CN103736723B - 重金属污染土壤与地下水一体化修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种重金属污染土壤与地下水一体化修复方法。具体为：将重金属稳定化剂按比例施入污染土壤中，同时将污染地下水抽出，均匀喷洒或浇灌在施入稳定化剂的污染上壤中，地下水中的重金属被土壤截留并与土壤中原有的重金属一起与稳定化剂发生吸附、沉淀、离子交换等作用，使重金属得以稳定，被修复后的地下水回渗入地下，从而达到污染土壤与地下水同时修复的效果。与传统的上壤和地下水分开修复方法相比，本发明的方法可以在一个较简单的***内同时修复污染地下水和土壤中的重金属，达到一体化修复的目的。本方法具有处理工艺简单、成本低等特点。

Description

重金属污染土壤与地下水一体化修复方法
技术领域
本发明属于环境工程技术领域，具体涉及一种重金属污染土壤与地下水一体化修复方法。
背景技术
近年来，由于工农业生产的污染和人类活动强度的不断增加，大量化肥、农药的施用，石化产品的泄漏及故障性排放，有毒、有害固体废物填埋引起的有毒物质泄漏，均造成土壤污染面积扩大，污染程度加深。而土壤和地下水存在着紧密的联系，污染土壤容易造成下覆地下水也产生污染，需要对污染的土壤和地下水进行处理，但是，目前土壤和地下水污染修复基本上都是分别单独进行修复，若将污染土壤和地下水集成在一个工艺中进行处理，可简化处理工艺，节约处理费用，节省土地资源。因此，将土壤与地下水一体化修复越来越引起人们的关注。目前，国内还没有关于土壤地下水一体化修复技术的专利。
发明内容
本发明的目的在于针对土壤和地下水重金属污染问题提供一种重金属污染土壤与地下水一体化修复方法。具体为将土壤化学稳定法与地下水抽出处理法相结合，在污染土壤中加入重金属稳定化剂，将污染地下水通过泵抽出，淋溶到加入重金属稳定化剂的污染土壤中，使稳定化剂与污染土壤和地下水中的重金属发生沉淀、吸附等作用，从而改变重金属的形态，使重金属得以稳定，而污染地下水经过添加稳定化剂的土壤吸附、沉淀等处理，自由下渗，重新补给地下水。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明涉及一种重金属污染土壤与地下水一体化修复方法，包括如下步骤：
A、将重金属稳定化剂施入污染土壤中；
B、将污染地下水抽出，喷洒或浇灌在所述施入重金属稳定化剂的污染土壤中；所述污染地下水中的重金属被土壤截留并与土壤中原有的重金属一起与重金属稳定化剂发生作用，使重金属得以稳定；
C、所述重金属被截留并稳定后的地下水回渗入地下，完成所述重金属土壤与地下水一体化修复。
优选地，步骤A中，所述重金属稳定化剂的选择具体为：对污染场地内的污染土壤和污染地下水调查、采样、分析监测，确定污染土壤和污染地下水中重金属污染物的种类、污染分布、污染程度以及污染地下水的体积；根据所述重金属污染物的种类、污染分布、污染程度以及污染土壤的性质确定重金属稳定化剂材料的选用。
优选地，步骤A中，所述重金属稳定化剂用量的确定具体为：根据污染土壤和污染地下水中重金属的浓度和污染地下水的体积确定重金属稳定化剂的添加量。
优选地，步骤A中，所述重金属稳定化剂为含磷材料。
优选地，所述含磷材料包括磷灰石、重过磷酸钙。
优选地，所述含磷材料为含P比为1∶1的磷灰石和重过磷酸钙的混合物。
优选地，所述重金属稳定化剂中P元素与重金属的摩尔比为(2～4)∶1。
优选地，步骤B中，所述将污染地下水抽出具体为：在所述污染土壤所在的场地内打地下水采样井；将污染地下水从采样井抽出。
优选地，步骤B中，所述重金属与重金属稳定化剂发生的作用为吸附、沉淀、离子交换中的一种或几种。
本发明的重金属污染土壤与地下水一体化修复方法是将化学稳定法与地下水抽出处理法结合形成的一体化修复方法。该一体化修复方法固定重金属的原理为：土壤与地下水中的重金属均通过与土壤中添加的重金属稳定化剂发生吸附、沉淀、离子交换等作用，使得地下水中重金属得以去除，土壤中重金属得以稳定。具体固定机理如下：
磷灰石和重过磷酸钙稳定土壤与地下水中重金属的机理主要是基于磷酸根官能团的吸附、沉淀或共沉淀、表面吸附或络合作用机理，反应式总结如下：
5M2++3H2PO4 -+Cl-＝M5(PO4)3Cl+6H+(M代表重金属如：Pb、Cd等)(1.1)
≡POH+M2+＝≡POM++H+(≡POH代表磷灰石表面)(1.2)
≡S-HPO4 2-+M2+＝≡S-HPO4 2--M2+(≡S代表土壤氧化物表面)(1.3)
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、实现了重金属污染土壤与地下水同时修复作用；
2、简化重金属污染土壤和污染地下水的分别处理工艺、降低处理费用、节约土壤资源。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明的重金属污染土壤与地下水一体化修复方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明的重金属污染土壤与地下水一体化修复方法的流程图如图1所示，首先对污染场地进行污染土壤、污染地下水的调查、设置采样方案，进行污染土壤和地下水的采样、根据分析监测的结果，确定场地重金属污染物的种类、污染分布、污染程度以及污染地下水的体积；然后根据重金属污染物的种类、污染程度、土壤性质确定重金属稳定化剂，如Pb、Cu、Zn等污染，可选择磷灰石、重过磷酸钙等；根据土壤和地下水中重金属的浓度和面积(体积)，设定修复材料添加量。一般含磷材料添加量(P含量)与重金属污染量的摩尔浓度比例为(2～4)∶1，将重金属稳定化剂与污染土层均匀混合；然后，用泵将污染地下水从抽提井抽出，均匀喷洒在污染场地，使污染地下水在修复后的土壤中自由下渗，利用土壤中金属稳定化剂的吸附、过滤、沉淀等机制，去除地下水中重金属，同时将地下水中的重金属与土壤中原有的重金属一起被稳定化剂固定在土壤中，被修复后的地下水回渗入地下。具体应用见以下各实施例：
实施例1
某污灌区Cd污染土壤(含60mg/kgCd)，污染地下水浓度为10mg/LPb、0.3mg/LCd、10mg/LZn，土壤重金属稳定化修复材料为含P比为1∶1的磷灰石与重过磷酸钙混合物，添加量为磷与重金属的摩尔比为2∶1，抽取地下水均匀浇灌在施加含磷材料的污染土壤中。经过40天的修复，一体化处理***共处理污染地下水量为673L/Kg。淋溶结束后，土壤截留污染地下水中Pb的量高达为9915mg/Kg，地下水中Pb去除率达91％；土壤截留污染地下水中Cd的量为143mg/Kg，Cd去除率为40.2％；土壤截留污染地下水中Zn的量为3477mg/Kg，Zn去除率为45.2％。至淋溶结束，一体化处理***对Pb的吸附能力仍未达到饱和，仍然有继续截留去除地下水中Pb的能力，但对Cd和Zn的吸附量已达到饱和。土壤中CaCl2和TCLP提取态Pb与对照相比，分别下降了60.5％和62.8％；CaCl2和TCLP提取态Cd与对照相比，土壤CaCl2提取态Cd下降了12.3％，但TCLP提取态Cd基本不变当；CaCl2和TCLP提取态Zn与对照相比，分别下降了7.5％和10.2％。综上，含磷材料诱导的土壤、地下水中重金属一体化修复可以同时实现污染地下水中重金属的去除和污染土壤中重金属的固定，尤其对Pb的效果明显且固定容量较大。
实施例2
某冶炼厂附近污染土壤(2850mg/kgPb、31mg/kgCd、975mg/kgZn)，污染地下水浓度为10mg/LPb、0.3mg/LCd、10mg/LZn，土壤重金属稳定化修复材料为含P比为1∶1的磷矿尾料与重过磷酸钙混合物，添加量为磷与重金属的摩尔比约为4∶1，抽取地下水均匀浇灌在施加了含磷材料的污染土壤中。经过120天的一体化修复，共处理污染地下水量为605.5L/Kg。淋溶结束后，土壤截留污染地下水中Pb的量高达为14504mg/Kg，地下水中Pb去除率达87.6％，；土壤截留污染地下水中Cd的量为64.6mg/Kg，Cd去除率为30.0％；对地下水中Zn基本没有去除作用。至淋溶结束，一体化处理***对Pb的吸附能力仍未达到饱和，仍然有继续滞留去除地下水中Pb的能力，但对Cd和Zn的吸附量已达到饱和。土壤中CaCl2提取态Pb浓度低于火焰原子吸收检测限，TCLP提取态Pb与对照相比，下降51.0％；CaCl2和TCLP提取态Cd与对照相比，分别下降了41.7％和31.9％；CaCl2和TCLP提取态Zn与对照相比，分别下降3.2％和19％。综上，含磷材料诱导的土壤、地下水中重金属一体化修复可以同时实现污染地下水中重金属的去除和污染土壤中重金属的固定，尤其对Pb的效果明显且固定容量较大，但对Zn作用较小。
实施例3
某污灌区土壤含86.6mg/kgCu、175.8mg/kgZn、3.48mg/kgCd、94.2mg/kgCr、22.9mg/kgPb，地下水含5.66μg/LCu、559.2μg/LZn、0.48μg/LCd、9.18μg/LCr、Pb5.17μg/L。土壤重金属稳定化修复材料为含P比为1∶1的磷灰石与重过磷酸钙混合物，添加量为磷与重金属的摩尔比约为3∶1，抽取地下水均匀浇灌在施加了含磷材料的污染土壤中，并在污染土壤上种植白菜。经过90天的一体化修复，白菜重金属含量明显下降，Cu下降10.2％，Cr下降29.4％，Cd下降21.6％，Pb下降50.9％；地下水重金属Cu下降34.7％，Cd下降80％，Pb下降20％。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (4)

1.一种重金属污染土壤与地下水一体化修复方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、将重金属稳定化剂施入污染土壤中；
B、将污染地下水抽出，喷洒或浇灌在所述施入重金属稳定化剂的污染土壤中；所述污染地下水中的重金属被土壤截留并与土壤中原有的重金属一起与重金属稳定化剂发生作用，使重金属得以稳定；
C、所述重金属被截留并稳定后的地下水回渗入地下，完成所述重金属污染土壤与地下水一体化修复；
步骤A中，所述重金属稳定化剂的选择具体为：对污染场地内的污染土壤和污染地下水调查、采样、分析监测，确定污染土壤和污染地下水中重金属污染物的种类、污染分布、污染程度以及污染地下水的体积；根据所述重金属污染物的种类、污染分布、污染程度以及污染土壤的性质确定重金属稳定化剂材料的选用；
步骤A中，所述重金属稳定化剂用量的确定具体为：根据污染土壤和污染地下水中重金属的浓度和污染地下水的体积确定重金属稳定化剂的添加量；
步骤A中，所述重金属稳定化剂为含磷材料；
步骤B中，所述将污染地下水抽出具体为：在所述污染土壤所在的场地内打地下水采样井；将污染地下水从采样井抽出；
步骤B中，所述重金属与重金属稳定化剂发生的作用为吸附、沉淀、离子交换中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的重金属污染土壤与地下水一体化修复方法，其特征在于，所述含磷材料包括磷灰石、重过磷酸钙。
3.根据权利要求2所述的重金属污染土壤与地下水一体化修复方法，其特征在于，所述含磷材料为含P比为1:1的磷灰石和重过磷酸钙的混合物。
4.根据权利要求1、2或3所述的重金属污染土壤与地下水一体化修复方法，其特征在于，所述重金属稳定化剂中P元素与重金属的摩尔比为(2～4):1。
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