CN111303888A

CN111303888A - 低环境风险的重金属复合污染土壤稳定化修复剂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN111303888A
Application number: CN201911164259.9A
Authority: CN
Inventors: 杨鹤峰; 陆英; 肖满; 万鹏; 邢玉权; 周亦可
Original assignee: China Energy Conservation Dadi Environmental Remediation Co ltd
Current assignee: China Energy Conservation Dadi Environmental Remediation Co ltd
Priority date: 2019-11-25
Filing date: 2019-11-25
Publication date: 2020-06-19

Abstract

本发明涉及低环境风险的重金属复合污染土壤稳定化修复剂及其制备方法和应用，以黏土矿物和磷酸盐混合及制备处理、修复污染土壤，以黏土矿物的广谱性特征对复合重金属进行吸附和离子交换，将天然黏土矿物和改性黏土矿物针对污染物种类及污染程度以一定比例调整，增强稳定化效果和普适性，增加过磷酸钙对重金属具有显著稳定化修复效果。本发明显著降低复合重金属污染土中重金属的迁移性和浸出毒性，修复后土壤可资源化利用，降低土壤原位回填后的环境风险，安全可靠；根据重金属种类及含量情况调整组分，针对性进行重金属稳定化处理；原材料易获取，成本低廉，制备简单，低环境风险，使用方便，效果稳定，针对多种重金属均有稳定化修复效果。

Description

低环境风险的重金属复合污染土壤稳定化修复剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及土壤调节材料或土壤稳定材料的技术领域，特别涉及一种低环境风险的重金属复合污染土壤稳定化修复剂及其制备方法和应用。

背景技术

由于土壤重金属污染具有累积性和不可逆性等特征，可选择的修复技术相对较少，稳定化修复技术、特别是异位稳定化修复技术是目前国内外针对重金属污染土壤的一项主要修复技术。

土壤稳定化修复是指向土壤中加入适量针对性的稳定化药剂，通过药剂和土壤中重金属污染物之间发生吸附、沉淀、络合、离子交换、氧化还原等一系列物理化学反应，

以物理、化学或者物理化学的形式改变重金属在土壤中的存在形态，从而降低其毒性、溶解性、可迁移性以及生物有效性等，达到降低其毒性和健康风险，实现修复目的。

现有技术中，常见的稳定化药剂包括磷酸盐、硫化物、铁基材料、黏土矿物、微生物制品或上述材料的复合混配制品等，由于土壤重金属污染呈现多样性，同一地块往往存在多种不同重金属复合污染，修复方量相对较大，需要投入大量的稳定化药剂，且修复后土壤多为原地异位填埋处置，现有技术的稳定化药剂无法兼顾廉价易得、安全可靠、环境风险低、使用方便、针对多种重金属均有修复效果的需求。

发明内容

本发明解决了现有技术中，稳定化药剂无法兼顾廉价易得、安全可靠、环境风险低、使用方便、针对多种重金属均有修复效果的需求的问题，提供了一种优化的低环境风险的重金属复合污染土壤稳定化修复剂及其制备方法和应用，特别适用于As、Pb、Ni、Hg、Cd复合重金属污染土壤的治理。

本发明所采用的技术方案是，一种低环境风险的重金属复合污染土壤稳定化修复剂，所述修复剂按原料的总重量的百分含量计，由如下原料配比制成：天然黏土矿物37%~60%、改性黏土矿物37%~60%、磷基肥3%~26%。

优选地，所述天然黏土矿物为钙基膨润土。

优选地，所述改性黏土矿物为纳基膨润土。

优选地，所述磷基肥为过磷酸钙。

本发明中，修复剂的主要成分为天然黏土矿物和改性黏土矿物，使用后，土壤中重金属污染物可以快速有效地稳定化，通过吸附、离子交换、络合、沉淀等复合作用将重金属长期固定，同时修复剂与污染土混合后降低其生态风险，降低了污染物毒性和生物有效性。

本发明中，钙基膨润土和纳基膨润土的质量除满足《膨润土——国家质量标准》（GB/T 20973-2007）外，天然黏土矿物，即本发明中的钙基膨润土中，有效成分蒙脱石矿粉含量需在80%以上。

本发明中，磷基肥，如过磷酸钙，作为化肥，供给植物磷、钙、硫等元素，具有改良碱性土壤作用，可用作基肥、根外追肥、叶面喷洒，与氮肥混合使用，有固氮作用，减少氮的损失，能促进植物的发芽、长根、分枝、结实及成熟，可用作生产复混肥的原料。

本发明中，修复剂的原料的配比通过实验获得；

一般来说，重金属As污染土壤的稳定化修复药剂配比中天然黏土矿物与改性黏土矿物比例为1:1，磷基肥约26%；

重金属Pb污染土壤稳定化药剂中天然黏土矿物与改性黏土矿物比例为1:1，磷基肥约10%；

重金属Ni、Cd、Hg等污染土壤稳定化药剂中天然黏土矿物和改性黏土矿物比例为1:1.5，磷基肥约3%；

上述稳定化修复剂根据土壤重金属污染程度，调整投加比例3%~10%。

本发明中，原料经济易得，且不会产生二次污染，环境风险极低，易进行控制。

优选地，所述修复剂的pH值为6~9。

本发明中，各组成成分含量直接影响复配后药剂的pH，由于复配后的药剂pH碱性并不高，因此本发明的修复剂不是单纯依靠调控土壤pH、与重金属发生沉淀反应而实现重金属的稳定化，修复剂与污染土混合反应后的土壤pH为中性或弱碱性，pH在6.5~8.5之间，修复后土壤受环境的pH影响较小，修复后土壤原地异位回填后对地下水和地表水环境影响风险较小，符合我国《地下水质量标准》（GB/T 14848-2017）三类水标准6.5≤pH≤8.5和《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中pH标准6≤pH≤9。

优选地，所述修复剂的含水率小于10%。

一种所述的低环境风险的重金属复合污染土壤稳定化修复剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

步骤1.1：取天然黏土矿物、改性黏土矿物和磷基肥为原料；

步骤1.2：各原料根据配比混合、研磨、过筛；

步骤1.3：得到所述重金属复合污染土壤稳定化修复剂。

优选地，所述步骤1.2中，过筛至180~200目颗粒。

一种所述的低环境风险的重金属复合污染土壤稳定化修复剂的应用，所述应用为采用低环境风险的重金属复合污染土壤稳定化修复剂的修复方法，所述修复方法包括以下步骤：

步骤2.1：采用挖机对重金属污染土壤进行开挖，运输至修复大棚内进行预处理；

步骤2.2：将所述稳定化修复剂添加至预处理后的污染土中，修复剂的投加比例为土壤干重的3%~10%，混合搅拌1.5~2.5h；

步骤2.3：待修复剂与污染土混合完成后，将混合物转移至暂存区进行养护，养护时间不少于5天；养护期间对混合物进行苫盖保湿，使得混合物含水率保持在25%~35%；

步骤2.4：养护结束后，对混合物进行采样检测，分析土壤中关注的重金属的浸出浓度。

优选地，所述步骤2.1中，预处理为以筛分设备对重金属污染土壤进行破碎筛分，去除污染土中直径大于50mm的非土壤物质，保证待修复土壤的粒径小于50 mm，调节待修复土壤的含水率，得到预处理后的污染土。

本发明中，筛分设备包括但不限于Allu铲斗。

本发明中，大块非土壤物质包括但不限于石块、建筑垃圾、树根等，预处理后，确保土壤粒径相对均一。

本发明中，调节含水率有助于增强药剂对污染物的稳定效果。

本发明提供了一种优化的低环境风险的重金属复合污染土壤稳定化修复剂及其制备方法和应用，通过黏土矿物和磷酸盐进行混合及制备处理、对污染土壤进行修复处理，以黏土矿物的广谱性特征对复合重金属进行吸附和离子交换，同时将天然黏土矿物和改性黏土矿物针对污染物种类及污染程度按照一定比例进行调整，进一步增强该药剂的稳定化效果和普适性，增加廉价易得且具有较好土壤肥力的过磷酸钙作为复配型药剂中成分之一，对砷、镍、铅、汞、锌、镉、铜等重金属具有显著稳定化修复效果。

本发明的有益效果在于：

（1）修复剂本身可以显著降低复合重金属污染土中重金属的迁移性和浸出毒性，尤其适用于中高浓度重金属污染且对修复后土壤有明确环保要求的修复场地，修复后土壤可作为环境友好型材料资源化利用，也可显著降低修复后土壤原位回填后的环境风险，安全可靠；

（2）可以根据不同的重金属种类及含量情况，调整各个组分的百分含量，从而针对性的进行重金属稳定化处理；

（3）原材料易于获取，成本低廉，制备简单，低环境风险，使用方便，效果稳定，针对多种重金属均有稳定化修复效果，可大规模推广至复合型重金属污染场地稳定化修复工程中。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细描述，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例1

某污染场地位于广东省某市，场地占地面积约30.15万平方米，土壤受重金属As、Pb、Ni、Hg污染，总污染土方量约13000 m³，污染深度1.5~6.2 m不等，该污染土采用原地异位稳定化处置，修复后土壤原地异位回填。污染土壤中重金属As、Pb、Ni、Hg的最大含量分别为679 mg/kg、1287 mg/kg、956mg/kg、14.2mg/kg，重金属最大浸出浓度分别为0.058 mg/L、0.012 mg/L、0.258 mg/L、0.0087 mg/L。

采用专业的挖掘机对污染土壤进行开挖，转运至修复大棚采用筛分设备进行破碎筛分预处理，将预处理后的污染土转运至铺设有防渗层的稳定化处置区，根据污染土特征调制稳定化药剂的物料组成比例，向污染土中投加稳定化药剂，药剂投加量为污染土干重的10%，将药剂和污染土搅拌2.5h，待充分反应后运输至养护区进行养护，养护期间调节水分，确保其含水率为30%±5%，然后苫盖养护。

养护7天后，采集土壤样品检测重金属As、Pb、Ni、Hg浸出毒性，毒性浸出方法采用《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》（HJ/T299-2007），样品中重金属As、Pb、Ni的最大浸出浓度分别为：0.0082mg/L、0.0005 mg/L、0.011 mg/L，Hg的浸出浓度低于检出限（0.0002 mg/L），均低于《地下水质量标准》（GB/T 14848-2017）三类水标准，达到预期的修复效果。

达标后的土壤转运至回填区进行阻隔填埋。

实施例2

某污染场地受重金属Pb和Cd污染，其中Pb的浓度在1000~1300 mg/kg之间，Cd的浓度在70~110 mg/kg之间，采用硫酸硝酸法对污染土壤进行浸出处理和检测分析，Pb和Cd的平均浸出浓度分别为0.014 mg/L和0.0176mg/L，稳定化修复后土壤重金属Pb和Cd浸出浓度要求低于10 μg/L和5 μg/L。该污染土总方量约12000 m³，修复深度1.5~4.5 m不等，采用稳定化处理后，原地异位回填。

将污染土清挖、转运至修复大棚，进行预处理，包括破碎、筛分、调整含水率，根据污染土重金属种类及污染程度，调整稳定化药剂的物料组成配比，向预处理后的污染土添加占比污染土干重3%的稳定化药剂，充分搅拌2.5h，待充分反应后运输至养护区进行养护，养护期间调节其含水率为25%，苫盖养护，单套设备按每日12h工作时间计，处理量为600m³/日，共计处理20天。

待污染土处理结束养护7天，采集混合样品检测重金属Pb、Cd浸出毒性，毒性浸出方法采用《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》（HJ/T299-2007），检测结果及药剂稳定化效果如下表1所示，可以看出修复后土壤均达到修复目标。

表1：稳定化后土壤浸出毒性检测结果

其中，“ND”表示低于检出限，“DS”表示平行样。

Claims

1.一种低环境风险的重金属复合污染土壤稳定化修复剂，其特征在于：所述修复剂按原料的总重量的百分含量计，由如下原料配比制成：天然黏土矿物37%~60%、改性黏土矿物37%~60%、磷基肥3%~26%。

2.根据权利要求1所述的一种低环境风险的重金属复合污染土壤稳定化修复剂，其特征在于：所述天然黏土矿物为钙基膨润土。

3.根据权利要求1所述的一种低环境风险的重金属复合污染土壤稳定化修复剂，其特征在于：所述改性黏土矿物为纳基膨润土。

4.根据权利要求1所述的一种低环境风险的重金属复合污染土壤稳定化修复剂，其特征在于：所述磷基肥为过磷酸钙。

5.根据权利要求1所述的一种低环境风险的重金属复合污染土壤稳定化修复剂，其特征在于：所述修复剂的pH值为6~9。

6.根据权利要求1所述的一种低环境风险的重金属复合污染土壤稳定化修复剂，其特征在于：所述修复剂的含水率小于10%。

7.一种权利要求1~6之一所述的低环境风险的重金属复合污染土壤稳定化修复剂的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：

步骤1.1：取天然黏土矿物、改性黏土矿物和磷基肥为原料；

步骤1.2：各原料根据配比混合、研磨、过筛；

步骤1.3：得到所述重金属复合污染土壤稳定化修复剂。

8.根据权利要求7所述的低环境风险的重金属复合污染土壤稳定化修复剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1.2中，过筛至180~200目颗粒。

9.一种权利要求1~6之一所述的低环境风险的重金属复合污染土壤稳定化修复剂的应用，其特征在于：所述应用为采用低环境风险的重金属复合污染土壤稳定化修复剂的修复方法，所述修复方法包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的低环境风险的重金属复合污染土壤稳定化修复剂的应用，其特征在于：所述步骤2.1中，预处理为以筛分设备对重金属污染土壤进行破碎筛分，去除污染土中直径大于50mm的非土壤物质，保证待修复土壤的粒径小于50 mm，调节待修复土壤的含水率，得到预处理后的污染土。