CN108707458A

CN108707458A - 土壤重金属污染修复稳定剂及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN108707458A
Application number: CN201810679715.2A
Authority: CN
Inventors: 李国文; 余伟奇; 洪挺; 柴磊昌
Original assignee: Beijing Biotechina Environment Corpltd
Current assignee: Beijing Biotechina Environment Corpltd
Priority date: 2018-06-27
Filing date: 2018-06-27
Publication date: 2018-10-26

Abstract

本发明涉及一种土壤重金属污染修复稳定剂及其制备方法与应用。制备方法包括：在分散介质中依次加入含钙化合物、含镁化合物、含硫化合物和含硅化合物，搅拌均匀；过滤后干燥，得到土壤修复稳定剂。应用方法：检测待处理土壤不同区域的常规重金属的浸出浓度，根据浸出浓度铺设预设量的修复稳定剂于待处理土壤的表面，采用翻耕方式混合处理，保持土壤含水量，养护5～7d，得到修复后的土壤。本发明采用湿法分散介质来提高原料组分的混合均匀度，能够有效减弱生产现场粉尘飞扬的问题；且制备方法简单易行，原料价廉易得，不会造成二次污染；其作为一种可深度修复多种重金属污染、环境友好、受污染土壤恢复程度高的快速方法，适用于商业化生产。

Description

土壤重金属污染修复稳定剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及土壤重金属污染治理修复领域，具体涉及一种土壤重金属污染修复稳定剂及其制备方法与应用。

背景技术

土壤重金属污染是指人类的活动将重金属带入土壤中，致使土壤重金属含量明显高于自然背景值，并造成生态破坏和环境质量恶化的现象。污染土壤的重金属包括生物毒性显著的元素如Cd、Pb、Hg、Cr、As等，以及具有一定毒性的元素如Cu、Zn、Ni等。该类污染范围广、持续时间长、污染隐蔽、无法被生物降解，将导致土壤退化，农作物产量和质量下降，并通过径流、淋失作用污染地表水和地下水。过量重金属将对植物生理功能产生不良影响，使其营养失调。此外，重金属可通过食物链富集并生成毒性更强的甲基化合物，毒害食物链生物，最终在人体内积累，危害人类健康。因此，土壤重金属污染的控制与修复愈发迫在眉睫。

土壤修复是使遭受污染的土壤恢复正常功能的技术措施，具体是指利用各种方法吸收、转移、降解和转化土壤中的污染物质，使其浓度降低或从有毒转化为低毒或无毒。目前，土壤重金属污染治理修复主要有几种途径：一是改变土壤中重金属存在形态，降低环境风险；二是将重金属从土壤中去除，使土壤重金属含量接近或低于土壤背景值；三是在农业生产过程中，改变作物类型和种植制度，减少重金属在农作物中的积累。基于以上三种原理，人们研究的土壤修复技术有几十种甚至几百种，常用的修复技术可分为物理法、化学法和生物法。其中，最常用的方法是化学法，该方法通过向土壤中添加改良修复稳定剂，经过一系列的反应，使重金属附着在修复稳定剂表面或形成难溶性的沉淀物，降低重金属在土壤中的迁移性和生物有效性，减少重金属对地下水体和植物的毒害作用，从而达到修复土壤的目的。

目前，就修复稳定剂本身而言，其制备方法和应用情况均存在诸多不足；例如：从修复稳定剂的制备方法来说，修复稳定剂通常均采用干法混合活性组分制备，从而造成生产现场粉尘飞扬和工作环境恶劣；从使用方法上来说，只能修复某一种重金属离子，而土壤重金属污染一般是多种重金属离子共存；此外，现有修复稳定剂易导致土壤的二次污染，如螯合剂在吸附土壤重金属离子的同时会带走土壤的有机质和其他植物所需要的必需元素的现象，存在渣多、络合物不易沉降、易致二次污染、操作条件苛刻和实际操作困难等缺点。

基于此，提供一种新型的高效土壤重金属污染修复稳定剂尤为重要。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明旨在提供一种土壤重金属污染修复稳定剂及其制备方法与应用。本发明土壤修复稳定剂制备过程中采用湿法分散介质来提高原料组分的混合均匀度，同时能够有效减弱生产现场粉尘飞扬的问题；且制备得到的修复稳定剂可以有效去除常规重金属Pb、Cd、Cu和Zn。此外，本发明制备方法简单易行，原料价廉易得，不会造成二次污染，其作为一种可深度修复多种重金属污染、环境友好、受污染土壤恢复程度高的快速方法，适用于商业化生产。

为此，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种土壤修复稳定剂，修复稳定剂的原料组分包括：含钙化合物、含镁化合物、含硫化合物和含硅化合物。

优选地，修复稳定剂的原料组分按重量份计，包括：含钙化合物30～75重量份、含镁化合物25～60重量份、含硫化合物3～15重量份和含硅化合物2～10重量份。

优选地，含钙化合物包括生石灰、氯化钙、氢氧化钙和碳酸钙中的一种或多种；含镁化合物包括氧化镁、氯化镁、氢氧化镁和菱镁矿粉中的一种或多种；含硫化合物包括硫化钠和/或硫化钾；含硅化合物包括蒙脱石粉、高岭土、沸石粉和膨润土中的一种或多种。

优选地，土壤修复稳定剂的原料组分还包括低沸点的有机液体；其中，低沸点的有机液体作为分散介质，且优选甲醇、无水乙醇、丙酮、环己烷、石油醚和甲苯中的一种或多种。

需要说明的是，制备本发明土壤修复稳定剂的各原料是按照重量份作为配比，在生产时可按照相应的比例增大或减少，如大规模生产可以以千克或以吨为单位，小规模生产也可以克为单位，重量可以增大或减小，但各组成之间的原料重量配比比例不变。

第二方面，本发明提供一种土壤修复稳定剂的制备方法，包括以下步骤：S101：在分散介质中依次加入含钙化合物、含镁化合物、含硫化合物和含硅化合物，搅拌均匀；S102：将搅拌均匀后的混合物过滤并收集固相，之后干燥，得到土壤修复稳定剂。

优选地，S102中：干燥的温度为100～120℃，时间为1～10h；S102中优选还包括：收集过滤后的滤液，之后回收再使用。

第三方面，本发明提供的修复稳定剂在处理重金属污染土壤中的应用。

优选地，应用方法包括以下步骤：S201：检测待处理土壤不同区域的常规重金属的浸出浓度；S202：根据浸出浓度，铺设预设量的修复稳定剂于待处理土壤的表面，之后进行混合处理，保持土壤含水量，养护预设时间，最终得到修复后的土壤。

优选地，S201中：常规重金属包括Pb、Cd、Cu和Zn；修复稳定剂的加入质量占待处理土壤质量的1％～15％。

优选地，S202中：采用翻耕方式进行混合处理，且翻耕的深度为0.2～0.5m；土壤含水量不低于20％，且保持土壤含水量的方法采用加盖保湿材料和/或补加水措施；养护时间为5～7d。

本发明提供的上述技术方案具有以下优点：

(1)申请人经过大量研究发现：本发明土壤修复稳定剂制备过程中采用湿法分散介质来提高原料组分的混合均匀度，同时能够有效减弱生产现场粉尘飞扬的问题。

(2)本发明制备得到的修复稳定剂可以有效去除常规重金属Pb、Cd、Cu和Zn；各原料组分具有优异的协同作用，与单独使用相比较，修复效果明显提高；主要是基于单一的试剂不能满足多种不同类型的重金属的稳定需求；本发明修复稳定剂的各组分相互搭配，可以显著提高整体修复效果。

(3)本发明制备方法简单易行，原材料价廉易得，且不用烧结，节省了能源消耗；同时本发明方法实现了现场原位修复稳定，减少了运输成本，且不会造成二次污染；其作为一种可深度修复多种重金属污染、环境友好、受污染土壤恢复程度高的快速方法，适用于商业化生产。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

具体实施方式

下面将对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚的说明本发明的技术方案，因此只作为实例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规试剂商店购买得到的。以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，数据为三次重复实验的平均值或平均值±标准差。

本发明提供一种土壤修复稳定剂的制备方法，包括以下步骤：

S100：在带搅拌的反应釜中加入低沸点的有机液体，作为分散介质。其中，有机液体选用甲醇、无水乙醇、丙酮、环己烷、石油醚和甲苯中的一种或多种的任意组合。

S101：在在反应釜依次加入含钙化合物30～75重量份、含镁化合物25～60重量份、含硫化合物3～15重量份和含硅化合物2～10重量份，搅拌均匀。其中，含钙化合物包括生石灰、氯化钙、氢氧化钙和碳酸钙中的一种或多种的任意组合；含镁化合物包括氧化镁、氯化镁、氢氧化镁和菱镁矿粉中的一种或多种的任意组合；含硫化合物包括硫化钠和/或硫化钾的任意组合；含硅化合物包括蒙脱石粉、高岭土、沸石粉和膨润土中的一种或多种的任意组合。

S102：将搅拌均匀后的混合物过滤，收集固相，之后于100～120℃下干燥1～10h，得到土壤修复稳定剂。

下面结合具体实施方式进行说明：

实施例一

供试土壤选用山西某冶炼厂产生的废渣、尾砂污染周边的土壤；其中，供试土壤所有重金属污染物(包括Pb、Cd、Cu和Zn)含量数据见表1。具体地，

(一)制备修复稳定剂：

S101：将含钙化合物55％、含镁化合物35％、含硫化合物5％和含硅化合物5％分别放入装有环己烷的反应釜中，混合均匀。

S102：将搅拌均匀后的混合物过滤并收集固相，在100℃干燥3小时，得到所要用的修复稳定剂。

(二)将修复稳定剂用于供试土壤的修复，包括以下步骤：

S201：对供试土壤进行翻耕处理，翻耕深度控制在30cm，并把土壤晾干后进行检测。

S202：根据检测结果，按10％质量比添加上述修复稳定剂，将其均匀铺设在供试土壤的表面，进行原位修复。采用翻耕方式混合处理5次，需要补加水，保持土壤混合物的含水量不能低于20％，覆盖保湿材料，养护7天。

进行养护后检测，结果见表1；此外，依据《固体废弃物浸出毒性测定方法》(GB/T15555.1-GB/T15555.11)中的方法测定土壤中重金属元素的浸出实验。

表1实施例一供试土壤修复情况列表

供试土壤中重金属组分	Pb	Cd	Cu	Zn
					原重金属含量/(mg/L)	121.43	7.56	342.42	217.65
修复稳定后浸出浓度/(mg/L)	1.82	0.15	15.24	15.63
					修复稳定化率/％	98.50	98.02	95.55	92.82

实施例二

供试土壤选用宁夏某冶炼厂污染周边的土壤；其中，供试土壤所有重金属污染物(包括Pb、Cd、Cu和Zn)含量数据见表2。具体地，

(一)制备修复稳定剂：

S101：将含钙化合物35％、含镁化合物56％、含硫化合物6％和含硅化合物3％分别放入装有石油醚的反应釜中，混合均匀。

S102：将搅拌均匀后的混合物过滤并收集固相，在110℃干燥3小时，得到所要用的修复稳定剂。

(二)将修复稳定剂用于供试土壤的修复，包括以下步骤：

S201：对供试土壤进行翻耕处理，翻耕深度控制在25cm，并把土壤晾干后进行检测。

S202：根据检测结果，按8％质量比添加上述修复稳定剂，将其均匀铺设在供试土壤的表面，进行原位修复。采用翻耕方式混合处理5次，需要补加水，保持土壤混合物的含水量不能低于20％，覆盖保湿材料，养护7天。

进行养护后检测，结果见表2；此外，依据《固体废弃物浸出毒性测定方法》(GB/T15555.1-GB/T15555.11)中的方法测定土壤中重金属元素的浸出实验。

表2实施例二供试土壤修复情况列表

实施例三

供试土壤选用山东某矿化工厂污染周边的土壤；其中，供试土壤所有重金属污染物(包括Pb、Cd、Cu和Zn)含量数据见表3。具体地，

(一)制备修复稳定剂：

S101：将含钙化合物60％、含镁化合物30％、含硫化合物6％和含硅化合物4％分别放入装有无水乙醇的反应釜中，混合均匀。

S102：将搅拌均匀后的混合物过滤并收集固相，在120℃干燥3小时，得到所要用的修复稳定剂。

(二)将修复稳定剂用于供试土壤的修复，包括以下步骤：

S201：对供试土壤进行翻耕处理，翻耕深度控制在40cm，并把土壤晾干后进行检测。

S202：根据检测结果，按12％质量比添加上述修复稳定剂，将其均匀铺设在供试土壤的表面，进行原位修复。采用翻耕方式混合处理5次，需要补加水，保持土壤混合物的含水量不能低于20％，覆盖保湿材料，养护6天。

进行养护后检测，结果见表3；此外，依据《固体废弃物浸出毒性测定方法》(GB/T15555.1-GB/T15555.11)中的方法测定土壤中重金属元素的浸出实验。

表3实施例三供试土壤修复情况列表

供试土壤中重金属组分	Pb	Cd	Cu	Zn
					原重金属含量/(mg/L)	346.36	23.38	435.23	278.65
修复稳定后浸出浓度/(mg/L)	4.68	0.62	11.68	9.22
					修复稳定化率/％	98.65	97.35	97.32	96.69

当然，除了实施例一至实施例三列举的情况，其他原料组分的种类和重量百分比、制备过程中的条件和参数等也是可以的。

本发明土壤修复稳定剂制备过程中采用湿法分散介质来提高原料组分的混合均匀度，同时能够有效减弱生产现场粉尘飞扬的问题；且制备得到的修复稳定剂可以有效去除常规重金属Pb、Cd、Cu和Zn。此外，本发明制备方法简单易行，原料价廉易得，不会造成二次污染，其作为一种可深度修复多种重金属污染、环境友好、受污染土壤恢复程度高的快速方法，适用于商业化生产。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种土壤修复稳定剂，其特征在于：

所述修复稳定剂的原料组分包括：含钙化合物、含镁化合物、含硫化合物和含硅化合物。

2.根据权利要求1所述的土壤修复稳定剂，其特征在于：

所述修复稳定剂的原料组分按重量份计，包括：含钙化合物30～75重量份、含镁化合物25～60重量份、含硫化合物3～15重量份和含硅化合物2～10重量份。

3.根据权利要求2所述的土壤修复稳定剂，其特征在于：

所述含钙化合物包括生石灰、氯化钙、氢氧化钙和碳酸钙中的一种或多种；

所述含镁化合物包括氧化镁、氯化镁、氢氧化镁和菱镁矿粉中的一种或多种；

所述含硫化合物包括硫化钠和/或硫化钾；

所述含硅化合物包括蒙脱石粉、高岭土、沸石粉和膨润土中的一种或多种。

4.根据权利要求1～3任一项所述的土壤修复稳定剂，其特征在于，还包括低沸点的有机液体；

其中，所述低沸点的有机液体作为分散介质，且优选甲醇、无水乙醇、丙酮、环己烷、石油醚和甲苯中的一种或多种。

5.权利要求1～4任一项所述的土壤修复稳定剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S101：在分散介质中依次加入含钙化合物、含镁化合物、含硫化合物和含硅化合物，搅拌均匀；

S102：将搅拌均匀后的混合物过滤并收集固相，之后干燥，得到所述土壤修复稳定剂。

6.根据权利要求5所述的土壤修复稳定剂的制备方法，其特征在于：

所述S102中：

所述干燥的温度为100～120℃，时间为1～10h；

所述S102中优选还包括：收集过滤后的滤液，之后回收再使用。

7.权利要求1～4任一项所述修复稳定剂在处理重金属污染土壤中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：

S201：检测待处理土壤不同区域的常规重金属的浸出浓度；

S202：根据所述浸出浓度，铺设预设量的修复稳定剂于待处理土壤的表面，之后进行混合处理，保持土壤含水量，养护预设时间，最终得到修复后的土壤。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：

所述S201中：

所述常规重金属包括Pb、Cd、Cu和Zn；

所述修复稳定剂的加入质量占所述待处理土壤质量的1％～15％。

10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：

所述S202中：

采用翻耕方式进行混合处理，且所述翻耕的深度为0.2～0.5m；

所述土壤含水量不低于20％，且所述保持土壤含水量的方法采用加盖保湿材料和/或补加水措施；

所述养护时间为5～7d。