CN101962552A

CN101962552A - 用于治理重金属污染土壤的含硅藻土固化剂

Info

Publication number: CN101962552A
Application number: CN2010102884776A
Authority: CN
Inventors: 席永慧; 吴晓峰
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2010-09-21
Filing date: 2010-09-21
Publication date: 2011-02-02

Abstract

本发明涉及污染土壤治理技术领域，特别涉及一种用于治理重金属污染土壤的含硅藻土固化剂。所述固化剂的重量百分比为：水泥25-40%、硅藻土40%-65%、生石灰10%-20%。本发明的优点是：硅藻土固定住重金属离子的同时，不会有二次污染的风险，对原土的性质不会有显著的改变。硅藻土的矿物组成非常接近于原状粉质粘土，避免了水泥和生石灰对土体结构所造成较大破坏。这一优势使得此种固化剂对于受到重金属面源污染的农用地修复效果尤其显著，具有良好的社会、经济、环境效益。

Description

用于治理重金属污染土壤的含硅藻土固化剂

技术领域

本发明涉及污染土壤治理技术领域，特别涉及一种用于治理重金属污染土壤的含硅藻土固化剂。

背景技术

目前，重金属污染土壤的修复技术主要有：换填法，生物修复法，化学固定法，电动修复法等。其中，换填法只适用于小面积、重度污染土壤；生物修复法具有处理费用低、可达到较高的清洁水平等优点，但所需修复时间较长、受污染物类型限制较大；电动修复法在不同土质土壤中效果不一，甚至有相反作用，且成本高操作设备复杂，不利于大面积使用。重金属污染土壤固化修复技术是通过添加不同外源物质（即固化剂）固定土壤中重金属元素，达到降低重金属迁移性和生物有效性的一种重要方法。由于操作方便和效果快速，使其在污染土壤治理过程中有着不可代替的作用。采用实验室评价，一方面可以评估这些固定物质在土壤中对重金属离子的固定效率；另一方面可以评估重金属的溶出、释放和生物毒性等生态风险。

目前，主要的固化剂有水泥、石灰、粉煤灰等。其主要缺点有：适用面较窄，即有些固化剂对于某些重金属离子有效而对于另外的则效果较差；成本高；有些固化剂本身存在二次污染，如粉煤灰；固化剂长期固化效果不稳定，如有机质固化剂两三年后易分解从而被固定住的重金属离子有重新释放的危险。

而且采用上述固化剂进行污染土壤治理，虽然治理后的污染土壤可以作为地基、路基等填充料使用，但是往往治理污染土壤的周边没有此类的建筑施工作业，而添加水泥、石灰等固化剂后的污染土壤上也不能种植植被，只能深埋入地下。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种用于治理重金属污染土壤的含硅藻土固化剂，该固化剂采用硅藻土替代部分水泥、粉煤灰和生石灰等对土壤的破坏很明显的传统固化剂，从而降低固化剂中这些物质的含量，提供一种高效、经济、通用性广的重金属污染土壤固化剂。并且可以解决固化产物的二次利用问题。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种用于治理重金属污染土壤的含硅藻土固化剂，其特征在于所述固化剂的重量百分比为：水泥25-40%、硅藻土40%-65%、生石灰10%-20%。

所述固化剂的重量百分比为：水泥30-40%、硅藻土40%-60%、生石灰10%-15%。

所述固化剂的重量百分比为：水泥25%-35%、硅藻土55%-65%、生石灰10%-15%。

所述固化剂的使用方法为：将所述固化剂直接添加至重金属污染土壤并混匀，添加比例为污染土壤重量的10%-20%。

所述固化剂用于铅污染土壤的治理。

本发明的优点是：硅藻土固定住重金属离子的同时，不会有二次污染的风险，对原土的性质不会有显著的改变。硅藻土的矿物组成非常接近于原状粉质粘土，避免了水泥和生石灰对土体结构所造成较大破坏。这一优势使得此种固化剂对于受到重金属面源污染的农用地修复效果尤其显著，具有良好的社会、经济、环境效益。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

本发明各个组分的选择思路为：水泥作为主要的胶结剂在较高的碱性环境下容易和重金属离子（如Pb，Gd等）形成难溶的复合物，从而稳定住重金属离子；硅藻土吸附土壤中重金属离子，并且可以利用水泥的包裹作用固定住被吸附的重金属离子；而生石灰主要用来提供一个较高的碱性环境，因为在较高的碱性环境下固化产物的固定效果最佳。

硅藻土的成分分析如下：

样品名称	Na₂O	MgO	Al₂O₃	SiO₂	SO₃	K₂O	CaO	TiO₂	Cr₂O₃	MnO	Fe₂O₃	SrO	BaO
														粉质粘土	1.95	1.88	9.32	59.2	0.04	1.96	4.12	0.62	—	0.07	3.29	0.02	—
硅藻土	—	—	3.35	88.1	—	—	2.08	—	—	—	1.38	—	—

从上表中可以明显看出硅藻土的矿物组成非常接近于实验中所用的原状粉质粘土。而且在实际的农业应用中，由于硅藻土所具有的吸附性能，可使粘性土壤增大通透性，故能改良土壤。在种植果木、蔬菜、花草、粮食等植物的土壤中拌入硅藻土能调节土壤中的水分和空气，保肥保水，防止霉根、烂根和曝晒死亡等现象出现，促进植物茁壮生长。而且可作为农药、肥料的载体，加工成为长效的肥料或者农药来使用。

而水泥和石灰的主要成分均为氧化钙，添加入土壤之后，会使土壤的性状不断的碱化，这样植物的酸碱平衡被破坏，导致植物的生长发育不良，严重者会死亡。

故此在固化后的土壤中尝试种植耐碱的草坪建植行业常见的草坪草，以比对减少水泥、石灰，增加硅藻土后，对于土壤的影响。

由于水泥、石灰及硅藻土三者所起到的作用不同，以下三者的配比进行实验，实验过程如下：

（1）在未受到污染的原状土中加入重金属污染物，并充分混合均匀得到配制污染土；

（2）在污染土中添加固化剂并养护28天得到固化产物；

（3）主要参照美国环保总局的毒性浸出程序（即TCLP）标准，同时利用去离子水作为浸出液进行对照，对固化产物进行浸出实验以验证固化效果；

（4）将固化产物装入陶瓷坛中，每坛装土10kg并均匀撒播精选的高羊茅草种子20粒，出苗后间苗，每坛留10株，并在播种1个月后开始记录株高，每隔10天记录一次。

其中，土壤污染物为铅离子，其污染水平为10000 mg/L；固化剂总掺量为15%，既添加量近似为土壤重量的17.6%。其实验数据如下:

表1

425水泥	石灰	硅藻土	TCLP(mg/L)	去离子水浸出(mg/L)	发芽率（%）	40天叶片状况
							100%	-	-	0.6	0	0.5	死亡
67%	33%	-	0	10.35	0	-
							33%	-	67%	6.51	0	27.5	呈草绿色，叶尖枯黄
40%	-	60%	4.98	0
							25%	10%	65%	4.14	0	15.6	黄色，部分枯黄

30%	8%	62%	3.42	0
							30%	10%	60%	2.44	0	9.8	黄色，部分枯黄
30%	12%	58%	1.95	0.77
							30%	15%	55%	0.72	1.68	6	黄色，大部分枯黄
30%	20%	50%	0.18	3.91
							30%	25%	45%	0.25	5.45	0	-
34%	12%	54%	0.73	0.34	8.2	黄色，部分枯黄
							35%	15%	50%	0.06	1.12	3.5	黄色，大部分枯死
40%	12%	48%	0	0.05
							40%	20%	40%	0	2.46	1.5	死亡
45%	12%	43%	0	0
							50%	15%	35%	0	0.21	0.5	死亡

由上述数据可以看出，实验结果较好的吻合了本发明各组分的选择思路：

石灰主要起到改变土壤碱性，故此在不添加石灰的情况下，固化剂的固化效果不尽理想，但是过多添加也同样不能提高固化剂的效果。而且在占比较高的情况，反倒影响了其他其固化作用的水泥、硅藻土的占比，固化效果反倒下降。由数据可看出，在石灰在固化剂中重量比在10-15%时，为优选的配合比。

水泥的固化效果要优于硅藻土。故此在石灰添加配比稳定的情况下，提高水泥的比例固化效果较好，但是对于土壤破坏也相对提高，硅藻土提高或者降低在固化剂的占比，其改变趋势恰恰和水泥相反。

在综合考虑铅离子固化效果及高羊茅草生长状况的两种趋势，固化剂的配合比基本应该为：水泥25-40%、硅藻土40%-65%、生石灰10%-20%；更进一步的选择是：水泥30-40%、硅藻土40%-60%、生石灰10%-15%；具体优选的配合比如下：

固化剂的重量百分比为：水泥25%-35%、硅藻土55%-65%、生石灰10%-15%。

以上实验主要是选择一种合适的固化剂配比。为测试以上所选择的固化剂是否对于其他重金属离子同样具有良好的固化效果，以下依照上述实验步骤（去除高羊茅草种植步骤）进一步进行试验：

以下实验结果在总掺量为15%的水平下，选择配比：33%水泥+12%生石灰+55%硅藻土来处理多种重金属离子。

表2

重金属离子	污染水平（mg/kg）	TCLP (mg/L)	去离子水浸出 (mg/L)
				Pb	10000	0.73	0.34
Zn	10000	24.5	0
				Gd	1000	0.04	0

由表2可看出，硅藻土对于其他种类的重金属离子同样具有较好的吸附、固化的效果。这也同样吻合本发明固化剂组分的选择思路，硅藻土为惰性材料，主要是利用其吸附之功效，所以其吸附、固化效果不受重金属离子种类限制。

结合上述的实验结果，以下在固化剂总掺量不同的情况下，选择其中的一个较优的固定配比：33%水泥+12%生石灰+55%硅藻土来处理铅离子结果。其中，污染水平为10000mg/kg。

表3

相对于土的总掺入量	TCLP (mg/L)	去离子水浸出 (mg/L)
			5%	21.62	4.91
10%	6.55	2.56

15%	0.73	0.34
			20%	0	0

以上可以看出，在铅离子污染水平为10000mg/kg情况下，固化剂添加量在15%-20%较为理想。而在污染水平提高相对较低的情况下，则相应增加固化剂的添加量。

Claims

1. 一种用于治理重金属污染土壤的含硅藻土固化剂，其特征在于所述固化剂的重量百分比为：水泥25-40%、硅藻土40%-65%、生石灰10%-20%。

2.根据权利要求1所述的一种用于治理重金属污染土壤的含硅藻土固化剂，其特征在于所述固化剂的重量百分比为：水泥30-40%、硅藻土40%-60%、生石灰10%-15%。

3.根据权利要求1所述的一种用于治理重金属污染土壤的含硅藻土固化剂，其特征在于所述固化剂的重量百分比为：水泥25%-35%、硅藻土55%-65%、生石灰10%-15%。

4.根据权利要求1、2或3 所述的一种用于治理重金属污染土壤的含硅藻土固化剂，其特征在于所述固化剂的使用方法为：将所述固化剂直接添加至重金属污染土壤并混匀，添加比例为污染土壤重量的10%-20%。

5.根据权利要求1、2或3所述的一种用于治理重金属污染土壤的含硅藻土固化剂，其特征在于：所述固化剂用于铅污染土壤的治理。