CN110616073A - 一种高效处理高浓度砷、锑污染土壤的药剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高效处理高浓度砷、锑污染土壤的药剂，由粘土矿物和工业产物配制而成，制备后的药剂成分组成如下表所述：。

Description

一种高效处理高浓度砷、锑污染土壤的药剂及其应用
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种高效处理高浓度砷、锑污染土壤的方法，主要适用于矿产开采、冶炼区的砷、锑污染土壤的修复治理。
背景技术
砷、锑都是自然界中有毒的类金属元素，两者性质相近、且在矿物中伴生共存、进入土壤中将严重影响土壤质量。砷在自然界中广泛分布，土壤、水、矿物、植物、正常人体组织均含有微量的砷。自然状态中的砷主要以硫化物(雌黄As2S3、雄黄As4S4、砷硫铁矿FeAsS)存在或伴生于其他金属矿石中。锑是一种生物体非必须的、广泛分布于表生环境中的典型毒害重金属元素。在岩石圈中锑主要以Sb2S3存在，并与砷的硫化物和氧化物共存。
含砷、锑矿石的开采、冶炼加工、含砷农药的施用等人类活动会向环境释放大量的有毒有害元素。烟尘是冶炼厂的主要污染源，其含有大量有毒有害元素，烟尘的干湿沉降及冶炼炉渣、废水、废气的排放使得有毒有害物质进入土壤环境，造成土壤污染，进而影响人类健康。有研究显示，锑矿区土壤受到较高含量的Sb污染，在锑冶炼厂周围表土和植物中锑的浓度分别达1489mg/kg和336mg/kg。我国湖南、云南、广西、湖北等地部分土壤砷污染较为严重，产出的农作物(水稻、玉米、蔬菜等)中砷含量有些超过国家相关标准。湖南郴州、石门等地近年来相继发生了严重的砷污染中毒事件。
目前，常用于砷、锑污染土壤的修复方法主要有化学淋洗技术、植物修复技术和固化/稳定化技术等。其中，化学淋洗技术是借助淋洗液促使土壤中的污染物溶解或迁移，从而达到去除污染的效果。授权专利CN 101362146公开了一种用于同时去除土壤中重金属和砷的化学淋洗剂及其修复方法，但未涉及重金属锑。该化学淋洗剂由EDTA、氨水和草酸三种化学试剂配制而成，其中EDTA为人工螯合剂，价格昂贵且难以被生物降解，具有一定的生物毒性，不利于推广应用。发明专利CN 107597827 A公开了一种去除污染场地土壤中砷锑和其他重金属元素的方法，该发明首先用草酸和单宁酸配制的复合淋洗剂淋洗污染土壤，然后采用氯化铁溶液淋洗土壤，最后用清洁水洗。虽然能将砷、锑从土壤中脱离出来，但是工艺复杂，工程量巨大，且淋洗过程会产生大量淋洗废液，容易造成环境二次污染风险。植物修复技术通过超积累植物富集作用对污染物进行提取。授权专利CN 103894401 B公开了一种治理镉铅砷复合污染土壤的植物修复方法，该发明仅适用于中度和轻度污染土壤的治理修复，且受限于植物生长周期较长及收获后的植物残体需做无害化处理。化学稳定化技术是目前较为常用的砷、锑污染土壤修复技术，其原理是向污染土壤中施加稳定化剂将污染物转化为性质不活泼形态，进而降低污染物在环境中的迁移扩散。授权专利CN 103920704B公开的砷污染土壤的修复方法，该方法先在砷污染土壤中加入氧化剂(氢氧化锰、高锰酸钾、过硫酸钠)，搅拌均匀后加入四氧化三铁，养护静置。本专利中的氧化剂成分较为复杂，材料价格昂贵，工程实施难度较大。授权专利CN 105598154 B公开了修复砷污染土壤的方法，采用稳定化药剂和固化剂结合原位注入的方式对场地重金属污染土壤进行固化稳定化处理，治理后土壤中重金属砷的浸出浓度低于《地下水质量标准》(GB/T14848-93)Ⅳ类水标准。发明专利CN 108284128 A提出了一种对高浓度砷污染土壤的有效稳定化处理方法，但该方法需要分别添加三种药剂、四个施工步骤，污染土壤需进行四次不同处理，施工过程中会造成工程量增大，工期延长。发明专利CN 108746185 A公开的高风险砷污染土壤的固化/稳定化修复方法，该方法工艺较为简单，但处理后的污染土壤效果一般，根据专利中列举的实施例，修复后土壤中砷的浸出(HJ/T299-2007)浓度在3.478～4.388mg/kg，仅达到《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)标准，难以满足修复工程中参考的《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)及《地下水质量标准》GB/T 14848-2017标准。
综上所述，通过总结已有的研究成果，开发一种能够运用在环境修复领域的高效处理高浓度砷、锑污染土壤的方法，已经成为实际工程中亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提出一种能够同时高效处理高浓度砷、锑污染土壤的方法，且该方法具有修复效果好、工程操作简便可行、修复成本低廉、环境友好等优点。
本发明提供了一种高效处理高浓度砷、锑污染土壤的药剂，由粘土矿物和工业产物配制而成，制备后的药剂成分组成如下表所述。
本发明还提供了一种高效处理高浓度砷、锑污染土壤的药剂的应用，是将配制后的修复药剂与污染土壤混合反应。
进一步的，其混合反应按如下步骤进行：
步骤1，将高浓度砷、锑污染土壤进行筛分破碎至粒径不超过30mm。
步骤2，将上述步骤1中确定的修复药剂与高浓度砷、锑污染土壤按照确定的添加量混合搅拌均匀。
步骤3，向上述步骤2中混合搅拌均匀后土壤中加入纯净水，调节含水率至质量百分比40％，静置养护。
进一步的，对上述步骤3中养护3天后的土壤，检测土壤中的砷、锑浸出浓度。
本发明的有益结果：本发明公开的一种高效处理高浓度砷、锑污染土壤的方法，能够将高浓度砷、锑污染土壤与修复药剂混合反应后，其砷、锑的浸出浓度[《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T299-2007)和《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ557-2010)]均达到非常低的水平。而且施工工艺简单，一次性投加修复药剂，不会增加额外工程量，降低了施工成本。
附图说明
图1是本发明公开的一种高效处理高浓度砷、锑污染土壤的方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例，对本发明进一步阐述说明。应理解，以下实施例均以本发明公开的方法为前提进行实施，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
实施例1某冶炼厂遗留旧址土壤修复项目，该地块污染特征为复合式污染，目标污染物为砷(As)、镉(Cd)、铅(Pb)、锌(Zn)、汞(Hg)、锑(Sb)，其中砷、锑的原始浓度分别为1080mg/kg、468mg/kg。通过小试及中试确定修复药剂及最佳添加比，药剂按照30kg/t污染土壤进行添加，采用本专利公开的方法对污染土壤进行处置后，土壤中砷、锑的浸出浓度(《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T299-2007)和《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ 557-2010))如下表1所示，整个项目达到了较为理想的稳定化效果。
表1修复药剂主要成分及污染土壤修复前后污染物浓度对比
实施例2某砒霜厂遗留旧址处置项目，该地块为重金属复合污染，主要目标污染物为砷(As)、锑(Sb)，总量浓度分别为5040mg/kg和2660mg/kg。通过小试及中试确定修复药剂及最佳添加比，以每吨污染土壤添加50kg修复药剂的方式，按照本专利公开的方法进行处置，修复后土壤中的砷、锑的浸出浓度分别为0.19mg/L、0.013mg/L(《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T299-2007))和0.0983mg/L、0.0056mg/L(《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ 557-2010))。
表2修复药剂主要成分及污染土壤修复前后污染物浓度对比
实施例3某砒霜厂历史遗留旧址重金属污染处置项目，地块污染特征为复合式污染，土壤天然密度平均值为1.91g/cm3，主要目标污染物为砷(As)、汞(Hg)、铅(Pb)、锑(Sb)，其中砷、锑浓度分别为10700mg/kg和11100mg/kg。通过小试及中试确定修复药剂及最佳添加比，以每吨污染土壤添加70kg修复药剂的方式，按照本专利公开的方法进行处置，修复后土壤中的砷、锑的浸出浓度分别为0.105mg/L、0.0638mg/L(《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T299-2007))和0.0049mg/L、0.0039mg/L(《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ 557-2010))。
表3修复药剂主要成分及污染土壤修复前后污染物浓度对比
实施例4某冶金化工厂旧址土壤中砷、锑浓度浓度分别达到9450mg/kg和1978mg/kg。通过小试及中试确定修复药剂及最佳添加比，以每吨污染土壤添加70kg修复药剂的方式，按照本专利公开的方法进行处置，修复后土壤中的砷、锑的浸出浓度分别为0.118mg/L、0.073mg/L(《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T299-2007))和0.0026mg/L、0.0019mg/L(《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ 557-2010))。
表4修复药剂主要成分及污染土壤修复前后污染物浓度对比
实施例5某冶炼厂重金属污染场地治理工程，土壤中砷、锑浓度浓度分别达到21693mg/kg和4930mg/kg。通过小试及中试确定修复药剂及最佳添加比，以每吨污染土壤添加90kg修复药剂的方式，按照本专利公开的方法进行处置，修复后土壤中的砷、锑的浸出浓度分别为0.047mg/L、0.021mg/L(《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T299-2007))和0.0062mg/L、0.0013mg/L(《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ 557-2010))。
表5修复药剂主要成分及污染土壤修复前后污染物浓度对比
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何行业内技术人员在本发明公开的技术范围内进行的改变或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种高效处理高浓度砷、锑污染土壤的药剂，由粘土矿物和工业产物配制而成，制备后的药剂成分组成如下表所述。
修复药剂成分 含量(质量百分比％) SiO<sub>2</sub> 70～80 Ca(OH)<sub>2</sub> 0.5～20 CaCO<sub>3</sub> 0.5～10 Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.5～5 Ca<sub>0.2</sub>(Al,Mg)<sub>2</sub>Si<sub>4</sub>O<sub>10</sub>(OH)<sub>2</sub>·4H<sub>2</sub>O 0.2～2 NaAlSi<sub>3</sub>O<sub>8</sub> 0.2～1 CaSO<sub>4</sub>·2H<sub>2</sub>O 0.2～1 MnO<sub>2</sub> 0.2～1 CaMg(CO<sub>3</sub>)<sub>2</sub> 0.2～0.5 Al<sub>2</sub>Si<sub>2</sub>O<sub>5</sub>(OH)<sub>4</sub> 0.1～0.5 KAl<sub>2</sub>(Si<sub>3</sub>Al)O<sub>10</sub>(OH,F)<sub>2</sub> 0.1～0.5
2.一种高效处理高浓度砷、锑污染土壤的药剂的应用，是将权利要求1配制后的修复药剂与污染土壤混合反应。
3.根据权利要求2所述的高效处理高浓度砷、锑污染土壤的药剂的应用，其特征在于，其混合反应按如下步骤进行：
步骤1，将高浓度砷、锑污染土壤进行筛分破碎至粒径不超过30mm。
步骤2，将上述步骤1中确定的修复药剂与高浓度砷、锑污染土壤按照确定的添加量混合搅拌均匀。
步骤3，向上述步骤2中混合搅拌均匀后土壤中加入纯净水，调节含水率至质量百分比40％，静置养护。
4.根据权利要求3所述的高效处理高浓度砷、锑污染土壤的药剂的应用，其特征在于，对上述步骤3中养护3天后的土壤，检测土壤中的砷、锑浸出浓度。
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