CN104498045A - 一种适用于铬污染土壤及水体沉积物的稳定化/固化修复药剂 - Google Patents

一种适用于铬污染土壤及水体沉积物的稳定化/固化修复药剂 Download PDF

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Abstract

一种适用于铬污染土壤及水体沉积物的稳定化/固化修复药剂，本发明的修复药剂由化学试剂硫酸亚铁和工业原料生石灰组成，其中硫酸亚铁与生石灰用量及比例根据土壤中六价铬的污染程度而定，应用实例表明，对于六价铬污染土壤具有较好的修复效果。本发明通过生石灰替代部分硫酸亚铁，既可以减少化学试剂硫酸亚铁的用量，降低硫酸根离子对混凝土地基腐蚀的不利影响；且利用生石灰和水反应生成氢氧化钙促进六价铬生成氢氧化铬沉淀，避免三价铬再次向六价铬转换；同时利用生石灰的固化胶结作用，使污染土壤硬化降低其浸出毒性。可广泛应用处理不同浓度六价铬污染土壤，在保证修复效果的基础上，显著降低了成本和二次污染。

Description

一种适用于铬污染土壤及水体沉积物的稳定化/固化修复药剂
技术领域
本发明涉及一种适用于铬污染土壤及水体沉积物的稳定化/固化修复药剂，具体是一种由不同含量和配比的硫酸亚铁和生石灰组成的适用于不同程度铬污染的稳定化/固化修复药剂。
背景技术
六价铬是一种重金属污染物，可通过消化、呼吸道、皮肤及粘膜侵入人体，六价铬化合物在体内具有致癌作用，短期大剂量的接触，在接触部位会产生不良后果，包括溃疡、鼻黏膜刺激和鼻中隔穿孔。鉴于铬的危害性致癌性，必须对铬污染土壤实施措施进行修复。稳定化/固化修复技术是土壤重金属污染常用的修复技术。其中，稳定化技术是指从污染物的有效性出发，通过形态转化，将污染物转化为不易溶解、迁移能力或毒性更小的形式来实现无害化，以降低其环境风险及健康风险；固定化技术是将污染物封入特定的晶格材料中，或在其表面覆盖渗透性低的材料，通过减少污染物暴露的面积达到限制污染物迁移的目的。
固化技术具有工艺操作简单、价格低廉、固化剂易得等优点。化学药剂稳定化技术，可以在实现无害化的同时，达到土壤少增容或不增容，从而提高土壤修复工程的总体效率和经济性；还可以通过改进螯合剂的结构和性能使其与废物中的重金属等成分之间的化学螯合作用得到强化，进而提高稳定化产物的长期稳定性，减少最终处置过程中稳定化产物对环境的影响。
土壤自然环境中的铬主要以三价铬和六价铬两种形态存在，三价铬不易迁移且毒性低，对环境的危害相对较小，而六价铬易溶于水、移动性强、且毒性比三价铬大10～100倍。稳定化/固化治理六价铬污染主要是改变铬在土壤中的存在形态，将毒性强的六价铬还原为毒性低的三价铬，并通过固化作用降低其在环境中的迁移能力和生物可利用性，达到污染土壤的无害化处理。在稳定化/固化修复铬污染土壤技术中，修复药剂决定着修复效果的好坏，因此合理选择稳定化/固化药剂对于修复效果起着关键的作用。
发明内容
本发明是一种适用于铬污染土壤和水体沉积物的修复药剂，由工业副产品硫酸亚铁和工业原料生石灰组成，硫酸亚铁与生石灰用量及比例根据土壤中六价铬的污染程度而定，该药剂可用于不同浓度的铬污染土壤及水体沉积物的稳定化/固化修复。
自然界中六价铬以铬酸跟(CrO42-)和重铬酸跟（Cr2O72-）存在，两者之间可以相互转化，反应如式1所示。本药剂在土壤修复过程中，首先通过硫酸亚铁的还原作用将六价铬还原为三价铬，其反应如式2所示，生石灰与水生成氢氧化钙，氢氧化钙显碱性，其电离的氢氧根离子与三价铬反应生成氢氧化铬沉淀，如式4所示。生石灰与水反应放出大量热加快六价铬与硫酸亚铁的反应，氢氧化铬沉淀的产生促进六价铬向三价铬转化，从而提高了六价铬的修复效率。
2CrO4 2-+2H+ ? Cr2O7 2- + H2O                 式1
Cr2O72-+6Fe2++14H+ = 2Cr3++6Fe3++7H2O       式2
CaO+H2O = Ca(OH)2                         式3
Cr3++3OH- = Cr(OH)3↓                      式4
从氧化还原电位上看，在酸性溶液中，亚铁离子得电子生产铁单质的氧化还原电位为-0.447；在碱性溶液中，亚铁离子以氢氧化亚铁形势存在，得电子生成单质铁的氧化还原电位为-0.89，则亚铁在碱性溶液中得电子能力弱，反之失电子能力强，因此，亚铁离子在碱性条件还原性更强。
在酸性溶液中 Fe2+＋2e- ? Fe(s)           -0.447
在碱性溶液中Fe(OH)2(s) + 2e? ? Fe(s) + 2?OH?       ?0.89
与现有的稳定化/固化修复药剂相比，本发明所提供的稳定化/固化修复药剂具有以下突出的优点：
（1）还原效率高，修复效率高，一方面，生石灰产生碱性环境，使亚铁离子在碱性条件下还原性更强，提高了修复效率，另一方面，生石灰溶于水并与三价铬反应生成氢氧化铬沉淀，促进稳定化反应的进行，从而提高了修复效率；
（2）避免土壤酸化，加入生石灰与硫酸亚铁可以中和作用，避免修复后的土壤呈强酸性或强碱性。从而避免土壤酸化。
（3）反应迅速，修复时间短。生石灰与水反应释放大量的热，加快反应速度，缩短了修复时间。
（4）化学试剂用量少，二次污染小。在保证还原效率的同时减少了硫酸亚铁的用量，降低硫酸亚铁对土壤理化性质的不利影响，减少化学试剂的使用量，二次污染小。
（5）简便易行，适用范围广，通过调整硫酸亚铁和生石灰的添加量及比例，可以适用于不同浓度的铬污染土壤。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
污染土壤取自某铬盐厂的表层覆土，土壤取样后于阴凉处铺开晾干后过100目筛储存备用，依据NY/T52-1987土壤水分测定法测定土壤含水率，依据《固体废物 六价铬的测定 碱消解/火焰原子吸收分光光度法》（HJ687-2014）测定污染土壤的六价铬浓度；依据《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》（HJ/T 300-2007）对污染土壤进行浸出，并根据《水质 总铬的测定 高锰酸钾氧化二苯碳酰二肼分光光度法/硫酸亚铁铵滴定法》（GB7466-87）测定浸出液总铬的浓度。经测定污染土壤的基本性质如表1所示，其中污染土壤中六价铬的浓度为6036.45mg/kg，总铬浸出浓度为289.11mg/kg。
表1.土壤基本理化性质
含水率 土壤六价铬浓度(mg/kg) 土壤总铬浸出浓度(mg/l)
0.304 6036.45 289.11
修复实验中硫酸亚铁及生石灰添加量，各稳定化/固化修复实验对应的修复后六价铬浓度及总铬浸出浓度如表2所示。
表2  各试剂实验稳定后土壤修复效果的对比
实验编号 FeSO4用量（g） 生石灰用量（g） 修复后六价铬浓度（mg/kg） 六价铬去除效率（%） 修复后土壤总铬浸出浓度（mg/l） 总铬稳定效率η(%)
 1 5.00 0 921.27 84.74% 86.28 70.16%
 2 7.00 0 515.26 91.46% 60.19 79.18%
 3 10.00 0 226.33 96.25% 40.71 85.92%
 4 12.00 0 283.15 95.31% 51.56 82.17%
5 0 7.00 1525.74 67.05% 114.81 60.29%
6 3.50 3.50 1029.46 82.95% 121.42 58.00%
7 4.67 2.33 722.98 88.02% 96.98 69.91%
8 5.60 1.40 260.17 95.69% 84.20 70.88%
总铬的稳定效率采用下列公式进行计算：
式中，η为稳定效率(%)；c0为稳定前土壤中浸出液中总铬浓度（mg/l）；cs为稳定后土壤中浸出液中总铬浓度（mg/l）。
通过表2可以看出，只采用硫酸亚铁为修复药剂时，随着硫酸亚铁用量的升高，六价铬去除效率和总铬的稳定效率均升高，在硫酸亚铁添加量为10.00g时达到最高，为96.25%，和85.92%，在硫酸亚铁用量为7.00g时，六价铬的去除效率大于90%。只采用生石灰为修复药剂时，加入7.00g生石灰，六价铬去除效率为67.05%，总铬的稳定效率为60.29%，修复效果较差。保持修复药剂总量为7.00g不变，调整硫酸亚铁与生石灰的比例分别为1:1；2:1；3:1开展实验，当硫酸亚铁与生石灰添加量之比为3：1时，六价铬去除效率和总铬稳定效率为最高，分别为95.69%，70.88%。从结果可以看出，修复药剂总量不变，由硫酸亚铁和生石灰组成的混合药剂，六价铬的修复效率可达90%以上，总铬稳定效率可达70%以上。因此，本发明的药剂，可在一定程度上减少化学试剂的用量，并保持较高的修复效率和稳定效率。
从实施例看出，本发明所提供的适用于铬污染土壤修复的稳定化/固化药剂，具有环保高效，经济易行的优点，相比传统修复药剂具有明显的优势。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种适用于铬污染土壤及水体沉积物的稳定化/固化修复药剂，由工业副产品硫酸亚铁和工业原料生石灰组成。
2.根据权利要求1所述的一种适用于铬污染土壤及水体沉积物的稳定化/固化修复药剂，其特征在于，修复药剂由硫酸亚铁和生石灰组成，药剂的组分比例根据土壤中六价铬的污染浓度而定。
3.根据权利要求1所述的一种适用于铬污染土壤及水体沉积物的稳定化/固化修复药剂，其特征在于，在实施的土壤修复工程时，可通过调整修复药剂的添加方式和顺序，以适用不同类型不同污染浓度的铬污染土壤。
4.根据权利要求1所述的一种适用于铬污染土壤及水体沉积物的稳定化/固化修复药剂，其特征在于，可配合其他传统土壤稳定化/固化药剂以改善修复效果。
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