CN115213218A - 一种基于汽爆技术下的土壤重金属稳定化方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于汽爆技术下的土壤重金属稳定化方法，包括以下步骤：S1.采集待修复土壤；S2.将待修复土壤送往汽爆装置中进行汽爆处理，以打破土壤的包裹结构，提高土壤传质效率，使得土壤中的重金属由游离态向稳定态进行转变，进而使得土壤重金属得以稳定。本发明提出的一种基于汽爆技术下的土壤重金属稳定化方法，解决了土壤稳定化修复面临的传质效率问题，降低了能耗；该方法可用于土壤中重金属稳定化的问题，具有能耗少、操作简单、去除效率高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及土壤修复技术领域，特别涉及一种基于汽爆技术下的土壤重金属稳定化方法。
背景技术
土壤无机污染物中以重金属污染比较突出，主要是由于重金属不能为土壤微生物所分解，而易于积累，转化为毒性更大的甲基化合物，对土壤理化性质、土壤生物特性和微生物群落结构产生明显的不良影响，破坏土壤的生态结构和功能，甚至有的通过食物链以有害浓度在人体内蓄积，严重危害人体健康。重金属在土壤环境中的污染与水环境中相比，其治理难度更大，危害也更大。土壤中重金属过多会对农作物带来直接伤害，导致植物的死亡；在重金属的胁迫下，有时会影响作物对氮、磷、钾营养元素的吸收，抑制作物生长，引起农产品产量下降；另外，由于土壤重金属污染可使农产品中重金属含量增加，导致农产品污染，威胁农产品质量安全。
治理土壤重金属污染的途径主要有两种：一是改变重金属在土壤中的存在形态，使其固定、降低其在环境中的迁移性和生物可利用性；二是从土壤中去除重金属。围绕这两种治理途径，已提出各自的物理、化学和生物的治理方法，如化学固化、土壤淋洗、电动修复等技术方法。
然而，这些方法通常需要耗费较高的成本和时间，步骤繁琐，且修复效果并不能保证，甚至还有可能出现二次污染。近年来，更多的针对土壤重金属去除的新兴技术已被开发出来，但仍存在许多漏洞。其中，化学稳定化法对于重金属的去除效果良好且应用广泛，但修复时长较长，经长效性实验发现仍有逆稳定化反应的发生。
所以，针对现有技术存在的不足，有必要设计一种基于汽爆技术下的土壤重金属稳定化方法，以解决上述问题。
发明内容
为克服上述现有技术中的不足，本发明目的在于提供一种基于汽爆技术下的土壤重金属稳定化方法，具体为一种基于汽爆技术下可使重金属污染土壤达到高效稳定化的修复方法。该方法具有修复时间短，修复效率高，对绝大多数重金属都具有稳定化修复的效果，转化的金属形态更加稳定。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供的技术方案是：一种基于汽爆技术下的土壤重金属稳定化方法，包括以下步骤：
S1.采集待修复土壤；
S2. 将待修复土壤送往汽爆装置中进行汽爆处理，以打破土壤的包裹结构，使得土壤中的重金属由游离态向稳定态进行转变，进而使得土壤重金属得以稳定。
优选的技术方案为：所述步骤S1具体包括以下步骤：
S101.采集待修复土壤；
S102.针对待修复土壤确定修复药剂；
S103.将待修复土壤和药剂充分混合并调整混合物的含水率。
优选的技术方案为：所述步骤S2具体包括以下步骤：
S201.将待修复土壤送往汽爆装置中；
S202.向汽爆装置中通入蒸汽并设定汽爆压力和保压时间；
S203.达到保压时间后，收集由汽爆装置释放出来的产物。
优选的技术方案为：所述步骤S103中，待修复土壤在与药剂混合之前，使用研磨器对待修复土壤进行研磨并通过10-500目的筛子筛分。
优选的技术方案为：所述步骤S103中，待修复土壤与药剂混合物的含水率为10-90%。
优选的技术方案为：所述步骤S202中，汽爆压力恒定并控制在1-3Mpa之间，保压时间控制在1-20 min之间。
由于上述技术方案运用，本发明具有的有益效果为：
1.本发明提供的一种基于汽爆技术下的土壤重金属稳定化方法，利用汽爆技术高温高压瞬间释放的过程，打破土壤的包裹结构，从而提高土壤传质效率，使土壤中的重金属由游离态向稳定态进行转变，进而使得土壤重金属得以稳定。
2.本发明提供的一种基于汽爆技术下的土壤重金属稳定化方法，可解决传统化学稳定化法存在的修复时长较长以及逆稳定化反应问题，具有修复时间短，修复效率高，转化的金属形态更加稳定的优势。
3.本发明提供的一种基于汽爆技术下的土壤重金属稳定化方法，技术成本低廉，效果显著，具有较广应用前景。
附图说明
图1为本发明方法示意图。
图2为本发明实施例1土壤中Cr+6修复前后含量对比图（mg/kg）。
图3为本发明实施例1土壤浸出液中Cr+6修复前后含量对比图（mg/kg）。
图4为本发明实施例2土壤浸出液中Pb修复前后含量对比图（mg/kg）。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的具体实施方式做进一步说明，应当指出的是，此处所描述的具体实施方式只是为了说明和解释本发明，并不局限于本发明。
如图1所示，为本发明提供的一种基于汽爆技术下的土壤重金属稳定化流程图，包括以下步骤：
S101.采集待修复土壤；
S102.针对待修复土壤确定修复药剂；
S103.使用研磨器对待修复土壤进行研磨并通过10-500目的筛子筛分，将筛分后的待修复土壤和药剂充分混合并调整混合物的含水率，含水率为10-90%；
S201.将待修复土壤与药剂的混合物送往汽爆装置中；
S202.向汽爆装置中通入蒸汽并设定汽爆压力和保压时间，汽爆压力恒定并控制在1-3Mpa之间，保压时间控制在1-20 min之间；
S203.达到保压时间后，收集由汽爆装置释放出来的产物。
实施例1：
本实施例中，待修复土壤为某五金厂污染土壤，土壤pH为7.4，其中污染金属主要为Cr+6，总量为11.6mg/kg。
根据图1所示的土壤重金属稳定化修复流程进行修复。
首先，采集待修复土壤；然后，根据待修复土壤中的污染金属，确定修复药剂。本实施例中，待修复土壤中污染金属主要为Cr+6。作为对比，修复药剂选择硫酸亚铁和多硫化钙，添加量均由0%逐渐递增至1.5%。
确认好修复药剂后，使用研磨器对待修复土壤进行研磨并通过10-500目的筛子筛分。然后，再将这两种药剂分别与待修复土壤搅拌、混合均匀，并均保持土壤含水率为60 %。
最后，再将两种药剂所对应的混合物分别投入汽爆装置中进行汽爆反应。反应结束后，取出料后的样本进行送检。
如图2所示，为本实施例中加入硫酸亚铁修复药剂的样本送检结果。可知，Cr+6的去除率并没有因为药剂投加量的增加而有所递增，而是在投加比为1%时效果最好，稳定效率达到30%。
如图3所示，为本实施例中加入多硫化钙修复药剂的样本送检结果。可知，TCLP提取态Cr+6降至0，修复效达到100%。
在本发明方法实施过程中，为进一步探究基于汽爆技术下的土壤稳定化效果，发明人设添加修复材料的样本进行对照实验，并对实施例1中对照土壤的Cr进行测试，修复效果在图2和图3中均有体现。可以发现在不同浓度药剂下，本发明方法处理后的Cr+6去除率比未技术处理组的高7-30%。在浓度为1%时处理效果最好，稳定效率达到30%。
实施例2
本实施例所修复的污染土壤为赤峰某污染场地样本，其中主要污染为Pb，总量为960mg/kg。
根据图1所示的土壤重金属稳定化修复流程进行修复。
首先，采集待修复土壤；然后，根据待修复土壤中的污染金属，确定修复药剂。本实施例中，待修复土壤中污染金属主要为Pb，修复药剂选用磷酸二氢钙，添加质量比为0.3 %的修复药剂与空白对照组进行对比。
确认好修复药剂后，使用研磨器对待修复土壤进行研磨并通过10-500目的筛子筛分。然后，再将该药剂与待修复土壤搅拌、混合均匀，并均保持土壤含水率为60 %。
最后，再将该药剂与待修复土壤的混合物投入汽爆装置中进行汽爆反应。反应结束后，取出料后的样本进行送检。
如图4所示，为本实施例的样本送检结果。可知汽爆反应能够提高土壤中游离态重金属的去除率，且加入0.3%修复药剂并进行汽爆处理的去除效果明显强于未汽爆未加药的对照组，稳定效率可达到40%。
通过上述两个实施例可得出以下结论：
（1）本申请提出的基于汽爆技术下的土壤重金属稳定化方法，能够加快土壤中游离态重金属转化为稳定态重金属的进程；
（2）本申请提出的基于汽爆技术下的土壤重金属稳定化方法，能够加快化学稳定法将土壤中游离态重金属转化为稳定态重金属的速度。
（3）本申请提出的基于汽爆技术下的土壤重金属稳定化方法，能够提高化学稳定法将土壤中游离态重金属转化为稳定态重金属的稳定效果（即提高游离态重金属的去除率）。
本发明主要利用两个方面的机理：
(1)药剂对重金属的稳定化作用：利用针对性的修复药剂将土壤中的游离重金属转化为稳定态重金属；通过氧化、还原等过程，降低土壤中重金属的毒性，未添加修复材料的土壤中重金属的比较具体见图2和图3。
(2)汽爆技术通过高温高压瞬间释放的过程，打破土壤的包裹结构，促进了药剂稳定化地进程，加快了反应，提高了土壤的传质效率，使土壤中的游离态重金属迅速转变为稳定态重金属。
因此，本发明与现有技术相比，具有以下优点：
（1）本发明基于汽爆技术下的土壤重金属稳定化方法，能够提高修复材料对土壤中重金属的稳定化效果，重金属形态更加稳定，修复土壤中重金属更多地转化为矿物沉淀相而非通过提高pH被土壤吸附，降低解吸的可能，重金属可以长期的稳定在土壤中，降低对人体富集毒性的可能；
（2）本发明中所采用的汽爆技术成本低廉，效果显著，具有较广应用前景。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神和技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (6)
1.一种基于汽爆技术下的土壤重金属稳定化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.采集待修复土壤；
S2.将待修复土壤送往汽爆装置中进行汽爆处理，以打破土壤的包裹结构，使得土壤中的重金属由游离态向稳定态进行转变，进而使得土壤重金属得以稳定。
2.根据权利要求1所述的一种基于汽爆技术下的土壤重金属稳定化方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：
S101.采集待修复土壤；
S102.针对待修复土壤确定修复药剂；
S103.将待修复土壤和药剂充分混合并调整混合物的含水率。
3.根据权利要求1所述的一种基于汽爆技术下的土壤重金属稳定化方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：
S201.将待修复土壤送往汽爆装置中；
S202.向汽爆装置中通入蒸汽并设定汽爆压力和保压时间；
S203.达到保压时间后，收集由汽爆装置释放出来的产物。
4.根据权利要求2所述的一种基于汽爆技术下的土壤重金属稳定化方法，其特征在于：所述步骤S103中，待修复土壤在与药剂混合之前，使用研磨器对待修复土壤进行研磨并通过10-500目的筛子筛分。
5.根据权利要求2所述的一种基于汽爆技术下的土壤重金属稳定化方法，其特征在于：所述步骤S103中，待修复土壤与药剂混合物的含水率为10-90%。
6.根据权利要求2所述的一种基于汽爆技术下的土壤重金属稳定化方法，其特征在于：所述步骤S202中，汽爆压力恒定并控制在1-3Mpa之间，保压时间控制在1-20 min之间。
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