染土壤中，每公斤汙染土壤的添加量為25％wt。養護6個月後，原重金屬汙染土壤中的重金屬pb、zn、cu、cd、hg絕大部分還原成了低價固定化的重金屬，說明本方法實現了對重金屬汙染土壤的原位修復，修復後的土壤環境質量滿足中國《土壤環境質量標準》(gb15618-1995)一級標準值的要求。
對比例1：
將實施例1的步驟(2)製備的的液態穩定劑噴灑在常寧市水口山某鉛鋅礦區重金屬汙染土壤中，每公斤汙染土壤的添加量為25％wt。養護8個月後，原重金屬汙染土壤中的重金屬pb、zn、cu、cd、hg大部分還原成了低價固定化的重金屬，測定修復后土壤中重金屬鉛的殘渣態的百分含量為81.3％，而實施例1修復後的土壤中重金屬鉛的殘渣態的百分含量達92.5％，說明重金屬汙染土壤前期經過本發明的固態調理劑進行調理，一方面能在重金屬汙染土壤中形成高滲透性的剛性網格結構，利於含納米零價鐵的液態穩定劑的均勻快速滲入；另一方面能對汙染土壤中重金屬起到吸附、捕集和螯合作用，利於納米零價鐵快速精準地對汙染土壤中的重金屬進行還原；從而大大提高了納米零價鐵的利用效率。
實施例2：
一種重金屬汙染土壤的修複方法，包括以下步驟：
s1：利用挖掘機將臨武縣香花嶺地區某有色礦區歷史遺留重金屬汙染土壤表層20cm厚的土壤挖出，並對所挖土壤進行破碎篩分，均勻分布在防滲層上；
s2：將實施例1的步驟(1)製備的固態調理劑加入步驟s1所挖土壤中並攪拌混合，每公斤汙染土壤的添加量為20％wt；
s3：2個月後，將步驟(2)製備的的液態穩定劑噴灑在重金屬汙染土壤中，每公斤汙染土壤的添加量為20％wt。養護6個月後，原重金屬汙染土壤中的重金屬pb、zn、cu、cd、hg絕大部分還原成了低價固定化的重金屬，說明本方法實現了對重金屬汙染土壤的原位修復，修復後的土壤環境質量滿足中國《土壤環境質量標準》(gb15618-1995)一級標準值的要求。
最後有必要在此說明的是：以上實施例只用於對本發明的技術方案作進一步詳細地說明，不能理解為對本發明保護範圍的限制，本領域的技術人員根據本發明的上述內容作出的一些非本質的改進和調整均屬於本發明的保護範圍。最後有必要在此說明的是：以上實施例只用於對本發明的技術方案作進一步詳細地說明，不能理解為對本發明保護範圍的限制，本領域的技術人員根據本發明的上述內容作出的一些非本質的改進和調整均屬於本發明的保護範圍。