CN107446584A - 一种基于沼渣的六价铬场地原位及异位耦合解毒方法 - Google Patents

一种基于沼渣的六价铬场地原位及异位耦合解毒方法 Download PDF

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Abstract

本发明采用一种基于沼渣的六价铬场地原位及异位耦合解毒方法，将沼渣、碳源及硫酸盐配制成药剂施用于含铬土壤中，随后采用特殊的施工及养护方式，使还原生态菌剂逐渐渗入地下，将深层受污染土壤六价铬还原。该法可以低成本且高效的对污染深度较高的含铬场地进行修复，同时以废治废，将沼渣进行了处理。该方法思路是将表层土壤优先修复，同时在表层场地培养硫酸盐还原菌等铬还原菌群，随后通过一定的养护施工，将还原剂及菌剂均一的渗入地下。

Description

一种基于沼渣的六价铬场地原位及异位耦合解毒方法
技术领域
本发明提供一种新型处理Cr(VI)污染土壤的方法，主要针对的是Cr(VI)污染深度较高的土壤，将沼渣、碳源及硫酸盐配制成药剂施用于含铬土壤中，随后采用特殊的养护方式，使药剂有规则的渗入地下，从而高效的还原六价铬，属环境保护领域。
背景技术
铬及其化合物是冶金、金属加工、电镀、制革、油漆、颜料等行业常用的基本原料，在上述行业的生产过程中产生大量含铬废气、废水和废渣，导致严重的环境污染问题。由于Cr(VI)是溶于水的重金属，部分受Cr(VI)污染场地的污染深度长达100米，如何对这类重污染含铬土壤的修复一直是环保界的难题。处置方法虽然众多，但大多数存在各种各样的问题。目前含铬土壤主流工艺是利用硫酸亚铁还原六价铬，但硫酸亚铁pH过低，有腐蚀性，且在空气中容易氧化失活，亚铁也容易被土壤吸附截滤，渗透性差，因此对六价铬的还原只能是短期的，不能长久还原。为了有效处理含铬土壤，往往要添加过量的硫酸亚铁，而这又容易带来硫酸根的二次污染。专利号201410101586.0介绍了一种利用硫酸亚铁原位修复含Cr(VI)场地的方法，由于亚铁在空气中容易氧化失效，因此该法用低pH柠檬酸来抑制其氧化并增加亚铁渗透，但是相应增加了成本，且使得土壤酸化，同时依然带来了硫酸盐的二次污染。专利号201310642919.6介绍了一种利用有机废物原位修复含Cr(VI)场地的方法，这是一种可以低成本的处置六价铬土壤，但是此法只能针对底部是天然防渗层的土壤，否则将会加速六价铬向地下渗透，造成六价铬的扩散，因此无法对污染深度较高的场地进行修复。
综上所述，目前对污染深度较高的土壤，尚没有理想的工艺。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明采用一种基于沼渣的六价铬场地原位及异位耦合解毒方法，将沼渣、碳源及硫酸盐配制成药剂施用于含铬土壤中，随后采用特殊的施工及养护方式，使还原生态菌剂逐渐渗入地下，将深层受污染土壤六价铬还原。该法可以低成本且高效的对污染深度较高的含铬场地进行修复，同时以废治废，将沼渣进行了处理。该方法思路是将表层土壤优先修复，同时在表层场地培养硫酸盐还原菌等铬还原菌群，随后通过一定的养护施工，将还原剂及菌剂均一的渗入地下。其包含以下步骤：
(1)将硫酸盐、沼渣或碳源溶液按照一定比例混合，使混合后溶液干沼渣含量为0.1-20%，含固率0.5-25%,有机碳含量0.5-25%，硫酸盐(以SO4
记)/有机碳的质量比为(0-1): 1，混合后的溶液反应0-5天，获得铬土壤修复药剂；
(2)将含铬场地表层1-10m土壤开挖出来，随后在开挖后的场地底部铺设带有网眼的土工膜，开挖场地四周铺设防渗材料，建成半封闭堆场；
(3)将步骤(2)中的土壤破碎至10mm以下，平铺在半封闭堆场上，与步骤(1)所述药剂及硫酸亚铁喷洒混合，混合比例为硫酸亚铁：含铬土壤：药剂的质量比为（0-0.1）:1:(0.1-0.8)，随后进入堆存期；
(4) 堆存期间，在初期5-100天内保持土壤含水率在5-60%范围，使生化反应得以进行，在场地内大量繁殖硫酸盐还原菌；同时每隔1-200天向场地喷灌步骤(1)所述的土壤修复药剂或者碳源溶液，数次喷洒药剂或者碳源溶液中的累积有机碳与整个场地含Cr(VI)总量之比要求不低于0.5:1；要求场地每年的平均降雨量在200mm以上，不足则采用表面喷洒水的方式进行补充，使药剂能够不断的向下层渗流。
该法通过特殊的生态药剂添加及特殊的场地养护，促使场地大范围的形成以硫酸盐还原菌为主的菌群，该菌群首先能够利用碳源有效还原六价铬，同时充分利用硫酸盐，将其转化为硫化物，有效还原六价铬同时，将三价铬转化为更稳定的硫化铬沉淀。
相比传统的含铬土壤处理方法，本方法有如下优势：
1．所培养的硫酸盐还原菌群本身为土著菌群，自然耐受力强，容易在场地大规模繁衍，可以持久有效还原六价铬，且不会造成生态问题；
2．沼渣菌剂中的硫酸盐还原菌还原硫酸亚铁中的硫酸盐，生成硫化物，在更加有效还原六价铬的同时，避免了硫酸盐的二次污染；
3．该沼渣菌剂还原六价铬有两大原理，一个是硫酸盐还原菌本身就有利用碳源还原六价铬的特性，但反应较慢，第二个是硫酸盐还原菌代谢产物硫化氢本身就能够还原六价铬，同时由于其还原六价铬是化学反应，因此反应十分迅速，这也是本生态菌剂相比其它菌剂能够高效处置含铬土壤的原因；
4．还原后的三价铬与硫酸盐还原菌代谢产物硫化物形成硫化铬沉淀，使得土壤中三价铬更加稳定，显著优于其它生化工艺；
5．由于厌氧沼渣及碳源的存在，形成了还原性气氛，可以有效缓解亚铁被空气氧化，减少了硫酸亚铁的使用量；同时该法有效融合了亚铁还原快而沼渣菌剂可以持久有效对六价铬进行还原的优点，同时避免了硫酸亚铁不能持续对六价铬进行还原的劣势；
6．该法使用沼渣及有机废物作为主要原料，大大减少了成本；
7．该法对深层土壤采用的是原位修复，避免了深层土壤的挖掘，大大降低了成本。
具体实施实例如下：
实施例1：
(1)将硫酸钾、沼渣或碳源溶液按照一定比例混合，使混合后溶液干沼渣含量为0.1-5%，含固率0.5-5%,有机碳含量0.5-5%，硫酸盐(以SO4记)/有机碳的质量比为0.7: 1，混合后的溶液反应2天，获得铬土壤修复药剂；
(2)将含铬场地表层10m土壤开挖出来，随后在开挖后的场地底部铺设带有网眼的土工膜，开挖场地四周铺设防渗材料，建成半封闭堆场；
(3)将步骤(2)中的土壤破碎至10mm以下，平铺在半封闭堆场上，与步骤(1)所述药剂及硫酸亚铁喷洒混合，混合比例为硫酸亚铁：含铬土壤：药剂的质量比为0.1:1:(0.1-0.8)，随后进入堆存期；
(4) 堆存期间，在初期20天内保持土壤含水率在5-60%范围，使生化反应得以进行，在场地内大量繁殖硫酸盐还原菌；初始100天每隔2天向场地喷灌步骤(1)所述的土壤修复药剂或者碳源溶液，后期相隔天数超过20天，数次喷洒药剂或者碳源溶液中的累积有机碳与整个场地含Cr(VI)总量之比要求不低于0.5:1；通过自然降雨及人工喷洒，使场地每年的平均降水量在500mm。工程实施2年后，深层20米以上土壤六价铬含量均低于2mg/kg，地下水含Cr(VI)量低于0.1mg/L。
实施例2：
(1)将硫酸铁、沼渣或碳源溶液按照一定比例混合，使混合后溶液干沼渣含量为5-15%，含固率5-15%,有机碳含量5-15%，硫酸盐(以SO4记)/有机碳的质量比为0.5: 1，混合后的溶液反应1天，获得铬土壤修复药剂；
(2)将含铬场地表层5m土壤开挖出来，随后在开挖后的场地底部铺设带有网眼的土工膜，开挖场地四周铺设防渗材料，建成半封闭堆场；
(3)将步骤(2)中的土壤破碎至5mm以下，随后与步骤(1)所述药剂混合，混合比例为含铬土壤与药剂的质量比为1:0.5，随后放置于步骤(2)的半封闭堆场封闭堆存；
(4) 堆存期间，在初期20天内保持土壤含水率在5-60%范围，使生化反应得以进行，在场地内大量繁殖硫酸盐还原菌；初始100天每隔2天向场地喷灌步骤(1)所述的土壤修复药剂或者碳源溶液，后期相隔天数超过20天，数次喷洒药剂或者碳源溶液中的累积有机碳与整个场地含Cr(VI)总量之比要求不低于0.5:1；通过自然降雨及人工喷洒，使场地每年的平均降水量在500mm。工程实施1年后，深层40米以上土壤六价铬含量均低于2mg/kg，地下水含Cr(VI)量低于0.1mg/L。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种基于沼渣的六价铬场地原位及异位耦合解毒方法，其特征是，包含以下步骤：
(1)将硫酸钠、沼渣或碳源溶液按照一定比例混合，使混合后溶液干沼渣含量为0.1-20%，含固率0.5-25%,有机碳含量0.5-25%，硫酸盐(以SO4记)/有机碳的质量比为(0-1): 1，混合后的溶液反应0-5天，获得铬土壤修复药剂；
(2)将含铬场地表层1-10m土壤开挖出来，随后在开挖后的场地底部铺设带有网眼的土工膜，开挖场地四周铺设防渗材料，建成半封闭堆场；
(3)将步骤(2)中的土壤破碎至10mm以下，平铺在半封闭堆场上，与步骤(1)所述药剂及硫酸亚铁喷洒混合，混合比例为硫酸亚铁：含铬土壤：药剂的质量比为（0-0.1）:1:(0.1-0.8)，随后进入堆存期；
(4)堆存期间，在初期5-100天内保持土壤含水率在5-60%范围，同时每隔1-200天向场地注入步骤(1)所述的土壤修复药剂或者碳源溶液，数次注入药剂或者碳源溶液中的累积有机碳与整个场地含Cr(VI)总量之比要求不低于0.5:1；要求场地每年的平均降雨量在200mm以上，不足则采用表面喷洒水的方式进行补充，使药剂能够不断的向下层渗流。
2.如权利要求1所述的一种基于沼渣的六价铬场地原位及异位耦合解毒方法，其特征是，所述的沼渣为农业、食品业有机废物进行干式、半干式及湿式厌氧发酵过程中的固体残留物。
3.如权利要求1所述的一种基于沼渣的六价铬场地原位及异位耦合解毒方法，其特征是，所述的碳源溶液可以为含有酒精、糖类、蛋白质、淀粉等有机物的溶液，也可以为含工业有机垃圾、餐厨垃圾等有机固体废物的溶液，也可以为工业及市政有机废水，所述的硫酸钠可以被其它含硫酸盐的物质替代。
4.如权利要求1所述的一种基于沼渣的六价铬场地原位及异位耦合解毒方法，其特征是，所述的水喷淋中的水可以被有机溶液替代，有机溶液的有机碳含量为10-1000mg/L。
5.如权利要求1所述的一种基于沼渣的六价铬场地原位及异位耦合解毒方法，其特征是，步骤(2)所述铺设带有网眼的土工膜材质可以是难生物降解材料，也可是生物降解材料；网眼土工膜中的小孔当量直径在1-100mm，孔与孔之间在0.01-10m。
6.如权利要求1所述的一种基于沼渣的六价铬场地原位及异位耦合解毒方法，其特征是，含铬土壤可以被含有Cd、Pb、Zn、Cu、Hg、Sb、Ni等可以与硫化物形成沉淀的重金属的土壤替代。
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