CN108126978B - 一种有机物污染土壤的修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铁水渣和过硫酸钠水溶液在有机物污染土壤修复中的用途以及修复方法，属于污染土壤治理技术领域。本发明的修复方法包括以下步骤：1)将铁水渣加入到有机物污染的土壤中，搅拌均匀；2)加入过硫酸钠水溶液，搅拌均匀，即为修复后的土壤。本发明中使用铁水渣代替硫酸盐铁以及氧化铁、高锰酸钾等常用物质，具有较高的经济价值，能够大大降低处理成本，采用铁水渣与过硫酸钠协同氧化修复有机物土壤，对有机物的浓度具有广泛的适用性，具有良好的社会、经济、环境效益。

Description

一种有机物污染土壤的修复方法
技术领域
本发明属于污染土壤治理技术领域，具体涉及一种铁水渣和过硫酸钠水溶液在有机物污染土壤修复中的用途以及修复方法。
背景技术
随着城市化和工业化进程的加快，造成我国土壤的有机污染相当严重，且对农产品和人类健康的影响已变得日益明显。有机物污染的主要来源为有机农药的使用以及工业废弃物的不合理排放，污染类型主要包括有机农药类、多环芳烃类、卤代烃类以及邻苯二甲酸酯等。
针对有机污染土壤的修复，目前已形成多项技术并得到应用，主要有生物修复技术以及化学修复技术。生物修复技术主要是利用生物来吸收、转化、清除或降解环境污染物，这里的生物主要包括一些植物、微生物和原生动物。由于生物修复技术中微生物的生长适应环境过于复杂、抗性差，植物吸收修复过程极为缓慢，所需周期较长，因此其应用案例相对较少。化学修复技术相对而言比较成熟，应用效果相对稳定，主要为化学氧化法，通过氧化药剂的使用促进有机物的分解，修复效果良好，施工周期和难度较小。
由于化学氧化技术具有较高的性价比以及施工周期短等特点，在国内有机污染土壤修复中得到大量应用，对于各种有机污染均具有较好的效果。但化学氧化技术中，常用的催化剂包括硫酸亚铁、氧化铁等，氧化剂包括过硫酸钠、臭氧、双氧水等，多为化工产品，生产过程污染大，而且价格较高。
铁水渣是炼钢原料(铁水)炼制过程中排出的典型固体废物，主要利用途径是粉化后磁选铁、烧结原料使用，利用途径相当狭窄，寻求一种更高效、简单的利用途径势在必行。如果能够在环境治理领域得以应用，更是一种变废为宝的最佳途径。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种铁水渣和过硫酸钠水溶液在有机物污染土壤修复中的用途以及修复方法，用于解决现有的化学氧化技术所存在的问题。
为了实现上述目的或者其他目的，本发明提供一种有机物污染土壤的修复方法，包括以下步骤：
1)将铁水渣加入到有机物污染的土壤中，搅拌均匀；
2)加入过硫酸钠水溶液，搅拌均匀，即为修复后的土壤。
本发明所提供的有机物污染土壤的修复方法对有机污染的土壤具有较好的修复效果，修复后的土壤pH可达6～8。
本发明所提供的修复方法对土壤中有机物的浓度没有特殊限制，只要不对本发明的发明目的产生限制即可。
具体的，本发明所提供的修复方法对有机物浓度为0～1300mg/kg的土壤具有较好的修复效果。
本发明中所述有机物污染土壤是指被有机物污染的土壤，所述有机物包括但不限于：有机农药类、多环芳烃类、卤代烃类以及邻苯二甲酸酯类。
优选地，本发明实施例中所述有机物污染土壤中含有苯、甲苯、2-氯甲苯、氯仿；其中苯的浓度为940mg/kg，甲苯浓度为1280mg/kg，2-氯甲苯浓度为836mg/kg，氯仿浓度为761mg/kg。
本发明中所采用的铁水渣是炼钢原料(铁水)炼制过程中排出的典型固体废物，含有很高比例的氧化铁以及单质铁，同时含有二氧化硅、氧化物及少量的P205、Al2O3以及硫化物等，其主要的存在形态有单质、碳酸盐、硅酸盐以及氧化物。其中铁质以及其他物质的氧化物可以使过硫酸钠催化分解产生羟基自由基，羟基自由基具有很高的电负性或亲电性，能够使有机物结构发生碳链断裂，最终氧化成为CO2和H2O，达到去除有机物的目的。利用铁水渣协同过硫酸钠修复有机物污染土壤存在广泛的适用性，修复后土壤的pH值为6-8，满足GB15618-2008《土壤环境质量标准》的要求。
优选地，按重量百分比计，所述铁水渣中FeO含量≥10％，MFe含量≥20％。
更优选地，按重量百分比计，所述铁水渣中二氧化硅含量为10％～15％，氧化镁含量为 3％～8％，氧化钙含量为30％～50％，单质铁含量为20％～35％，氧化亚铁含量为10％～15％。
更优选地，所述铁水渣中其他重金属浸出浓度(采用行业标准HJ/T300-2007《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》检测)：低于国家标准GB/T14848-1993《地下水质量标准》中Ⅰ类标准规定值。
优选地，所述铁水渣的粒径不大于0.2mm。使用前，将铁水渣进行破碎筛分处理，得到所需粒径。
优选地，步骤1)中搅拌均匀后静置反应12～24h。更优选地，步骤1)中搅拌均匀后静置反应12h。
优选地，步骤1)中铁水渣与土壤的质量比为0.1～0.7。更优选地，步骤1)中铁水渣与土壤的质量比为0.5。
优选地，步骤2)中过硫酸钠水溶液的浓度为1～3mol/L。更优选地，步骤2)中过硫酸钠水溶液的浓度为2mol/L。
优选地，铁水渣与过硫酸钠水溶液的质量体积比为2kg/L～6kg/L。
优选地，步骤2)中搅拌均匀后静置反应不少于12h。
本发明第二方面提供了一种铁水渣和过硫酸钠水溶液在有机物污染土壤修复中的用途。铁水渣和过硫酸钠水溶液用于有机物污染土壤修复中时，原料配比及使用方法同上所述。
综合以上，本发明所提供的铁水渣和过硫酸钠水溶液在有机物污染土壤修复中的用途以及修复方法，具有如下技术效果：
1)本发明所提供的有机物污染土壤的修复方法中，所使用的铁水渣作为一种炼铁水过程中常见工业废弃物，其中含有大量的氧化铁、单质铁以及其他的金属氧化物，与过硫酸钠进行协同氧化有机物时不具有选择性，对挥发性和不易挥发性有机物均具有较理想的效果；
2)本发明中使用铁水渣代替硫酸盐铁以及氧化铁、高锰酸钾等常用物质，具有较高的经济价值，能够大大降低处理成本，而且处理设备与普通氧化技术一样，具有广泛的适用性；
3)本发明中使用的铁水渣粒径在0～0.2mm之间，与过硫酸钠进行氧化有机物时常温常压下也可快速反应，而且与硫酸亚铁等材料相比较，具有反应温和、缓慢释放的特点，避免修复过程中剧烈的反应导致场地地面出现二次污染，以及人员出现安全事故的状况；
4)本发明中采用的铁水渣作为催化剂、过硫酸钠作为氧化剂，铁水渣与过硫酸钠协同氧化修复有机物污染土壤，对有机物的浓度具有广泛的适用性，可处理浓度在0～1300mg/kg 的污染土壤，有理想的去除效果；
5)本发明采用常见的工业废弃物铁水渣作为治理药剂，属于废弃物的再生利用，具有良好的社会、经济、环境效益。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
本发明实施例中有机物污染土壤的修复方法，包括以下步骤：
1)将铁水渣加入到有机物污染的土壤中，搅拌均匀；
2)向步骤1)中加入过硫酸钠水溶液，搅拌均匀，即为修复后的土壤。
优选地，按重量百分比计，所述铁水渣中FeO含量≥10％，MFe含量≥20％。
更优选地，按重量百分比计，所述铁水渣的二氧化硅含量为10％～15％，氧化镁含量为 3％～8％，氧化钙含量为30％～50％，单质铁含量为20％～35％，氧化亚铁含量为10％～15％。所述铁水渣中其他重金属浸出浓度(采用行业标准HJ/T300-2007《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》检测)：低于国家标准GB/T14848-1993《地下水质量标准》中Ⅰ类标准规定值。
优选地，所述铁水渣的粒径不大于0.2mm。使用前，将铁水渣进行破碎筛分处理，得到所需粒径。
优选地，步骤1)中搅拌均匀后静置反应12～24h。步骤1)中铁水渣与土壤的质量比为 0.1～0.7。更优选地，步骤1)中铁水渣与土壤的质量比为0.5。
优选地，步骤2)中过硫酸钠水溶液的浓度为1～3mol/L。更优选地，步骤2)中过硫酸钠水溶液的浓度为2mol/L。优选地，铁水渣与过硫酸钠水溶液的质量体积比为2kg/L～6kg/L。步骤2)中搅拌均匀后静置反应不少于12h。
在本发明实施例中，土壤中有机物浓度采用USEPA 8260C-2006气相色谱/质谱法(仪器为Agilent7890A/5975C)检测。
实施例1
本实施例是研究铁水渣与过硫酸钠水溶液的质量体积比对土壤修复效果的影响。
在本实施例中，所采用的铁水渣粒径为0.1mm，铁水渣具体成分如下：13％二氧化硅 (SiO2)，5％的氧化镁(MgO)，41％的氧化钙(CaO)，28％的单质铁(MFe)，13％的氧化亚铁(FeO)，铁水渣中其他重金属浸出浓度均低于国家标准GB/T14848-1993中Ⅰ类标准规定值。
将铁水渣加入到有机物污染的土壤中，搅拌均匀，静置反应12h，铁水渣与有机物污染的土壤的质量比为0.5。然后加入2mol/L的过硫酸钠水溶液，搅拌均匀后，静置反应12h。反应结束后取修复后的土壤进行有机物浓度的检测(采用USEPA 8260C-2006气相色谱/质谱法)。不同质量体积比的铁水渣与过硫酸钠水溶液对土壤修复的结果如表1所示。
表1铁水渣与过硫酸钠水溶液的质量体积比对土壤修复效果的影响
Figure GDA0003011677740000051
从表1中可以看出，向有机物污染的土壤中加入铁水渣和过硫酸钠水溶液，可使处理后的土壤内有机物浓度指标满足土壤质量标准GB15618-2008的要求。特殊的，当铁水渣和过硫酸钠水溶液的质量体积比为3～4时，修复后的土壤内有机物浓度<0.5mg/kg，具有较好的效果。
实施例2
本实施例为铁水渣及过硫酸钠水溶液用量对土壤中有机物去除的影响研究实例。
在本实施例中，所采用的铁水渣粒径为0.1mm，铁水渣具体成分如下：13％二氧化硅 (SiO2)，5％的氧化镁(MgO)，41％的氧化钙(CaO)，28％的单质铁(MFe)，13％的氧化亚铁(FeO)，铁水渣中其他重金属浸出浓度均低于国家标准GB/T14848-1993中Ⅰ类标准规定值。
将铁水渣加入到有机物污染的土壤中，搅拌均匀，静置反应12h。然后加入2mol/L的过硫酸钠水溶液，搅拌均匀后，静置反应12h，反应结束后取修复后的土壤进行有机物浓度的检测(采用USEPA 8260C-2006气相色谱/质谱法)。
本实施例中，固定铁水渣与过硫酸钠水溶液的质量体积比为4kg/L，研究不同铁水渣及过硫酸钠水溶液用量对土壤修复的影响。结果如表2所示。
表2铁水渣及过硫酸钠水溶液用量对土壤中有机物去除的影响
Figure GDA0003011677740000061
从表2可以看出，在土壤中有机物浓度为苯940mg/kg、甲苯1280mg/kg、2-氯甲苯836 mg/kg、氯仿761mg/kg时，铁水渣与土壤的质量比为0.5～0.7时，土壤修复效果较好。而针对不同有机物浓度污染的土壤，可根据实际需要对铁水渣及过硫酸钠水溶液的用量进行调整。
综上所述，本发明所提供的有机物污染土壤的修复方法，对有机物污染土壤具有较好的修复效果，且将废弃物铁水渣进行再利用，有效克服了现有技术中的种种缺点而具有高度产业利用价值。
对比例1
将2mol/L的过硫酸钠水溶液加入到有机物污染的土壤中，搅拌均匀，静置反应12h，有机物污染土壤与过硫酸钠水溶液的质量体积比为8kg/L。反应结束后取修复后的土壤进行有机物浓度的检测(采用USEPA 8260C-2006气相色谱/质谱法)。结果如表3所示。
表3过硫酸钠水溶液对土壤中有机物去除的影响
有机物种类 苯 甲苯 2-氯甲苯 氯仿
原始浓度(mg/kg) 940 1280 836 761
过硫酸钠修复后的浓度(mg/kg) 63 324 106 77
综上可见，本发明使用铁水渣和过硫酸钠水溶液协同氧化修复有机物污染土壤，对土壤中有机物的去除具有较好的效果，可处理浓度在0～1300mg/kg的有机物污染土壤。本发明采用常见的工业废弃物铁水渣作为治理药剂，属于废弃物的再生利用，具有良好的社会、经济、环境效益。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (2)

1.一种有机物污染土壤的修复方法，包括以下步骤：
1）将铁水渣加入到有机物污染的土壤中，搅拌均匀，静置反应 12～24 h；
2）加入过硫酸钠水溶液，搅拌均匀，搅拌均匀后静置反应不少于12 h，即为修复后的土壤；
其中所述铁水渣的粒径不大于 0.2 mm；按重量百分比计，所述铁水渣的二氧化硅含量为 10%～15%，氧化镁含量为 3%～8%，氧化钙含量为 30%～50%，单质铁含量为 20%～35%，氧化亚铁含量为 10%～15%；步骤 1）中铁水渣与土壤的质量比为 0.1～0.7，铁水渣与过硫酸钠水溶液的质量体积比为 2 kg/L～6 kg/L。
2.如权利要求 1 所述的修复方法，其特征在于，步骤 2）中过硫酸钠水溶液的浓度为1～3 mol/L。
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