CN106701088A - 一种用于修复重金属污染土壤的复合固化剂及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及土壤修复领域，具体涉及一种用于修复重金属污染土壤的复合固化剂及其应用方法。该复合固化剂由固化剂粉剂和固化剂液剂组成，其中固化剂粉剂由以下重量份的物质组成：水泥2～5份、活化钢渣粉1～2份、生石灰2～4份和磷酸盐1～2份，固化剂液剂为水玻璃。采用本发明的复合固化剂应用于修复受重金属污染的土壤，能持久有效地将土壤中的重金属污染物固化稳定化，具有修复效果好，稳定性强的优点。修复后的土壤中有效态重金属含量低于国家标准，具有不易开裂且不易出现“二次泥化”现象的优点。
Description
技术领域
本发明涉及土壤修复领域，具体涉及一种用于修复重金属污染土壤的复合固化剂及其应用方法。
背景技术
随着我国工矿业的不断发展，大量的重金属污染物排放到土壤环境中，造成了严重的土壤污染问题，社会经济可持续发展面临严峻的挑战。土壤重金属污染不仅会导致土壤中微生物和酶的活性降低，还会对周围水环境以及食物链产生持续的二次污染，严重影响人们的正常生产和生活。因此，对被重金属污染的土壤进行有效地修复是非常紧迫和有必要的。
当前土壤重金属污染修复技术主要包括电动力修复、土壤淋洗、生物修复以及固化稳定化修复。电动力修复法通过施加电场使土壤中重金属污染物产生定向迁移，从而达到修复土壤的目的，该方法绿色环保无二次污染，但存在耗能高、修复范围小且不适于酸性条件土壤修复等缺点；土壤淋洗是通过以水、表面活性剂溶液以及无机盐溶液作为淋洗液淋洗去除土壤中污染物的方法，该方法修复周期短，去除效率高，但对土壤理化性质有较大的改变，成本较高且可能产生二次污染；生物修复是当前研究的热点，但修复速率慢周期较长，难以得到大范围的推广；固化稳定化修复方法简单，成本低，效率高，具有较好的应用前景。然而，当前的土壤固化稳定化修复技术存在修复后稳定性差、易开裂，易出现“二次泥化”现象等问题，因此，研发新的土壤重金属污染修复固化剂及修复方法就显得非常有必要了。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术中的问题，提供一种用于修复重金属污染土壤的复合固化剂及其应用方法。采用本发明的复合固化剂应用于修复受重金属污染的土壤，能持久有效地将土壤中的重金属污染物固化稳定化，具有修复效果好，稳定性强的优点。修复后的土壤中有效态重金属含量低于国家标准，具有不易开裂且不易出现“二次泥化”现象的优点。
为达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：
一种用于修复重金属污染土壤的复合固化剂，该复合固化剂由固化剂粉剂和固化剂液剂组成，其中固化剂液剂为水玻璃，固化剂粉剂则由以下重量份的物质组成：
水泥2～5份、活化钢渣粉1～2份、生石灰2～4份和磷酸盐1～2份。
进一步地，所述水泥为硅酸盐水泥和铝酸盐水泥中至少一种。
进一步地，所述活化钢渣粉是按质量比钢渣：助磨剂=7.0～11：1混合并球磨10～30min而得到。
更进一步地，所述助磨剂为质量浓度为10～30g/L的醋酸钠、碳酸钠和硅酸钠水溶液中的至少一种。
进一步地，所述磷酸盐为磷酸氢钠、磷酸二氢钠、磷酸二氢铵的至少一种。
本发明所述的固化剂粉剂的制备方法为：将所述重量份的水泥、活化钢渣粉、生石灰、磷酸盐混合，搅拌均匀得到备用固化剂粉剂。
本发明还提供一种将上述复合固化剂应用于修复重金属污染土壤的方法，该应用方法包括以下步骤：
1）将需要修复的受金属污染的土壤进行开挖、破碎及筛分处理，得到细粒土壤；
2）将上述固化剂粉剂与步骤1）得到的细粒土壤按质量比为4～9：100-115的比例混合，搅拌均匀，搅拌过程中喷洒水至含水率达到15～25%，得到混匀土壤；
3）将上述固化剂液剂逐步加入到步骤2）中制得的混匀土壤中，持续搅拌，使固化剂液剂与混匀土壤充分混合，得到混合土壤；
4）向步骤3）中得到的混合土壤中洒水至含水率达到25～40%，静置5～8天，即可修复所述受重金属污染的土壤。
进一步地，所述步骤1）中筛分处理至细粒土壤的粒径小于15mm。
进一步地，所述步骤3）中按质量比所述固化剂液剂：细颗土壤=3～5：89～115。
本发明涉及一种用于修复重金属污染土壤的复合固化剂及其应用方法。本发明通过吸附、钝化和固化多重作用降低受污染土壤中重金属的生物活性、减少可淋溶量，避免重金属污染物对周边地表水和地下水产生持续的二次污染，阻隔重金属污染物进入到食物链中，降低对人体的毒害作用。
与现有技术相比，本发明具有如下的技术效果：
1）本发明所述复合固化剂制备工艺简单、成本低、稳定性强、修复效果好、能持久稳定地固化稳定化土壤中的重金属污染物，尤其是铅、锌、镉重金属污染物。
2）本发明固化剂通过联合物化吸附作用、钝化结晶作用和固化稳定化作用，多重作用相结合将土壤中的重金属污染物稳定固定化，显著降低重金属的淋溶性和生物活性，有效阻隔污染物通过食物链进入人体，从而达到污染土壤解毒的目的。
3）钢渣属于炼钢产生的副产物，将活化钢渣粉应用到土壤固化稳定化修复中不仅能提高修复效果，而且还属于以废治废，符合国家鼓励资源综合利用的要求。
4）本发明修复的污染土壤其固化稳定性好，不易开裂，不会出现“二次泥化”现象。
总之，本发明固化剂在修复土壤完成后其重金属污染物并不是简单的被吸附固定，而是在被吸附后通过进一步地晶化反应形成稳定的晶体结构。修复后的土壤结构密实、透水性低、抗压强度高、不易开裂和“二次泥化”，能达到长久固化稳定化修复重金属污染土壤的目的。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
试验选取湖南省郴州市某废铅锌矿弃冶炼厂场地进行试验研究，该处土壤主要存在铅、锌、镉重金属污染。试验采用《固体废物浸出毒性浸出方法 醋酸缓冲溶液法》(HJ/T300-2007)对处理前后土壤中的重金属污染物铅、锌、镉进行毒性浸出，石墨炉原子吸收分光光度法进行含量测定。修复前的土壤样品重金属铅、锌、镉浸出浓度如表1所示。
表1 土壤样品重金属初始浸出浓度（单位mg/L）
| 元素 | Pb | Zn | Cd |
| 浓度 | 89.4 | 218.3 | 1.2 |
实施例1
本发明一种用于修复重金属污染土壤的复合固化剂，它的制备过程如下：
1）将4份硅酸盐水泥、2份活化钢渣粉、3份生石灰、1份磷酸二氢铵混合，搅拌均匀得到备用复合固化剂粉剂；
2）以玻璃水作为备用复合固化剂液剂。
一种将上述复合固化剂应用于修复重金属污染土壤的方法，它包括以下步骤：
1）将需要修复的污染土壤进行开挖、破碎以及筛分处理，将细粒土壤运送至土壤修复专用场所；
2）用混合搅拌机将固化剂粉剂与细粒土壤按照质量比为8：105的比例混合，搅拌均匀，搅拌过程中喷洒一定量的水，混合土壤的含水率达到21%；
3）按照固化剂液剂与细粒土壤质量比为5：114的比例将固化剂液剂逐步加入到步骤2）中的混匀土壤中，持续搅拌，确保液剂与土壤充分混合；
4）向步骤3）得到的混合土壤中洒水至含水率达到30%，静置7天。
实施例2
本发明一种用于修复重金属污染土壤的复合固化剂，它的制备过程如下：
1）将4份硅酸盐水泥、1份活化钢渣粉、4份生石灰、1份磷酸二氢铵混合，搅拌均匀得到备用复合固化剂粉剂；
2）以玻璃水作为备用复合固化剂液剂。
一种将上述复合固化剂应用于修复重金属污染土壤的方法，它包括以下步骤：
1）将需要修复的污染土壤进行开挖、破碎以及筛分处理，将细粒土壤运送至土壤修复专用场所；
2）用混合搅拌机将固化剂粉剂与细粒土壤按照质量比为8：119的比例混合，搅拌均匀，搅拌过程中喷洒一定量的水，混合土壤的含水率达到25%；
3） 按照固化剂液剂与细粒污染土壤质量比为4：103的比例将固化剂液剂逐步加入到步骤2）中的混匀土壤中，持续搅拌，确保液剂与土壤充分混合；
4）向步骤3）得到的混合土壤中洒水至含水率达到35%，静置6天。
实施例3
本发明一种用于修复重金属污染土壤的复合固化剂，它的制备过程如下：
1）将3份硅酸盐水泥、2份活化钢渣粉、3份生石灰、2份磷酸二氢铵混合，搅拌均匀得到备用复合固化剂粉剂；
2）以玻璃水作为备用复合固化剂液剂。
一种将上述复合固化剂应用于修复重金属污染土壤的方法，它包括以下步骤：
1）将需要修复的污染土壤进行开挖、破碎以及筛分处理，将细粒土壤运送至土壤修复专用场所；
2）运用混合搅拌机将固化剂粉剂与细粒土壤按照质量比为7：100的比例混合，搅拌均匀，搅拌过程中喷洒一定量的水，混合土壤的含水率达到35%；
3）按照固化剂液剂与细粒土壤质量比为3：97的比例将固化剂液剂逐步加入到步骤2）中的混匀土壤中，持续搅拌，确保液剂与土壤充分混合；
4）向步骤3）得到的混合土壤中洒水至含水率达到40%，静置8天。
实施例4
本发明一种用于修复重金属污染土壤的复合固化剂，它的制备过程如下：
1） 将4份硅酸盐水泥、2份活化钢渣粉、3份生石灰、1份磷酸二氢铵混合，搅拌均匀得到备用复合固化剂粉剂；
2）以玻璃水作为备用复合固化剂液剂。
一种将上述复合固化剂应用于修复重金属污染土壤的方法，它包括以下步骤：
1）将需要修复的污染土壤进行开挖、破碎以及筛分处理，将细粒土壤运送至土壤修复专用场所；
2）用混合搅拌机将固化剂粉剂与细粒土壤按照质量比为8：105的比例混合，搅拌均匀；搅拌过程中喷洒一定量的水，混合土壤的含水率达到21%；
3）按照固化剂液剂与细颗粒污染土壤质量比为5：114的比例将固化剂液剂逐步加入到步骤2）中的混匀土壤中，持续搅拌，确保液剂与土壤充分混合；
4）向步骤3）得到的混合土壤中洒水至含水率达到30%，静置30天。
土壤样品经过本发明复合固化剂修复处理后的重金属浸出浓度如表2所示。
表2 修复处理后土壤样品的重金属浸出浓度（单位mg/L）
| Pb | Zn | Cd | |
| 实施例1 | 2.08 | 10.25 | 0.08 |
| 实施例2 | 2.92 | 14.80 | 0.11 |
| 实施例3 | 2.51 | 15.14 | 0.12 |
| 实施例4 | 未检测出 | 0.21 | 未检测出 |
上述实验结果表明，本发明所述复合固化剂可以显著降低受污染土壤中重金属铅、锌、镉的生物活性，并且随着修复时间的延长，重金属有效态含量逐渐减少，固定化效率进一步提高。利用本发明复合固化剂修复后的土壤重金属浸出浓度均低于国家标准限值，达到了良好的修复目的。
Claims (8)
1.一种用于修复重金属污染土壤的复合固化剂，其特征在于，该复合固化剂由固化剂粉剂和固化剂液剂组成，其中固化剂液剂为水玻璃，固化剂粉剂则由以下重量份的物质组成：
水泥2～5份、活化钢渣粉1～2份、生石灰2～4份和磷酸盐1～2份。
2.如权利要求1所述用于修复重金属污染土壤的复合固化剂，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥和铝酸盐水泥中至少一种。
3.如权利要求1所述用于修复重金属污染土壤的复合固化剂，其特征在于，所述活化钢渣粉是按质量比钢渣：助磨剂=7.0～11：1混合并球磨10～30min而得到。
4.如权利要求3所述用于修复重金属污染土壤的复合固化剂，其特征在于，所述助磨剂为质量浓度为10～30g/L的醋酸钠、碳酸钠和硅酸钠水溶液中的至少一种。
5.如权利要求1所述用于修复重金属污染土壤的复合固化剂，其特征在于，所述磷酸盐为磷酸氢钠、磷酸二氢钠、磷酸二氢铵的至少一种。
6.一种如权利要求1-5任一项所述复合固化剂应用于修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，所述应用方法包括以下步骤：
1）将需要修复的受重金属污染的土壤进行开挖、破碎及筛分处理，得到细粒土壤；
2）将如权利要求1-5任一项所述固化剂粉剂与步骤1）中得到的细粒土壤按质量比为4～9：100-115的比例混合，搅拌均匀，搅拌过程中喷洒水至含水率达到15～25%，得到混匀土壤；
3）将如权利要求1所述固化剂液剂逐步加入到步骤2）中制得的混匀土壤中，持续搅拌，使固化剂液剂与混匀土壤充分混合，得到混合土壤；
4）向步骤3）中得到的混合土壤中洒水至含水率达到25～40%，静置5～8天，即可修复所述重金属离子污染的土壤。
7.如权利要求6所述的应用方法，其特征在于，所述步骤1）中筛分处理至细粒土壤的粒径小于15mm。
8.如权利要求6所述的应用方法，其特征在于，所述步骤3）中按质量比所述复合固化剂液剂：细颗土壤=3～5：89～115。
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