CN105013812B - 一种快速修复农田重金属污染的技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速修复农田重金属污染的技术。本技术包括下列步骤：1）一浸洗：在重金属污染耕层土壤中灌注适量的清水并投加相应的重金属溶出剂，然后用旋耕机充分搅拌耕层土壤，充分静置2小时后抽取清液于重金属水处理器中进行净化处理；2）二漂洗：用适量的清水灌注土壤，并用旋耕机加以搅拌均匀，充分静置2小时后抽取清液于重金属水处理器进行净化处理；3）三补肥：在漂洗结束后，根据土壤养分情况，补施适量的有机肥及土壤调理剂。本发明技术可以一次性降低土壤中的主要重金属如镉、铅、铬等的浓度，一次性解决问题；产生的清洗废水经净化设备处理，浓度远低于国家标准，可以直接排放或者回用。

Description

一种快速修复农田重金属污染的技术

技术领域

本发明属于土壤污染防治领域，具体涉及一种快速修复农田重金属污染的技术。

背景技术

近三十年来，随着我国经济的发展，矿山、冶炼、印染、皮革、电镀、有色金属加工、电路板、电力等行业的快速发展，产生了大量的废气、废水和固体废弃物，这些含重金属的废弃物通过各种途径进入农田土壤中，造成了土壤重金属的含量超标，在这些土壤上生产出的农产品，其食用对人体健康构成了严重的威胁。

根据2014年环境保护部和国土资源部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》。调查结果显示，全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地土壤环境问题突出。全国土壤总的点位超标率为16.1%，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。南方土壤污染重于北方，长三角、珠三角、东北老工业基地等部分区域土壤污染问题较为突出，西南、中南地区土壤重金属超标范围较大。

从土地利用类型来看，耕地、林地、草地土壤点位超标率分别为19.4%、10%、10.4%。从污染类型看，以无机型为主，超标点位数占全部超标点位的82.8%，有机型次之，复合型污染比重较小。从污染物超标情况看，镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍8种无机污染物点位超标率分别为7%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%。

在调查的690家重污染企业用地及周边土壤点位中，超标点位占36.3%，主要涉及黑色金属、有色金属、皮革制品、造纸、石油煤炭、化工医药、化纤橡塑、矿物制品、金属制品、电力等行业。调查的工业废弃地中超标点位占34.9%，工业园区中超标点位占29.4%。

在调查的188处固体废物处理处置场地中，超标点位占21.3%，以无机污染为主，垃圾焚烧和填埋场有机污染严重。

调查的采油区中超标点位占23.6%，矿区中超标点位占33.4%，55个污水灌溉区中有39个存在土壤污染，267条干线公路两侧的1578个土壤点位中超标点位占20.3%。

此外，重金属镉污染加重，全国土地镉含量增幅最多超过50%。据调查结果显示，镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍这8种重金属为主的无机物的超标点位，占了全部超标点位的82.8%，其中又以镉污染占大头，达到7%。镉的含量在全国范围内普遍增加，在西南地区和沿海地区增幅超过50%，在华北、东北和西部地区增加10%~40%。

耕地土壤污染事关“米袋子”、“菜篮子”安全，与人民健康息息相关，要保住“舌尖上的安全”，首先就要保证土壤安全。而在土壤重金属污染的修复方法中，目前普遍采用的施用重金属固定剂、阻隔剂、土壤调理剂等方法，虽然可阻止或减少重金属向植物体的转移吸收，但终究不能减少土壤中的重金属含量，一旦土壤条件发生变化或受酸雨淋洗浸泡、微生物活动分解等影响，重金属难免不被激活。另一种植物修复方法，虽可收到有效减少土壤中重金属含量的效果，但需要较长时间，一批或多批次才能起作用，在目前耕地紧张的情况下，农户很难配合进行，况且种植收获植物的处理又是一个技术难题，而且处理费用不菲。

化学淋洗法是一种快速去除土壤重金属的方法，但由于淋洗液的处理及淋洗后对土壤理化性质的影响等问题没解决，以往的研究均限于实验室的模拟试验研究，难以在实际施工中应用。因此研发一套完整配套的快速洗土方法很有意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速修复农田重金属污染的方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种快速修复农田重金属污染的方法，包括下列步骤：

1）一浸洗：对待修复重金属污染土壤进行检测，依据需要修复的目标，在耕层土壤中灌注适量的清水并投加相应的重金属溶出剂，然后用旋耕机充分搅拌耕层土壤，充分静置后抽取清液于重金属水处理器中进行净化处理；

2）二漂洗：用适量的清水灌注土壤，并用旋耕机加以搅拌均匀，充分静置后抽取清液于重金属水处理器进行净化处理；重复上述漂洗步骤一次；

3）三补肥：在漂洗结束后，根据土壤养分情况，补施适量的有机肥及土壤调理剂。

优选的，步骤1）中在耕层土壤中灌注适量的清水，土水的质量比为1:（1.5～2.0）。

优选的，步骤1）中重金属溶出剂为氯化铁、氯化钠、氯化钙、柠檬酸、酒石酸、硝酸铵、草酸铵、磷酸二氢铵中的至少一种。

优选的，步骤1）中重金属溶出剂投加后，水中重金属溶出剂的总浓度为0.1mol/L～0.2mol/L。

优选的，步骤1）和2）中旋耕机对土壤进行充分搅拌后，土壤的静置时间不低于2小时。

优选的，步骤1）和2）中清液在重金属水处理器的净化处理步骤为除砂、调酸、重金属捕捉反应、絮凝反应、固液分离、污泥处理、清水外排。

优选的，清液在重金属水处理器的净化处理中使用重金属捕捉剂对重金属进行捕捉反应，所述重金属捕捉剂为高分子螯合剂。

优选的，所述污泥处理为污泥的水泥固化处理。

优选的，步骤2）中灌注土壤的清水用量以浸没耕层土面并高出20～30cm。

优选的，步骤3）中土壤调理剂为石灰、硅肥、硅钙镁肥中的至少一种。

本发明的有益效果是：

本发明技术可以一次性降低土壤中的主要重金属如镉、铅、铬等重金属的浓度，一次性解决问题；产生的清洗废水经净化设备处理，浓度远低于目前的地表水标准和农田灌溉水标准，可以直接排放或者回用。

本发明技术可在农闲时开展治理，不影响耕作，特别在我国人多地少的情况下更突显其治理价值；治理后生产的作物中的主要重金属浓度可以达到粮食安全标准；处理过程中溶出的重金属可在净化设备中沉淀和浓缩，并固化处理，避免了污泥造成第二次污染。

本发明处理成本低廉，设备齐全后，治理的费用主要在用工、发电、药剂和一些运输费用方面。

本发明技术真正做到了高效、低治理成本、一次性彻底解决野外田间土壤的重金属问题，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

本发明旨在提供一套可在野外田间快速去除农田耕作层土壤中的重金属的洗土方法（简称“一浸二漂三补”技术）。本发明利用目前我国农田普遍具有犁底层能防渗漏的特点，不会造成地下水污染。

应用实施例1

2014年11月，在广东翁源县新江镇上坝村受大宝山矿区重金属镉污染农田土壤上进行快速修复。

1、实施地土壤重金属污染状况及肥力调查

治理前对实施地农田土壤进行田间调查及采集土样进行分析，判断土壤重金属污染状况及提出治理目标，同时掌握土壤肥力养分情况。

经测量，该农田面积659m²（约为一亩地），耕层15cm，容量为1.1～1.3g/cm³，检测结果见表1（处理前土壤）。从表1中可知，处理前土壤主要是重金属镉超标(土壤重金属镉含量702µg.kg^-1)。土壤肥力偏低，酸性较强。

2、处理修复方案的制定

在调查的基础上制定洗土施工的技术及工作方案，确定处理过程中药物添加比例，包括重金属溶出剂及水处理过程中的调酸剂、重金属捕捉剂、絮凝剂投加量及洗土后肥力补充的肥料及调理剂用量等。

3、实施材料设备的准备

根据技术及工作方案准备相应的材料及设备。

4、实地施工

现场对农田土壤实施洗土技术施工处理。在施工的同时对移动式重金属水处理器中抽取清液水进行水质监测。

一浸洗：对该土壤进行处理，根据土壤的实际情况选择投加的重金属溶出剂为氯化铁、氯化钙的混合物，在耕层土壤中灌注适量的清水并投加重金属溶出剂，其中土水质量比例为1:(1.5～2.0），一亩地所灌注水总量约200 m³，所添加的重金属溶出剂在水中的最终浓度分别为0.1mol/L。投药后采用农用旋耕机充分搅拌土壤并静置2小时，然后用移动式重金属水处理器抽取清液并进行重金属去除净化处理，处理前浸出清液中重金属镉含量为65.07µg.L^-1，处理后的清水中重金属镉含量为0.49 µg.L^-1。

其中清液在移动式重金属水处理器中经过除砂、调酸、重金属捕捉反应、絮凝反应、固液分离、污泥处理、清水外排等净化处理。其中调酸是采用碱液调节浸出液的酸碱度以满足重金属捕捉反应的要求；采用高分子螯合剂作为重金属捕捉剂，其在常温下能与各种金属离子，如：镉、铬、汞、镍、铅等迅速反应，生成水不溶性的高分子螯合盐，并形成絮状沉淀，从而达到去除重金属离子的目的；继续投加高分子絮凝剂，进一步加快促进絮状沉淀物的形成，方便后面实现固液分离的目的；其后分离出的含有重金属的污泥经浓缩，并采用水泥固化处理（制作水泥砖），避免了污泥造成第二次污染的发生；处理后的清水可继续用于下面的处理。

二漂洗：在用重金属溶出剂浸洗处理后用清水漂洗土壤，漂洗的灌水量以在田间水面高于土面20～30cm为标准，采用旋耕机充分搅拌土壤并静置2小时，然后用移动式重金属水处理器（作用机理同上）抽取清液并进行重金属去除净化处理。第一遍处理前清液中镉含量为16.87 µg.L^-1，处理后的水中镉含量为0.65 µg.L^-1，处理后的清水可继续用于下面的处理。重复漂洗过程一次。第二遍处理结束后水中镉含量为0.61µg.L^-1，符合国家要求（国家灌溉水质标准为Cd≤5 µg.L^-1），可以直接排放或者回用。

三补肥：在漂洗结束后，根据土壤养分情况，施用有机肥（猪牛粪肥）和硅肥各450公斤。

整个施工共用时三天完成。

5、处理后土壤重金属含量及肥力的调查及评价

施工完成后，田间采集土壤样品进行土壤重金属及养分含量化验分析，评价土壤治理效果，同时对农作物收获物产质量进行跟踪化验分析，进一步作出土壤治理对农作物的效果评价。

对处理前和处理后的土壤样品进行化验分析，检测结果见表1。

表1、大宝山农田土壤重金属及养分含量情况表

从表1结果可知，经采用本发明技术处理后，土壤重金属含量有明显下降，重金属镉含量从处理前的702µg.kg^-1降至298 µg.kg^-1，处于土壤安全质量标准（≤300µg.kg^-1）以下，而经采用配套培肥措施后肥力有所提升，土壤酸碱度提升明显。

Claims (1)

1.一种快速修复农田重金属污染的方法，其特征在于，包括下列步骤：

1）一浸洗：对待修复重金属污染土壤进行检测，依据需要修复的目标，在耕层土壤中灌注适量的清水，其中土水的质量比为1:（1.5～2.0），并投加相应的重金属溶出剂氯化铁和/或氯化钙，控制水中重金属溶出剂的总浓度为0.1mol/L～0.2mol/L；然后用旋耕机充分搅拌耕层土壤，静置土壤，时间不低于2小时，抽取清液于重金属水处理器中进行净化处理；其中清液在重金属水处理器的净化处理步骤为除砂、调酸、使用高分子重金属螯合剂对重金属进行捕捉反应、继续投加高分子絮凝剂进行絮凝反应、固液分离、污泥的水泥固化处理、清水外排；

2）二漂洗：用适量的清水灌注土壤，清水浸没耕层土面并高出20～30cm，并用旋耕机加以搅拌均匀，静置土壤，时间不低于2小时，抽取清液于重金属水处理器进行净化处理；重复上述漂洗步骤一次；

3）三补肥：在漂洗结束后，根据土壤养分情况，补施适量的有机肥及土壤调理剂，土壤调理剂为石灰和/或硅肥。