CN102766465A - 一种治理重金属污染土壤的离子矿化稳定剂及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种治理重金属污染土壤的离子矿化稳定剂及使用方法；所述离子矿化稳定剂包含以下原料，其质量百分比为：硫基化合物为5-30%；磷基化合物为10-50%；钙基化合物为10-50%；硅基化合物为10-30%；将各原料分别磨制成粒度不小于200目的物料，按比例混合均匀。所述离子矿化稳定剂用于治理重金属污染土壤的使用方法：检测待处理污染土壤的砷含量及浸出毒性，按污染程度将不同比例的离子矿化稳定剂铺设在待处理土壤表面，采用翻耕搅拌方式混合均匀形成混合土壤，通过加水保持混合土壤的含水量不低于25%，在混合土壤上覆盖保湿材料，养护时间至少5天，让混合土壤中的重金属形成稳定的矿物形态。
Description
技术领域
本发明涉及环保技术领域，特别是涉及一种对各种重金属污染土壤进行治理的治理重金属污染土壤的离子矿化稳定剂及使用方法。
背景技术
重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染，主要由采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因素所致。土壤重金属污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点，土壤中有害重金属积累到一定程度，不仅会导致土壤退化，农作物产量和品质下降，而且还可以通过径流、淋失作用污染地表水和地下水，恶化水文环境，并可能直接毒害植物或通过食物链途径危害人体健康。2011年4月初，我国首个“十二五”专项规划——《重金属污染综合防治“十二五”规划》获得国务院正式批复，防治规划力求控制5种重金属。目前，世界各国对土壤重金属污染修复技术进行广泛的研究，具体有如下几种修复措施。
1 工程修复法：工程修复法主要有客土法、换土法和翻土法，客土法是向污染土壤内加入大量的干净土壤，覆盖在表层或混匀，使污染物浓度降低。换土法就是把污染土壤取走，换入新的干净土壤。翻土法采用深耕的方式使聚集在表层的污染物分散到深层，达到稀释和自处理的目的。翻土法主要用于轻度污染的土壤，而客土法和换土法主要用于重度污染的土壤。工程修复是比较经典的土壤重金属污染治理措施，它具有彻底、稳定的优点，其不足之处：实施工程量大、投资费用高，措施不当时会破坏土体结构，导致土壤肥力下降。换出的污土还需妥善堆放处置，防止二次污染，其相应增大工程的投资与运行成。
2 物理化学修复法：物理化学修复法主要有土壤淋洗法、玻璃化法、电化学法等。土壤淋洗法利用淋洗剂淋洗污染土壤，使土壤固相中的重金属转移到土壤液相中，降低污染物毒性；玻璃化法是在现场使用电加热，将污染土壤熔化，冷却后形成化学惰性的、非扩散的坚硬玻璃体技术；电化学法是利用外加电场所产生的动电效应驱动土壤中的污染物沿电场方向定向迁移，富集的污染物可在电极区得到集中处理或分离。对于渗透性不高、传导性差的粘性土壤中的砷，根据电流能破坏金属- 土壤键的原理，可应用电化学法予以去除。但这种方法存在的不足之处：修复成本高昂、能耗较大、甚至存在二次污染。
3 植物修复法：植物修复法是利用种植某种植物来净化受砷污染的土壤和水体。植物修复法按其修复的机理和过程可分为植物萃取、植物固定、植物挥发、根系过滤、植物降解。其中，植物萃取是指利用植物根系吸收土壤污染物质并运送至植物地上部，通过收割地上部物质而达到去除土壤中污染物的一种方法。这种方法的不足之处：治理周期漫长，后期植物收集、处理工艺较为复杂，维护管理周期长。
4 化学修复：化学修复方法就是向土壤投入改良剂，通过对重金属的吸附、氧化还原、拮抗或沉淀作用，以降低重金属的生物有效性。该技术关键在于选择经济有效的改良剂。常用的改良剂有石灰、沸石、碳酸钙、磷酸盐、硅酸盐和促进还原作用的有机物质，不同改良剂对重金属的作用机理不同。化学修复方法通常采用稳定固化技术对受重金属污染的土壤进行修复。
稳定固化技术是通过施用化学钝化剂等来降低土壤污染物的水溶性、扩散性和生物有效性，从而降低它们进入植物体、微生物体和水体的能力，减轻对生态***的危害。随着对土壤治理低成本技术的广泛需求，低成本稳定固化技术将得到快速的发展。
目前我国在重金属污染土壤稳定固化修复技术方面还处于起步阶段，主要是采用石灰、磷酸盐、水泥等使重金属离子以氢氧化物或磷酸盐形式钝化，存在长效性差、药剂用量大、只适合低污染土壤的缺点，而我国土壤污染特别是矿区和冶炼厂周边重金属污染土壤具有复合型及高含量的特点。 因此，开发新的稳定化固化修复技术及药剂是提高我国重金属污染土壤稳定固化修复技术的关键。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的不足，提供一种采用离子矿化稳定化稳定剂与重金属污染土壤中不稳定的重金属离子发生矿化反应，将重金属转化为最稳定的化合物的治理重金属污染土壤的离子矿化稳定剂及使用方法。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现：
本发明的离子矿化稳定剂包含以下原料，其质量百分比为：
硫基化合物为5-30%；
磷基化合物为10-50%；
钙基化合物为10-50%；
硅基化合物为10-30%；
将各原料分别磨制成粒度不小于200目的物料，按比例混合均匀，得到所述的离子矿化稳定剂。
所述的硫基化合物为硫化亚铁、硫化钠、多硫化钠、硫化钙、硫化铵、硫化钾、多硫化钾、多硫化钙的任意一种，或任意多种按任意比例混合。
所述的磷基化合物为磷酸氢钙、磷酸三钙、磷酸氢二钙、磷酸、磷酸氢二铵、磷酸铵、磷酸钠、钙镁磷肥、磷矿石 磷骨粉、磷酸钾、磷酸氢二钾的任意一种、或任意多种按任意比例混合。
所述的钙基化合物为石灰石、白垩、白云石、石灰、氢氧化钙、硅酸盐水泥的任意一种、或任意多种按任意比例混合。
所述的硅基化合物为高岭土、蒙脱石、凹凸棒土、膨润土、硅藻土、火山灰、沸石、粉煤灰的任意一种、或任意多种按任意比例混合。
本发明的离子矿化稳定剂用于治理重金属污染土壤的使用方法包括以下步骤：
（1）检测待处理污染土壤中重金属的含量及浸出毒性；
（2）根据检测结果，按质量比重金属污染土壤：离子矿化稳定剂=5~50:1添加离子矿化稳定剂，将离子矿化稳定剂均匀地铺撒在待处理土壤的表面；
（3）采用翻耕搅拌的方式将待处理土壤连同其上铺撒的离子矿化稳定剂至少搅拌混合3次，形成混合土壤；通过加水方式，保持混合土壤的含水量不低于25%；
（4）在混合土壤上覆盖保湿材料，养护时间至少5天，让混合土壤中的离子矿化稳定剂与重金属污染土壤中重金属发生反应，形成稳定的矿物形态；
（5）采样检测混合土壤中重金属的浸出毒性；如果检测不符合环保要求，增加养护时间，必要时加水，直到检测结果符合环保要求。
与现有技术相比，本发明的离子矿化稳定剂具有原料广泛，取材容易，制备方法简单易行等优点；本发明离子矿化稳定剂的使用方法具有操作简单，治理效果好等优点。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明：
本发明的离子矿化稳定剂包含以下原料，其质量百分比为：
硫基化合物为5-30%；
磷基化合物为10-50%；
钙基化合物为10-50%；
硅基化合物为10-30%；
将各原料分别磨制成粒度不小于200目的物料，按比例混合均匀，得到所述的离子矿化稳定剂。
所述的硫基化合物为硫化亚铁、硫化钠、多硫化钠、硫化钙、硫化铵、硫化钾、多硫化钾、多硫化钙的任意一种，或任意多种按任意比例混合。
所述的磷基化合物为磷酸氢钙、磷酸三钙、磷酸氢二钙、磷酸、磷酸氢二铵、磷酸铵、磷酸钠、钙镁磷肥、磷矿石 磷骨粉、磷酸钾、磷酸氢二钾的任意一种、或任意多种按任意比例混合。
所述的钙基化合物为石灰石、白垩、白云石、石灰、氢氧化钙、硅酸盐水泥的任意一种、或任意多种按任意比例混合。
所述的硅基化合物为高岭土、蒙脱石、凹凸棒土、膨润土、硅藻土、火山灰、沸石、粉煤灰的任意一种、或任意多种按任意比例混合。
本发明的离子矿化稳定剂用于治理重金属污染土壤的使用方法包括以下步骤：
（1）检测待处理污染土壤中重金属的含量及浸出毒性；检测方法为公知的现有技术。
（2）根据检测结果，按质量比重金属污染土壤：离子矿化稳定剂=5~50:1添加离子矿化稳定剂，将离子矿化稳定剂均匀地铺撒在待处理土壤的表面。
（3）采用翻耕搅拌的方式将待处理土壤连同其上铺撒的离子矿化稳定剂至少搅拌混合3次，形成混合土壤；通过加水方式，保持混合土壤的含水量不低于25%；翻耕搅拌的方式为公知的现有技术。
（4）在混合土壤上覆盖保湿材料，养护时间至少5天，让混合土壤中的离子矿化稳定剂与重金属污染土壤中重金属发生反应，形成稳定的矿物形态；保湿材料为草袋、麻袋、或者其他公知的材料。
（5）采样检测混合土壤中重金属的浸出毒性；如果检测不符合环保要求，增加养护时间，必要时加水，直到检测结果符合环保要求。检测方法为公知的现有技术。环保要求为国家有关环保的规定。
离子矿化稳定剂的实施例1：
将原料硫化钙、磷酸氢钙、石灰石和高岭土磨制成粒度不小于200目的物料，按照质量百分比称重：硫化钙为15%，磷酸氢钙为30%，石灰石为30%，高岭土为25%，然后混合均匀，即得到所述的离子矿化稳定剂。
离子矿化稳定剂的实施例2：
将原料次硫化亚铁、硫化钙、磷酸氢钙、磷酸三钙、石灰石、白垩、高岭土和蒙脱石磨制成粒度不大于200目的物料，将硫化亚铁和硫化钙按照任意比例混合成组份A，将磷酸氢钙和磷酸三钙按照任意比例混合成组份B，将石灰石和白垩按照任意比例混合成组份C，将高岭土和蒙脱石按照任意比例混合成组份D，再按照质量百分比称重：成组份A为10%，组份B为35%，组份C为35%，组份D为20%，然后混合均匀，即得到所述的离子矿化稳定剂。
在实施例2的基础上，改变组份A、B、C、D的组成，就能够演变出很多实施例，举一反三，不再赘述。
离子矿化稳定剂使用方法的实施例1：
（1）检测郴州某重金属污染区域主要污染重金属是Cd、Pb、As、Hg，高于国家土壤环境质量标准(GB15618-1995) 三级标准，确定为复合污染或重污染的土壤，局部区域重金属超标达2000倍。重金属形态分析重金属存在状态主要以可交换态为主，造成土壤无法耕作农作物。
（2）根据检测结果，按10%质量比添加“离子矿化稳定剂的实施例1”的离子矿化稳定化药剂，将离子矿化稳定剂均匀地铺撒在待处理土壤的表面。
（3）采用翻耕搅拌的方式将待处理土壤连同其上铺撒的离子矿化稳定剂至少搅拌混合3次，形成混合土壤；通过加水方式，保持混合土壤的含水量不低于25%；
（4）在混合土壤上覆盖的保湿材料麻袋，养护时间5天，让混合土壤中的离子矿化稳定剂与重金属污染土壤中重金属发生反应，形成稳定的矿物形态。
（5）养护后检测：土壤通过固体废物《浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法》（HJ/T299—2007）中规定的浸提方式测量的浸出液中重金属的含量，处理后Cd的浸出值小于0.01mg／L，Pb的浸出值小于0.05mg／L，As的浸出值小于0.05mg／L，都低于《地下水质量标准》﹙GB/T14848-93﹚中Ⅲ类水浓度限值的要求。
离子矿化稳定剂使用方法的实施例2：
（1）检测株洲天元区某重金属污染区域主要污染重金属是Cd、Pb，镉、铅含量均超过了国家土壤环境质量III级标准。其中：土壤镉含量超标率为88.2%，最高超标23.7倍；铅含量超标率为82.4%，最高超标3.7倍；镉、铅同时超标的有27个，超标率为79.4%。
（2）根据检测结果，按6%质量比添加“离子矿化稳定剂的实施例2”的离子矿化稳定化药剂，将离子矿化稳定剂均匀地铺撒在待处理土壤的表面。
（3）采用翻耕搅拌的方式将待处理土壤连同其上铺撒的离子矿化稳定剂至少搅拌混合3次，形成混合土壤；通过加水方式，保持混合土壤的含水量不低于25%；
（4）在混合土壤上覆盖的保湿材料麻袋，养护时间5天，让混合土壤中的离子矿化稳定剂与重金属污染土壤中重金属发生反应，形成稳定的矿物形态。
（5）养护后检测：土壤通过固体废物《浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法》（HJ/T299—2007）中规定的浸提方式测量的浸出液中重金属的含量，处理后Cd的浸出值小于0.01mg／L，Pb的浸出值小于0.03mg／L，都低于《地下水质量标准》﹙GB/T14848-93﹚中Ⅲ类水浓度限值的要求。
Claims (8)
1. 一种治理重金属污染土壤的离子矿化稳定剂，其特征在于：所述离子矿化稳定剂包含以下原料，其质量百分比为：
硫基化合物为5-30%；
磷基化合物为10-50%；
钙基化合物为10-50%；
硅基化合物为10-30%；
将各原料分别磨制成粒度不小于200目的物料，按比例混合均匀，得到所述的离子矿化稳定剂。
2. 根据权利要求1所述的离子矿化稳定剂，其特征在于：所述的硫基化合物为硫化亚铁、硫化钠、多硫化钠、硫化钙、硫化铵、硫化钾、多硫化钾、多硫化钙的任意一种，或任意多种按任意比例混合。
3.根据权利要求1或2所述的离子矿化稳定剂，其特征在于：所述的磷基化合物为磷酸氢钙、磷酸三钙、磷酸氢二钙、磷酸、磷酸氢二铵、磷酸铵、磷酸钠、钙镁磷肥、磷矿石 磷骨粉、磷酸钾、磷酸氢二钾的任意一种、或任意多种按任意比例混合。
4. 根据权利要求1或2所述的离子矿化稳定剂，其特征在于：所述的钙基化合物为石灰石、白垩、白云石、石灰、氢氧化钙、硅酸盐水泥的任意一种、或任意多种按任意比例混合。
5.根据权利要求1或2所述的离子矿化稳定剂，其特征在于：所述的硅基化合物为高岭土、蒙脱石、凹凸棒土、膨润土、硅藻土、火山灰、沸石、粉煤灰的任意一种、或任意多种按任意比例混合。
6.根据权利要求3所述的离子矿化稳定剂，其特征在于：所述的硅基化合物为高岭土、蒙脱石、凹凸棒土、膨润土、硅藻土、火山灰、沸石、粉煤灰的任意一种、或任意多种按任意比例混合。
7.根据权利要求4所述的离子矿化稳定剂，其特征在于：所述的硅基化合物为高岭土、蒙脱石、凹凸棒土、膨润土、硅藻土、火山灰、沸石、粉煤灰的任意一种、或任意多种按任意比例混合。
8.一种将根据权利要求1所述离子矿化稳定剂用于治理重金属污染土壤的使用方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（1）检测待处理污染土壤中重金属的含量及浸出毒性；
（2）根据检测结果，按质量比重金属污染土壤：离子矿化稳定剂=5~50:1添加离子矿化稳定剂，将离子矿化稳定剂均匀地铺撒在待处理土壤的表面；
（3）采用翻耕搅拌的方式将待处理土壤连同其上铺撒的离子矿化稳定剂至少搅拌混合3次，形成混合土壤；通过加水方式，保持混合土壤的含水量不低于25%；
（4）在混合土壤上覆盖保湿材料，养护时间至少5天，让混合土壤中的离子矿化稳定剂与重金属污染土壤中重金属发生反应，形成稳定的矿物形态；
（5）采样检测混合土壤中重金属的浸出毒性；如果检测不符合环保要求，增加养护时间，必要时加水，直到检测结果符合环保要求。
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