CN109967513B - 一种修复阳离子型和阴离子型复合重金属污染土壤的淋洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种修复阳离子型和阴离子型复合重金属污染土壤的淋洗方法，该方法采用多聚磷酸盐作为淋洗剂同时解吸污染土壤阳离子型和阴离子型重金属，然后将固液分离后的淋洗液的pH值调至2‑4，加入硫化亚铁同时去除淋洗液中阳离子型和阴离子型重金属，所述的多聚磷酸盐是三聚磷酸钠、四聚磷酸钠、三聚磷酸钾和四聚磷酸钾中的一种或几种组合。该方法克服了目前大多数化学淋洗仅适用于单一类型重金属污染的不足，同时操作简单，其所采用的药剂具有价格低廉、环境友好和对土壤基质破坏小等优点，在复合重金属污染土壤修复应用中能兼顾经济效益和环境效益。

Description

一种修复阳离子型和阴离子型复合重金属污染土壤的淋洗 方法

技术领域

本发明属于土壤污染修复领域，具体涉及阳离子型和阴离子型复合重金属污染土壤的淋洗方法。

背景技术

随着我国人口的增长和经济社会的快速发展，固体废弃物的排放、农用化学品的过量使用、矿山开采和污水灌溉等导致土壤重金属污染日益严重，对人体健康和生态环境构成严重威胁，亟需进行有效地修复。大多数重金属污染土壤具有复合污染特征，包含阳离子型重金属(如镉、铅和铜等主要以阳离子形式存在于土壤介质中)和阴离子型重金属(如铬和砷主要以含氧阴离子形式存在于土壤介质中)。

目前常用的复合重金属污染土壤的主要修复技术包括植物修复、化学稳定化/固定化和化学淋洗。化学淋洗修复技术是利用淋洗剂与重金属间的相互作用将重金属从土壤介质转移到水相介质中，然后通过固液分离彻底去除土壤中的重金属。与化学稳定化/固定化修复技术相比，化学淋洗能有效避免重金属重新浸出的风险。与植物修复相比，化学淋洗可快速修复不同浓度重金属污染的土壤，受环境因素的影响较小。

土壤化学淋洗主要包括淋洗剂的选择和淋洗液的后处理两部分。其中淋洗剂的选择是土壤化学淋洗的核心，直接影响土壤中重金属的去除效率。目前土壤化学淋洗主要针对单一类型的重金属，如常用的重金属淋洗剂EDTA仅能有效解吸土壤中阳离子型重金属，而重金属淋洗剂磷酸盐仅能有效解吸阴离子重金属砷。因此，需要寻找能同时解吸污染土壤中阳离子型和阴离子型重金属的淋洗剂。此外，淋洗液的后处理也是土壤化学淋洗的重要环节。目前淋洗液的后处理主要采用沉淀法。沉淀法通常使用碱石灰将淋洗液的pH调为碱性，从而将淋洗液中的阳离子型重金属转化为氢氧化物沉淀而被去除，但是碱性条件反而促进阴离子型重金属砷的溶解。所以需要探索能同时去除淋洗液中阳离子型和阴离子型重金属的处理方法。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种用于修复阳离子型和阴离子型复合重金属污染土壤的淋洗方法，该方法包括采用多聚磷酸盐作为淋洗剂同时解吸污染土壤中阳离子型和阴离子型重金属，然后在固液分离后的淋洗液中加入硫化亚铁同时去除淋洗液中阳离子型和阴离子型重金属。

本发明的技术原理：多聚磷酸根一方面可以与阳离子型重金属形成稳定的溶解态络合物，从而促进污染土壤中阳离子型重金属的解吸，另一方面可以通过与砷酸根和铬酸根竞争土壤颗粒上吸附位点的方式促进土壤中阴离子型重金属砷和铬的解吸。在固液分离后的淋洗液中加入硫化亚铁，硫化亚铁在酸性条件下可以释放硫离子和亚铁离子，硫离子与阳离子型重金属形成硫化物沉淀而去除淋洗液中的阳离子型重金属，随着氢离子的消耗，淋洗液的pH逐渐增加，亚铁离子逐渐转化羟基氧化铁，羟基氧化铁通过共沉淀的方式去除淋洗液中的阴离子型重金属。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种修复阳离子型和阴离子型复合重金属污染土壤的淋洗方法：采用多聚磷酸盐作为淋洗剂同时解吸污染土壤阳离子型和阴离子型重金属，然后将固液分离后的淋洗液的pH值调至2-4，加入硫化亚铁同时去除淋洗液中阳离子型和阴离子型重金属。

进一步地，所述的阳离子型重金属污染土壤含有铜、铅、锌和镉中的一种或几种，所述阴离子型重金属含有砷和铬中的一种或两种。

进一步地，所述的多聚磷酸盐是三聚磷酸钠、四聚磷酸钠、三聚磷酸钾和四聚磷酸钾中的一种或几种组合，将多聚磷酸盐溶液穿过填充污染土壤的柱子，或者采用机械搅拌或振荡的方式将多聚磷酸盐溶液和污染土壤混合。

进一步地，硫化亚铁投加到淋洗液中，机械搅拌或振荡4-8小时，使淋洗液中复合重金属被充分去除。

进一步地，选用无机酸调节淋洗液的pH值，所述的无机酸是盐酸、硫酸或硝酸。

本发明针对污染土壤中复合重金属浓度的不同，可以对多聚磷酸盐和硫化亚铁的投加量、搅拌速度和反应时间等参数进行优化调整。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

(1)本发明所述的化学淋洗方法能有效修复阳离子型和阴离子型复合重金属污染土壤，克服目前大多数化学淋洗仅适用于单一类型重金属污染的不足。

(2)本发明所述的化学淋洗方法操作简单，且所采用的药剂具有价格低廉、环境友好和对土壤基质破坏小等优点，在实际应用过程中能兼顾经济效益和环境效益。

具体实施方式

实施例1

从大冶市某矿区周边采集复合重金属污染土壤，其中铅浓度为355.5mg/kg，铜浓度为591.9mg/kg，砷浓度为86.8mg/kg。将0.2mol/L的四聚磷酸钠(pH调为7.0)与污染土壤按1:10的质量比混合于玻璃管中，将玻璃管置于恒温振荡器中，温度为25℃，振荡速率为120r/min，恒温震荡72h后采用高速离心机进行泥水分离。淋洗后土壤中铅、铜和砷的浓度分别为38.4、43.8和18.5mg/kg，对应土壤中三种重金属的去除率分别为89.2％、92.6％和78.7％。淋洗液中铅、铜和砷的浓度分别为31.7、54.8和6.83mg/L。在相同反应条件下，常用的重金属淋洗剂EDTA(初始浓度为0.2mol/L，初始pH＝7.0)对土壤中铅、铜和砷的去除率分别为91.4％、88.9％和18.4％。结果表明，四聚磷酸钠对阳离子型重金属(铅和铜)的解吸效率与EDTA基本相当，但四聚磷酸钠对阴离子型重金属砷的解吸效率显著高于EDTA，其对砷的解吸效率是EDTA的4.3倍。

在100mL土壤淋洗液中加入1g硫化亚铁，并用稀硫酸将淋洗液的pH调为2.5。采用机械搅拌混合淋洗液和硫化亚铁，转速为300r/min，搅拌时间为8小时，离心后测定上清液中重金属铅、铜和砷的浓度分别为0.3、1.5和0.4mg/L，对应淋洗液中三种重金属的去除率分别为99.1％、97.2％和94.1％。

实施例2

从武汉某电镀厂排污沟附近采集复合重金属污染土壤，其中镉含量为26.8mg/kg，铅含量为69.8mg/kg，铬含量为96.8mg/kg。将0.1mol/L的四聚磷酸钠(pH调为7.0)与污染土壤按1:10的质量比混合于玻璃管中，将玻璃管置于恒温振荡器中，温度为25℃，振荡速率为120r/min，恒温震荡72h后采用高速离心机进行泥水分离。淋洗后土壤中镉、铅和铬的浓度分别为3.7、5.1和9.8mg/kg，对应土壤中三种重金属的去除率分别为86.2％、92.7％和89.9％。淋洗液中镉、铅和铬的浓度分别为2.3、6.5和8.7mg/L。在相同反应条件下，常用的重金属淋洗剂EDTA(初始浓度为0.1mol/L，初始pH＝7.0)对土壤中镉、铅和铬的去除率分别为82.4％、89.9％和23.7％。结果表明，四聚磷酸钠对阳离子型重金属(镉和铅)的解吸效率略高于EDTA。同时，四聚磷酸钠对阴离子型重金属铬的解吸效率显著高于EDTA，其对铬的解吸效率是EDTA的3.8倍。

在100mL土壤淋洗液中加入0.2g硫化亚铁，并用稀硫酸将淋洗液的pH调为2.5。采用机械搅拌混合淋洗液和硫化亚铁，转速为300r/min，搅拌时间为4小时，离心后测定上清液中重金属镉、铅和铬的浓度分别为0.1、0.2和0.6mg/L，对应淋洗液中三种重金属的去除率分别为95.7％、96.9％和93.1％。

Claims (5)

1.一种修复阳离子型和阴离子型复合重金属污染土壤的淋洗方法，其特征在于，采用多聚磷酸盐作为淋洗剂同时解吸污染土壤阳离子型和阴离子型重金属，然后将固液分离后的淋洗液的pH值调至2-4，加入硫化亚铁同时去除淋洗液中阳离子型和阴离子型重金属。

2.根据权利要求1所述的淋洗方法，其特征在于，所述的污染土壤阳离子型重金属是铜、铅、锌和镉中的一种或几种，阴离子型重金属是砷和铬中的一种或两种。

3.根据权利要求1所述的淋洗方法，其特征在于，所述的多聚磷酸盐是三聚磷酸钠、四聚磷酸钠、三聚磷酸钾和四聚磷酸钾中的一种或几种组合。

4.根据权利要求1所述的淋洗方法，其特征在于，硫化亚铁投加到淋洗液中，机械搅拌或振荡4-8小时，使淋洗液中复合重金属被充分去除。

5.根据权利要求1所述的淋洗方法，其特征在于，选用无机酸调节淋洗液的pH值，所述的无机酸是盐酸、硫酸或硝酸。