CN110201992A - 一种铬污染土壤的解毒方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铬污染土壤的解毒方法，包括以下步骤：S1、取铬污染土壤，干燥后研磨，过筛，得铬污染土壤粉样；S2、称取草酸和铁粉，将草酸、铁粉、铬污染土壤粉样混合研磨，得活化铬污染土壤粉样；S3、将活化铬污染土壤粉样放置在具有曝气功能及搅拌功能的电解槽内，向电解槽中加水；S4、电解槽中通电，同时搅拌曝气，断电后取出土样，烘干，得解毒土壤。本发明方法实现在低剂量铁基材料添加条件下将铬污染土壤中99％以上六价铬还原成三价铬。同时本发明方法操作简单，设备要求低，可直接工业化推广。

Description

一种铬污染土壤的解毒方法
技术领域
本发明涉及一种受污染土壤的修复方法，特别是涉及一种铬污染土壤的解毒方法。
背景技术
在所有重金属污染场地中，铬污染场地占比较大。土壤中过量铬主要是由工业废物不当排放造成。铬通常以三价铬和六价铬两种稳定价态存在自然环境中。三价铬毒性较低，是人体所需的微量元素，其在人体内的缺乏易引发糖尿病。相比于三价铬，六价铬具有毒性、致癌性、可溶性以及腐蚀性，其毒性是三价铬的100倍左右。由于六价铬具有高渗透性，其可通过皮肤渗透影响人体内蛋白变性而干扰酶系统。过量的六价铬亦会通过破坏植物体内的叶绿素结构及植物细胞结构影响水稻、小麦、玉米等常见农作物的质量和产量。在生态环境中，三价铬和六价铬可以相互转换。一般通过两种途径实现对铬污染土壤的修复治理。一种是改变铬离子的价态，二是将铬直接从土壤环境中去除。
具体而言，铬污染土壤的修复技术主要包括物理修复法、化学修复法、生物修复法及综合技术修复法。总体而言，由于三价铬的毒性相对较低，绝大多数铬污染修复的总体目标都是将六价铬转化为三价铬，然后再将三价铬去除或稳定化。对于铬污染土壤的还原，目前应用最广泛的还原剂是低价态铁基材料，包括零价铁和二价铁离子。相比其他化学还原剂，低价态铁基材料虽然价格低廉，其实现铬污染土壤解毒的效率却很低。低价态铁基材料对铬污染土壤中六价铬的还原属于异相还原，所以还原效率不仅取决于低价态铁基材料自身的还原电位，也取决于污染土壤中六价铬的有效释放。
发明内容
本发明的目的是提供一种铬污染土壤的解毒方法，解决低价态铁基材料对于六价铬污染土壤解毒效率低的问题。
本发明的技术方案是这样的：一种铬污染土壤的解毒方法，包括以下步骤：
S1、取铬污染土壤，干燥后研磨，过筛，得铬污染土壤粉样；
S2、称取草酸和铁粉，将草酸、铁粉、铬污染土壤粉样混合研磨，得活化铬污染土壤粉样；
S3、将活化铬污染土壤粉样放置在具有曝气功能及搅拌功能的电解槽内，向电解槽中加水；
S4、电解槽中通电，同时搅拌曝气，断电后取出土样，烘干，得解毒土壤。
为了保证铬污染突然充分活化，提高电解槽中六价铬浸出量，并能够提供足够的二氧化碳自由基以促进六价铬还原同时又能抑制三价铬离子生成络合阴离子，避免造成三价铬离子向阳极方向迁移导致三价铬氢氧化物沉淀减少，优选地，所述步骤S2称取草酸是按照草酸与铬污染土壤粉样质量百分比4％～8％称取。
为了提高二价铁例子转化率及保持二氧化碳自由基生成量，优选地，所述步骤S2称取铁粉是按照铁粉与铬污染土壤粉样质量百分比3％～6％称取。
为了确保氢离子的快速生成又不至于使三价铬离子与六价铬离子在电极处过于富集而影响与低价态铁的接触而降低效率，优选地，所述步骤S4向电解槽通电时电压梯度控制在0.5～1.5V/cm。
优选地，所述步骤S3向电解槽加水是按照活化铬污染土壤粉样与水固体液体比1:1～2g/mL添加。
优选地，所述铬污染土壤粉样细度为100～400目。
优选地，所述步骤S2中研磨时间2～4小时。
优选地，所述步骤S4中通电时间1～3个小时，搅拌速率20～40rpm，曝气频次为2～4次。
本发明方法将草酸、铁粉、铬污染土壤粉样混合，研磨，利用机械活化能，增加草酸和铁粉与铬污染土壤粉样接触面积，促进草酸中氢离子及铁粉中的电子向铬污染土壤粉样中转移，提高污染土壤粉样中铬离子迁移活性。将电解槽通电后，电解液中草酸里电离出的氢离子及阳极表面水解产生的氢离子(2H2O-4e-→4H++O2↑)与氧气接触并在电解槽阴极表面得到电子，生成双氧水(2H++O2+2e-→H2O2)。铁粉与铬污染土壤粉样中释放的六价铬反应生成三价铁与三价铬(Cr(VI)+Fe0→Fe3++Cr(III))。三价铁与铁粉反应，生成二价铁离子(2Fe3++Fe0→3Fe2++2H2O)。一方面，二价铁离子可以还原六价铬，使其转化成三价铬(3Fe2++Cr(VI)→3Fe3++Cr(III))，另一方面二价铁离子可与双氧水反应，生成氢氧根自由基(2Fe2++H2O2→2Fe3++2OH′)。氢氧根自由基可与草酸根离子反应生成二氧化碳自由基二氧化碳自由基可以进一步还原六价铬，使其转化成三价铬。生成的三价铬与氢氧根离子结合，生成氢氧化物沉淀，实现进一步稳定化。
本发明所提供的技术方案的有益效果是，可实现对铬污染土壤的高效解毒，实现在低剂量铁基材料添加条件下将铬污染土壤中99％以上六价铬还原成三价铬。同时本发明方法操作简单，设备要求低，可直接工业化推广。本发明也为铬污染土壤的无害化处置提供了一种新思路。
附图说明
图1为本发明步骤流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
请结合图1所示，本发明一种铬污染土壤的解毒方法，包括以下步骤：
S1、称取铬污染土壤，干燥后研磨，过100～400目筛，得铬污染土壤粉样；
S2、按照草酸与铬污染土壤粉样质量百分比4％～8％称取草酸，铁粉与铬污染土壤粉样质量百分比3％～6％称取铁粉，将草酸、铁粉、铬污染土壤粉样混合，研磨2～4小时，得活化铬污染土壤粉样；
S3、将活化铬污染土壤粉样放置在具有曝气功能及搅拌功能的电解槽样品区，按照活化铬污染土壤粉样与水固体液体比1:1～2g/mL，向电解槽中加水；
S4、电解槽通电1～3个小时，其中电压梯度控制在0.5～1.5V/cm，搅拌速率20～40rpm，曝气频次为2～4次，断电取出土样，烘干，得解毒土壤。
具体实施例如下：
实施例1
草酸与铬污染土壤粉样质量百分比对六价铬还原效率的影响：
称取铬污染土壤，干燥后研磨，过100目筛，得铬污染土壤粉样。按照草酸与铬污染土壤粉样质量百分比3.2％、3.5％、3.8％、4％、6％、8％、8.2％、8.5％称取草酸，铁粉与铬污染土壤粉样质量百分比3％称取铁粉，将草酸、铁粉、铬污染土壤粉样混合，研磨2小时，得活化铬污染土壤粉样。将活化铬污染土壤粉样放置在具有曝气功能及搅拌功能的电解槽样品区。按照活化铬污染土壤粉样与水固体液体比1:1g/mL，向电解槽中加水。电解槽通电1个小时，其中电压梯度控制在0.5V/cm，搅拌速率20rpm，曝气频次为2次，断电取出土样，烘干，得解毒土壤。
浸出毒性实验：按照《固体废物浸出毒性浸出方法--硫酸硝酸法》(HJ/T299-2007)对铬污染土壤及解毒土壤进行浸出毒性实验。
六价铬浓度测量：液体中六价铬浓度参照《水质六价铬的测定二苯碳酰二肼分光光度法》(GB7467-87)进行测量。
六价铬还原效率的计算：六价铬还原效率按照公式(1)进行测量，其中Ef为六价铬还原效率，c0为铬污染土壤六价铬浸出浓度，ct为解毒土壤六价铬浸出浓度。草酸与铬污染土壤粉样质量百分比对六价铬还原效率的影响见表1。
表1草酸与铬污染土壤粉样质量百分比对六价铬还原效率的影响
由表1可看出，当草酸与铬污染土壤粉样质量百分比低于4％时(如表1中，草酸与铬污染土壤粉样质量百分比＝3.8％、3.5％、3.2％)，由于草酸含量较低，铬污染土壤预活化程度不足，电解槽中六价铬浸出量低。同时氢氧根自由基可与草酸根离子反应生成二氧化碳自由基减少，抑制了对六价铬的进一步还原，最终导致铬污染土壤六价铬还原效率均低于90％；当草酸与铬污染土壤粉样质量百分比为4％～8％时，铬污染土壤得到充分活化，同时氢氧根自由基可与草酸根离子反应生成充足的二氧化碳自由基，不断促进六价铬向三价铬转变，使得铬污染土壤六价铬还原效率均高于95％；当草酸与铬污染土壤粉样质量百分比高于8％时，草酸根过量，其易于三价铬离子生成络合阴离子，造成三价铬离子向阳极方向迁移，降低了三价铬氢氧化物沉淀生成且扰乱了六价铬还原过程，最终导致铬污染土壤六价铬还原效率下降。因此，综合而言，结合效益与成本，当草酸与铬污染土壤粉样质量百分比为4％～8％时最有利于实现铬污染土壤解毒。
实施例2
铁粉与铬污染土壤粉样质量百分比对六价铬还原效率的影响：
称取铬污染土壤，干燥后研磨，过250目筛，得铬污染土壤粉样。按照草酸与铬污染土壤粉样质量百分比6％称取草酸，铁粉与铬污染土壤粉样质量百分比2.2％、2.5％、2.8％、3％、4％、5％、6％、6.2％、6.5％、6.8％称取铁粉，将草酸、铁粉、铬污染土壤粉样混合，研磨3小时，得活化铬污染土壤粉样。将活化铬污染土壤粉样放置在具有曝气功能及搅拌功能的电解槽样品区。按照活化铬污染土壤粉样与水固体液体比1:1.5g/mL，向电解槽中加水。电解槽通电2个小时，其中电压梯度控制在1V/cm，搅拌速率30rpm，曝气频次为3次，断电取出土样，烘干，得解毒土壤。
浸出毒性实验：按照《固体废物浸出毒性浸出方法--硫酸硝酸法》(HJ/T299-2007)对铬污染土壤及解毒土壤进行浸出毒性实验。
六价铬浓度测量：液体中六价铬浓度参照《水质六价铬的测定二苯碳酰二肼分光光度法》(GB7467-87)进行测量。
六价铬还原效率的计算：六价铬还原效率按照公式(1)进行测量，其中Ef为六价铬还原效率，c0为铬污染土壤六价铬浸出浓度，ct为解毒土壤六价铬浸出浓度。铁粉与铬污染土壤粉样质量百分比对六价铬还原效率的影响见表2。
表2铁粉与铬污染土壤粉样质量百分比对六价铬还原效率的影响
由表2可看出，当铁粉与铬污染土壤粉样质量百分比低于3％时(如表2中，草酸与铬污染土壤粉样质量百分比＝2.8％、2.5％、2.2％)，由于铁粉含量较低，不仅直接导致铁粉还原铬污染土壤粉样中释放的六价铬效率降低，同时二价铁离子转化效率降低，减少二氧化碳自由基产量，进一步恶化还原环境，使得铬污染土壤六价铬还原效率均低于93％；当铁粉与铬污染土壤粉样质量百分比为3％～6％时，零价铁直接还原六价铬充分，且二价铁循环及时，二价铁诱导大量氢氧根自由基生成从而促成其与草酸根离子反应生成充足的二氧化碳自由基，不断促进六价铬向三价铬转变，使得铬污染土壤六价铬还原效率均高于96％；当铁粉与铬污染土壤粉样质量百分比高于6％时(如表2中，草酸与铬污染土壤粉样质量百分比＝6.2％、6.5％、6.8％)，铬污染土壤六价铬还原提升效率较小，并不显著。因此，综合而言，结合效益与成本，当铁粉与铬污染土壤粉样质量百分比为3％～6％时最有利于实现铬污染土壤解毒。
实施例3
电压梯度变化对六价铬还原效率的影响：
称取铬污染土壤，干燥后研磨，过100目筛，得铬污染土壤粉样。按照草酸与铬污染土壤粉样质量百分比6％称取草酸，铁粉与铬污染土壤粉样质量百分比6％称取铁粉，将草酸、铁粉、铬污染土壤粉样混合，研磨4小时，得活化铬污染土壤粉样。将活化铬污染土壤粉样放置在具有曝气功能及搅拌功能的电解槽样品区。按照活化铬污染土壤粉样与水固体液体比1:2g/mL，向电解槽中加水。电解槽通电3个小时，其中电压梯度控制在0.2V/cm、0.3V/cm、0.4V/cm、0.5V/cm、1.0V/cm、1.5V/cm、1.6V/cm、1.8V/cm、2.0V/cm，搅拌速率40rpm，曝气频次为4次，断电取出土样，烘干，得解毒土壤。
浸出毒性实验：按照《固体废物浸出毒性浸出方法--硫酸硝酸法》(HJ/T299-2007)对铬污染土壤及解毒土壤进行浸出毒性实验。
六价铬浓度测量：液体中六价铬浓度参照《水质六价铬的测定二苯碳酰二肼分光光度法》(GB7467-87)进行测量。
六价铬还原效率的计算：六价铬还原效率按照公式(1)进行测量，其中Ef为六价铬还原效率，c0为铬污染土壤六价铬浸出浓度，ct为解毒土壤六价铬浸出浓度。电压梯度变化对六价铬还原效率的影响见表3。
表3电压梯度变化对六价铬还原效率的影响
电压梯度变化 六价铬还原效率 误差率
0.2V/cm 82.47％ ±0.2％
0.3V/cm 89.56％ ±0.2％
0.4V/cm 93.24％ ±0.2％
0.5V/cm 97.68％ ±0.3％
1.0V/cm 99.35％ ±0.2％
1.5V/cm 98.96％ ±0.2％
1.6V/cm 94.33％ ±0.2％
1.8V/cm 91.28％ ±0.2％
2.0V/cm 83.79％ ±0.3％
由表3可看出，当电压梯度低于0.5V/cm时(如表3中，电压梯度变化＝0.4V/cm、0.3V/cm、0.2V/cm)，由于电压梯度较低，阳极表面水解速率慢，产生的氢离子的速率相应变慢，导致双氧水产量及后续的二氧化碳自由基生成量减少，从而使得六价铬还原效率均小于94％且随着电压梯度的降低而继续减少；当电压梯度为0.5～1.5V/cm时，水解速率较快，阳极表面的氢离子及阴极表面的氢氧根离子产生速率快，六价铬还原过程连续且生成的三价铬可以有效地转化为氢氧化物沉淀，最终使得铬污染土壤六价铬还原效率均大于97％且在1.0V/cm处得到最大值为99.35％；当电压梯度高于1.5V/cm时(如表3中，电压梯度变化＝1.6V/cm、1.8V/cm、2.0V/cm)，电迁移作用加强，导致三价铬离子与六价铬离子趋向于向阴极和阳极迁移富集，这降低了六价铬与零价铁和二价铁的接触效率，同时也减少了氢氧化铬沉淀物的生成，导致六价铬还原效率随着电压梯度的增加而逐渐降低。因此，综合而言，结合效益与成本，当电压梯度为0.5～1.5V/cm时时最有利于实现铬污染土壤解毒。

Claims (8)

1.一种铬污染土壤的解毒方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、取铬污染土壤，干燥后研磨，过筛，得铬污染土壤粉样；
S2、称取草酸和铁粉，将草酸、铁粉、铬污染土壤粉样混合研磨，得活化铬污染土壤粉样；
S3、将活化铬污染土壤粉样放置在具有曝气功能及搅拌功能的电解槽内，向电解槽中加水；
S4、电解槽中通电，同时搅拌曝气，断电后取出土样，烘干，得解毒土壤。
2.根据权利要求1所述的铬污染土壤的解毒方法，其特征在于，所述步骤S2称取草酸是按照草酸与铬污染土壤粉样质量百分比4％～8％称取。
3.根据权利要求1所述的铬污染土壤的解毒方法，其特征在于，所述步骤S2称取铁粉是按照铁粉与铬污染土壤粉样质量百分比3％～6％称取。
4.根据权利要求1所述的铬污染土壤的解毒方法，其特征在于，所述步骤S4向电解槽通电时电压梯度控制在0.5～1.5V/cm。
5.根据权利要求1所述的铬污染土壤的解毒方法，其特征在于，所述步骤S3向电解槽加水是按照活化铬污染土壤粉样与水固体液体比1:1～2g/mL添加。
6.根据权利要求1所述的铬污染土壤的解毒方法，其特征在于，所述铬污染土壤粉样细度为100～400目。
7.根据权利要求1所述的铬污染土壤的解毒方法，其特征在于，所述步骤S2中研磨时间2～4小时。
8.根据权利要求1所述的铬污染土壤的解毒方法，其特征在于，所述步骤S4中通电时间1～3个小时，搅拌速率20～40rpm，曝气频次为2～4次。
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