CN101850360A - 一种强化离子迁移的铬污染土壤清洗方法 - Google Patents

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郭书海
李淑彩
李刚
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Abstract

本发明涉及重金属污染土壤的清洗技术，具体的说是一种强化铬离子迁移的污染土壤清洗方法。具体为在待清洗土壤内置入电极，并施加直流电场，然后将清洗液注入污染土壤中，使污染土壤中的铬离子在电场力作用下定向迁移，而后继续添加清洗液，再静置通电，如此循环至土壤中污染物浓度达到处理目标。本发明可以解决低渗透性污染土壤中重金属污染物的定性迁移缓慢的难题，缩短修复时间，并且含铬清洗液可回收利用。

Description

一种强化离子迁移的铬污染土壤清洗方法
技术领域
本发明涉及铬污染土壤的修复，具体的说是一种采用电强化离子迁移方式对铬污染土壤进行清洗的过程。
背景技术
重金属污染土壤清洗技术是利用流体(通常是液体)去除土壤污染物的过程，通过离子交换、吸附与螯合作用将土壤固相中的重金属转移到土壤液相中，然后处理其废水，回收重金属和提取剂的过程。其清洗液主要为酸碱溶剂、表面活性剂、鳌合剂等，其清洗设备一般为压力驱动设备或泥浆清洗设备；根据土壤清洗位置，可以分为原位或异位清洗修复。
(1)重金属污染土壤原位清洗修复
重金属污染土壤清洗原位修复主要是根据重金属污染物分布的深浅，让清洗液在重力或外力的作用下流过污染土壤，并利用回收井或采用挖沟的办法收集和清除清洗液。原位化学清洗修复技术要在原地搭建修复设施，包括清洗液投加系统、土壤下层淋出液收集系统和淋出液处理系统：同时由于污染物在与化学清洗剂相互作用过程中，通过解吸、鳌合、溶解或络合等物理化学过程而形成了可迁移化合物，因此有必要把污染区域封闭起来，通常采用隔离墙等物理屏障。
(2)重金属污染土壤异位清洗修复
重金属污染土壤清洗异位修复则包括如下步骤：1)污染土壤的挖掘；2)污染土壤的清洗修复处理；3)污染物的固液分离；4)残余物质的处理和处置；5)最终土壤的处置。异位化学清洗修复技术与原位化学清洗修复技术不同的是，异位化学清洗修复技术要把污染土壤挖掘出来放在容器中，用溶于水的化学试剂来清洗、去除污染物，再处理含有污染物的废水或废液。土壤清洗操作的核心是通过水力学方式机械地悬浮或搅动土壤颗粒，将污染物从土壤中洗去。
制约污染土壤清洗修复效果的因素主要有土壤质地特征，污染物类型及赋存状态等，对于质地过细的土壤，清洗法处理效果不佳。
发明内容
本发明目的在于针对铬污染土壤常规清洗效率低的特点，提供一种经济可行、实用高效的强化离子迁移的铬污染土壤清洗方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种强化离子迁移的铬污染土壤清洗方法，其特征在于：在待清洗土壤内置入电极，并施加直流电场，然后将清洗液注入污染土壤中，使污染土壤中的铬离子在电场力作用下定向迁移，而后继续添加清洗液，再静置通电，如此循环至土壤中重金属污染物浓度达到处理目标。
所述污染土壤中的铬离子在清洗液、电场力作用下定向迁移，使铬金属富集至电极区，同时清洗液中的水在电极表面电解，阳极产生大量的氢离子使污染土壤酸化，加速土壤中铬的定向迁移使其溶出。
本发明作用原理：
金属铬在土壤中的存在形态主要有：1)可交换态，2)碳酸盐结合态，3)铁锰氧化物结合态，4)有机物和硫化物结合态，5)残渣态。其中可交换态和碳酸盐结合态铬对环境和生物的潜在威胁比较突出，可交换态铬对环境变化最敏感、有效，最易被生物吸收，也是最容易被清洗的部分；碳酸盐结合态铬在土壤溶液pH改变时容易溶解释放出铬离子，酸性清洗液的加入。铁锰氧化物结合态、有机物和硫化物结合态和残渣态的铬对环境和生物的影响较小，同时清洗比较困难，需要在清洗液中添加螯合剂等将其从土壤中去除。
本发明在外加直流电场作用下，土壤中的铬离子定向迁移，多种迁移运动的叠加载着污染物离开处理区而富集于电极区，同时水电解产生的大量氢离子有利于土壤中铬的溶出，其中清洗液的加入量、电极的通电时间的以及土壤中还重金属浓度，三者是相互关联的，具体操作时视土壤质地而定，对于沙土类可适当增大滴加速度，对于粘土可适当减小滴加速度。相关参数设置，加入清洗液以没过土壤5-10cm为宜，清洗液滴加速度控制在1-5mL/min，阴阳两极施加直流电场的电压梯度控制在1-5V/cm，具体操作时电压梯度的选择可综合污染物性质、处理规模、处理时间等因素确定。
本发明技术与现有土壤清洗技术相比，本发明更具有如下特点：
1.本发明提出的利用直流电场加速离子迁移速度的方法，克服了传统清洗技术对低渗透型土壤难处理、处理周期长、处理成本高等缺点。为铬污染土壤修复提供了新的高效的途径和方法。
2.本发明中，在直流电场作用下，电极附近的水不断电解产生大量的氢离子，利于土壤中铬的溶出，同时由于清洗液的不断加入，处理后的土壤不会产生酸化、碱化现象。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
预处理：首先将污染土壤中的石块等杂物清除，将大土块粉碎，过5毫米筛；其次将处理的污染土壤分批加入处理柱中(处理柱内径8cm，高35cm)，最后在柱两侧施加电极，其中阳极为有孔石墨电极、阴极为有孔石墨电极。
本发明强化离子迁移淋洗法：首先将上述处理后的污染土壤，即实验室配制的六价铬污染土壤，将1.5kg六价铬污染土壤分五次加入处理柱-淋洗柱中压实；
其次通过施加的直流电加入清洗液以没过土壤5-10cm为宜，清洗液滴加速度控制在1-5mL/min，电压梯度为1-5V/cm，本实施例选择蒸馏水为铬污染土壤的清洗液，通过施加的直流电加入清洗液以没过土壤5cm，滴加速度控制在3mL/min，待清洗柱中土壤完全被蒸馏水润湿后，滴加速度控制为1mL/min，通直流电，电压梯度为1.5V/cm，通电3小时后，进而使污染土壤的铬离子在清洗液的辅助下通过直流电场作用下定向迁移，在电极的作用下清洗液中的水在电极表面电解，阳极产生大量的氢离子酸化污染土壤，加速土壤中铬离子定向迁移使其溶出；使阳极区作为清洗液富集区；
而后继续添加清洗液，再静置通电，如此循环至土壤中污染物浓度达到目标，阳极区作为清洗液富集区，富集区内的游离铬离子采用沉积或离子交换萃取方式去除。
常规清洗操作步骤：
第1步，所用土壤均为实验室配制的六价铬污染土壤，将1.5kg六价铬污染土壤分五次加入清洗柱中压实。
第2步，加入蒸馏水没过土壤5cm，蒸馏水滴加速度控制在2mL/min。
本发明与常规清洗方法相比较：若均消耗清洗液5L蒸馏水后，取出以清洗的污染土壤，土壤风干测定清洗后土壤中铬含量。测量结果：本发明强化离子迁移清洗法六价铬去除率为56.2％，常规清洗法六价铬去除率为43.6％。
实施例2
本发明强化离子迁移清洗法：污染土壤取自某化工场铬渣堆放场地周围土样，分批加入处理柱-清洗柱中压实；
其次选择0.1mol/L的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液、pH为4.0的清洗液，施加的直流电，加入清洗液以没过土壤6cm，清洗液滴加速度控制在3mL/min，电压梯度为5V/cm，通电2小时后，使污染土壤的铬离子在清洗液的辅助下通过直流电场作用下定向迁移，持续添加清洗液，再静置通电，如此循环至土壤中污染物浓度达到目标，阳极区作为清洗液富集区，富集区内的游离重金属采用沉积或离子交换萃取方式去除。
本发明与常规清洗方法(如实施例1)相比测量结果：本发明总铬去除率为78.6％，常规清洗法总铬去除率为60.8％。
实施例3
本发明强化离子迁移清洗法：污染土壤为实验室配制的三价铬污染土壤。
其次选择蒸馏水为清洗液，通施加的直流电加入清洗液以没过土壤10cm，清洗液滴加速度控制在5mL/min，电压梯度为3V/cm，通电1小时后，污染土壤的铬离子在清洗液的辅助下通过直流电场作用下定向迁移，在电极的作用下清洗液中的水在电极表面电解，阳极产生大量的氢离子酸化污染土壤，加速土壤中重金属离子定向迁移使其溶出，使阴极区作为清洗液富集区；而后继续添加清洗液，再静置通电，如此循环至土壤中污染物浓度达到目标，阴极区作为清洗液富集区，富集区内的游离重金属采用沉积或离子交换萃取方式去除。
本发明与常规清洗方法(如实施例1)相比测量结果：本发明三价铬去除率为30.8％，常规清洗法三价铬去除率为19.1％。
实施例4
本发明强化离子迁移清洗法：污染土壤取自某化工场铬渣堆放场地周围土样，分批加入处理柱-清洗柱中压实；
其次选择蒸馏水为清洗液，通施加的直流电加入清洗液以没过土壤6cm，清洗液滴加速度控制在3mL/min，电压梯度为5V/cm，通电2小时后，使污染土壤的铬离子在清洗液的辅助下通过直流电场作用下定向迁移，在电极的作用下清洗液中的水在电极表面电解，阳极产生大量的氢离子酸化污染土壤，加速土壤中重金属离子定向迁移使其溶出，使阳极区作为清洗液富集区；继续添加清洗液，再静置通电，如此循环至土壤中污染物浓度达到目标，阳极区作为清洗液富集区，富集区内的游离重金属采用沉积或离子交换萃取方式去除。
本发明与常规清洗方法(如实施例1)相比测量结果：本发明总铬去除率为51.7％，常规清洗法总铬去除率为38.4％。

Claims (2)

1.一种强化离子迁移的铬污染土壤清洗方法，其特征在于：在待清洗土壤内置入电极，并施加直流电场，然后将清洗液注入污染土壤中，使污染土壤中的铬离子在电场力作用下定向迁移，而后继续添加清洗液，再静置通电，如此循环至土壤中重金属污染物浓度达到处理目标。
2.按权利要求1所述的强化离子迁移的铬污染土壤清洗方法，其特征在于：所述污染土壤中的铬离子在清洗液、电场力作用下定向迁移，使铬金属富集至电极区，同时清洗液中的水在电极表面电解，阳极产生大量的氢离子使污染土壤酸化，加速土壤中铬的定向迁移使其溶出。
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