CN103521171A - 一种镉污染复合岩矿修复剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镉污染土壤溶液、地表水和地下水体复合岩矿修复剂及其制备方法，该复合修复剂各组分的重量比为：石灰石：海泡石：膨润土：石英砂为：15～25：5～15：1～3：65～70。这种复合修复剂具有持续原位处理多种重金属污染物的能力、比单一修复剂修复效果好、且资源丰富，易操作、性价比较高等优点，适合大面积的推广应用。

Description

一种镉污染复合岩矿修复剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种镉污染复合岩矿修复剂及其制备方法，尤其涉及一种可用于土壤溶液、地表水和地下水体中镉污染原位修复的天然复合岩矿修复剂及其制备方法。

背景技术

工业“三废”排放，金属采矿和冶炼，家庭燃煤，生活垃圾，汽车尾气排放都增加了环境中重金属的负荷。土壤重金属Cd污染在部分地区已十分严重，已引起人们的广泛关注。据环保部《2013年上半年全国环境质量状况》报告，在全国地表水监测断面中重金属超标主要分布在天津、云南、内蒙古、安徽、山西、陕西、江苏等省份，部分为Cd超标。2009年，中国地质调查局相关专家称全国有90%的地下水都遭受了不同程度的污染，其中60%污染严重，部分为重金属Cd污染。研制重金属Cd的修复剂具有非常重要的意义。

目前治理Cd污染的修复剂包括四大类，一是沉淀剂，主要是碱性物质，例如石灰，修复的基本原理是提高介质的pH值，Cd²⁺遇石灰生成碳酸镉，氢氧化镉等沉淀，以达到降低Cd的活性和移动性的目的。二是将活性剂作为反应材料，如活性炭，此类修复剂主要是通过吸附作用，将水中的活性镉固定，减少其移动性和毒性，多用于修复地下水工程，此类修复剂造价很高，难以大面积使用，仅限于实验阶段。三是微生物修复剂，包括原位生物修复和异位生物修复，多用于地下水的修复。原位生物修复是通过向含水层中注入无机营养物质和适当的电子受体或供体刺激现有微生物的生长来加快生物修复过程。异位修复是向污染含水层投加具有特殊新陈代谢能力的外来微生物来净化含水层，此类修复剂不适合所有的地下水污染，有些化学品经微生物降解后其产物的毒性和移动性比母体化合物反而增加，同时低渗透性如南方酸性粘土区往往不适合生物修复。四是生物修复。植物如水芹，通过植物对重金属元素的特殊富集和降解能力来去除环境中的污染物，或消除污染物的毒性，达到污染治理与生态修复的目的。动物如优选鱼类在水体中吸收、富集重金属，然后把它们从水体中驱出，以达到水体重金属污染修复的目的。此类修复需利用特定的生物，同一种生物只对一种或几种重金属元素有富集作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服单一的重金属吸附固定材料的局限性，提供一种廉价易得、高效的由多种天然原矿材料按最佳比例组配的复合岩矿修复剂，原位抑制重金属Cd在土壤溶液、地表水和地下水体中的移动；还提供一种工艺简单的复合修复剂的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为一种镉污染水体复合岩矿修复剂，该修复剂由石灰石、海泡石、膨润土、石英砂组成，各组分的重量比为：石灰石：海泡石：膨润土：石英砂为：15～25：5～15：1～3：65～70；修复剂各组分重量百分数之和为100%；所述石灰石，优选方解石的含量≥90%的石灰石岩矿；所述海泡石，优选海泡石的含量≥55%的海泡石岩矿；所述膨润土，优选蒙脱石的含量≥85%的膨润土岩矿。

所述的复合岩矿修复剂的制备方法包括如下步骤：

本发明所述的镉污染土壤溶液、地表水和地下水体复合岩矿修复剂的制备方法，包括如下步骤：

第一步：选料：选取宁乡县喻家坳乡神武石灰厂的石灰石，石门县新岗村二组的海泡石，桃源县马宗岭镇木槎村的膨润土；

第二步：干燥：将岩矿自然风干至其含水率小于或等于1%，以保持各组份原材料的固有活性；

第三步：研磨过筛，将干燥的岩矿充分研磨，过20和60目筛，取粒径小于20目且大于或等于60目的材料；

第四步：配料：将石灰石、海泡石、膨润土及石英砂按重量比15～25：5～15：1～3：65～70的比例配料；

第五步：搅拌：搅拌各组份原料，搅拌均匀后装袋或储存，制得污染水体Cd修复剂。

所述搅拌，其特征在于搅拌的时间为3-5分钟，以使各组份充分混合均匀。

本发明所述的镉污染复合岩矿修复剂的修复机理在于：

石灰石的主要成分为氧化钙，Cd²⁺遇生石灰易生成碳酸镉，氢氧化镉细小颗粒沉淀，降低了移动性。海泡石和膨润土均为粘土矿物，对Cd的修复机制包括吸附作用和沉淀作用。吸附作用是依靠较大的比表面积和吸附性能，能将介质中的可溶性重金属元素牢牢地吸附于其表面或进入层间结构。沉淀作用是指粘土矿物可以通过自身溶解作用所产生的阴离子可与重金属元素产生共沉淀作用，从而降低重金属的可移动性及生物有效性。Cd离子被粘土矿物吸附时，一方面可能与硅酸盐产生络合作用，另一方面由于粘土矿物晶层与晶层之间是以分子引力相结合，Cd离子可以进入层间与SiO^-发生络合作用产生沉淀。

本发明的积极效果在于：以石灰石、海泡石、膨润土岩矿材料为原料研发的土壤溶液、地表水和地下水体Cd修复剂，具有持续原位处理多种重金属污染物的能力、比单一修复剂修复效果好、且资源丰富，易操作、性价比较高等优点，适合大面积的推广应用，因此本发明在重金属污染的地表水、地下水、土壤溶液及土壤中都有着广泛的应用前景。

具体实施方式

以下以具体的实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不仅限于此。

实施例1

　　选取宁乡县喻家坳乡神武石灰厂采集的石灰石，石门县新岗村二组采集的海泡石，桃源县马宗岭镇木槎村采集的膨润土。样品采集后，集中晾干至其含水率小于或等于1%，以保持各组份原材料的固有活性，将选取的岩矿材料研磨，过20-60目筛。

将石灰石20kg、海泡石10 kg、膨润土2 kg、石英砂68kg投入搅拌仓，搅拌3分钟，至原料充分混合均匀，制备修复剂100kg装袋储存，经检验后用于用于水体Cd污染的修复。

实施例2：选取宁乡县喻家坳乡神武石灰厂采集的石灰石，石门县新岗村二组采集的海泡石，桃源县马宗岭镇木槎村采集的膨润土。样品采集后，集中晾干至其含水率小于或等于1%，以保持各组份原材料的固有活性，将选取的岩矿材料研磨，过20-60目筛。

将石灰石10kg、海泡石5kg、膨润土1 kg，石英砂34kg投入搅拌仓，搅拌3分钟，至原料充分混合均匀，制备修复剂50kg装袋储存，经检验后用于水体Cd污染的修复。

实验方法：

将石灰石、海泡石、膨润土以及石英砂，运用正交试验法设计不同的组配，填装入柱反应器中，采用企业排污水、污染地下水、模拟镉液三种Cd污染水，运行反应器，考察影响反应器处理效果的因素，确定最佳填充介质组配。

实验结果：

　　采用正交试验结果的直观分析法确定复合修复剂的最佳组配，即计算不同岩矿材料同一含量水平评价指标的均值，评价指标最值所代表的水平为该岩矿材料的最佳水平。评价指标有3个：出水镉浓度、出水pH和渗透系数。出水镉浓度值越小越好，出水pH以接近7.0最好，渗透系数越大越好。实际确定最佳组配时以出水镉浓度为主要评价指标，并综合考虑出水pH和渗透系数的影响。以出水镉浓度为评价指标获得的填充介质的最佳组配为：石灰石/海泡石/膨润土/石英砂=20/10/2/68（质量分数，%）。根据填充介质组配对处理液pH、渗透系数的影响规律推断，该配比的材料渗透系数在6.27~13.27m/d之间。处理液pH虽然在运行初期偏弱碱性，但运行一段时间后，pH值逐渐趋近并稳定于8，也在合理范围内。

实验数据：

利用制备的复合原矿修复剂，修复污染的地下水，Cd的初始含量为0.036mg/L，修复后超出检测下限<0.001mg/L，Cd的修复率在99%以上。

利用制备的复合原矿修复剂，修复污染的废水，Cd的初始含量为1mg/L，修复后Cd的含量为0.1-0.8ug/L之间，Cd的修复率在99%以上。

Claims (3)

1.一种镉污染复合岩矿修复剂，其特征在于：由石灰石、海泡石、膨润土、石英砂组成，各组分的重量比为：石灰石：海泡石：膨润土：石英砂为：15～25：5～15：1～3：65～70；

其中修复剂各组分重量百分数之和为100%；

所述石灰石，优选方解石的含量≥90%的石灰石岩矿；所述海泡石，优选海泡石的含量≥55%的海泡石岩矿；所述膨润土，优选蒙脱石的含量≥85%的膨润土岩矿。

2.根据权利要求1所述的一种镉污染复合岩矿修复剂的制备方法，其特征在于：它包括如下步骤：

第一步：选料：选取宁乡县喻家坳乡神武石灰厂的石灰石，石门县新岗村二组的海泡石，桃源县马宗岭镇木槎村的膨润土；

第二步：干燥：将岩矿自然风干至其含水率小于或等于1%，以保持各组份原材料的固有活性；

第三步：研磨过筛，将干燥的岩矿充分研磨，过20和60目筛，取粒径小于20目且大于或等于60目的材料；

第四步：配料：将石灰石、海泡石、膨润土及石英砂按重量比15～25：5～15：1～3：65～70的比例配料；

第五步：搅拌：搅拌各组份原料，搅拌均匀后装袋或储存，制得污染水体Cd修复剂。

3.根据权利要求2所述的一种镉污染复合岩矿修复剂的制备方法，其特征在于：第五步中的搅拌时间为3-5分钟，以使各组份充分混合均匀。