CN102101123A - 一种重金属污染土壤原位修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种重金属污染土壤原位修复方法，将亚微米或纳米铁、粉煤灰、含镁制剂和膨润土按照5～25∶40～50∶1～10∶15～50的重量比例均匀混合，得到重金属污染土壤修复药剂；在重金属污染土壤的表面施加1～4cm厚度的重金属污染土壤修复药剂后，将受污染土壤表层20cm厚的土壤与施加的修复药剂通过翻耕的方式混合均匀；经3～6个月，重金属污染土壤中的重金属镉、铬、汞、铅、砷、镍、锌、铜、锰和钒还原成低价固定化的重金属，失去其生物有效性，实现了重金属污染土壤的原位修复，修复后的土壤环境质量满足中国《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995)二级标准值的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种重金属污染土壤原位修复技术，具体的说，通过亚微米和纳米铁将重金属还原后被固定在土壤中，重金属失去其生物活性，土壤修复后满足中国《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995)二级标准值的要求。
背景技术
我国重金属污染事件正进入高发期。
2005年，中国地质调查局发现，占国土面积13％的土壤存在污染；在所有污染类型中，重金属污染占据很大比例。
2009年，环保部公布了12起重金属污染事件，共导致4035人血铅超标、182人镉超标，全国发生32起由重金属污染引起的群体性事件。
2010年3月以来，四川内江、湖南郴州等地又相继发生群众血铅超标及中毒引发的群体性事件。
最近随着“镉大米”事件的曝光，中国人对重金属污染的关注也达到了前所未有的热度。重金属已经爬上了我们的餐桌。
造成重金属污染的原因非常多，主要是采矿、金属冶炼、电镀工业、化工、金属加工、IT行业和废旧电器回收等领域产生和排放重金属污染物，进入地表水、地下水和大气中后，这些重金属最终汇集于土壤。土壤中的重金属将通过食物链进入人体，当体内的重金属蓄积到一定程度时就会引发各种人体疾病。因此，土壤重金属污染的控制与修复问题已经引起各级政府和环保工作者的广泛关注。
目前，重金属污染土壤修复技术主要包括以下几种：
(1)植物修复法。通过种植对重金属具有超级蓄积能力的植物，从而将土壤中的重金属提取出来。蜈蚣草吸收土壤中砷的能力相当于普通植物的20万倍，通过蜈蚣草的吸附、收割可以恢复被砷污染的土壤。东南景天对镉具有很强的蓄积能力，通过东南景天的吸附、收割可以恢复被镉污染的土壤。但是，植物修复法的时间需要3～5年，意味着土壤的荒废时间就是3～5年，影响到粮食的生产和农民的收入。另外，植物修复的成本较高，每吨土壤达到200元左右，每亩土壤的修复费用高达8～10万元，每公顷土壤的修复成本达到1.2～1.5亿元人民币。当地政府和农民是无法承受的。
而且，目前发现的超富集植物一般都是野生植物，其种苗繁育存在较大的技术难度，实现大规模种苗就更加困难，所以现今使用的是先大棚育种再移植到修复区的办法，这无疑会进一步增加修复成本和操作难度。
(2)化学淋洗法。采用化学药剂如表面活性剂、酸洗剂等将土壤中的重金属淋洗出来后再进行废水处理。这种方法不仅成本非常高，远高于植物修复法，而且将新的污染物如表面活性剂、酸洗剂等带入土壤，成为新的污染源。土壤的物理结构会受到很大影响。
(3)客土法。将被污染土壤深埋到水稻根系不能达到的25厘米以下，用这种方法修复一亩污染土地就要花费上百万元，而且污染土壤仍然存在，甚至会继续扩大到地下水污染。但是，因为修复方法简单，花费时间少，这种饮鸩止渴的方法目前被广泛应用。
(4)微生物淋洗法。通过往土壤中加入对重金属具有富集作用的微生物菌群，将重金属洗涤出来。这种方式不仅成本高，对于大面积的土壤污染而言由于微生物淋洗液难以收集，实际上很难操作。
(5)电化学法。在土壤中通过电流作用使得水溶性重金属离子富集到阴极表面。目前该技术只是在实验室进行摸索。由于电流作用距离太小，而实际污染的土地面积太大，这种技术在工程上难以实施，且不管其高昂的操作成本难以承受。
(6)重金属钝化法。只有具备生物活性的重金属才能被植物所利用，从而通过食物链蓄积在人体。通过在污染土壤中加入海泡石、钙镁磷肥和石灰等钝化剂从而使水溶性重金属离子转化为氢氧化物而降低其生物活性。但是，通过这种方法钝化后的重金属在微生物作用下以及环境因素发生变化时将持续不断地恢复其生物活性。因此，重金属钝化法只是暂时地、短暂地掩盖了重金属污染问题。
综上所述，如何开发切实可行的重金属污染土壤修复技术已经成为未来重金属污染控制面临的瓶颈问题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种重金属污染土壤原位修复方法，它以30～400nm的亚微米或纳米铁为还原剂，以粉煤灰为分散剂，以含镁制剂和膨润土为助剂，配制成重金属污染土壤修复药剂，在3～6个月内将重金属污染土壤快速修复，修复后的土壤环境质量满足中国《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)二级标准值的要求。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种重金属污染土壤原位修复方法，所述方法为包括下列步骤：
1)、重金属污染土壤修复药剂的制备：将亚微米或纳米铁、粉煤灰、含镁制剂和膨润土按照5～25∶40～50∶1～10∶15～50的重量比例均匀混合，得到重金属污染土壤修复药剂；
2)、施加重金属污染土壤修复药剂：在重金属污染土壤的表面施加1～4cm厚度的重金属污染土壤修复药剂后，将受污染土壤表层20cm厚的土壤与施加的修复药剂通过翻耕的方式混合均匀；
3)、修复：经3～6个月，重金属污染土壤中的重金属镉、铬、汞、铅、砷、镍、锌、铜、锰和钒还原成低价固定化的重金属，失去其生物有效性，实现了重金属污染土壤的原位修复，修复后的土壤环境质量满足中国《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995)二级标准值的要求。
优选的，亚微米或纳米铁∶粉煤灰∶含镁制剂∶膨润土的重量比为10～20∶42～48∶2～6∶30～40。
或者，优选的，亚微米或纳米铁∶粉煤灰∶含镁制剂∶膨润土的重量比为5～10∶40～45∶1～5∶40～50。
再或者，优选的，亚微米或纳米铁∶粉煤灰∶含镁制剂∶膨润土的重量比为20～25∶45～50∶5～10∶35～50。
进一步优选的，亚微米或纳米铁∶粉煤灰∶含镁制剂∶膨润土的重量比为25∶40∶3∶32。
再或者，进一步优选的，亚微米或纳米铁∶粉煤灰∶含镁制剂∶膨润土的重量比为15∶43∶2∶40。
再或者，进一步优选的，亚微米或纳米铁∶粉煤灰∶含镁制剂∶膨润土的重量比为8∶48∶5∶39。
所述镁盐为MgCl2或MgSO4或MgCO3或Mg(OH)2。
亚微米或纳米铁的粒径为30～400nm。
本发明中，亚微米或纳米铁对土壤中的重金属起到还原剂的作用，降低重金属在土壤的生物有效性。含镁制剂(MgCl2、MgSO4、MgCO3或Mg(OH)2)和膨润土起到降低重金属生物活性的助剂作用，粉煤灰起到分散剂的作用。
本发明具有以下的特点：
(1)以30～400nm的亚微米或纳米铁、粉煤灰、MgCl2、膨润土为原料，按照亚微米或纳米铁∶粉煤灰∶MgCl2或MgSO4或MgCO3或Mg(OH)2∶膨润土＝5～25∶40～50∶1～10∶15～50配制物料，混合均匀，成为重金属污染土壤修复药剂；
(2)根据受污染土壤的重金属浓度，在土壤表面施加1～4cm厚度的修复药剂后，将受污染土壤表层20cm厚的土壤与施加的修复药剂通过翻耕的方式混合均匀，在3～6个月内将重金属污染土壤快速修复。
(3)受污染土壤中的重金属被亚微米或纳米铁还原后，经助剂作用进一步被固定而失去其生物活性。
(4)修复后的土壤环境质量满足中国《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)二级标准值的要求。
本发明适用于大面积表层重金属污染土壤的修复，例如重金属污染农田的修复。
每亩重金属污染土壤需要修复药剂12～28m3，药剂成本为2.5～5万元。每亩土地的修复成本只有植物修复法(8～10万元)的一半；修复时间只需要3～6个月，相当于植物修复法所需时间(3～5年)的1/10左右。
具体实施方式
实施例1
1)、重金属污染土壤修复药剂的制备：将400nm粒径的亚微米铁、粉煤灰、氯化镁和膨润土按照15∶42∶3∶40的重量比例均匀混合，得到重金属污染土壤修复药剂；
2)、施加重金属污染土壤修复药剂：在重金属污染土壤的表面施加3cm厚度的重金属污染土壤修复药剂，再于重金属污染土壤修复药剂表层覆盖20cm厚的混合均匀的无污染土壤；
3)、修复：经6个月，重金属污染土壤中的重金属镉、铬、汞、铅、砷、镍、锌、铜、锰和钒还原成低价固定化的重金属，失去其生物有效性，实现了重金属污染土壤的原位修复，修复后的土壤环境质量满足中国《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995)二级标准值的要求。
实施例2
1)、重金属污染土壤修复药剂的制备：将90nm粒径的纳米铁、粉煤灰、硫酸镁和膨润土按照20∶40∶2∶38的重量比例均匀混合，得到重金属污染土壤修复药剂；
2)、施加重金属污染土壤修复药剂：在重金属污染土壤的表面施加3cm厚度的重金属污染土壤修复药剂后，将受污染土壤表层20cm厚的土壤与施加的修复药剂通过翻耕的方式混合均匀；
3)、修复：经3个月，重金属污染土壤中的重金属镉、铬、汞、铅、砷、镍、锌、铜、锰和钒还原成低价固定化的重金属，失去其生物有效性，实现了重金属污染土壤的原位修复，修复后的土壤环境质量满足中国《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995)二级标准值的要求。
实施例3
1)、重金属污染土壤修复药剂的制备：将200nm粒径的亚微米铁、粉煤灰、碳酸镁和膨润土按照15∶45∶5∶35的重量比例均匀混合，得到重金属污染土壤修复药剂；
2)、施加重金属污染土壤修复药剂：在重金属污染土壤的表面施加4cm厚度的重金属污染土壤修复药剂后，将受污染土壤表层20cm厚的土壤与施加的修复药剂通过翻耕的方式混合均匀；
3)、修复：经4个月，重金属污染土壤中的重金属镉、铬、汞、铅、砷、镍、锌、铜、锰和钒还原成低价固定化的重金属，失去其生物有效性，实现了重金属污染土壤的原位修复，修复后的土壤环境质量满足中国《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995)二级标准值的要求。
实施例4
1)、重金属污染土壤修复药剂的制备：将300nm粒径的亚微米铁、粉煤灰、Mg(OH)2和膨润土按照25∶40∶3∶32的重量比例均匀混合，得到重金属污染土壤修复药剂；
2)、施加重金属污染土壤修复药剂：在重金属污染土壤的表面施加1cm厚度的重金属污染土壤修复药剂后，将受污染土壤表层20cm厚的土壤与施加的修复药剂通过翻耕的方式混合均匀；
3)、修复：经6个月，重金属污染土壤中的重金属镉、铬、汞、铅、砷、镍、锌、铜、锰和钒还原成低价固定化的重金属，失去其生物有效性，实现了重金属污染土壤的原位修复，修复后的土壤环境质量满足中国《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995)二级标准值的要求。
实施例5
1)、重金属污染土壤修复药剂的制备：将100nm粒径的纳米铁、粉煤灰、氯化镁和膨润土按照15∶43∶2∶40的重量比例均匀混合，得到重金属污染土壤修复药剂；
2)、施加重金属污染土壤修复药剂：在重金属污染土壤的表面施加1cm厚度的重金属污染土壤修复药剂后，将受污染土壤表层20cm厚的土壤与施加的修复药剂通过翻耕的方式混合均匀；
3)、修复：经6个月，重金属污染土壤中的重金属镉、铬、汞、铅、砷、镍、锌、铜、锰和钒还原成低价固定化的重金属，失去其生物有效性，实现了重金属污染土壤的原位修复，修复后的土壤环境质量满足中国《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995)二级标准值的要求。
实施例6
1)、重金属污染土壤修复药剂的制备：将30nm粒径的纳米铁、粉煤灰、碳酸镁和膨润土按照8∶48∶5∶39的重量比例均匀混合，得到重金属污染土壤修复药剂；
2)、施加重金属污染土壤修复药剂：在重金属污染土壤的表面施加2cm厚度的重金属污染土壤修复药剂后，将受污染土壤表层20cm厚的土壤与施加的修复药剂通过翻耕的方式混合均匀；
3)、修复：经6个月，重金属污染土壤中的重金属镉、铬、汞、铅、砷、镍、锌、铜、锰和钒还原成低价固定化的重金属，失去其生物有效性，实现了重金属污染土壤的原位修复，修复后的土壤环境质量满足中国《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995)二级标准值的要求。
经上述6个实施例证明，本发明适用于大面积表层重金属污染土壤的修复，例如重金属污染农田的修复。
每亩重金属污染土壤需要修复药剂12～28m3，药剂成本为2.5～5万元。每亩土地的修复成本只有植物修复法(8～10万元)的一半；修复时间只需要3～6个月，相当于植物修复法所需时间(3～5年)的1/10左右。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种重金属污染土壤原位修复方法，其特征在于，所述方法为包括下列步骤：
1)、重金属污染土壤修复药剂的制备：将亚微米或纳米铁、粉煤灰、含镁制剂和膨润土按照5～25∶40～50∶1～10∶15～50的重量比例均匀混合，得到重金属污染土壤修复药剂；
2)、施加重金属污染土壤修复药剂：在重金属污染土壤的表面施加1～4cm厚度的重金属污染土壤修复药剂后，将受污染土壤表层20cm厚的土壤与施加的修复药剂通过翻耕的方式混合均匀；
3)、修复：经3～6个月，重金属污染土壤中的重金属镉、铬、汞、铅、砷、镍、锌、铜、锰和钒还原成低价固定化的重金属，失去其生物有效性，实现了重金属污染土壤的原位修复，修复后的土壤环境质量满足中国《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995)二级标准值的要求。
2.如权利要求1所述的重金属污染土壤原位修复方法，其特征在于：亚微米或纳米铁∶粉煤灰∶含镁制剂∶膨润土的重量比为10～20∶42～48∶2～6∶30～40。
3.如权利要求1所述的重金属污染土壤原位修复方法，其特征在于：亚微米或纳米铁∶粉煤灰∶含镁制剂∶膨润土的重量比为5～10∶40～45∶1～5∶40～50。
4.如权利要求1所述的重金属污染土壤原位修复方法，其特征在于：亚微米或纳米铁∶粉煤灰∶含镁制剂∶膨润土的重量比为20～25∶45～50∶5～10∶35～50。
5.如权利要求1所述的重金属污染土壤原位修复方法，其特征在于：亚微米或纳米铁∶粉煤灰∶含镁制剂∶膨润土的重量比为25∶40∶3∶32。
6.如权利要求1所述的重金属污染土壤原位修复方法，其特征在于：亚微米或纳米铁∶粉煤灰∶含镁制剂∶膨润土的重量比为15∶43∶2∶40。
7.如权利要求1所述的重金属污染土壤原位修复方法，其特征在于：亚微米或纳米铁∶粉煤灰∶含镁制剂∶膨润土的重量比为8∶48∶5∶39。
8.如权利要求1-7之任一所述的重金属污染土壤原位修复方法，其特征在于：所述镁盐为MgCl2或MgSO4或MgCO3或Mg(OH)2。
9.如权利要求8所述的重金属污染土壤原位修复方法，其特征在于：亚微米或纳米铁的粒径为30～400nm。
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