CN113058993B - 一种修复铅、砷、镉复合污染土壤的修复剂及其修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种修复铅、砷、镉复合污染土壤的修复剂及其修复方法。所述修复剂包括第一组合物和第二组合物。其中第一组合物包括赤泥、磷酸二氢钙和氟磷酸钠；第二组合物包括硫酸铁和氯化钙水溶液。所述方法包括称取铅、砷、镉复合污染土壤与第一组分，混合均匀后，加入水，稳定；将第二组分溶于水中，加在前述污染土壤里；继续养护，得修复后土壤。本发明所用修复剂成分简单、实用性强，适用于重金属污染土壤，能够高效、快速的修复重金属污染，显著降低土壤中重金属的浸出浓度，能够长期保证土壤中的铅、砷、镉的稳定性，使得重金属不能二次释放，材料廉价易得，赤泥废物利用，降低修复成本，减少环境污染。

Description

一种修复铅、砷、镉复合污染土壤的修复剂及其修复方法
技术领域
本发明涉及土壤污染修复技术领域，具体涉及一种修复铅、砷、镉复合污染土壤的修复剂及其修复方法。
背景技术
铅、砷、镉是环境化学污染中常见的化学物，也是危害人类健康最严重的污染物，特别是随着现代工业及农业的快速发展，铅、砷、镉污染对环境的威胁日趋严重。目前，我国分布相对广泛的铅锌矿采选、冶炼等对环境造成了持续的污染，是铅、砷和镉污染的主要来源；另外，某些有色金属的开采和冶炼过程中，也常常伴随着铅、砷或镉化合物的排出，造成周围环境的污染；铅、砷或镉化合物的广泛利用，如含铅、砷或镉颜料的使用及蓄电池的生产等，均增加了环境中铅、砷或镉污染的负担。
铅、砷、镉重金属具有毒性大、难降解、易聚积的特点，能够通过食物链聚集到人体，危害人体健康。污染场地内的铅、砷、镉重金属能够随着地表水及地下水的冲刷逐渐溶出并且进行迁移扩散，对周边环境及人体健康构成威胁。因此，铅、砷、镉重金属的场地修复具有极其重要的意义。
重金属的场地修复大致分为物理修复、化学修复和生物修复。化学修复具有修复效率高，见效快，成本低等特点，是场地修复最常用的修复手段。稳定化修复是化学修复的主要修复方法，但是对于修复同时存在阴离子(砷)及阳离子(铅、镉)的土壤存在一定的缺陷，阴、阳离子共存的重金属污染土壤修复难度较大，主要表现为阴(阳)离子稳定但阳(阴)离子溶出现象。本发明针对铅、砷、镉共存的重金属污染土壤的修复存在的问题提出一种修复剂及修复方法，旨在提高复合污染土壤的修复效率及稳定性，降低修复成本。
发明内容
为此，本发明提供一种修复铅、砷、镉复合污染土壤的修复剂及其修复方法，以解决现有技术中由于修复剂同时修复存在阴离子(砷)及阳离子(铅、镉)的土壤存在一定的缺陷，阴、阳离子共存的重金属污染土壤修复难度较大，主要表现为阴(阳)离子稳定但阳(阴)离子溶出的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
根据本发明一方面提供的一种修复铅、砷、镉复合污染土壤的修复剂，所述修复剂包括第一组合物和第二组合物；其中第一组合物包括赤泥、磷酸二氢钙和氟磷酸钠；第二组合物包括硫酸铁和氯化钙。
进一步的，所述第一组合物各原料质量百分数为：赤泥40-87％、磷酸二氢钙9-40％和氟磷酸钠4-20％；所述第二组合物各原料质量百分数为：硫酸铁80-94％和氯化钙6-20％。
进一步的，所述赤泥为拜耳法铝土矿生产氧化铝所剩余的残渣；所述赤泥包括以下质量百分数的原料SiO2 15-25％、Fe2O3 15-25％、Al2O3 16-19％、CaO 8-13％和其他成分20-25％。
根据本发明另一方面提供的一种所述修复剂修复土壤的修复方法，所述方法包括：
步骤一，称取铅、砷、镉复合污染土壤与第一组合物，采用搅拌或翻转方法混合均匀；
步骤二，向步骤一中混合均匀的土壤中，加入去离子水或自来水，稳定1-2天后，得到初步处理的土壤；
步骤三，将第二组合物溶于水中，加在步骤二初步处理的土壤里；
步骤四，继续步骤三的土壤养护，至少养护3天后得修复土壤；并在第3、5、10、20天时取样，测量重金属的含量。
进一步的，所述步骤一中，所述第一组合物中赤泥、磷酸二氢钙、氟磷酸钠三者的添加量相对于土壤质量的百分比为赤泥0.1-5％、磷酸二氢钙0.005-1％、氟磷酸钠0.01-0.1％。
进一步的，所述步骤二中，所述去离子水或自来水添加量为土壤质量百分比的30-35％。
进一步的，所述步骤三中，所述第二组合物中硫酸铁和氯化钙添加量相对于土壤质量百分比为硫酸铁0.1-1％，氯化钙0.005-0.1％。
进一步的，所述步骤三中，所述养护，养护的条件是温度为23±2℃，含水率为25-35％。
进一步的，所述步骤三中，所述取样，取样的时间计算是从加入第二组合物的水溶液开始。
进一步的，所述步骤三中，所述测量重金属的方法是固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法，采用等离子质谱仪测定重金属含量，浸出液检测铅、砷、镉。
本发明具有如下优点：
本发明所用修复剂成分简单、实用性强，适用于重金属污染土壤后，能够高效、快速的修复重金属污染，显著降低土壤中重金属的浸出浓度，能够长期保证土壤中的铅、砷、镉的稳定性，使得重金属不能二次释放。且材料廉价易得，降低了修复成本。
本发明所用原料中，赤泥为氧化铝制造行业的生产残渣，其不合理的堆放占用大面积土地，且易造成附着碱液的渗漏，污染周边环境。本发明充分利用其碱性、富含SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3的特质，将其应用于铅、砷、镉污染土壤的治理，实现了废弃物的资源化利用，降低了赤泥的环境风险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明提供的一种实施例1修复剂对铅、砷、镉浸出浓度的影响；
图2为本发明提供的一种实施例2修复剂对铅、砷、镉浸出浓度的影响；
图3为本发明提供的一种实施例3修复剂对铅、砷、镉浸出浓度的影响。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明采用的修复剂修复原理如下：
赤泥经水分活化，部分以SiO2-Al2O3-CaO形式存在，通过向土壤中释放大量可交换性Al3+、Ca2+等，与重金属阳离子Pb2+、Cd2+发生离子交换，Fe2O3可与砷络合形成Fe-O-As结构，碱性部分可向土壤中释放OH-，可与重金属阳离子Pb2+、Cd2+发生R2++2OH-→Me(OH)2沉淀反应；磷酸二氢钙、氟磷酸钠向土壤提供PO4-，与Pb2+反应生成沉淀；硫酸铁、氯化钙提供Fe3 +、Ca2+，与AsO2-形成Fe-As-Ca络合。
赤泥(1-100g/kg)0.1-10％，磷酸二氢钙(1-10g/kg)0.1-1％，氟磷酸钠(0.5-5g/kg)0.05-0.5％，硫酸铁(3-8g/kg)0.3-0.8％，氯化钙(0.2-2mg/kg)0.02-0.2％。
供试土壤
供试土壤取自某铅锌冶炼厂，污染土壤中铅、砷、镉总量分别为6600mg/kg、500mg/kg、81mg/kg，其中铅、镉总量超出建设用地土壤污染风险第二类用地管制值；采用《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》对污染土壤进行浸提，铅、砷、镉浸出浓度分别为60μg/L、500μg/L和10μg/L，其中铅、镉毒性浸出浓度高于《地表水环境质量标准》第Ⅳ类标准。此类土壤的修复存在铅、镉的稳定伴随着砷的溶出的问题，不能同时兼顾阴、阳离子的稳定，修复过程极为复杂。
实施例1
本实施例是一种修复铅、砷、镉复合污染土壤的修复剂及其修复方法
所述修复剂包括第一组合物和第二组合物；其中第一组合物包括赤泥、磷酸二氢钙和氟磷酸钠；第二组合物包括硫酸铁和氯化钙。
一种铅、砷、镉复合污染土壤的修复剂，其原料组分相对于土壤的添加量为2.55g/kg赤泥、1.5g/kg磷酸二氢钙、0.15g/kg氟磷酸钠、5.3g/kg硫酸铁、0.5g/kg氯化钙。
取供试土壤自然风干后磨碎后过20目筛，取200g污染土壤两份，一份中加入第一组合物(0.51g赤泥，0.3g磷酸二氢钙和0.03g氟磷酸钠)，翻转法混合均匀，加入30％的去离子水，稳定1天后加入溶于去离子水的第二组合物(1.06g硫酸铁和0.1g氯化钙)，在23℃温度下养护，每隔三天加一次水，使含水率保持在30％左右；在养护3、5、10、20天时进行取样检测。另一份只加入去离子水，保持土壤含水率在30％左右，作为对照组。
修复后土壤中铅、砷、镉重金属毒性浸出浓度的浸提方法采用《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》，采用等离子质谱仪(ICP-MS)测定重金属含量，对修复后的土壤进行检测；检测结果如图1所示。
由图1可见，实施例1修复剂的添加量为第一组合物(2.55g/kg赤泥、1.5g/kg磷酸二氢钙和0.15g/kg氟磷酸钠)、第二组合物(5.3g/kg硫酸铁和0.5g/kg氯化钙)修复后，浸出液的铅、镉浓度分别由60μg/L、500μg/L降低到0.53μg/L和4.58μg/L，砷浓度无明显溶出，铅、砷、镉浓度均低于《地表水环境质量标准》第Ⅳ类标准，且在第3、5、10、20天的监测中观察到重金属浓度均无明显波动，说明修复剂对重金属的修复稳定性较好。
实施例2
本实施例是一种修复铅、砷、镉复合污染土壤的修复剂及其修复方法
所述修复剂包括第一组合物和第二组合物；其中第一组合物包括赤泥、磷酸二氢钙和氟磷酸钠；第二组合物包括硫酸铁和氯化钙。
一种铅、砷、镉复合污染土壤的修复剂，其原料组分相对于土壤的添加量为1g/kg赤泥、0.05g/kg磷酸二氢钙、0.86g/kg氟磷酸钠、3.2g/kg硫酸铁、0.05g/kg氯化钙。
取供试土壤自然风干后磨碎后过20目筛，取200g污染土壤两份，一份中加入第一组合物(0.2g赤泥，0.01g磷酸二氢钙和0.172g氟磷酸钠)，翻转法混合均匀，加入30％的去离子水，稳定1天后加入溶于去离子水的第二组合物(0.64g硫酸铁和0.01g氯化钙)，在23℃温度下养护，每隔三天加一次水，使含水率保持在30％左右；在养护3、5、10、20天时进行取样检测。另一份只加入去离子水，保持土壤含水率在30％左右，作为对照组。
修复后土壤中铅、砷、镉重金属毒性浸出浓度的浸提方法采用《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》，采用等离子质谱仪(ICP-MS)测定重金属含量，对修复后的土壤进行检测；检测结果如图2所示。
由图2可见，实施例2修复剂的添加量为第一组合物(1g/kg赤泥、0.05g/kg磷酸二氢钙和0.86g/kg氟磷酸钠)、第二组合物(3.2g/kg硫酸铁和0.05g/kg氯化钙)修复后，浸出液的铅、镉浓度分别由60μg/L、500μg/L降低到3.89μg/L和4.1μg/L，砷浓度无明显溶出，铅、砷、镉浓度均低于《地表水环境质量标准》第Ⅳ类标准，且在第3、5、10、20天的监测中观察到重金属浓度均无明显波动，说明修复剂对重金属的修复稳定性较好。
实施例3
本实施例是一种修复铅、砷、镉复合污染土壤的修复剂及其修复方法
所述修复剂包括第一组合物和第二组合物；其中第一组合物包括赤泥、磷酸二氢钙和氟磷酸钠；第二组合物包括硫酸铁和氯化钙。
一种铅、砷、镉复合污染土壤的修复剂，其原料组分相对于土壤质量的添加量为50g/kg赤泥、10g/kg磷酸二氢钙、1g/kg氟磷酸钠、1g/kg硫酸铁、1g/kg氯化钙。
取供试土壤自然风干后磨碎后过20目筛，取200g污染土壤两份，一份中加入第一组合物(10g赤泥，2g磷酸二氢钙和0.2g氟磷酸钠)，翻转法混合均匀，加入30％的去离子水，稳定1天后加入溶于去离子水的第二组合物(0.2g硫酸铁和0.2g氯化钙)，在23℃温度下养护，每隔三天加一次水，使含水率保持在30％左右；在养护3、5、10、20天时进行取样检测。另一份只加入去离子水，保持土壤含水率在30％左右，作为对照组。
修复后土壤中铅、砷、镉重金属毒性浸出浓度的浸提方法采用《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》，采用等离子质谱仪(ICP-MS)测定重金属含量，对修复后的土壤进行检测；检测结果如图3所示。
由图3可见，实施例3修复剂的添加量为第一组合物(50g/kg赤泥、10g/kg磷酸二氢钙和1g/kg氟磷酸钠)、第二组合物(1g/kg硫酸铁和1g/kg氯化钙)修复后，浸出液的铅、砷、镉浓度分别由60μg/L、10μg/L、500μg/L降低到0.65μg/L、3.4μg/L和4.9μg/L，均低于《地表水环境质量标准》第Ⅳ类标准，且在第3、5、10、20天的监测中观察到重金属浓度均无明显波动，说明修复剂对重金属的修复稳定性较好。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例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 (4)

1.一种修复铅、砷、镉复合污染土壤的修复剂，其特征在于，所述修复剂包括第一组合物和第二组合物；其中第一组合物包括赤泥、磷酸二氢钙和氟磷酸钠；第二组合物包括硫酸铁和氯化钙；
所述第一组合物各原料质量百分数为：赤泥40-87％、磷酸二氢钙9-40％和氟磷酸钠4-20％；所述第二组合物各原料质量百分数为：硫酸铁80-94％和氯化钙6-20％；
所述赤泥为拜耳法铝土矿生产氧化铝所剩余的残渣；所述赤泥包括以下质量百分数的原料SiO215-25％、Fe2O315-25％、Al2O316-19％、CaO 8-13％和其他成分20-25％；
利用所述修复剂修复土壤的修复方法，包括：
步骤一，称取铅、砷、镉复合污染土壤与第一组合物，采用搅拌或翻转方法混合均匀；
步骤二，向步骤一中混合均匀的土壤中，加入去离子水或自来水，稳定1-2天后，得到初步处理的土壤；
步骤三，将第二组合物溶于水中，加在步骤二初步处理的土壤里；
步骤四，继续步骤三的土壤养护，至少养护3天后得修复土壤；并在第3、5、10、20天时取样，测量重金属的含量；
所述步骤一中，所述第一组合物中赤泥、磷酸二氢钙、氟磷酸钠三者的添加量相对于土壤质量的百分比为赤泥0.1-5％、磷酸二氢钙0.005-1％、氟磷酸钠0.01-0.1％；
所述步骤二中，所述去离子水或自来水添加量为土壤质量百分比的30-35％；
所述步骤三中，所述第二组合物中硫酸铁和氯化钙添加量相对于土壤质量百分比为硫酸铁0.1-1％，氯化钙0.005-0.1％。
2.根据权利要求1所述修复铅、砷、镉复合污染土壤的修复剂，其特征在于，所述步骤三中，所述养护，养护的条件是温度为23±2℃，含水率为25-35％。
3.根据权利要求1所述修复铅、砷、镉复合污染土壤的修复剂，其特征在于，所述步骤三中，所述取样，取样的时间计算是从加入第二组合物的水溶液开始。
4.根据权利要求1所述修复铅、砷、镉复合污染土壤的修复剂，其特征在于，所述步骤三中，所述测量重金属的方法是固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法，采用等离子质谱仪测定重金属含量，浸出液检测铅、砷、镉。
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