CN104338744B - 原位修复重金属污染土壤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种原位修复重金属污染土壤的方法，将稳定剂施撒在待修复重金属污染土壤表面，进行至少3次干湿交替旋耕混合，以修复重金属污染的土壤。本方法适合于在农田重金属土壤稳定化修复的治理中应用。稳定剂施撒工艺简单易行、成本低、土壤重金属稳定时间短、土壤重金属稳定效果显著，经过本工艺修复的土壤可以直接使用，稳定后土壤所种植的蔬菜作物重金属含量符合国家标准。

Description

原位修复重金属污染土壤的方法

技术领域

本发明属于土地工程领域，具体地说，涉及一种原位修复重金属污染土壤的方法。

背景技术

土壤是指陆地表面具有肥力、能够生长植物的疏松表层。土壤不但为植物生长提供机械支撑能力，并能为植物生长发育提供所需要的水、肥、气、热等肥力要素，其形成是一个极其漫长的自然生态过程，因此土壤资源的保护非常重要。由于人口急剧增长，工业迅猛发展，固体废物不断向土壤表面堆放和倾倒，有害废水不断向土壤中渗透，导致土壤污染。不但妨碍了土壤正常功能，降低作物产量和质量，还通过粮食、蔬菜，水果等间接影响人体健康。

重金属污染是当前土壤中主要的污染类型，当土壤中重金属有害物质含量过多，超过土壤的自净能力，就会引起土壤的组成、结构和功能发生变化，微生物活动受到抑制，有害物质或其分解产物在土壤中逐渐积累，通过“土壤→植物→人体”，或通过“土壤→水→人体”间接被人体吸收，达到危害人体健康的程度，即为土壤污染。

《全国土壤污染状况调查公报》数据表明，我国表层土壤中无机物含量增加比较显著。根据调查，无机物主要以镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍等重金属为主。根据普查结果，污染类型最多的是无机物，特别是重金属污染。据调查结果，镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍这8种重金属为主的无机物的超标点位，占了全部超标点位的82.8％，其中镉污染高达7％。土壤中镉的含量在我国西南地区和沿海地区增幅超过50％，在华北、东北和西部地区增加10-40％。全国土壤总的点位超标率为16.1％，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为11.2％、2.3％、1.5％和1.1％。超标率最高的是耕地，达到了19.4％，其余林地、草地和未利用地的超标率分别为10％、10.4％和11.4％。

总体上，我国现阶段农田土壤环境污染形势严峻。在一些经济发达地区，农田耕地土壤中重金属污染问题相当严重，对周边生态安全和人体健康构成威胁。在高强度的资源和能源利用与污染物排放过程中，我国农田土壤污染的范围不断扩大，土壤污染物的种类逐渐增多，出现了复合型、混合型的高风险污染土壤区，呈现出从城郊向农村延伸，局部向区域蔓延的趋势，危及粮食生产与质量安全、生态环境安全和人体健康，迫切需要治理和修复。

农田重金属污染土壤修复技术的研究起步于20世纪70年代后期，国外在农田土壤修复方面积累了丰富的修复技术与工程应用经验，使得农田土壤修复技术得到了快速发展。我国的农田污染土壤修复技术研究起步较晚，近十年来才得到重视，其研发水平和应用经验都与发达国家存在相当大的差距。

目前，农田重金属污染土壤修复技术主要包括植物修复技术、微生物修复技术、氧化还原技术、淋洗技术、电动力修复技术、固化稳定化技术等。上述技术中，固化稳定化技术是一项简单、快捷、效果好、成本低的重金属修复技术，其原理是通过外部添加化学试剂将污染物在污染介质中稳定，使其处于长期稳定状态，是普遍应用于土壤重金属污染的快速控制修复方法，对于同时处理多种重金属复合污染土壤具有明显的优势。该修复技术的核心是适宜的稳定剂和稳定剂稳定模式，有关稳定剂投入到污染土壤中混合及稳定的相关技术较多，但总体而言具有成本高、不便于操作、效果不稳定等缺点。

发明内容

本发明的目的是针对现有农田重金属污染土壤原位修复技术的不足，尤其是稳定剂投加方法及稳定化模式等方面存在的不足，提供一种原位修复重金属污染土壤的方法。

为了实现本发明目的，本发明的一种原位修复重金属污染土壤的方法，其是将稳定剂施撒在待修复重金属污染土壤表面，进行至少3次干湿交替旋耕混合，以修复重金属污染的土壤。

本发明中使用的稳定剂为过磷酸钙、钙镁磷肥和氧化镁按5:4:1的重量比加工而成的粉末状固体混合物。

当待修复土壤中的重金属Cd含量为3～15mg/kg、Pb含量为300～900mg/kg时，稳定剂用量为土壤重量的2.5～3％。

前述的方法，优选使用卧式旋耕机进行旋耕混合。旋耕深度与待修复农田土壤污染程度、稳定设计剂用量等有密切相关，一般而言旋耕的深度设计在25-30cm。

前述的方法具体包括以下步骤：

1)将稳定剂施撒在待修复重金属污染土壤表面，使用卧式旋耕机对施用稳定剂的土壤全面进行旋耕混合一次，使稳定剂和重金属污染土壤充分混合接触；

2)第一次旋耕混合后及时浇水，使上、下层土壤含水率达到35％±5％左右；

3)待土壤含水率降至15％左右，对土壤进行第二次旋耕混合，及时浇水，使上、下层土壤含水率达到30％±5％左右；

4)待土壤含水率降低至10％±5％左右，对土壤进行第三次旋耕混合，及时浇水，使上、下层土壤含水率再次达到35％±5％左右，土地休耕10-20天(优选15天)后即可开展农业正常种植。

其中，步骤1)人工施撒稳定剂于待修复重金属污染农田土壤表面，稳定剂用量按照修复设计使用，稳定剂施撒要均匀，田块不留死角。人工施撒稳定剂要避开雨天、大风天气，以免稳定剂有不必要的流失和失效。

步骤2)第一次旋耕混合后及时用喷灌浇水(第一次浇水)，使上、下层土壤含水率达到35％±5％，达到稳定剂和重金属发生化学反应所需适宜水分条件。

本发明提供的方法适合于在农田重金属土壤稳定化修复的治理中应用。稳定剂施撒工艺简单易行、成本低、土壤重金属稳定时间短、土壤重金属稳定效果显著，经过本工艺修复的土壤可直接使用，稳定后土壤所种植的蔬菜作物重金属含量符合国家标准。

附图说明

图1为本发明实施例1中原位修复重金属污染土壤稳定剂投加方法技术路线图。

图2为本发明实施例1中待修复污染农田稳定剂施加旋耕混合效果；其中，A为稳定剂施加后效果，B为旋耕混合1次效果，C为旋耕混合2次效果，D为旋耕混合3次效果。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。

以下实施例中使用的稳定剂为过磷酸钙、钙镁磷肥和氧化镁按5:4:1的重量比加工而成的粉末状固体混合物。

实施例1原位修复重金属污染土壤的方法

2013年12月，在海南省海口市龙华区新坡镇下寺村铅锌矿重金属污染农田土地进行试验，本试验所修复农田的土壤污染状况见表1。对照土壤环境质量标准GB15618-1995，本试验供试土壤A区域为二级土壤；B区、C区位三级土壤。

表1供试试验土壤类型

试验小区编号	试验土壤污染类型及程度	Cd	Pb	pH值
					A区	自然农田土壤(无污染)	0.45	38.76	5.8
B区	低浓度(Cd、Pb污染农田)	2.59	206.42	6.1
					C区	高浓度(Cd、Pb污染农田)	19.61	804.69	6.0

本实施例中提供的方法包括以下步骤：

1、使用卧式旋耕机对施用稳定剂的土壤全面进行旋耕混合一次，使稳定剂和重金属污染土壤充分混合接触；旋耕深度控制在25-30cm。

2、第一次旋耕混合后及时浇水，使上、下层土壤含水率达到35％左右。

3、待土壤含水率降至15％左右，对土壤进行第二次旋耕混合，及时浇水，使上、下层土壤含水率达到30％左右；旋耕深度控制在25-30cm。

4、待土壤含水率降低至10％左右，对土壤进行第三次旋耕混合(旋耕深度控制在25-30cm)，及时浇水，使上、下层土壤含水率再次达到35％左右，土地休耕15天后即可开展农业正常种植。

本实施例提供的原位修复重金属污染土壤的方法，技术路线如图1所示。

从图2可以看出，必须经过3次旋耕混合后才能使试验稳定剂和待修复土壤达到充分均匀混合效果；通过对不同次数旋耕后土壤0～15cm、15～30cm土壤的pH值进行取样分析，得到当旋耕旋耕3次后0～15cm、15～30cm土壤pH值数据一致，充分说明达到了混合均匀的效果。

实施例2原位修复重金属污染土壤的方法

本试验对重金属低浓度土壤B区施用，使用稳定剂用量为1.5％，设置A为自然无污染农田土壤处理，B0为低浓度污染土壤(不添加稳定剂)处理，B1低浓度污染土壤(施加稳定剂1.5％，旋耕2次)处理、B2低浓度污染土壤(施加稳定剂1.5％，旋耕3次)处理等共计设置4个小区，具体见表2。同时布置好试验，同时种植空心菜，同时采集空心菜样品进行蔬菜样品采集，同批次进行鲜蔬菜样品(空心菜可食用部分)重金属检测分析。

表2低浓度Pb、Cd复合污染土壤旋耕次数对稳定效果影响

试验小区编号	供试土壤	稳定剂	旋耕混合次数	蔬菜Cd含量	蔬菜Pb含量3 -->
						A	自然农田土壤	对照，不添加	旋耕一次	0.1228	0.2438
B0	低浓度污染土壤	小对照，不添加	旋耕一次	0.3353	1.0273
						B1	低浓度污染土壤	施稳定剂1.5％	旋耕两次	0.1531	0.8304
B2	低浓度污染土壤	施稳定剂1.5％	旋耕三次	0.1205	0.2935

从表2可以看出，不同处理土壤条件下，空心菜重金属含量差异较大；以A处理蔬菜为大对照区域，B0、B1、B2处理蔬菜Cd含量分别比A处理提高了1.73倍、0.25倍、0倍；B0、B1、B2处理蔬菜Pb含量分别比A处理提高了3.21倍、2.41倍、0.2倍，说明了农田重金属污染后会增加所种植蔬菜重金属含量；施加稳定剂对土壤重金属具有显著的稳定效果，相比较B0、B1、B2三组处理而言，B1、B2处理要比B0处理中的重金属绝对含量降低，说明该稳定剂对土壤中重金属稳定化具有效果；相比较B1、B2处理而言，稳定剂应用中混合旋耕次数对稳定剂效果的发挥具有较大的影响，能够加快稳定剂与土壤重金属接触发生稳定化反应速度，以上数据表明在施加稳定剂后旋耕次数达到3次稳定效果较佳，蔬菜样品中重金属含量能够达到《食品中污染物限量》GB2762-2012的标准。

由表2可知，以B0为对照处理，B1、B2处理蔬菜中Cd含量分别降低了54％、64％，蔬菜中Pb含量分别降低了19％、71％，这说明稳定剂对土壤起到稳定化效果，但是不同施工工况对土壤稳定化效果影响显著，施加稳定剂后旋耕3次处理的稳定化效果要好于旋耕2次处理。

实施例3原位修复重金属污染土壤的效果

本试验对重金属低浓度土壤C区施用，使用稳定剂用量为2.5％，设置A为自然无污染农田土壤处理、C0为高浓度污染土壤(不添加稳定剂)处理、C1低浓度污染土壤(施加稳定剂2.5％，旋耕2次)处理、C2低浓度污染土壤(施加稳定剂2.5％，旋耕3次)处理等共计设置4个小区，具体见表3。同时布置好试验、同时种植空心菜、同时采集空心菜样品进行蔬菜样品采集、同批次进行鲜蔬菜样品(空心菜可食用部分)重金属检测分析。

表3高浓度Pb、Cd复合污染土壤旋耕次数对稳定效果影响

试验小区编号	供试土壤	稳定剂	旋耕混合次数	蔬菜Cd含量	蔬菜Pb含量
						A	自然农田土壤	对照，不添加	旋耕一次	0.1228	0.2438
C0	低浓度污染土壤	小对照，不添加	旋耕一次	0.6734	1.9715

C1	低浓度污染土壤	施稳定剂1.5％	旋耕两次	0.3629	0.9600
						C2	低浓度污染土壤	施稳定剂1.5％	旋耕三次	0.2000	0.2999

从表3可以看出，不同处理土壤条件下，空心菜重金属含量差异较大；以A处理蔬菜为大对照区域，C0、C1、C2处理蔬菜Cd含量分别比A处理提高了4.48倍、1.95倍、0.63倍；B0、B1、B2处理蔬菜Pb含量分别比A处理提高了7.1倍、2.93倍、0.23倍，说明了农田重金属污染后会增加所种植蔬菜重金属含量，结合表2数据还可知随着土壤重金属浓度增加，蔬菜重金属含量也呈现增加的趋势；施加稳定剂对土壤重金属具有显著的稳定效果，相比较C0、C1、C2三组处理而言，C1、C2处理要比C0处理中的重金属绝对含量降低，说明该稳定剂对土壤中重金属稳定化具有效果；相比较C1、C2处理而言，稳定剂应用中混合旋耕次数对稳定剂效果的发挥具有较大的影响，能够加快稳定剂与土壤重金属接触发生稳定化反应速度，数据表明在施加稳定剂后旋耕次数达到3次稳定效果较佳，蔬菜样品中重金属含量能够达到《食品中污染物限量》GB2762-2012的标准。

由表3可知，以C0为对照处理，C1、C2处理蔬菜中Cd含量分别降低了46％、85％，蔬菜中Pb含量分别降低了51％、79％，这说明稳定剂对土壤起到稳定化效果，但是不同施工工况对土壤稳定化效果影响显著，施加稳定剂后旋耕3次处理的稳定化效果要好于旋耕2次处理。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (3)

1.一种原位修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，将稳定剂施撒在待修复重金属污染土壤表面，进行至少3次干湿交替旋耕混合，以修复重金属污染的土壤；

其中，所述稳定剂为过磷酸钙、钙镁磷肥和氧化镁按5:4:1的重量比加工而成的粉末状固体混合物；

所述方法包括以下步骤：

1)将稳定剂施撒在待修复重金属污染土壤表面，使用卧式旋耕机对施用稳定剂的土壤全面进行旋耕混合一次，使稳定剂和重金属污染土壤充分混合接触；

2)第一次旋耕混合后及时浇水，使上、下层土壤含水率达到35％±5％；

3)待土壤含水率降至15％±5％，对土壤进行第二次旋耕混合，及时浇水，使上、下层土壤含水率达到30％±5％；

4)待土壤含水率降低至10％±5％，对土壤进行第三次旋耕混合，及时浇水，使上、下层土壤含水率再次达到35％±5％，土地休耕10-20天后即可。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，旋耕深度控制在25-30cm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当待修复土壤中的重金属Cd含量为3～15mg/kg、Pb含量为300～900mg/kg时，稳定剂用量为土壤重量的2.5～3％。