CN104368592B - 一种砷污染土壤变周期性复合修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于土壤修复技术领域，具体涉及一种砷污染土壤变周期性复合修复方法，主要包括如下步骤：移栽蜈蚣草形成制备修复层，同时对土壤进行电化学修复，修复一周期后，收割蜈蚣草进行检测，根据检测结果判断修复完毕或重新进行电化学修复或进行自然修复。本发明方法中每一步骤紧密相连，根据检测值判断周期循环方式，避免不必要的时间及成本浪费；修复装置设备安排紧凑，实时调节土壤和电极室的PH，由自动控制装置调节酸、碱液储罐配比，稳定性高，灵活性强，可根据检测结果改变周期循环方式，对砷修复彻底，最终修复可达98%以上。

Description

一种砷污染土壤变周期性复合修复方法

技术领域

本发明属于土壤修复技术领域，具体涉及一种砷污染土壤变周期性复合修复方法。

背景技术

我国是砷污染较严重的国家之一，砷污染除了来自化工及农业生产之外，更有大量砷来自二战后日本侵华战争遗弃埋于土下化学武器。砷是一种致癌、致畸元素，污染水体及土壤会给人类及生态环境造成巨大威胁，因此我国较早开展了各类除砷的研究。

常用的砷污染土壤的修复技术主要包括以下几种：

1、稳定固化法:先分析处理的污染物质的污染程度，再配比针对性的治理药剂，把受砷污染的土壤与配比好的药剂10~30%混合,加入混炼水在搅拌机内搅拌3~5分钟,排出养生3~5天分级利用。这样可以把重金属包裹在结晶内。

2、工程措施法：工程措施主要包括客土、换土和深耕翻土等。换土就是把污染土壤取走，换入新的干净土壤。客土法是向污染土壤内加入大量的干净土壤，覆盖在表层或混匀，使污染物浓度降低。翻土可以使聚集在表层的污染物分散到深层，达到稀释和自处理的目的。

3、物理化学修复法:物理化学修复主要包括了土壤淋洗法、玻璃化法、电化学法等。土壤淋洗法利用淋洗剂淋洗污染土壤，使土壤固相中的重金属转移到土壤液相中，降低污染物毒性。玻璃化法是在现场使用电加热，将污染土壤熔化，冷却后形成化学惰性的、非扩散的坚硬玻璃体技术。电化学法是利用外加电场所产生的动电效应驱动土壤中的污染物沿电场方向定向迁移。富集的污染物可在电极区得到集中处理或分离。对于渗透性不高，传导性差的粘性土壤中的砷，根据电流能破坏金属-土壤键的原理，可应用电化学法予以去除。

4、植物修复法:植物修复是利用某种植物来净化受重金属及/或有机污染物如原油、溶剂以及聚合碳氢化学物污染的土壤、沉淀和水体。植物修复按其修复的机理和过程可分为植物萃取、植物固定、植物挥发、根系过滤、植物降解。其中,植物萃取是指利用植物根系吸收土壤污染物质并运送至植物地上部,通过收割地上部物质而达到去除土壤中污染物的一种法。

上述的污染处理方法各有优点，但是也均存在一定的缺陷，就是修复方式单一，只能针对某一特定污染浓度的砷污染情况进行有效处理，一旦超出其相应的处理能力，则处理效果大为减弱。同时，在采用了特定的修复方法后，应变能力较差，对于再次污染等新的情况无法应对，造成修复效率下降，投入较大修复效果有限。而像工程措施法等，转运土壤还易造成二次污染。

发明内容

发明所要解决的技术问题

本发明的目的在提供一种砷污染土壤变周期性复合修复方法，以解决上述土壤修复中修复效率较低、投入较大、修复效果差、应变能力差的问题，针对性的解决土壤中的砷污染问题。

技术方案

为达到上述目的，本发明提供的砷污染土壤变周期性复合修复方法，包括如下步骤：

步骤1、在待修复土壤区域的地表移栽蜈蚣草，形成植被修复层。

步骤2、电化学修复：

步骤2.1、在待修复土壤区域地下水上游方向布置阳极电极，地下水下游方向布置阴极电极，从而在待修复土壤区域形成修复电场。

步骤2.2、对待修复土壤区域进行表面活性剂喷淋，每次喷淋时间为12~16小时，两次喷淋之间间隔8小时。

步骤2.3、对阳极电极位置、阴极电极位置、待修复土壤区域分别喷淋PH调节剂，分别调节PH至中性。

步骤2.4、修复25~30天后，关闭修复电场，停止喷淋表面活性剂和PH调节剂；收割植被修复层的蜈蚣草，收割留茬5~10cm，获得蜈蚣草羽片，进入步骤3。

步骤3、修复结果检测：

检测蜈蚣草羽片中的砷浓度，并根据检测结果判定进入不同的修复周期。

若蜈蚣草羽片砷浓度小于等于10mg/kg，则完成砷污染土壤变周期性复合修复方法。

若蜈蚣草羽片砷浓度大于等于500mg/kg，则铲除待植被修复层中的蜈蚣草，返回步骤1重新进行修复。

若蜈蚣草羽片砷浓度大于10mg/kg且小于500mg/kg，则进入步骤4。

步骤4、自然修复：对步骤2.4收割过后的待植被修复层施用磷肥，让蜈蚣草生长25~30天后，再次收割待植被修复层中的蜈蚣草，收割留茬5~10cm，将收割后获得的蜈蚣草羽片，返回步骤3。

上述的砷污染土壤变周期性复合修复方法中，所述的表面活性剂为鼠李糖脂溶液，鼠李糖脂的含量为500~1000mg/L，淋洗量为0.1~0.5m³/(dim²)。

上述的砷污染土壤变周期性复合修复方法中，所述的PH调节剂包括碱溶液和酸溶液，碱溶液为质量分数为10%的NaOH和90%的CaO的混合液，酸溶液为乙酸。

上述的砷污染土壤变周期性复合修复方法中，步骤4中磷肥施用量为200kg/hm²。

有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

（1）本发明方法中每一步骤紧密相连，根据检测值判断周期循环方式，避免不必要的时间及成本浪费；修复装置设备安排紧凑，实时调节土壤和电极室的PH，由自动控制装置调节酸、碱液储罐配比，稳定性高。

（2）植物和电动的联合是一种两者相辅相成的方式，电场作用可以加强植物的根吸收，强化植物根部化学反应；同时，土壤中的电场作用阻力较大，有时污染物不能从阳极顺利迁移到阴极，因此植物根部可有效吸收污染物，无需要求污染物迁移到终点。同时辅以表面活性剂，可促进土壤中化学反应，加快植物根吸收速率。

（3）对待修复土壤进行喷淋，可提前湿润土壤，促进植物根系吸收。

（4）蜈蚣草选择性种植充分利用地下水流特征，保证修复效果的同时节省了大量成本。

（5）本发明可进行大范围修复，修复装置可设置多组并列在土壤中，配合植物修复，扩大修复范围，提高修复效率。

（6）本发明可通过智能自动控制系统实现自动化，人工只需对植物进行培育和收割，大大减少了人力资源，提高了自动化运行水平。

（7）本发明系统灵活性强，可根据检测结果改变周期循环方式，对砷修复彻底，最终修复可达98%以上。

附图说明

图1为本发明方法流程示意图。

图2为本发明砷污染土壤变周期性复合修复装置示意图。

示意图中的标号说明：1-电源、1-1阳极电极、1-2阴极电极、2-1-阳极缓冲溶液注射器、2-2-阴极缓冲溶液注射器、3-1-阳极室PH检测仪、3-2-阴极室pH检测仪、4-1-阳极室、4-2-阴极室、5-多孔隔板、6-pH检测仪、7-缓冲溶液喷淋器、8-1-酸储液罐、8-2-碱储液罐、9-1-第一单通道蠕动泵、9-2-第二单通道蠕动泵、10-1-第一自动控制装置、10-2-第二自动控制装置、11-1-第一多通道蠕动泵、11-2-第二多通道蠕动泵、12-储液罐、13-定时装置、14-真空泵、15-电压控制器、16-植被修复层、17-喷淋管网、18-空白区域。

图3为本发明植被修复层示意图。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，下面结合实施例和附图对本发明作详细描述。

实施例1

为更好的说明本发明的方法，本实施例中同时给出修复设备，结合修复设备对本发明的方法进行具体说明。

本实施例所用的修复设备如图2所示：装置包括电场发生模块、植被修复层、土壤PH调节模块和表面活性剂喷淋模块。还包括PH检测装置，对阳极室、阴极室和待修复土壤区域的PH进行检测。

如图3所示，植被修复层16可以采用选择性种植的方式，调查污染带砷污染浓度，根据地下水流特征及砷污染浓度分布以及电场分布情况选择性种植蜈蚣草，种植区域呈多组并排式交叉网状分布，由于电场作用，土壤中污染物随电场作用迁移，以此作为植被修复层16覆盖位置的定位依据，空白区域18为污染浓度较低的分布区域。

所述的电场发生模块包括电源1和设置在地面以下的阳极室4-1和阴极室4-2，阳极电极1-1、阴极电极1-2分别设置在阳极室4-1和阴极室4-2中，电场发生模块沿待修复土壤区域的地下水流方向布置，且阳极室4-1设置在地下水流方向的上游位置，阴极室4-2设置在地下水流方向的下游位置，形成的电场方向与地下水流方向基本一致，以达到更好的溶液扩散、修复效果。

所述的植被修复层16布置在待修复土壤区域的表层，修复植被为蜈蚣草。

所述的土壤PH调节模块对阳极室4-1、阴极室4-2和待修复土壤区域喷淋PH调节溶液；所述的土壤PH调节模块具体包括酸储液罐8-1、碱储液罐8-2、第一自动控制装置10-1、第二自动控制装置10-2、第一多通道蠕动泵11-1、阳极缓冲溶液注射器2-1、阴极缓冲溶液注射器2-2、第二多通道蠕动泵11-2和缓冲溶液喷淋器7，所述的酸储液罐8-1通过第一单通道蠕动泵9-1分别与第一自动控制装置10-1、第二自动控制装置10-2连通，碱储液罐8-2通过第二单通道蠕动泵9-2分别与第一自动控制装置10-1、第二自动控制装置10-2连通，第一自动控制装置10-1通过第一多通道蠕动泵11-1与阳极缓冲溶液注射器2-1、阴极缓冲溶液注射器2-2分别连通，第二自动控制装置10-2通过第二多通道蠕动泵11-2与缓冲溶液喷淋器7连通。

所述的表面活性剂喷淋模块对待修复土壤区域喷淋表面活性剂，具体包括储液罐12、定时装置13、真空泵14、喷淋管网17，所述储液罐12通过定时装置13连接至真空泵14，真空泵14与喷淋管网17连通。

第二控制装置10-2还与定时系统13连接，同时电源1加装电压控制器15，第二自动控制装置10-2与电压控制器15连接，通过第二自动控制装置10-2控制电压控制器15，进而控制电源1的开启与关闭，实现系统的自动化。

本实施例中，还设置了多孔隔板5，所述的多孔隔板5垂直布置在待修复土壤区域外周。如图2所示，还包括的PH检测装置包括阳极室PH检测仪3-1、阴极室PH检测仪3-2、PH检测仪6，阳极室PH检测仪3-1、阴极室PH检测仪3-2与第一自动控制装置连接10-1连接，PH检测仪6与第二自动控制装置连接10-2。

上述装置实现本发明的方法具体步骤如下：

步骤1、在待修复土壤区域移栽蜈蚣草，形成植被修复层16。优选在实验室苗圃培育蜈蚣草，培育方法如下：将蜈蚣草孢子叶置于培养皿中无菌培养，温度25℃，光照强度1500~2000Lx，光照培养时间10~12h/d，待发芽后转移到生根培养基，待生根后移栽到培养草炭土中，保鲜膜覆盖20d，保持湿润，待苗龄达到30~40天后，备用。

步骤2、电化学修复：

步骤2.1、打开电源1，电压控制器15控制电压梯度为3~5V/cm。

步骤2.2、储液罐12内的表面活性剂通过定时系统13控制经真空泵14输送至喷淋管网17进行喷淋，定时系统13设置为每喷淋每12~16小时，关闭8小时。喷淋贯穿整个电化学修复周期。

步骤2.3、第一自动控制装置10-1及第二自动控制装置10-2通过阳极室PH检测仪3-1、阴极室PH检测仪3-2、PH检测仪6分别测量获得阳极室4-1、阴极室4-2、待修复土壤区域中的pH检测值，并根据实时检测结果进行相应区域的PH值调节，保持PH值的平衡，基本在7左右。

通过土壤实时监测的pH值，第一自动控制装置10-1、第二自动控制装置10-2对酸、碱缓冲溶液配比进行计算，控制缓冲溶液酸储液罐8-1、碱储液罐8-2输送定量的缓冲溶液混合后，再分别通过第一多通道蠕动泵11-1、第二多通道蠕动泵11-2输送至待调节区域。

步骤2.4、修复25~30天后，修复完毕，关闭整个系统。收割植被修复层16中的蜈蚣草，收割留茬5~10cm，获得蜈蚣草羽片，进入步骤3。

步骤3、修复结果检测：

检测蜈蚣草羽片中的砷浓度，并根据检测结果判定进入不同的修复周期。

若蜈蚣草羽片砷浓度小于等于10mg/kg，则修复完成。

若蜈蚣草羽片砷浓度大于等于500mg/kg，则铲除待植被修复层16中的蜈蚣草，返回步骤1重新进行修复。

若蜈蚣草羽片砷浓度大于10mg/kg且小于500mg/kg，则进入步骤4。

步骤4、自然修复：对步骤2.4收割过后的待植被修复层16施用少量磷肥，用量约为200kg/hm²，让蜈蚣草生长25~30天后，再次收割待植被修复层16中的蜈蚣草，收割留茬5~10cm，将收割后获得的蜈蚣草羽片，返回步骤3。

上述的表面活性剂为鼠李糖脂，其浓度为待修复土壤区域中砷浓度的0.3~0.5，一般为500~1000mg/L，表面活性剂淋洗液的量为0.1~0.5m³/(dim²)。

碱储液罐中溶液为质量分数为10%的NaOH和90%的CaO的混合液，酸储液罐中溶液为乙酸。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种砷污染土壤变周期性复合修复方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1、在待修复土壤区域的地表移栽蜈蚣草，形成植被修复层；

步骤2、电化学修复：

步骤2.1、在待修复土壤区域地下水上游方向布置阳极电极，地下水下游方向布置阴极电极，从而在待修复土壤区域形成修复电场；

步骤2.2、对待修复土壤区域进行表面活性剂喷淋，每次喷淋时间为12~16小时，两次喷淋之间间隔8小时；

步骤2.3、对阳极电极位置、阴极电极位置、待修复土壤区域分别喷淋PH调节剂，分别调节PH至中性；

步骤2.4、修复25~30天后，关闭修复电场，停止喷淋表面活性剂和PH调节剂；收割植被修复层的蜈蚣草，收割留茬5~10cm，获得蜈蚣草羽片，进入步骤3；

步骤3、修复结果检测：

检测蜈蚣草羽片中的砷浓度，并根据检测结果判定；

若蜈蚣草羽片砷浓度小于等于10mg/kg，则完成砷污染土壤变周期性复合修复方法；

若蜈蚣草羽片砷浓度大于等于500mg/kg，则铲除待植被修复层中的蜈蚣草，返回步骤1重新进行修复；

若蜈蚣草羽片砷浓度大于10mg/kg且小于500mg/kg，则进入步骤4；

步骤4、自然修复：对步骤2.4收割过后的待植被修复层施用磷肥，让蜈蚣草生长25~30天后，再次收割待植被修复层中的蜈蚣草，收割留茬5~10cm，将收割后获得的蜈蚣草羽片，返回步骤3。

2.根据权利要求1所述的砷污染土壤变周期性复合修复方法，其特征在于：所述的表面活性剂为鼠李糖脂溶液，鼠李糖脂的含量为500~1000mg/L，淋洗量为0.1~0.5m³/(dim²)。

3.根据权利要求1所述的砷污染土壤变周期性复合修复方法，其特征在于：所述的PH调节剂包括碱溶液和酸溶液，碱溶液为质量分数为10%的NaOH和90%的CaO的混合液，酸溶液为乙酸。

4.根据权利要求1所述的砷污染土壤变周期性复合修复方法，其特征在于：步骤4中磷肥施用量为200kg/hm²。