CN104070056B

CN104070056B - 一种重金属污染土壤的稳定化处理方法

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Publication number: CN104070056B
Application number: CN201410249288.6A
Authority: CN
Inventors: 张弛; 钟重; 孙璐; 冯一舰; 杨晓丹
Original assignee: Zhejiang Environmental Science Research and Design Institute
Current assignee: Zhejiang Environmental Science Research and Design Institute
Priority date: 2014-06-06
Filing date: 2014-06-06
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2034-06-06
Also published as: CN104070056A

Abstract

本发明公开了一种重金属污染土壤的稳定化处理方法，步骤为：(1)挖掘重金属污染土壤，晾晒干燥后投入球磨机，同时投加质量分数为0.4～1％的粘土矿物，进行球磨；(2)步骤(1)中的球磨结束后再向球磨机内添加质量分数为0.2～0.8％的钙盐和质量分数为0.02～0.2％的表面活性剂，球磨机内的土壤继续滚动碾磨10～20min，调节土壤含水率；(3)将步骤(2)处理后的土壤回填至基坑中，夯实。本发明针对目前重金属污染土壤修复技术药剂添加量大、易产生二次污染、稳定化效果不持久等问题，提出采用物理冲击、粘结的方法，将外源性的重金属污染物包裹稳定化于土壤团粒内部，减少重金属的释放，以达到稳定化的效果。

Description

一种重金属污染土壤的稳定化处理方法

技术领域

本发明涉及一种污染土壤无害化处理的方法，具体涉及重金属污染土壤的稳定化处理方法，属于土壤修复技术领域。

背景技术

随着工业化的不断加快，土地污染越来越严峻。重金属污染是土壤污染中的重要类型，其主要来自于采矿、冶炼、电镀、化工、电子和制革等行业的重金属污染排放。污染土壤的重金属主要包括汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)和类金属砷(As)等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的锌(Zn)、铜(Cu)、镍(Ni)等元素，毒性金属元素可以通过粉尘、饮用水等与人体产生接触，也可以通过食物链对人类造成健康危害。

重金属稳定化技术是一种常用的重金属污染土壤处理技术，通过对土壤的处理阻碍毒性重金属在环境中的扩散，减少其对人体的暴露可能，从而达到降低环境风险的效果。

稳定化技术由于其适用范围广、工艺简单、易操作等特点，在重金属污染场地修复领域具有广泛的应用价值。常见的重金属污染土壤污染稳定化技术通常通过化学药剂的添加，将重金属转化为稳定性较高的形态，降低其移动性和可能带来的健康风险。

例如，公告号为CN102876330A的中国发明专利申请文献公开了一种重金属污染土壤修复用固化剂、重金属污染土壤修复方法。其中，重金属污染土壤修复用固化剂包含硫铝酸盐水泥。固化剂还可以进一步添加含有活性二氧化硅的组合物和生石灰。硫铝酸盐水泥与被重金属污染的土壤混合后：首先，硫铝酸盐水泥中的硫铝酸钙与水反应形成单硫型水合硫铝酸钙，然后重金属化合物化学键发生断裂，重金属与钙矾石中原子进行化学键的重组，金属原子在空间上被束缚在晶格内，而不易析出。这样就达到了固化重金属的目的，减少了重金属的浸出毒性。

公告号为CN102965116A的中国发明专利申请文献公开了一种重金属稳定剂及用其处理重金属污染土壤的方法，重金属稳定剂的原料的重量百分比为：磷酸盐40～50％；膨润土20～25％；氟磷灰石25～30％；氯化钠/氯化钾4～6％。用上述重金属稳定剂处理污染土壤时，将所述重金属稳定剂与水混合成悬浊液，将所述悬浊液加入所述重金属污染土壤中，充分混合。

化学药剂稳定化具有较快速的稳定化效果，但大量化学药剂的添加易导致二次污染的产生，如以氢氧化钙作为稳定化药剂，容易导致土壤及地下水的碱化；以磷酸盐作为稳定化药剂，容易导致周边水体的富营养化。另外化学稳定化在外界环境条件改变时(氧化还原电位、pH等)，也易导致污染物的重新溶出。

发明内容

本发明提供了一种重金属污染土壤的稳定化处理方法，针对目前重金属污染土壤修复技术药剂添加量大、易产生二次污染、稳定化效果不持久等问题，提出采用物理冲击、粘结的方法，将外源性的重金属污染物包裹稳定化于土壤团粒内部，减少重金属的释放，以达到稳定化的效果。

一种重金属污染土壤的稳定化处理方法，包括如下步骤：

(1)挖掘重金属污染土壤，晾晒干燥后投入球磨机，同时投加质量分数为0.4～1％的粘土矿物，进行球磨；

(2)步骤(1)中的球磨结束后再向球磨机内添加质量分数为0.2～0.8％的钙盐和质量分数为0.02～0.2％的表面活性剂，球磨机内的土壤继续滚动碾磨10～20min，调节土壤含水率；

(3)将步骤(2)处理后的土壤回填至基坑中，夯实。

步骤(1)中投加质量分数为0.4～1％的粘土矿物是指投加占重金属污染土壤质量0.4～1％的粘土矿物；步骤(2)中添加质量分数为0.2～0.8％的钙盐是指添加占重金属污染土壤0.2～0.8％的钙盐；步骤(2)中添加质量分数为0.02～0.2％的表面活性剂是指添加占重金属污染土壤0.02～0.2％的表面活性剂。

本发明采用物理稳定化的方式，通过设计合理的稳定化处理程序，实现对重金属污染土壤的稳定化。球磨过程能够对土壤进行冲击和拌合，使得土壤颗粒发生破碎、聚合等过程，粘土矿物的添加能够增加土壤的吸附和离子交换能力。钙盐和表面活性剂的添加可以进一步加强土壤颗粒的团聚作用，减少了污染物在活性表面的分配，且形成的团粒结构，能够在环境中保持长期稳定，达到了长期稳定化的效果。

作为优选，所述粘土矿物为膨润土、海泡石或硅藻土，粒径小于0.02μm；进一步优选为膨润土。

作为优选，步骤(1)中的球磨时的参数为：桶体转速为15～25r/min；球土重量比为0.5～2；物料停留时间为0.5～3h；进一步优选地，桶体转速为15～20r/min；球土重量比为1～1.5；物料停留时间为2～3h。

步骤(1)中粘土矿物的添加量进一步优选为0.4～0.8％；步骤(2)中钙盐的添加量进一步优选为0.2～0.5％，表面活性剂的添加量进一步优选为0.02～0.1％。

作为优选，所述钙盐为硫酸钙、碳酸钙或氧化钙。

作为优选，所述表面活性剂为烷基苯磺酸钠和三乙醇胺。

所述钙盐和表面活性剂的进一步优选组合为0.2～0.5％的硫酸钙和0.02～0.1％的三乙醇胺；最优选为0.5％的硫酸钙和0.05％三乙醇胺。

作为优选，将步骤(2)调节土壤含水率至土壤最大持水量的30％～50％。

作为优选，将步骤(2)处理后的土壤回填至基坑中，通过分层压实将基坑内的土壤夯实，其压实度应大于93％。

现有重金属污染土壤以球磨机为基础进行稳定化时，球磨的目的是通过物理冲击和筒体加热带来的高能量，加速土壤中硅酸盐矿物的形成，其采用了高能球磨的设备。因此，该类稳定化反应过程需维持较高能量的反应状态，需要保证反应的温度和物理冲击强度，同时也需要较高的能耗。

而本发明的处理方法中，采用球磨的目的是对土壤颗粒产生破碎和聚合效果，使得土壤颗粒表面的外源重金属进入土壤颗粒内部，再通过添加物理和化学粘结剂的方式使得土壤处于一种稳定的团粒聚合状态，因此在球磨参数选择上，采用了中低转速的球磨方案，且不需要对反应温度条件进行控制，同时辅助添加少量促进吸附、聚合的药剂，即可以达到较佳的稳定化效果。因此，上述工艺参数的优选是基于该基础进行优化设计，在上述工艺参数优选组合下，对各类重金属污染土壤的处理效果极佳。

进一步优选地，重金属污染土壤的稳定化处理方法，包括如下步骤：

(1)挖掘重金属污染土壤，晾晒干燥后投入球磨机，同时投加质量分数为0.4～0.8％的粘土矿物，进行球磨；

所述粘土矿物为膨润土、海泡石或硅藻土，粒径小于0.02μm；球磨时的参数为：桶体转速为15～20r/min；球土重量比为1～1.5；物料停留时间为2～3h；

(2)步骤(1)中的球磨结束后再向球磨机内添加质量分数为0.2～0.5％的钙盐和质量分数为0.02～0.1％的表面活性剂，球磨机内的土壤继续滚动碾磨15～20min，调节土壤含水率至土壤最大持水量的30％～50％；

所述钙盐为硫酸钙、碳酸钙或氧化钙；所述表面活性剂为烷基苯磺酸钠和三乙醇胺；

(3)将步骤(2)处理后的土壤回填至基坑中，通过分层压实将基坑内的土壤夯实，其压实度大于93％。

最优选地，包括如下步骤：

(1)挖掘重金属污染土壤，晾晒干燥后投入球磨机，同时投加质量分数为0.8％的粘土矿物，进行球磨；

所述粘土矿物为膨润土，粒径小于0.02μm球磨时的参数为：桶体转速为20r/min；球土重量比为1；物料停留时间为2h；

(2)步骤(1)中的球磨结束后再向球磨机内添加质量分数为0.5％的钙盐和质量分数为0.05％的表面活性剂，球磨机内的土壤继续滚动碾磨15min，调节土壤含水率至土壤最大持水量的40％；

所述钙盐为硫酸钙；所述表面活性剂为三乙醇胺；

本发明中所述百分数如无特殊说明均指质量百分数。

本发明的方法尤其对重金属铅、镍和铬污染的土壤处理效果显著。

本发明的稳定化处理方法具有如下有益效果：

稳定化处理方法，工艺简单，成本低廉，且由于仅拌入了少量的添加剂，几乎没有增容、增重作用，是一种环保有效的重金属污染土壤处理技术。

具体实施方式

下面将选取两种不同来源的重金属污染土壤，依照本发明的具体实施方式，给与进一步的说明。

实施例1

采用某粉沙质土壤模拟配制污染土壤，土壤中铅的含量约为3219mg/kg，经长期老化后用于模拟试验，其SPLP法(硫酸-硝酸浸出法)浸出的铅浓度为62.8mg/L。

采用实验室用球磨机(XMG-150×50)对其进行处理，添加0.8％膨润土(粒径小于2μm)，筒体转速为20r/min，球土重量比为1:1，球磨2h，再添加0.5％硫酸钙和0.05％的三乙醇胺，再进行球磨15min，调节土壤含水率至土壤最大持水量的40％。

经过处理后的土壤其SPLP法浸出的铅浓度为10.5mg/L，回填至基坑中，通过分层压实将基坑内的土壤夯实，其压实度大于93％，其稳定化率达到83％。

实施例2

采用某粉沙质土壤模拟配制污染土壤，土壤中铅的含量约为3219mg/kg，经长期老化后用于模拟试验，其SPLP法浸出的铅浓度为62.8mg/L。

采用实验室用球磨机对其进行处理，添加0.4％膨润土(粒径小于2μm)，筒体转速为15r/min，球土重量比为2:1，球磨0.5h，再添加0.8％硫酸钙和0.03％的三乙醇胺，再进行球磨20min，调节土壤含水率至土壤最大持水量的50％。

经过处理后的土壤其SPLP法浸出的铅浓度为12.5mg/L，回填至基坑中，通过分层压实将基坑内的土壤夯实，其压实度大于93％，其稳定化率达到80％。

实施例3

采用实验室用球磨机对其进行处理，添加1％膨润土(粒径小于2μm)，筒体转速为25r/min，球土重量比为0.5:1，球磨1h，再添加0.2％硫酸钙和0.02％的三乙醇胺，再进行球磨10min，调节土壤含水率至土壤最大持水量的30％。

经过处理后的土壤其SPLP法浸出的铅浓度为11.5mg/L，回填至基坑中，通过分层压实将基坑内的土壤夯实，其压实度大于93％，其稳定化率达到81.7％。

实施例4

采用实验室用球磨机对其进行处理，添加0.8％海泡石(粒径小于2μm)，筒体转速为20r/min，球土重量比为1:1，球磨2h，再添加0.3％碳酸钙和0.2％的烷基苯磺酸钠，再进行球磨15min，调节土壤含水率至土壤最大持水量的40％。

经过处理后的土壤其SPLP法浸出的铅浓度为11.8mg/L，回填至基坑中，通过分层压实将基坑内的土壤夯实，其压实度大于93％，其稳定化率达到81％。

实施例5

采用实验室用球磨机对其进行处理，添加0.4％硅藻土(粒径小于2μm)，筒体转速为20r/min，球土重量比为1:1，球磨3h，再添加0.5％氧化钙和0.1％的烷基苯磺酸钠，再进行球磨15min，调节土壤含水率至土壤最大持水量的40％。

经过处理后的土壤其SPLP法浸出的铅浓度为13.5mg/L，回填至基坑中，通过分层压实将基坑内的土壤夯实，其压实度大于93％，其稳定化率达到78.5％。

实施例6

取得某电镀厂污染土壤，其表层土壤中的污染物主要为镍和铬，将污染土壤充分混匀后测得土壤样品中铬、镍浓度分别为2448mg/kg、124mg/kg。其TCLP法浸出的浸出液浓度为铬63.8mg/L、镍5.3mg/L。

选择添加0.5％硅藻土，采用工业小型球磨机(WSM-60)对其进行球磨，球磨机设置参数：桶体转速为20r/min、球土重量比为1、物料停留时间为1h。第一次球磨结束后再添加0.3％氧化钙和0.05％的烷基苯磺酸钠，再进行球磨15min，调节土壤含水率至土壤最大持水量的40％。

经过处理后的土壤其SPLP法浸出的浓度铬18.2mg/L、镍1.4mg/L，回填至基坑中，通过分层压实将基坑内的土壤夯实，其压实度大于93％，其稳定化率分别达到71％和74％。

实施例7

选择添加0.8％硅藻土，采用工业小型球磨机对其进行球磨，球磨机设置参数：桶体转速为15r/min、球土重量比为1.5、物料停留时间为2h。第一次球磨结束后再添加0.5％氧化钙和0.1％的烷基苯磺酸钠，再进行球磨20min，调节土壤含水率至土壤最大持水量的30％。

经过处理后的土壤其SPLP法浸出的浓度铬19.4mg/L、镍1.6mg/L，回填至基坑中，通过分层压实将基坑内的土壤夯实，其压实度大于93％，其稳定化率分别达到69.6％和70％。

实施例8

选择添加1％硅藻土，采用工业小型球磨机对其进行球磨，球磨机设置参数：桶体转速为25r/min、球土重量比为2、物料停留时间为3h。第一次球磨结束后再添加0.8％氧化钙和0.3％的烷基苯磺酸钠，再进行球磨20min，调节土壤含水率至土壤最大持水量的50％。

经过处理后的土壤其SPLP法浸出的浓度铬19.1mg/L、镍1.5mg/L，回填至基坑中，通过分层压实将基坑内的土壤夯实，其压实度大于93％，其稳定化率分别达到70％和71.7％。

Claims

1.一种重金属污染土壤的稳定化处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)挖掘重金属污染土壤，晾晒干燥后投入球磨机，同时投加质量分数为0.4～1％的粘土矿物，进行球磨；所述粘土矿物为膨润土、海泡石或硅藻土，粒径小于0.02μm；所述重金属污染土壤为铅、镍或铬污染土壤；

(2)步骤(1)中的球磨结束后再向球磨机内添加质量分数为0.2～0.8％的钙盐和质量分数为0.02～0.2％的表面活性剂，球磨机内的土壤继续滚动碾磨10～20min，调节土壤含水率；所述表面活性剂为烷基苯磺酸钠或三乙醇胺；

(3)将步骤(2)处理后的土壤回填至基坑中，夯实。

2.根据权利要求1所述重金属污染土壤的稳定化处理方法，其特征在于，步骤(1)中的球磨时桶体转速为15～25r/min。

3.根据权利要求1所述重金属污染土壤的稳定化处理方法，其特征在于，步骤(1)中的球磨时球土重量比为0.5～2。

4.根据权利要求1所述重金属污染土壤的稳定化处理方法，其特征在于，步骤(1)中的球磨时物料停留时间为0.5～3h。

5.根据权利要求1所述重金属污染土壤的稳定化处理方法，其特征在于，所述钙盐为硫酸钙、碳酸钙或氧化钙。

6.根据权利要求1所述重金属污染土壤的稳定化处理方法，其特征在于，将步骤(2)调节土壤含水率至土壤最大持水量的30％～50％。

7.根据权利要求1所述重金属污染土壤的稳定化处理方法，其特征在于，将步骤(2)处理后的土壤回填至基坑中，通过分层压实将基坑内的土壤夯实，其压实度应大于93％。