CN113000574A - 一种矿山汞污染酸性土壤的修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种矿山汞污染酸性土壤的修复方法,包括如下步骤:污染土壤待修复区域预处理、原位固化/稳定化修复、阻隔防渗、修建挡土墙、客土覆盖、修建排水沟、恢复植被;针对矿山酸性汞污染土壤,尤其是矿山地区的农田修复,采用本发明的复配型治理汞污染药剂,添加硫化铁、水泥、生石灰的混合物,其中生石灰、水泥的添加量均为土壤质量的2%~3%,硫化铁的添加量为土壤质量的2%,可使含水污染土壤中的汞含量降至极微量,并加强对汞污染物的固定效果,减少汞污染浸出到周边水体中,改善酸性土壤性质以利于植物生长并达到生态修复的目标。本发明方法成本低廉,抗压强度高,经济效益明显。
Description
技术领域
本发明涉及汞污染土壤植被修复技术领域,具体涉及一种矿山汞污染酸性土壤的修复方法。
背景技术
随着国家《土十条》的颁布,土壤污染治理成为环境污染防治领域的重要内容。在土壤污染防治中,重金属污染防治是覆盖面最广、任务最重、难度最大、投入最多的一项工作。
我国是汞生产和消费大国,约占世界总消费量的50%,人为汞源向大气释汞量约600吨每年,约占全球排放量的25%左右。汞污染不仅数量大,而且影响面广,涉及采矿、发电、钢铁、有色、水泥、化工等行业。此外,我国煤、矿石及各种环境介质、农产品中汞含量与其他国家基本处于同一水平,但局部地区汞污染风险较高。由于人类长期活动,露天开采及采矿秩序混乱造成的长期乱采乱挖,尾矿、废石大面积堆置场地将导致对土地的大量占用和对堆置场原有生态系统的破坏,矿山废弃物中的汞可通过径流和大气飘尘,影响周围的土地、水域和大气质量,导致原始植被破坏,演替为零星的次生乔木、灌木和草本群落,水土流失严重,个别矿山生产过程中废石、尾砂无序排放,冲入下游地表水体,淤塞河道,污染周边环境。因此,我国汞污染现状不容乐观。为控制汞污染,保护我国生态环境和维系人民健康,应对绿色贸易壁垒,需要采取果断措施,把消除汞污染作为我国环境保护的优先领域。
汞污染土壤修复工艺技术的研究和示范,使得汞污染有效控制。传统汞污染土壤的修复方法主要有固化/稳定化、热解析、电动、化学淋洗、生物修复等。有些地区土壤偏酸性,易导致汞浸出到地表水体中,从而危害到附近居民生活;另外修复方法如热解析、电动、化学淋洗等对施工场地条件要求高,需要组装成套施工设施,对土壤扰动较大,修复时间较长,修复成本高,不适用于矿山环境。
发明内容
为了解决汞污染酸性土壤中汞浸出到地表水体中带来的危害问题,以及现有方法对土壤扰动大、修复时间长、修复成本高、不适用矿山环境的技术问题,而提供一种矿山汞污染酸性土壤的修复方法。矿山汞污染偏酸性土壤经过本发明方法的修复,浸出到地表水体中的汞显著降低,是一种可持续性的、尤其适用于矿山汞污染偏酸性土壤的修复工艺。
为了达到以上目的,本发明通过以下技术方案实现:
一种矿山汞污染酸性土壤的修复方法,包括如下步骤:
(1)污染土壤待修复区域预处理:剔除建筑垃圾,对待修复区域的污染土壤进行破碎,通过喷洒水控制土壤含水率;
(2)原位固化/稳定化修复:添加复配固化/稳定化药剂使其与土壤混合均匀,养护1-2天,所述复配固化/稳定化药剂为硫化铁、水泥、生石灰的混合物,所述复配固化/稳定化药剂中生石灰、水泥的添加量均为土壤质量的2%~3%,硫化铁的添加量为土壤质量的2%;
(3)阻隔防渗:覆盖粘土,分层压实得到黏土阻隔层,压实后的平均厚度为200mm~450mm;
(4)修建挡土墙:依地势修建浆砌石重力式挡土墙,对土壤进行稳定,防治土堆失稳,改变地表水径流方向,使其排入排水沟,减少稳定化后的土壤接触水,切断浸出的传播途径;
(5)客土覆盖:取周边山地的清洁土壤进行覆盖,土壤堆进行稳定和防渗处理后为了防止水土流失,依据地势取周边山地的清洁土壤进行封场覆盖,利于恢复植被;
(6)修建排水沟:围绕待修复土壤的四周修建矩形截洪沟以及坡面排水沟,防止雨水冲刷修复后的场地;
(7)恢复植被:种植苗木,即可恢复农业生产能力。稳定后的土壤上覆盖了粘土阻隔层,种植的苗木其根系很难穿透粘土阻隔层,且在步骤(2)中添加了复配固化/稳定化药剂后与土壤中的有毒有害物质汞反应后产生了硫化汞、氢氧化汞不溶物质,再与水泥、石灰等结合成坚硬固态物质,不易被植物的根系吸收。
进一步地,步骤(1)中所述待修复区域的污染土壤其破碎后的土壤颗粒直径为0.5cm~5cm;所述土壤含水率为30wt%~40wt%。提高污染土壤中有毒有害物质汞的处理容量,提升污染土壤修复后的机械强度。
进一步地,步骤(3)中所述压实后的平均厚度≥300mm,顶部压实度≥90%,所述待修复区域边缘的压实度≥85%,所述黏土阻隔层表面平整、光滑、渗透系数小于1×10-7cm/s。这一层可以防止雨水渗入土壤内避免将汞浸入到矿山周围的水体中,避免地表水及大气降水对待修复区域土壤产生淋滤及冲刷使汞浸出到水体中和大气中。
进一步地,步骤(4)中修建所述挡土墙的基底摩擦系数为0.5,所述挡土墙的背侧填土采用的内摩擦角度数为30°,所述挡土墙的背侧上游面做混凝土垫层及防渗层。
更进一步地,步骤(4)中所述防渗层为先铺设400g/m2无纺土工织物层,再铺设1.5mm厚的HDPE土工膜层。修建档土墙可避免待修复区域的土壤发生滑塌、流失的情况,可有效降低环境风险。
进一步地,步骤(5)中所述清洁土壤的覆盖高度为0.5m。
进一步地,步骤(6)中所述截洪沟和坡面排水沟均采用浆砌石结构,所述截洪沟依据地势修建断面,底宽0.8m,高度1m;所述排水沟依据地势修建断面,底宽0.4m,高度0.4m。
进一步地,步骤(7)中所述种植苗木为当地乔灌木,种植间距1.5m。
有益技术效果:
本发明针对矿山酸性汞污染土壤,尤其是矿山地区的农田修复,采用本发明的复配型治理汞污染药剂,添加稳定剂硫化铁与固化剂生石灰与含水污染土壤中的汞发生化学反应分别生成不溶于水的硫化汞和氢氧化汞,而由于硫化汞在水中的溶度积非常小,可使含水污染土壤中的汞含量降至极微量,而仅通过重力沉降无法达到较好的除汞效果,所以在经过硫化铁的稳定化处理后,由于稳定化后的土壤通常与处理前的土壤物理属性基本一致,处于相对松散状态,所以还需再添加固化剂水泥、生石灰以增强土壤的强度以用作耕地,可进一步加强对汞污染物的固定效果,减少汞污染浸出到周边水体中,添加的生石灰另一作用还可以提高土壤碱性改善酸性土壤性质以利于植物生长并达到生态修复的目标。
本发明结合矿山修复实际,以保护土壤结构、土壤肥力为前提,采用原位固化/稳定化修复的技术,增加汞污染待修复区域的稳定性,减少汞的淋溶和迁移,覆盖黏土阻隔层后可有效对待修复区域土壤中的汞进行拦挡,避免了地表水及大气降水对待修复区域土壤产生淋滤及冲刷使汞浸出到水体中和大气中,修建档土墙避免待修复区域的土壤发生滑塌、流失的情况,可有效降低环境风险,清洁土壤客土覆盖并修建排水沟即可种植苗木提前恢复生态。本发明方法成本低廉,抗压强度高,经济效益明显。
具体实施方式
以下结合具体实施例进一步描述本发明,但不限制本发明范围。
实施例1
一种矿山汞污染酸性土壤的修复方法,包括如下步骤:
(1)污染土壤待修复区域预处理:剔除建筑垃圾,对待修复区域的污染土壤进行破碎至颗粒直径2.5mm~3mm之间,通过喷洒水控制土壤含水率在35wt%;
(2)原位固化/稳定化修复:破碎后,添加复配固化/稳定化药剂,复配固化/稳定化药剂成分为硫化铁、水泥、生石灰的混合物,其中生石灰、水泥的添加量均为土壤质量的3%、硫化铁的添加量为土壤质量的2%,用挖掘机将土壤与药剂混合均匀至土壤颜色均一、颗粒均匀,混合均匀后,养护1-2天;
(3)阻隔防渗:覆盖粘土,分层压实,覆盖粘土压实后的平均厚度为300mm,顶部压实度≥90%,待修复区域边缘边坡压实度≥85%,得到表面平整、光滑、渗透系数小于1×10-7cm/s的黏土阻隔层;
(4)修建挡土墙:依地势修建浆砌石重力式挡土墙,基底摩擦系数取0.5,挡土墙的背侧填土采用的内摩擦角度数为30°,挡土墙背侧上游面做混凝土垫层及防渗层,所述防渗层为先铺设400g/m2无纺土工织物层,再铺设1.5mm厚HDPE土工膜层;
(5)客土覆盖:取周边山地的清洁土壤覆盖在黏土阻隔层上,覆盖高度为0.5m;
(6)修建排水沟:围绕场地四周修建矩形浆砌石结构的截洪沟,依据地势修建断面,底宽0.8m,高度1m;修建浆砌石结构的坡面排水沟,依据地势修建断面,底宽0.4m,高度0.4m。
(7)恢复植被:种植当地乔灌木,间距1.5m,即可恢复农业生产能力。
实施例2
一种矿山汞污染酸性土壤的修复方法,包括如下步骤:
(1)污染土壤待修复区域预处理:剔除建筑垃圾,对待修复区域的污染土壤进行破碎至颗粒直径1mm~2.5mm之间,通过喷洒水控制土壤含水率在30wt%;
(2)原位固化/稳定化修复:破碎后,添加复配固化/稳定化药剂,复配固化/稳定化药剂成分为硫化铁、水泥、生石灰的混合物,其中生石灰的添加量为土壤质量的2%、水泥的添加量为土壤质量的3%、硫化铁的添加量为土壤质量的2%,用挖掘机将土壤与药剂混合均匀至土壤颜色均一、颗粒均匀,混合均匀后,养护1-2天;
(3)阻隔防渗:覆盖粘土,分层压实,覆盖粘土压实后的平均厚度为400mm,顶部压实度≥90%,待修复区域边缘边坡压实度≥85%,得到表面平整、光滑、渗透系数小于1×10-7cm/s的黏土阻隔层;
(4)修建挡土墙:依地势修建浆砌石重力式挡土墙,基底摩擦系数取0.5,挡土墙的背侧填土采用的内摩擦角度数为30°,挡土墙背侧上游面做混凝土垫层及防渗层,所述防渗层为先铺设400g/m2无纺土工织物层,再铺设1.5mm厚HDPE土工膜层;
(5)客土覆盖:取周边山地的清洁土壤覆盖在黏土阻隔层上,覆盖高度为0.5m;
(6)修建排水沟:围绕场地四周修建矩形浆砌石结构的截洪沟,依据地势修建断面,底宽0.8m,高度1m;修建浆砌石结构的坡面排水沟,依据地势修建断面,底宽0.4m,高度0.4m。
(7)恢复植被:种植当地乔灌木,间距1.5m,即可恢复农业生产能力。
实施例3
一种矿山汞污染酸性土壤的修复方法,包括如下步骤:
(1)污染土壤待修复区域预处理:剔除建筑垃圾,对待修复区域的污染土壤进行破碎至颗粒直径3mm~4.5mm之间,通过喷洒水控制土壤含水率在40wt%;
(2)原位固化/稳定化修复:破碎后,添加复配固化/稳定化药剂,复配固化/稳定化药剂成分为硫化铁、水泥、生石灰的混合物,其中生石灰的添加量为土壤质量的3%、水泥的添加量为土壤质量的2%、硫化铁的添加量为土壤质量的2%,用挖掘机将土壤与药剂混合均匀至土壤颜色均一、颗粒均匀,混合均匀后,养护1-2天;
(3)阻隔防渗:覆盖粘土,分层压实,覆盖粘土压实后的平均厚度为450mm,顶部压实度≥90%,待修复区域边缘边坡压实度≥85%,得到表面平整、光滑、渗透系数小于1×10-7cm/s的黏土阻隔层;
(4)修建挡土墙:依地势修建浆砌石重力式挡土墙,基底摩擦系数取0.5,挡土墙的背侧填土采用的内摩擦角度数为30°,挡土墙背侧上游面做混凝土垫层及防渗层,所述防渗层为先铺设400g/m2无纺土工织物层,再铺设1.5mm厚HDPE土工膜层;
(5)客土覆盖:取周边山地的清洁土壤覆盖在黏土阻隔层上,覆盖高度为0.5m;
(6)修建排水沟:围绕场地四周修建矩形浆砌石结构的截洪沟,依据地势修建断面,底宽0.8m,高度1m;修建浆砌石结构的坡面排水沟,依据地势修建断面,底宽0.4m,高度0.4m。
(7)恢复植被:种植当地乔灌木,间距1.5m,即可恢复农业生产能力。
对比例1
本对比例中的各个实验与实施例1的步骤(1)、步骤(2)相同,不同之处在于本对比例的各个实验中步骤(2)中药剂添加的是硫化铁、水泥、生石灰中的一种,添加量为土壤质量的0.5%~10%。
对对比例1与实施例1~3按照《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)附录B固体废物元素的测定电感耦合等离子体质谱法测定原位固化/稳定化修复即添加药剂前后的土壤浸出液中汞的浓度,按照《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)规定浸出毒性标准值应低于0.1mg/L。
具体数据见表1。
表1对比例和实施例1~3土壤浸出液中汞的浓度
由表1可知,仅添加6wt%的生石灰量、6wt%以上的水泥量、3wt%以上的硫化铁量才能使土壤浸出液中汞含量的标准值低于0.1mg/L,但是仅添加任意一种药剂,其添加量过大,将破坏土壤性质,且达不到长久控制汞污染的目的及恢复土壤肥力的效果。
经过本发明将硫化铁、水泥、生石灰混合复配,使实施例1的浸出液中汞的浓度都显著下降至0.008mg/L,三者复配使之具有协同作用,稳定剂硫化铁与固化剂生石灰与含水污染土壤中的汞发生化学反应分别生成不溶于水的硫化汞和氢氧化汞,而由于硫化汞在水中的溶度积非常小,可使含水污染土壤中的汞含量降至极微量,而仅通过重力沉降无法达到较好的除汞效果,所以在经过硫化铁的稳定化处理后,由于稳定化后的土壤通常与处理前的土壤物理属性基本一致,处于相对松散状态,所以还需再添加固化剂水泥、生石灰以增强土壤的强度以用作耕地,可进一步加强对汞污染物的固定效果,减少汞污染浸出到周边水体中,添加的生石灰另一个作用是改善酸性土壤性质,提高土壤碱性以利于植物生长并达到生态修复的目标。本发明方法成本低廉,抗压强度高,经济效益明显。
对比例2
本对比例与实施例1与实施例1的步骤(1)、步骤(2)相同,不同之处在于本对比例步骤(2)中复配药剂的配比为:生石灰的添加量为土壤质量的1%、水泥的添加量为土壤质量的1%、硫化铁的添加量为土壤质量的1%。
对比例3
本对比例与实施例1与实施例1的步骤(1)、步骤(2)相同,不同之处在于本对比例步骤(2)中复配药剂的配比为:生石灰的添加量为土壤质量的2%、水泥的添加量为土壤质量的2%、硫化铁的添加量为土壤质量的3%。
对对比例2和3与实施例1~3按照《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)附录B固体废物元素的测定电感耦合等离子体质谱法测定原位固化/稳定化修复即添加药剂前后的土壤浸出液中汞的浓度,按照《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)规定浸出毒性标准值应低于0.1mg/L。具体数据见表2。
表2对比例2和3、实施例1~3土壤浸出液中汞的浓度
实验序号 | 药剂种类-添加量(wt%) | 汞的浓度(mg/L) |
对照试验 | 无-0 | 2.8 |
对比例2 | 生石灰-1、水泥-1、硫化铁-1 | 1.14 |
对比例3 | 生石灰-2、水泥-2、硫化铁-3 | 0.134 |
实施例1 | 生石灰-3、水泥-3、硫化铁-2 | 0.008 |
实施例2 | 生石灰-2、水泥-3、硫化铁-2 | 0.015 |
实施例3 | 生石灰-3、水泥-2、硫化铁-2 | 0.019 |
本发明方法结合矿山修复实际,以保护土壤结构、土壤肥力为前提,采用原位固化/稳定化修复的技术,增加汞污染待修复区域的稳定性,减少汞的淋溶和迁移,覆盖黏土阻隔层后可有效对待修复区域土壤中的汞进行拦挡,避免了地表水及大气降水对待修复区域土壤产生淋滤及冲刷使汞浸出到水体中和大气中,修建档土墙避免待修复区域的土壤发生滑塌、流失的情况,可有效降低环境风险,清洁土壤客土覆盖并修建排水沟即可种植苗木提前恢复生态。本发明方法成本低廉,抗压强度高,经济效益明显。
Claims (8)
1.一种矿山汞污染酸性土壤的修复方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)污染土壤待修复区域预处理:剔除建筑垃圾,对待修复区域的污染土壤进行破碎,通过喷洒水控制土壤含水率;
(2)原位固化/稳定化修复:添加复配固化/稳定化药剂使其与土壤混合均匀,养护1-2天,所述复配固化/稳定化药剂为硫化铁、水泥、生石灰的混合物,所述复配固化/稳定化药剂中生石灰、水泥的添加量均为土壤质量的2%~3%,硫化铁的添加量为土壤质量的2%;
(3)阻隔防渗:覆盖粘土,分层压实得到黏土阻隔层,压实后的平均厚度为200mm~450mm;
(4)修建挡土墙:依地势修建浆砌石重力式挡土墙;
(5)客土覆盖:取周边山地的清洁土壤进行覆盖;
(6)修建排水沟:围绕待修复土壤的四周修建矩形截洪沟以及坡面排水沟;
(7)恢复植被:种植苗木,恢复农业生产能力。
2.根据权利要求1所述的一种矿山汞污染酸性土壤的修复方法,其特征在于,步骤(1)中所述待修复区域的污染土壤其破碎后的土壤颗粒直径为0.5cm~5cm;所述土壤含水率为30wt%~40wt%。
3.根据权利要求1所述的一种矿山汞污染酸性土壤的修复方法,其特征在于,步骤(3)中所述压实后的平均厚度≥300mm,顶部压实度≥90%,所述待修复区域边缘的压实度≥85%,所述黏土阻隔层表面平整、光滑、渗透系数小于1×10-7cm/s。
4.根据权利要求1所述的一种矿山汞污染酸性土壤的修复方法,其特征在于,步骤(4)中修建所述挡土墙的基底摩擦系数为0.5,所述挡土墙的背侧填土采用的内摩擦角度数为30°,所述挡土墙的背侧上游面做混凝土垫层及防渗层。
5.根据权利要求4所述的一种矿山汞污染酸性土壤的修复方法,其特征在于,步骤(4)中所述防渗层为先铺设400g/m2无纺土工织物层,1.5mm厚的HDPE土工膜层。
6.根据权利要求1所述的一种矿山汞污染酸性土壤的修复方法,其特征在于,步骤(5)中所述清洁土壤的覆盖高度为0.5m。
7.根据权利要求1所述的一种矿山汞污染酸性土壤的修复方法,其特征在于,步骤(6)中所述截洪沟和坡面排水沟均采用浆砌石结构,所述截洪沟依据地势修建断面,底宽0.8m,高度1m;所述排水沟依据地势修建断面,底宽0.4m,高度0.4m。
8.根据权利要求1所述的一种矿山汞污染酸性土壤的修复方法,其特征在于,步骤(7)中所述种植苗木为当地乔灌木,种植间距1.5m。
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