CN108262341A - 一种农田重金属污染土壤的快速修复法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种农田重金属污染土壤的快速修复法。一种农田重金属污染土壤的快速修复法，包括下列步骤：将处理地块中重金属含量不达标的表层污染土壤挖出、暂存；然后将所述表层污染土壤以下的深层洁净土壤挖出、暂存，所述处理地块上形成基坑；在所述基坑底部铺设改性粘土固定剂，搅拌、养护，形成第一个隔离层；在所述第一层隔离层上回填暂存的所述表层污染土壤，然后铺设改性粘土固定剂，搅拌、养护，取样检测合格后作为第二层隔离层，之后在所述第二层隔离层上回填暂存的所述深层洁净土壤。本发明的快速修复法解决了换土法和客土法处置成本高的问题以及植物修复法周期长的问题，而且不会破坏原有土壤结构，不影响原农田土壤生产能力。
Description
技术领域
本发明涉及环保技术领域，尤其是涉及一种农田重金属污染土壤的快速修复法。
背景技术
目前，农业污灌导致大量农田土壤重金属污染，对土地流转再利用和粮食食用品质安全都造成巨大的威胁，重金属污染事件频发，因此人们对受到污染土壤的修复治理更加关注。修复重金属污染土壤工程方法常用施工方法主要有：
1换土法：换土法是将污染土壤挖走进行处置，然后在挖掘区域填入洁净的土壤；该法主要针对高浓度重金属污染土壤这两种方法都能够快速、有效的修复污染地块土壤。
2客土法：客土法是将洁净土掺入污染土壤中，增加土壤量稀释污染物以降低污染浓度，该法对中低浓度重金属污染土壤处置效果较好。
3、植物修复法：生物修复技术是利用动、植物或微生物的生命代谢活动，对土壤中的重金属进行固化、分离、降解和富集，改变重金属在土壤中的生物有效形态，降低重金属对动、植物的危害。
这三种技术缺点在于：因为洁净土价格昂贵，只适用于小工程量污染土壤修复；农田土壤注重其生态功能的保持，换土法和客土法都会破坏土壤结构，影响农田土壤生产能力；植物修复法修复周期较长，不能快速去除耕层中污染物。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种农田重金属污染土壤的快速修复法，所述的快速修复法解决了换土法和客土法处置成本高以及植物修复法修复周期长的问题，而且不会破坏原有土壤结构，不影响原农田土壤生产能力。
为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：
一种农田重金属污染土壤的快速修复法，包括下列步骤：
将处理地块中重金属含量不达标的表层污染土壤挖出、暂存；然后将所述表层污染土壤以下的深层洁净土壤挖出、暂存，所述处理地块上形成基坑；
在所述基坑底部铺设改性粘土固定剂，搅拌、养护，形成第一个隔离层；在所述第一层隔离层上回填暂存的所述表层污染土壤，然后铺设改性粘土固定剂，搅拌、养护，取样检测合格后作为第二层隔离层，之后在所述第二层隔离层上回填暂存的所述深层洁净土壤。
本发明中，搅拌、养护的主要目的是保证改性粘土固定剂与土壤反应、固化。在铺设第一层改性粘土固定剂时，由于下层为洁净土壤，不存在向上层迁移污染物的问题，因此无需取样检测。在铺设第二层改性粘土固定剂时，由于下层为所述表层污染土壤，为防止隔离效果不佳导致其中的污染物迁移至上层，因此需要取样检测，检测方法是再改性粘土固定剂和土壤混合固化后，检测污染物的浸出浓度，若浸出超标，则表示不合格，反之表示合格。
本发明快速修复农田重金属污染土壤的原理是：将表层污染土壤和深层洁净土壤互换位置并对污染土壤进行钝化处置，消除污染源，同时利用隔离层(包括第一层隔离层和第二层隔离层)将表层污染土壤“夹心”隔离起来，避免其中的污染物迁移至其他土壤中。
由此可见，本发明的修复方法涉及“翻新置换”和“夹心隔离”两个工序，无需增添额外的清洁土壤，因此，本发明既节省了土壤成本，也保留了原土壤结构，不影响原农田土壤生产能力，且节省修复时间。
以上修复方法还可以在其他方面进行改进，具体如下。
优选地，所述改性粘土固定剂为巯基改性膨润土。
巯基改性膨润土具有以下特点：
1、结构为紧密的层间结构，抗压强度高，能承受更厚的土壤，因此适用于大工程量的污染土壤修复；
2、粘度大，结构紧密，对污染物质的钝化效果好，可有效防止渗漏或迁移；
3、巯基改性膨润土对重金属的吸附性能强，能够吸附一部分污染土壤中重金属物质，起到一定的清洁作用；
4、巯基改性膨润土成分不会对环境造成二次污染。
优选地，所述巯基改性膨润土中蒙脱土的质量含量≥80％。
巯基改性膨润土中蒙脱土的质量含量≥80％时，黏滞性、触变性和润滑性适中，隔离和吸附效果较佳。
优选地，所述巯基改性膨润土包含以下成分：按重量计，二氧化硅50～60份，三氧化二铝20～25份，氯化钙5～8份，巯基3～5份。
例如，二氧化硅可取50份、51份、53份、55份、56份、58份、59份、60份等，三氧化二铝可取20份、21份、22份、22.5份、23份、23.5份、24份、25份等，氯化钙可取5份、5.5份、6份、6.5份、7份、7.5份、8份等，巯基可取3份、3.2份、3.5份、3.7份、4份、4.5份、4.7份、5份等。
优选地，所述第一层隔离层和所述第二层隔离层中改性粘土固定剂的用量分别为90～110kg/亩、90～110kg/亩。
改性粘土固定剂的用量过多，成本过高，用量过少时，隔离效果差。综合考虑，以90～110kg/亩的用量为佳，例如90kg/亩、95kg/亩、97kg/亩、100kg/亩、105kg/亩、110kg/亩等。
优选地，暂存所述表层污染土壤时，还在暂存地铺设防渗膜。
铺设防渗膜防止二次污染，防渗膜采用高密度的聚乙烯膜为佳。
优选地，所述防渗膜为高密度聚乙烯膜，例如1.5mmHDPE，以达到表1的性能为佳。
表1
优选地，在所述回填暂存的所述深层洁净土壤之后还进行：向所述深层洁净土壤中施肥。
施加肥料恢复土壤肥力，可施加有机肥、无机肥或生物肥等。
有机肥、无机肥或生物肥的选用以种植的作物类型而定。
优选地，所述施肥为：施加氮肥和磷肥。
氮肥和磷肥为基础肥，例如尿素、粉状过磷酸钙等。
优选地，所述氮肥和所述磷肥的施加量分别为90～110kg/亩、45～55kg/亩。
氮肥的施加量为90kg/亩、95kg/亩、97kg/亩、100kg/亩、105kg/亩、110kg/亩等。
磷肥的施加量为45kg/亩、46kg/亩、47kg/亩、48kg/亩、50kg/亩、53kg/亩、55kg/亩等。
综上，与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：
(1)采用本发明的方法对农田重金属污染土壤进行处理，具有成本低、不破坏土壤结构、无二次污染、修复周期短、工程量小、施工简单、操作性强等优点，更适用于大面积土壤的修复。
(2)本发明选用巯基改性膨润土隔离污染土壤，能够降低重金属迁移量。
(3)本发明通过增加防渗膜避免了二次污染。
(4)本发明通过后期施肥增加了土壤肥力。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明的所有实施例均基于“翻新置换”和“夹心隔离”的修复特点，具体修复过程为：
将处理地块中农田重金属含量不达标的表层污染土壤挖出、暂存；然后将所述表层污染土壤以下的深层洁净土壤挖出、暂存，所述处理地块上形成基坑；
在所述基坑底部铺设改性粘土固定剂，搅拌、养护，形成第一个隔离层；在所述第一层隔离层上回填暂存的所述表层污染土壤，然后铺设改性粘土固定剂，搅拌、养护，取样检测合格后作为第二层隔离层，之后在所述第二层隔离层上回填暂存的所述深层洁净土壤。
不同实施例在此基础上从以下方面改进：
优选地，所述改性粘土固定剂为巯基改性膨润土。
优选地，所述巯基改性膨润土中蒙脱土的质量含量≥80％。
优选地，所述巯基改性膨润土包含以下成分：按重量计，二氧化硅50～60份，三氧化二铝20～25份，氯化钙5～8份，巯基3～5份。
优选地，所述第一层隔离层和所述第二层隔离层中改性粘土固定剂的用量分别为90～110kg/亩、90～110kg/亩。
优选地，暂存所述表层污染土壤时，还在暂存地铺设防渗膜。
优选地，所述防渗膜为高密度聚乙烯膜。
优选地，在所述回填暂存的所述深层洁净土壤之后还进行：向所述深层洁净土壤中施肥。
优选地，所述施肥为：施加氮肥和磷肥。
优选地，所述氮肥和所述磷肥的施加量分别为90～110kg/亩、45～55kg/亩。
实施例1
本实施例的重金属污染土壤地块选取某污染农田地块，其中表层土壤中重金属汞和镉等超过国家《食用农产品产地环境质量评价标准》(HJ332-2006)，利用本发明的如下方法对污染土壤进行翻土置换施工：
1)选取无污染地区作为暂存场，利用挖土机、推土机建设暂存场，然后铺设1.5mmHDPE膜，并对暂存场质量进行检验；
2)将表层污染土壤剥离(剥离至清洁土层)，运往建设好的暂存场；
3)向开挖后基坑底部添加改性粘土固定剂，添加比例为：100kg/亩，搅拌混合均匀，压实，形成隔离层；
5)将隔离层上表层污染回填至隔离层，加入改性粘土固定剂(100kg/亩)，混合均匀，再将清洁土回填至，然后施加有机肥(牛粪200kg/亩)和无机肥(氮肥尿素100kg/亩，磷肥粉状过磷酸钙50kg/亩)，旋耕土壤，恢复土壤肥力。
本实施例所用的隔离层为巯基改性膨润土，各成分的质量比为：
二氧化硅：三氧化二铝：氯化钙：巯基＝50：25：5：5。
经检测，第2)步中挖出的表层污染土壤的重金属浓度如表2所示，露出的清洁土层的重金属浓度如表3所示，修复完成后污染土壤重金属浸出浓度如表4所示。本发明还比较了翻土置换前后第一层隔离层以下土壤重金属浓度和翻土置换前后第二层隔离层以上土壤重金属浓度，如表5和表6所示。
表2供试表层土壤重金属浓度mg/kg
备注：参考标准为《食用农产品产地环境质量评价标准》(HJ 332-2006)。
表3供试深层土壤重金属浓度mg/kg
备注：参考标准为《食用农产品产地环境质量评价标准》(HJ 332-2006)。
表4翻土置换后污染土壤重金属浸出浓度mg/L
备注：翻土置换后深层土壤标准参考《地下水环境质量标准》GB-T14848-93中Ⅲ类(以人体健康基准值为依据)汞(0.001mg/L)和镉(0.01mg/L)浓度限值。
表5翻土置换前后第一层隔离层以下土壤重金属浓度mg/kg
备注：翻土置换前后隔离层土壤污染物汞和镉浓度均满足《食用农产品产地环境质量评价标准》(HJ 332-2006)中要求。
表6翻土置换前后第二层隔离层以上土壤重金属浓度mg/kg
备注：翻土置换前后隔离层土壤污染物汞和镉浓度均满足《食用农产品产地环境质量评价标准》(HJ 332-2006)中要求。
通过上述表中数据，可以得知，进行翻土置换施工后，有效的去除了土壤中重金属浓度，且钝化效果良好，没有让污染土壤中污染物迁移到隔离层以下和以上清洁土壤中。
实施例2
本实施例的重金属污染土壤地块选取某污染农田地块，其中表层土壤中重金属汞和镉等超过国家《食用农产品产地环境质量评价标准》(HJ332-2006)，利用本发明的如下方法对污染土壤进行翻土置换施工：
1)选取无污染地区作为暂存场，利用挖土机、推土机建设暂存场，然后铺设1.5mmHDPE膜，并对暂存场质量进行检验。
2)将表层污染土壤剥离(剥离至清洁土层)，运往建设好的暂存场；
3)向开挖后基坑底部添加改性粘土固定剂，添加比例为：110kg/亩，搅拌混合均匀，压实，形成隔离层；
5)将隔离层上表层污染回填至隔离层，加入改性粘土固定剂(110kg/亩)，混合均匀，再将清洁土回填至，然后施加有机肥(牛粪200kg/亩)和无机肥(氮肥尿素90kg/亩，磷肥粉状过磷酸钙55kg/亩)，旋耕土壤，恢复土壤肥力。
本实施例所用的隔离层为巯基改性膨润土，各成分的质量比为：
二氧化硅：三氧化二铝：氯化钙：巯基＝50：25：5：5。
实施例3
本实施例的重金属污染土壤地块选取某污染农田地块，其中表层土壤中重金属汞和镉等超过国家《食用农产品产地环境质量评价标准》(HJ332-2006)，利用本发明的如下方法对污染土壤进行翻土置换施工：
1)选取无污染地区作为暂存场，利用挖土机、推土机建设暂存场，然后铺设1.5mmHDPE膜，并对暂存场质量进行检验。
2)将表层污染土壤剥离(剥离至清洁土层)，运往建设好的暂存场；
3)向开挖后基坑底部添加改性粘土固定剂，添加比例为：90kg/亩，搅拌混合均匀，压实，形成隔离层；
5)将隔离层上表层污染回填至隔离层，加入改性粘土固定剂(90kg/亩)，混合均匀，再将清洁土回填至，然后施加有机肥(牛粪200kg/亩)和无机肥(氮肥尿素110kg/亩，磷肥粉状过磷酸钙45kg/亩)，旋耕土壤，恢复土壤肥力。
本实施例所用的隔离层为巯基改性膨润土，各成分的质量比为：
二氧化硅：三氧化二铝：氯化钙：巯基＝50：25：5：5。
实施例4
本实施例的重金属污染土壤地块选取某污染农田地块，其中表层土壤中重金属汞和镉等超过国家《食用农产品产地环境质量评价标准》(HJ332-2006)，利用本发明的如下方法对污染土壤进行翻土置换施工：
1)选取无污染地区作为暂存场，利用挖土机、推土机建设暂存场，然后铺设1.5mmHDPE膜，并对暂存场质量进行检验。
2)将表层污染土壤剥离(剥离至清洁土层)，运往建设好的暂存场；
3)向开挖后基坑底部添加改性粘土固定剂，添加比例为：100kg/亩，搅拌混合均匀，压实，形成隔离层；
5)将隔离层上表层污染回填至隔离层，加入改性粘土固定剂(100kg/亩)，混合均匀，再将清洁土回填至，然后施加有机肥(牛粪200kg/亩)和无机肥(氮肥尿素100kg/亩，磷肥粉状过磷酸钙50kg/亩)，旋耕土壤，恢复土壤肥力。
本实施例所用的隔离层为巯基改性膨润土，各成分的质量比为：
二氧化硅：三氧化二铝：氯化钙：巯基＝60：20：8：3。
经测试，上述实施例2至4中，第一层隔离层以下和第二层隔离层以上的洁净土壤在修复前和修复后的重金属含量并没有提高，而且均有不同程度的下降，说明本发明的修复方法不仅隔离效果好，而且能特异性修复重金属，对污染土壤具有一定的清洁作用。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种农田重金属污染土壤的快速修复法，其特征在于，包括下列步骤：
将处理地块中重金属含量不达标的表层污染土壤挖出、暂存；然后将所述表层污染土壤以下的深层洁净土壤挖出、暂存，所述处理地块上形成基坑；
在所述基坑底部铺设改性粘土固定剂，搅拌、养护，形成第一个隔离层；在所述第一层隔离层上回填暂存的所述表层污染土壤，然后铺设改性粘土固定剂，搅拌、养护，取样检测合格后作为第二层隔离层，之后在所述第二层隔离层上回填暂存的所述深层洁净土壤。
2.根据权利要求1所述的快速修复法，其特征在于，所述改性粘土固定剂为巯基改性膨润土。
3.根据权利要求2所述的快速修复法，其特征在于，所述巯基改性膨润土中蒙脱土的质量含量≥80％。
4.根据权利要求2所述的快速修复法，其特征在于，所述巯基改性膨润土包含以下成分：按重量计，二氧化硅50～60份，三氧化二铝20～25份，氯化钙5～8份，巯基3～5份。
5.根据权利要求2所述的快速修复法，其特征在于，所述第一层隔离层和所述第二层隔离层中改性粘土固定剂的用量分别为90～110kg/亩、90～110kg/亩。
6.根据权利要求1所述的快速修复法，其特征在于，暂存所述表层污染土壤时，还在暂存地铺设防渗膜。
7.根据权利要求6所述的快速修复法，其特征在于，所述防渗膜为高密度聚乙烯膜。
8.根据权利要求1所述的快速修复法，其特征在于，在所述回填暂存的所述深层洁净土壤之后还进行：向所述深层洁净土壤中施肥。
9.根据权利要求8所述的快速修复法，其特征在于，所述施肥为：施加氮肥和磷肥。
10.根据权利要求9所述的快速修复法，其特征在于，所述氮肥和所述磷肥的施加量分别为90～110kg/亩、45～55kg/亩。
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Application publication date: 20180710 |
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