CN113787090B - 一种热处理法修复土壤重金属污染的方法 - Google Patents

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    • B09C—RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C1/00—Reclamation of contaminated soil
    • B09C1/06—Reclamation of contaminated soil thermally

Abstract

本发明属于土壤污染治理技术领域，尤其涉及一种热处理法修复土壤重金属污染的方法，包括以下步骤：将重金属污染土壤进行均质化处理；向土壤添加钝化剂，混合均匀，加水，所述钝化剂包括二氧化硅材料和石灰材料；将添加钝化剂的土壤在搅拌状态下进行热处理；对处理后的土壤进行浸出毒性检测，浸出毒性检测结果达到环境污染控制标准后可用于回填。本发明的优点在于处理后土壤重金属转化为稳定的残渣态，钝化效果彻底，稳定性强且不需要后续养护，避免了重金属再次活化，能有效避免重金属二次活化风险。本发明所述的方法可操作性强，对重金属污染处理效率高，可处理的重金属污染种类广，对于复合重金属污染可实现同步钝化。

Description

一种热处理法修复土壤重金属污染的方法
技术领域
本发明属于土壤污染治理技术领域，尤其涉及一种热处理法修复土壤重金属污染的方法。
背景技术
重金属化学钝化修复是基于化学措施，以改变重金属赋存形态为途经，降低污染物化学活性，从而达到重金属污染土壤修复目的的方法。随着不同类别钝化材料的应用研究的不断深入，钝化修复已成为当前应用最为广泛的重金属污染修复手段。
碱性材料、磷酸盐材料、硅酸盐材料以及螯合剂型有机材料是常见的土壤重金属修复稳定化材料，作用机理包括pH控制、吸附、沉淀、络合及离子交换等：碱性材料提高土壤pH，使得土壤重金属以氢氧化物、碳酸盐形态形成沉淀。磷酸盐材料钝化重金属的机理包含吸附、沉淀和共沉淀等多种形式，其中沉淀机制为主要形式。在沉淀机制主导下磷酸盐对铅和镉表现出较强的钝化效果，而对铜和锌的钝化效果则并不显著。硅酸盐材料主要通过吸附或配合作用，如利用海泡石、膨润土、沸石等材料比表面积大、孔隙率高的特点，降低重金属移动性和植物可利用性。螯合剂型有机材料利用有机官能团与重金属形成具有一定稳定程度的金属有机络合物，降低土壤中重金属的水溶态及可交换态组分，从而降低其生物有效性。
然而对于现有技术中的常规钝化修复方法，仍存在一些不可忽视的问题：
(1)受土壤pH及有机质等理化性质影响显著：特别是碱性材料的钝化修复效果主要依赖于对土壤pH的改变，而不能适应土壤酸化反应，当环境条件发生改变时，暂时钝化的重金属将会被重新活化为生物可以利用的形态，这种影响在铅、锌等具有两性特征的重金属上更为明显。
(2)对于复合重金属污染存在较大的应用限制：复合污染土壤中，不同重金属之间以及重金属同土壤中固有的碱金属、镁及锰之间存在竞争吸附关系，甚至在交互作用下出现某种重金属迁移性提高的情形。
(3)反应速率和反应进度受培养时间影响：土壤自身团粒结构影响土壤溶液中的离子活度，络合、离子交换或者水解-沉淀等钝化反应进程较为缓慢，修复效果的维持较大程度依赖钝化材料的过量施用以及后期的补充添加。
(4)钝化修复效果的长期持久性和可能的环境风险需要后期的养护和监管：如磷酸盐材料的致酸作用以及螯合型有机材料的降解导致的有机物结合态重金属的重新活化等。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种热处理法修复土壤重金属污染的方法，对重金属污染钝化效率高，稳定性强且不需要后续养护，能有效避免重金属二次活化风险。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种热处理法修复土壤重金属污染的方法，包括以下步骤：
(1)将重金属污染土壤进行破碎、筛分的均质化处理至土壤粒度小于5mm。
(2)向定量的土壤先后添加二氧化硅材料和石灰材料，混合均匀，加水，保持含水率20％-40％。
(3)将添加钝化剂的土壤在搅拌状态下进行热处理。
(4)浸出毒性检测结果达到环境污染控制标准后可用于回填。
优选地，步骤2中二氧化硅材料为富含非晶SiO2的矿物材料或副产材料；再优选地，二氧化硅材料为硅灰、浮石粉或硅藻土中的一种或多种。
优选地，步骤2中石灰材料为生石灰或熟石灰中的一种或两种。
优选地，步骤2中二氧化硅材料和石灰材料的比依据土壤中有效硅含量确定；再优选地，二氧化硅材料和石灰材料的比例为非晶SiO2与CaO的摩尔比为1:(1-5)。
优选地，步骤2中二氧化硅材料和石灰材料的总质量与土壤的质量比依据土壤重金属污染程度确定；再优选地，二氧化硅材料和石灰材料质量与土壤质量比为2％-10％。
优选地，步骤3中热处理，是采用回转窑或其它具备搅拌装置的加热装置。
优选地，步骤3中加热温度设定为400-600℃，停留时间30-120分钟。
有益效果
本发明公开了一种热处理法修复土壤重金属污染的方法，相较于常规原位钝化和自然养护方法，本发明所述的方法利用天然或副产矿物及土壤自身二氧化硅组分，通过简单工艺生成CaSiO3、Ca2SiO4、Ca3SiO5、Ca3Fe2(SiO4)3及(Ca3Al2(SiO4)(OH)8)等具有网格结构的聚合物，将重金属束缚于稳定的晶体结构中，形态转化为稳定的残渣态，硫酸硝酸、醋酸溶液浸出方法或是土壤pH剧烈变化也难以溶出，处理后土壤钝化效果彻底，不需要后续养护，可有效避免二次环境风险。本发明可操作性强，处理效率高，可处理的重金属污染种类广，对于复合重金属污染可实现同步钝化。
具体实施方式
以下，将详细地描述本发明。在进行描述之前，应当理解的是，在本说明书和所附的权利要求书中使用的术语不应解释为限制于一般含义和字典含义，而应当在允许发明人适当定义术语以进行最佳解释的原则的基础上，根据与本发明的技术方面相应的含义和概念进行解释。因此，这里提出的描述仅仅是出于举例说明目的的优选实例，并非意图限制本发明的范围，从而应当理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以由其获得其他等价方式或改进方式。
以下实施例仅是作为本发明的实施方案的例子列举，并不对本发明构成任何限制，本领域技术人员可以理解在不偏离本发明的实质和构思的范围内的修改均落入本发明的保护范围。除非特别说明，以下实施例中使用的试剂和仪器均为市售可得产品。
实施例
本实施例所修复污染土壤来自某熔炼厂退役厂区。
具体实施方法包括以下几个步骤：
(1)采集土壤除去肉眼可见的杂质和草木根，破碎后过2mm筛，采用《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》(HJ/T300-2007)对土壤样品进行毒性浸出实验检测，表明本实施例污染土壤重金属以铅、镉为主(表1)；采用BCR三步分级提取法获得样品中铅、镉酸溶态、可还原态、可氧化态和残渣态的形态分布(表2、表3)。
(2)测定污染土壤中有效硅含量，计算硅灰及熟石灰添加比例分别为2.7％和4.8％，添加完成后将土壤混合均匀，补充水分至土壤含水率达到30％。
(3)将添加钝化剂的土壤置于配备搅拌器的加热装置中，设定温度600℃，搅拌加热1小时后，待土壤冷却后取出。
(4)测定处理后土壤铅、镉浸出毒性及形态分布：铅浸出浓度降低到0.05mg·L-1，镉浸出浓度降低至0.003mg·L-1，均低于《地下水质量标准》(GB/T14848-2017)中IV类水质量标准(表1)；而铅残渣态比例由12.4％增加到85.6％，镉残渣态比例由21.2％增加到93.4％(表2、表3)。
表1.钝化处理前后重金属铅、镉浸出浓度
Figure BDA0003263259730000041
表2.钝化处理前后铅形态分布
Figure BDA0003263259730000042
表3.钝化处理前后镉形态分布
Figure BDA0003263259730000051
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种热处理法修复土壤重金属污染的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将重金属污染土壤进行均质化处理；
(2)向均质化处理的土壤中添加钝化剂，混合均匀，加水至土壤含水率20％-40％，所述钝化剂包括二氧化硅材料和石灰材料；所述二氧化硅材料和石灰材料的比例为非晶SiO2与CaO的摩尔比为1:(1-5)；所述二氧化硅材料和石灰材料的总质量与土壤的质量比为2％-10％；所述二氧化硅材料为富含非晶SiO2的矿物材料或副产材料；
(3)将添加钝化剂的土壤在搅拌状态下进行热处理，加热温度为400-600℃，加热时间30-120分钟；
(4)对处理后的土壤进行浸出毒性检测，浸出毒性检测结果达到环境污染控制标准后用于回填；
步骤(1)中所述均质化处理包括对土壤进行破碎、筛分，处理至土壤粒度小于5mm。
2.根据权利要求1所述的热处理法修复土壤重金属污染的方法，其特征在于，所述二氧化硅材料为硅灰、浮石粉或硅藻土中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的热处理法修复土壤重金属污染的方法，其特征在于，步骤(2)中所述石灰材料为生石灰或熟石灰中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的热处理法修复土壤重金属污染的方法，其特征在于，步骤(2)中所述二氧化硅材料和石灰材料的比例依据土壤中有效硅含量确定；二氧化硅材料和石灰材料的总质量与土壤的质量比依据土壤重金属污染程度确定。
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