CN103111463B - 重金属污染土壤的修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种重金属污染土壤的修复方法，包括如下步骤：在重金属污染土壤的周边修筑集水沟，集水沟的底部铺设有防渗膜；修筑与集水沟连通的集水池，集水池的底部及侧壁均铺设有防渗膜；使用酸性淋洗液喷洒于重金属污染土壤的表面，酸性淋洗液经重金属污染土壤渗透至所述集水沟中，并汇集至集水池中，得到含重金属的淋洗液；利用含重金属的淋洗液对重金属污染土壤重复进行淋洗修复，直至测定得到的重金属污染土壤中的重金属含量不再改变为止；以及用清水淋洗重金属污染土壤至中性。该方法适用范围广泛，同时具有处理容量大的优点。在完成上述土壤修复后，还可以对重金属含量尚未达到国家规定标准的土壤继续采用微生物修复及植物修复。
Description
技术领域
本发明涉及污染土壤修复技术领域，特别是涉及一种重金属污染土壤的修复方法。
背景技术
土壤作为生态圈的重要组成部分，是人类赖以生存的最基本物质基础之一，又是各种污染物的主要藏纳地。在世界各地，污染土壤的面积不断扩大，尤其在我国随着工农生产和乡村城市化建设的发展，土壤污染迅速蔓延，污染程度也逐渐加剧。据报道，全国受污染的土地面积已占耕地面积的1/5，总面积超过2000万公顷。
土壤污染，特别是重金属在蔬菜、粮食中的积累，将处于食物链顶端的人类置于危险之地。而且重金属污染物在土壤中移动性差、滞留时间长、不易被微生物降解，尤为严重的是重金属在土壤系统中的污染过程中具有隐蔽性、长期性和不可逆转性等特性。因此重金属污染土壤的危害给环境、人类生存和经济发展带来巨大影响。其有效治理已经成为国内外环境科学研究的重要热点。
根据治理工艺及原理的不同，重金属污染土壤治理技术可分为：工程治理措施和物理化学修复两大类。工程治理措施主要包括：客土、换土、去表土和深耕翻土等措施；物理化学修复主要包括：固化/稳定化、电动修复、蒸汽浸提、氧化还原、农业修复、生物修复等。上述方法各有优点，但是也都存在很多缺点，例如，有的适用范围窄，只能针对某一种或者某一类重金属；有的处理容量小、成本高；有的效果不显著，见效慢。在我国土壤修复技术发展尚处于初期阶段。
发明内容
基于此，有必要提供一种适用范围广且处理容量大的重金属污染土壤的修复方法。
一种重金属污染土壤的修复方法，包括如下步骤：
在重金属污染土壤的周边修筑集水沟，所述集水沟的底部铺设有防渗膜；
修筑与所述集水沟连通的集水池，所述集水池的底部及侧壁均铺设有防渗膜；
使用酸性淋洗液喷洒于所述重金属污染土壤的表面，所述酸性淋洗液经所述重金属污染土壤渗透至所述集水沟中，并汇集至所述集水池中，得到含重金属的淋洗液；
利用所述含重金属的淋洗液对所述重金属污染土壤重复进行淋洗修复，直至测定得到的所述重金属污染土壤中的重金属含量不再改变为止；及
用清水淋洗所述重金属污染土壤至中性。
在其中一个实施例中，当测定得到的重金属含量高于预设值时，更换酸性淋洗液重复进行淋洗修复，直至测定得到的重金属含量等于或低于预设值。
在其中一个实施例中，在重金属污染土壤的周边修筑集水沟的步骤前，还包括对所述重金属污染土壤按照污染程度划分成矩形块，再围绕各矩形块的周边修筑所述集水沟的步骤。
在其中一个实施例中，所述集水沟呈矩形，深2米；所述集水池呈矩形，深3.5米。
在其中一个实施例中，所述酸性淋洗液为pH为3~5的有机酸的水溶液。
在其中一个实施例中，所述有机酸为柠檬酸、草酸或者乙酸。
在其中一个实施例中，在用清水淋洗所述重金属污染土壤至中性的步骤之后，还包括对所述重金属污染土壤进行微生物修复的步骤，具体包括如下步骤：
将所述集水沟及所述集水池区域的土壤回填平整，将微生物修复剂均匀混合至土壤中，完成微生物修复，其中，混合方式为农作物耕种的方式或固体物料混合的方式。
在其中一个实施例中，还包括对经微生物修复后的重金属污染土壤再种植灌木进行植物修复的步骤。
上述重金属污染土壤的修复方法利用重金属在酸性条件下具有形态可变的特性，采用酸性淋洗液对重金属污染土壤进行淋洗修复具有较好的效果，且见效快。同时以集水沟和集水池为基础构建对重金属污染土壤进行重复淋洗修复的系统，从而使得淋洗液达到最大的利用率，大幅减少淋洗修复的成本。而且上述重金属污染土壤的修复方法适用于各种重金属污染土壤，适用范围广泛；同时具有处理容量大的优点。
附图说明
图1为一实施方式的重金属污染土壤的修复方法的流程图；
图2为根据污染程度将重金属污染土壤划分成矩形块的示意图；
图3为一实施方式的集水沟和集水池 的结构示意图；
图4为图3中的集水沟的剖面图；
图5为图3中的集水池 的剖面图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对重金属污染土壤的修复方法进行进一步的说明。
如图1所示，一实施方式的重金属污染土壤的修复方法，包括如下步骤：
步骤S110，在重金属污染土壤的周边修筑集水沟，集水沟的底部铺设有防渗膜。
本实施方式中的重金属污染土壤来源于电镀厂。由于环境标准要求的提升，该电镀厂被责令停产。经检测分析该电镀厂厂房地基及其附近区域土壤，该电镀厂厂房地基及其附近区域土壤都受到不同程度污染。检测分析主要包括对土壤的污染因子、污染因子的浓度以及土壤污染深度等进行检测分析。本实施方式中的重金属污染土壤的污染因子主要是铜、镍和锌，铜、镍和锌的含量均超过GB15618-1995《土壤环境质量标准》规定含量的50%~200%，需修复后才能再次使用，土壤污染深度为0.5~2.0米。
在本实施方式中，如图2所示，重金属污染土壤为矩形，其大小为360m×90m。根据重金属污染土壤的污染程度将重金属污染土壤划分成小矩形块，小矩形块的大小为60m×30m，其中，A代表污染严重的重金属污染土壤，B代表污染较轻的重金属污染土壤。可以理解，在其他实施方式中，小矩形块的大小可以根据实际情况来划分；而且还可以根据重金属污染土壤的污染程度将重金属污染土壤划分成小梯形块。
根据重金属污染土壤的污染程度将重金属污染土壤划分成小矩形块的主要目的是为了使淋洗液达到最大的利用率。可以将淋洗过污染较轻的小矩形块重金属污染土壤的淋洗液，用于处理污染严重的小矩形块重金属污染土壤。
在本实施方式中，在每块小矩形块重金属污染土壤的周边修筑集水沟，集水沟围绕小矩形块重金属污染土壤构成的图形为矩形。以其中一块小矩形块重金属污染土壤为例来进行进一步说明。如图3~5所示，110表示小矩形块重金属污染土壤，120表示集水沟，140表示防渗膜，150表示素土夯实。集水沟为矩形，深2米，宽0.4米，并在集水沟的底部铺设有防渗膜，防止重金属污染土壤中的重金属向土壤更深处渗漏及扩散。可以理解，在其他实施方式中，集水沟的深度和宽度可以根据重金属污染土壤实际受到的污染深度来确定。可以避免由于污染深度较深，而集水沟较浅，造成重金属污染土壤修复不彻底的问题。也可以避免由于污染深度较浅，而集水沟较深，增加不必要的工作量，从而增加成本的问题。
步骤S120，修筑与集水沟连通的集水池，集水池的底部及侧壁均铺设有防渗膜。
如图3~5所示，130表示集水池。在本实施方式中，集水池为矩形，深3.5米，宽0.8米。集水池的底部及侧壁下半部均铺设有防渗膜，侧壁铺设的防渗膜的高度可以根据集水池的大小、需要存储的酸性淋洗液的体积以及土壤污染深度来确定。在本实施方式中，土壤污染深度为2米，集水池的侧壁下半部铺设的防渗膜的高度为1.5米。
在本实施方式中，集水池用于储存酸性淋洗液。集水池修筑在待淋洗的矩形块重金属污染土壤周边的矩形集水沟的两条边的交汇处，从而使得集水池距离待淋洗的矩形块重金属污染土壤相对较近，进而缩短淋洗液喷洒到重金属污染土壤上的距离，从而在一定程度上节约了重金属污染土壤的修复成本。可以理解，在其他实施方式中，不相同污染级别的多个矩形块重金属污染土壤可以共用一个集水池，当对轻度污染的土壤淋洗后的淋洗液可继续对重度污染的土壤进行淋洗。当然，相同污染级别的多个重金属污染土壤可以共用一个集水池。
步骤S130，使用酸性淋洗液喷洒于重金属污染土壤的表面，酸性淋洗液经重金属污染土壤渗透至集水沟中，并汇集至集水池中，得到含重金属的淋洗液。
在本实施方式中，首先将存储于集水池中的酸性淋洗液喷洒于重金属污染土壤的表面，酸性淋洗液经重金属污染土壤渗透至集水沟中，并汇集至集水池中，得到存储于集水池中的含重金属的淋洗液。
酸性淋洗液可以为无机酸的水溶液，例如，盐酸溶液或者硝酸溶液。也可以是有机酸溶液的水溶液，例如，乙酸溶液、柠檬酸溶液、草酸溶液或者酒石酸溶液。在本实施方式中，酸性淋洗液为pH为3~5的有机酸的水溶液，有机酸的质量分数为3%~7%。因为有机酸的水溶液自身对土壤不存在污染，可以直接在土壤中降解，而且对后续处理较为有利。
在本实施方式中，通过设置在重金属污染土壤上的转动式喷撒器，将酸性淋洗液均匀的喷洒在土壤表面，然后酸性淋洗液在重金属污染土壤中缓慢渗滤的过程中将重金属污染土壤中的重金属去除。可以理解，在其他实施方式中，还可通过泵或者悬空的喷淋管将酸性淋洗液均匀的喷洒在土壤表面。
步骤S140，利用含重金属的淋洗液对重金属污染土壤重复进行淋洗修复，直至测定得到的重金属污染土壤中的重金属含量不再改变为止。
在本实施方式中，重复进行淋洗修复的具体过程为：
首先将含重金属的淋洗液喷洒于重金属污染土壤的表面，含重金属的淋洗液经重金属污染土壤渗透至集水沟中，并汇集至集水池中，得到存储于集水池中的第一次重复含重金属的淋洗液。依次重复，得到存储于集水池中的第N次重复含重金属的淋洗液。采用原子吸收光谱法或者电感耦合等离子体质谱法测定经N-1次以及N次重复淋洗后的重金属污染土壤中重金属的含量，如果两次测定的结果相差不大（波动小于5%），即认为重金属污染土壤中的重金属含量不再改变。也可以采用原子吸收光谱法或者电感耦合等离子体质谱法测定第N-1次重复含重金属的淋洗液以及第N次重复含重金属的淋洗液中的重金属的含量，如果两次测定的结果相差不大（波动小于5%），即可以间接的认为重金属污染土壤中的重金属含量不再改变。在实际应用中，也可依经验和过往的试验数据来判定何时停止重复淋洗修复。
如果第N次重复含重金属的淋洗液对土壤中的重金属还未达到饱和，即第N次重复含重金属的淋洗液还能继续容纳重金属，可以将第N次重复含重金属的淋洗液用于处理污染相对较严重的重金属污染土壤。
在本实施方式中，还包括对第N次重复含重金属的淋洗液处理的步骤。具体为：采用移动式重金属一体化除去装置，去除第N次重复含重金属的淋洗液中的重金属，将重金属转化为固态物质，回收利用。
上述处理方法主要是针对污染相对较轻的重金属污染土壤的修复。
对于污染相对较严重的重金属污染土壤进行修复时，第N次重复含重金属的淋洗液对土壤中的重金属可能已经达到饱和，但测定经N次重复淋洗后的重金属污染土壤中的重金属的含量时，测定得到的重金属含量高于预设值，这时需要更换酸性淋洗液重复进行淋洗修复，直至测定得到的重金属污染土壤中的重金属含量等于或低于预设值为止。
在本实施方式中，预设值是根据GB15618-1995《土壤环境质量标准》中对于土壤中重金属的含量的规定来设定的。预设值为比GB15618-1995《土壤环境质量标准》中对于土壤中重金属的含量的规定高5%~10%。更换的酸性淋洗液与更换前的酸性淋洗液相同。可以理解，在其他实施方式中，更换的酸性淋洗液与更换前的酸性淋洗液也可以不同，从而可以针对某些难处理的重金属，使用与其匹配的酸性淋洗，效果更好。
步骤S150，用清水淋洗重金属污染土壤至中性。
将集水池中的淋洗液换成清水，用清水对重金属污染土壤进行淋洗直至重金属污染土壤呈中性。
采用上述重金属污染土壤的修复方法修复某一小矩形块重金属污染土壤一般需3天或更长时间。某一小矩形块重金属污染土壤修复完成后，可按此方式对下一小矩形块重金属污染土壤进行修复，直至整个污染区域修复完成为止。也可以同时对多个小矩形块重金属污染土壤同时进行修复，节约时间。
上述重金属污染土壤的修复方法利用重金属在酸性条件下具有形态可变的特性，采用酸性淋洗液对重金属污染土壤进行淋洗修复具有较好的效果，且见效快。同时以集水沟和集水池为基础构建对重金属污染土壤进行重复淋洗修复的系统，从而使得淋洗液达到最大的利用率，大幅减少淋洗修复的成本。而且上述重金属污染土壤的修复方法适用于各种重金属污染土壤，适用范围广泛；同时具有处理容量大的优点。
为了更彻底的修复重金属污染土壤，在本实施方式中，在用清水淋洗重金属污染土壤至中性的步骤之后，还包括对重金属污染土壤进行微生物修复的步骤，具体步骤如下：
将集水沟及集水池区域的土壤回填平整，将微生物修复剂均匀混合至土壤中，完成微生物修复，其中，混合方式为农作物耕种的方式或固体物料混合的方式。微生物修复剂可采用国外进口市售的产品，也可采集土壤后另行培养专用的微生物菌种。微生物修复剂的用量可根据试验结果确定。
在本实施方式中，还包括对经微生物修复后的重金属污染土壤进行植物修复的步骤，具体步骤如下：在经微生物修复后的重金属污染土壤上种植灌木。
微生物修复过程需要的时间较长，短时间无法判定其修复效果。本实施方式，在添加微生物菌种后数月内，其作用效果渐趋稳定后，在重金属污染土壤上种植灌木。
灌木选择的原则一般是从当地固有的灌木中选取根系发达、抗病毒、吸附、吸收重金属能力强的灌木，栽种在该污染土壤区域。灌木大多具有美丽芳香的花朵或色彩艳丽的果实，加上其体量较小、宜于管理和修剪是植物修复的良好选择。在本实施方式中，在重金属污染土壤上种植了“郁李”。
本实施方式采用重复淋洗修复的方法完成对上述重金属污染土壤的修复后，如果土壤中的重金属污染物尚未达到国家规定标准时，继续采用微生物修复法以及植物修复法进行修复。将淋洗修复法、微生物修复法以及植物修复法结合使用，取长补短，对重金属污染土壤进行具有针对性的修复。该方法具有高效、实用性强、应用范围广、成本较低等优点。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (5)
1.一种重金属污染土壤的修复方法，其特征在于，包括如下步骤：
对重金属污染土壤进行检测分析，检测分析主要包括对土壤的污染因子、污染因子的浓度以及土壤污染深度进行检测分析；
根据所述检测分析的结果，对重金属污染土壤按照污染程度划分成矩形块，再围绕各矩形块的周边修筑矩形的集水沟，所述集水沟的底部铺设有防渗膜；
修筑与所述集水沟连通的矩形的集水池，所述集水池修筑在待淋洗的矩形块重金属污染土壤周边的矩形集水沟的两条边的交汇处，所述集水池的底部及侧壁均铺设有防渗膜，其中，不相同污染级别的多个矩形块重金属污染土壤共用一个集水池；
使用酸性淋洗液喷洒于所述重金属污染土壤的表面，所述酸性淋洗液经所述重金属污染土壤渗透至所述集水沟中，并汇集至所述集水池中，得到含重金属的淋洗液；
利用所述含重金属的淋洗液对所述重金属污染土壤重复进行淋洗修复，直至测定得到的所述重金属污染土壤中的重金属含量不再改变为止，具体的，首先将含重金属的淋洗液喷洒于重金属污染土壤的表面，含重金属的淋洗液经重金属污染土壤渗透至集水沟中，并汇集至集水池中，得到存储于集水池中的第一次重复含重金属的淋洗液，依次重复，得到存储于集水池中的第N次重复含重金属的淋洗液，采用原子吸收光谱法或者电感耦合等离子体质谱法测定经N-1次以及N次重复淋洗后的重金属污染土壤中重金属的含量，如果两次测定的结果相差小于5％，即认为重金属污染土壤中的重金属含量不再改变，或者采用原子吸收光谱法或者电感耦合等离子体质谱法测定第N-1次重复含重金属的淋洗液以及第N次重复含重金属的淋洗液中的重金属的含量，如果两次测定的结果相差小于5％，即间接的认为重金属污染土壤中的重金属含量不再改变；如果第N次重复含重金属的淋洗液对土壤中的重金属还未达到饱和，即第N次重复含重金属的淋洗液还能继续容纳重金属，将第N次重复含重金属的淋洗液用于处理污染相对较严重的重金属污染土壤；及
用清水淋洗所述重金属污染土壤至中性；
在用清水淋洗所述重金属污染土壤至中性的步骤之后，还包括对所述重金属污染土壤进行微生物修复的步骤，具体包括如下步骤：将所述集水沟及所述集水池区域的土壤回填平整，将微生物修复剂均匀混合至土壤中，完成微生物修复，其中，混合方式为农作物耕种的方式或固体物料混合的方式；
还包括对经微生物修复后的重金属污染土壤再种植灌木进行植物修复的步骤，具体的，是在添加微生物菌种后数月内，其作用效果渐趋稳定后，在重金属污染土壤上种植灌木。
2.根据权利要求1所述的重金属污染土壤的修复方法，其特征在于，当测定得到的重金属含量高于预设值时，更换酸性淋洗液重复进行淋洗修复，直至测定得到的重金属含量等于或低于预设值。
3.根据权利要求1所述的重金属污染土壤的修复方法，其特征在于，所述集水沟深2米；所述集水池深3.5米。
4.根据权利要求1所述的重金属污染土壤的修复方法，其特征在于，所述酸性淋洗液为pH为3～5的有机酸的水溶液。
5.根据权利要求4所述的重金属污染土壤的修复方法，其特征在于，所述有机酸为柠檬酸、草酸或者乙酸。
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