CN108405597B - 一种重金属污染土壤修复剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种重金属污染土壤修复剂及其在修复重金属污染土壤中的应用，按重量份计，所述土壤修复剂的原料配方包括硫化碱渣50～80份，废白土20～50份。本发明土壤修复剂的制备方法包括首先将所述原料按配方比例混匀后进行密闭保温养护的步骤，所述的保温养护在90～180℃下养护7～15d。与现有的修复剂相比，本发明的修复剂具有明显的成本优势，采用的原材料均为工业生产废弃物，价格低廉，同时实现了固体废物的资源化利用，减小了对环境的压力，既高效又经济。
Description
技术领域
本发明涉及一种专门针对被重金属污染的土壤的修复方法。
背景技术
随着矿产资源的大量开发利用，工业生产的迅猛发展和各种化学产品、农药及化肥的广泛使用，含重金属的污染物通过各种途径进入土壤环境，造成土壤重金属污染日益严重。通过对我国8个城市农田土壤中Cr、Cu、Pb、Zn、Ni、Cd、Hg和As的浓度进行统计分析，大部分城市重金属含量高于其土壤背景值。农业部农产品污染防治重点实验室对全国24个省市土地调查显示，320个严重污染区，约548×104hm2，重金属超标的农产品占污染物超标农产品总面积的80％以上。重金属在土壤中不能通过化学或微生物降解，会在土壤中不断积累，影响土壤性质；而且它易通过食物链途径在植物、动物和人体内积累，毒性大，对生态环境、食品安全和人体健康构成严重威胁。同时，重金属还能够抑制作物根系生长和光合作用，致使作物减产甚至绝收。
据统计，当前我国受Cd、Hg、As、Cr、Pb污染的耕地面积约2×107hm2，每年因重金属污染而损失的粮食约1×107t，受污染粮食多达1.2×107t。镉米、砷毒、血铅等重金属污染危害近年来常见诸报道，土壤重金属污染已经成为土壤污染中倍受关注的公共问题之一。
目前，对土壤中重金属污染的处理方法主要有电动修复、淋洗技术、固化/稳定化修复，植物修复等技术。其中固化/稳定化方法是运用物理或化学的方法将土壤中的重金属通过吸附架桥、络合、螯合等反应，生成性质稳定、迁移性低、化学性质不活泼的化合物，阻止其在环境中迁移、扩散，从而降低重金属的毒害程度的修复技术。由于其操作方便、处理时间短、适用范围广等优势已成为重金属土壤修复的主要技术。
硫化碱渣为利用原料煤和芒硝(硫酸钠)生产硫化钠时产生的废渣，主要成分为硫化钠、二氧化硅、硫酸钠、硫酸钙、硫酸镁及未燃烧的碳。硫化碱渣是极强碱，其堆放之处寸草不生。该废渣的产量约占硫化钠产量的14％左右，产量大，处理难度大，废弃物堆积造成很大的环境压力。此外，已知废白土为食用油脱色的产物，产量大，处理难度及费用也很高。
现有技术中已有专利报道了利用废白土为原材料制备土壤修复剂的方法。申请号为CN201610268068.7的专利公开了一种具有吸附和固定重金属离子功能的土壤修复剂及其制备方法，土壤修复剂的原料配方包括油脂脱色废白土提油后的废土60-80份，含硫化合物2-5份，硅酸镁铝8-15份以及腐植酸10-20份，土壤修复剂由原料通过1)使所述废土与含硫化合物在温度500-700℃下反应，获得呈含有硫基的八面体结构的改性土体和2)将改性土体与硅酸镁铝和腐植酸混合得到。该修复剂制备方法较复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种制备简单、修复效果好且同时可解决硫化碱渣处理问题的重金属污染土壤修复剂。
本发明为解决上述问题，采取的一种技术方案如下：
一种重金属污染土壤修复剂，按重量份计，所述土壤修复剂的原料配方包括硫化碱渣50～80份，废白土20～50份。
优选地，所述的硫化碱渣与废白土的重量比为2:1～4:1。
根据本发明，所述的硫化碱渣为用煤和芒硝生产硫化钠过程中产生的废渣；所述的废白土为食用油脱色产生的废弃物。
优选地，所述硫化碱渣的含水率为20wt％～30wt％。
优选地，废白土的含水率为10wt％～20wt％，含油率为15％～20％。
优选地，所述土壤修复剂的制备方法包括首先将所述原料按配方比例混匀后进行密闭保温养护的步骤，所述的保温养护在90～180℃下养护7～15d。其中90～180℃的温度条件可以完全由混合体系发生反应放出的热量实现。
优选地，所述土壤修复剂为颗粒状且粒径小于等于100目。
本发明还提供一种如上所述的重金属污染土壤修复剂在修复重金属污染土壤中的应用。
进一步地，所述的重金属污染土壤包括场地重金属污染土壤和农田重金属污染土壤。
根据本发明的一个具体方面，所述的重金属污染土壤修复剂应用于场地重金属污染修复，包括将修复剂与污染土壤混合，通过加水控制污染土壤在一定含水率条件下养护。
优选地，土壤含水率控制为20wt％～40wt％。养护时间为3～10天。
进一步地，向土壤中添加的水为自来水或附近地表水。
进一步地，重金属污染土壤修复剂的投加量为重金属污染土壤质量的3％～7％。
所述的重金属污染土壤为场地重金属污染，修复时，首先将重金属污染土壤修复剂与污染土壤混合，通过加入水控制土壤含水率为20wt％～40wt％，养护3～10天。
优选地，所述的重金属污染土壤修复剂的投加量为污染土壤的3wt％～7wt％。
根据本发明的又一个体方面，所述的重金属污染土壤为农田重金属污染土壤，将重金属污染土壤修复剂作为基肥在在耕种前一定时间进行施撒，养护一段时间后正常播种。
进一步地，重金属污染土壤修复剂的施撒为在土壤翻耕时进行。更进一步地，土壤翻耕为正常播种前30～60天。
进一步地，重金属污染土壤修复剂施撒后的养护时间为30～60天。
进一步地，重金属污染土壤修复剂的投加量为80～120kg/亩。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
在大量实验研究中发明人发现，将硫化碱渣与废白土按特定比例混合，在密闭环境下，硫化碱渣中的碳发生自燃产生热量，使混合物温度升至90～180℃时，激活硫化碱渣中的二氧化硅、硫酸钙、硫酸镁等成分，部分硫化钠被氧化为硫代硫酸钠；同时废白土空隙中吸附的油类产品得到挥发，使废白土孔隙率增加，吸附硫化碱渣中的S2-、二氧化硅、硫代硫酸根等离子，大大增加其对重金属的吸附及络合作用。通过上述反应生成对重金属具有高效修复效果的修复剂。
本发明的修复剂具有明显的成本优势，采用的原材料均为工业生产废弃物，价格低廉，同时实现了固体废物的资源化利用，减小了对环境的压力，是一种既高效又经济的重金属污染土壤修复剂。
具体实施方式
以下结合具体的实施例对本发明做进一步详细说明，实施例中未注明的条件为本领域常规的条件。在述及物质的用量或投加量或含量时，除非特别说明，均指重量。
所使用的废白土含油率为18％，养护温度为90～180℃。
实施例1
一种重金属污染土壤修复剂，通过以下方法制备得到：
分别取50份硫化碱渣和50份废白土，分别研磨过100目筛，混合，养护10天，研磨过100目筛后得到重金属污染土壤修复剂。其中硫化碱渣含水率为26％，废白土含水率为11％。
对比例1
一种重金属污染土壤修复剂，通过以下方法制备得到：
分别取50份硫化碱渣和50份废白土，分别研磨过100目筛，混合，养护10天，研磨过100目筛后得到重金属污染土壤修复剂。其中硫化碱渣含水率为42％，废白土含水率为11％。
实施例2
一种重金属污染土壤修复剂，通过以下方法制备得到：
分别取80份硫化碱渣和20份废白土，分别研磨过100目筛，混合，养护15天，研磨过100目筛后得到重金属污染土壤修复剂。其中硫化碱渣含水率为23％，废白土含水率为12％。
对比例2
一种重金属污染土壤修复剂，通过以下方法制备得到：
分别取80份硫化碱渣和20份废白土，分别研磨过100目筛，混合，密闭条件下在养护15天，研磨过100目筛后得到重金属污染土壤修复剂。其中硫化碱渣含水率为23％，废白土含水率为26％。
实施例3
一种重金属污染土壤修复剂，通过以下方法制备得到：
分别取50份硫化碱渣和50份废白土，分别研磨过100目筛，混合，养护13天，研磨过100目筛后得到重金属污染土壤修复剂。其中硫化碱渣含水率为23％，废白土含水率为11％。
对比例3
一种重金属污染土壤修复剂，通过以下方法制备得到：
分别取30份硫化碱渣和70份废白土，分别研磨过100目筛，混合，养护13天，研磨过100目筛后得到重金属污染土壤修复剂。其中硫化碱渣含水率为23％，废白土含水率为11％。
实施例4
一种重金属污染土壤修复剂，通过以下方法制备得到：
分别取70份硫化碱渣和30份废白土，分别研磨过100目筛，混合，养护13天，研磨过100目筛后得到重金属污染土壤修复剂。其中硫化碱渣含水率为30％，废白土含水率为17％。
对比例4
一种重金属污染土壤修复剂，通过以下方法制备得到：
分别取70份硫化碱渣和30份废白土，分别研磨过100目筛，混合，养护3天，研磨过100目筛后得到重金属污染土壤修复剂。其中硫化碱渣含水率为30％，废白土含水率为17％。
对实施例1-4以及对比例1-4所得的修复剂分别进行场地及农田重金属固化/稳定化效果测试。
其中场地重金属污染固化/稳定化效果测试方法为：将重金属污染土壤修复剂以5％的添加比例添加至污染土壤中，加水使土壤含水率为30％左右，混匀，养护反应5天。同时设置不添加修复剂的空白对照实验组CK。实施例中所述的重金属浓度均为经硫酸硝酸法(HJ/T 299-2007)浸出的重金属浓度。检测数据见表1。其中农田重金属污染修复测试方法为：播种前45天对土壤进行翻耕，翻耕同时以100kg/亩的添加量加入修复剂，养护45天进行播种。同时设置不添加修复剂的空白对照实验CK。实施例中所述的重金属浓度均经DTPA提取法提取的重金属有效态浓度。检测数据见表2。
表1重金属检测数据
注：“L”表示低于检出限
表2有效态重金属浓度
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种重金属污染土壤修复剂，其特征在于：按重量份计，所述土壤修复剂的原料配方包括硫化碱渣50～80份，废白土20～50份，所述土壤修复剂的制备方法包括首先将所述原料按配方比例混匀后进行密闭保温养护的步骤，所述的保温养护在90～180℃下养护7～15d。
2.根据权利要求1所述的重金属污染土壤修复剂，其特征在于：所述的硫化碱渣与废白土的重量比为2:1～4:1。
3.根据权利要求1所述的重金属污染土壤修复剂，其特征在于：所述的硫化碱渣为用煤和芒硝生产硫化钠过程中产生的废渣；所述的废白土为食用油脱色产生的废弃物。
4.根据权利要求1或3所述的重金属污染土壤修复剂，其特征在于：所述硫化碱渣的含水率为20wt％～30wt％；废白土的含水率为10wt％～20wt％，含油率为15％～20％。
5.根据权利要求1所述的重金属污染土壤修复剂，其特征在于：所述土壤修复剂为颗粒状且粒径小于等于100目。
6.如权利要求1至5中任一项权利要求所述的重金属污染土壤修复剂在修复重金属污染土壤中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述的重金属污染土壤包括场地重金属污染土壤和农田重金属污染土壤。
8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述的重金属污染土壤为场地重金属污染，修复时，首先将重金属污染土壤修复剂与污染土壤混合，通过加入水控制土壤含水率为20wt％～40wt％，养护3～10天，其中所述的重金属污染土壤修复剂的投加量为污染土壤的3wt％～7wt％。
9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：所述的重金属污染土壤为农田重金属污染土壤，将重金属污染土壤修复剂作为基肥在正常耕种前30～60天对土壤进行翻耕，翻耕时按照80～120kg/亩的投加量施撒重金属污染土壤修复剂，养护30～60天后进行正常播种。
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