一种用于处理重金属复合污染土壤的稳定化药剂和方法技术

本发明专利技术公开了一种用于处理重金属复合污染土壤的稳定化药剂和方法。所述稳定化药剂包括以下组分：磷酸盐类化合物1.5～5.5重量份、可溶性铁盐1.0～3.0重量份、粘土矿物0.5～1.5重量份、pH调节剂1.5～5.5重量份。本发明专利技术提供的用于处理重金属复合污染土壤的稳定化药剂成本较低，工艺操作简单，修复周期短，稳定化固化效果好(稳定化率在95％以上)，其对污染土壤处理后增容比不超过1.1，且不会破坏土壤的结构。

【技术实现步骤摘要】
一种用于处理重金属复合污染土壤的稳定化药剂和方法
本专利技术属于污染土壤修复领域，更具体地，涉及一种用于处理重金属复合污染土壤的稳定化药剂和方法。
技术介绍
当前，土壤污染问题愈发受到各方群体的关注，由于土壤污染具有隐蔽性、滞后性、累积性和不可逆转性等特点，大批石油化工、金属冶炼和农药滥用等造成土壤中重金属不断超负荷累积。近年来随着“镉大米”、“重金属蔬菜”、“血铅”等污染事件的曝光，使得污染土壤的修复治理越来越得以重视。根据环境保护部和国土资源部2014年公布《全国土壤污染状况调查公报》显示全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，工矿业废弃地土壤环境问题突出。全国土壤总超标率为16.1％，污染物类型以无机型为主，其超标点位数占全部超标点位的82.8％，镉污染最为突出点位超标率为7.0％，砷污染点位超标率为2.7％，铅污染点位超标率为1.5％。铅、砷、镉污染的主要来源包括：(1)矿区的开采、金属冶炼和铅蓄电池等工矿企业将未达标的废水、废气、固体废弃物直接排放和任意堆放，造成土壤富集高浓度且毒害性较大的重金属；(2)在农业生产过程中施加含金属的化肥、污泥、农药和用污水灌溉等；(3)汽车尾气排放及轮胎磨损所产生的重金属气体、粉尘等。铅易与人体中多种酶结合，进而干扰机体的生理活动，严重损害人的神经、消化、免疫和生殖系统，还会引起癌症。砷主要通过呼吸系统、食物链和皮肤吸收等方式进入到人体中，当人体内每日砷交换量超过0.5mg时，会引起癌症、急性肠胃炎、休克、影响神经系统等，严重者甚至死亡。当人体中常年积累的镉达到一定量时，会引起骨痛病、贫血、还会引起对肝肾的损害等症状。因此，重金属污染土壤对人体健康和环境的危害十分严重，重金属污染土壤的修复治理已成为国内外环保科研工作者的研究热点之一。国内外针对土壤重金属污染的修复技术主要有固定化稳定化技术、土壤淋洗技术、土壤清洗技术、原位化学还原技术、植物修复技术、微生物修复技术等。目前国内已经完成的重金属污染土壤修复工程中，采用较多的为固化稳定化技术。市场上销售的固化稳定化药剂相对昂贵，处理成本高，且处理后存在对土壤结构破坏较大、土壤增容比较大(＞1.1)等问题。
技术实现思路
本专利技术旨在解决上述技术问题，通过进一步优化关键技术参数，降低修复费用、减少药剂对土壤结构的破坏、消减处理后土壤的增容比，从而提供一种成本较低、稳定化固化效果好、处理后增容比较小的药剂，并将其成功应用到铅、砷、镉复合污染土壤的修复工程中。为了实现上述目的，本专利技术的第一方面提供一种用于处理重金属复合污染土壤的稳定化药剂，所述稳定化药剂包括以下组分：磷酸盐类化合物1.5～5.5重量份、可溶性铁盐1.0～3.0重量份、粘土矿物0.5～1.5重量份、pH调节剂1.5～5.5重量份。作为本专利技术优选的实施方式，所述磷酸盐类化合物选自磷酸二氢盐、磷酸氢二盐和磷酸盐中的至少一种；所述可溶性铁盐为硫酸铁和/或硫酸亚铁；所述粘土矿物选自膨润土、海泡石、高岭土和凹凸棒石中的至少一种；所述pH调节剂选自生石灰、碳酸盐和硅酸钙中的至少一种。作为本专利技术优选的实施方式，所述磷酸盐类化合物选自磷酸二氢钠、磷酸氢二钠和磷酸钠中的至少一种。作为本专利技术优选的实施方式，所述pH调节剂为碳酸钙和生石灰的混合物，混合物中碳酸钙和生石灰的重量比为0.5～4.5：1。作为本专利技术优选的实施方式，所述复合污染土壤为铅、砷、镉复合污染的土壤。本专利技术的第二方面提供所述的稳定化药剂处理重金属复合污染土壤的方法，所述方法包括如下步骤：(1)向铅、砷、镉复合污染土壤中加入磷酸盐类化合物、可溶性铁盐和粘土矿物，充分搅拌，混合均匀，得到混合物；(2)将pH调节剂配制成pH调节剂水溶液，加入步骤(1)所得的混合物中，采用pH调节剂水溶液将重金属复合污染土壤的pH值调节至7～8，搅拌均匀，洒水覆盖后进行养护。作为本专利技术优选的实施方式，稳定化药剂与铅、砷、镉复合污染土壤的重量比为4.5～15.5：100。作为本专利技术优选的实施方式，进行养护时土壤的含水率为25％～30％。作为本专利技术优选的实施方式，所述铅、砷、镉复合污染土壤的粒径≤6mm。作为本专利技术优选的实施方式，所述方法还包括采用苫布覆盖所述铅、砷、镉复合污染土壤，养护的时间为3～5天。本专利技术中，磷酸盐类化合物修复后的土壤中铅主要以氯磷铅矿沉淀形式长期稳定地存在，其反应方程式如下：M10(PO4)6X2+14H+＝10M2++6H2PO4-+2X-10Pb2++6H2PO4-+2X-＝Pb10(PO4)6X2+12H+可溶性铁盐与砷反应生成砷酸铁稳定的络合物，并被铁的氢氧化物吸附共沉淀。其反应方程式如下：AsO43-+Fe3+＝FeAsO4AsO33-+Fe3+＝FeAsO3粘土矿物比表面积大、孔隙率高、离子交换容量大、化学性质稳定以及吸附作用对土壤中铅、砷和镉三种金属离子具有很强的吸附能力，故能降低土壤中重金属的可迁移性。pH调节剂(生石灰、碳酸盐、硅酸钙)通过提高土壤pH值，使得土壤表面的可变负电荷增多，从而增强土壤颗粒对于镉离子的吸附能力；在土壤pH值升高的情况下，镉离子会生成氢氧化物和碳酸盐沉淀，从而降低镉的活性。通过晶格包封作用、共沉淀作用、吸附作用、络合作用、离子交换作用以及成矿等作用，将重金属离子转化为磷酸盐矿物、氢氧化物、络合物以及碳酸盐矿物等难溶于水的物质固定在土壤中。本专利技术的有益效果：本专利技术提供的用于处理重金属复合污染土壤的稳定化药剂成本较低，工艺操作简单，修复周期短，稳定化固化效果好(稳定化率在95％以上)，其对污染土壤处理后增容比不超过1.1，且不会破坏土壤的结构。本专利技术的稳定化药剂能充分发挥协同作用，通过还原、沉淀、吸附、络合、离子交换、调节pH值等作用，显著降低土壤中铅、砷、镉的浸出浓度，处理后土壤的增容比不大于1.1，土壤的pH仍维持在7～8范围内，并且不会对土壤的性质产生破坏，具有良好的应用前景。本专利技术的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。具体实施方式下面将更详细地描述本专利技术的优选实施方式。虽然以下描述了本专利技术的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本专利技术更加透彻和完整，并且能够将本专利技术的范围完整地传达给本领域的技术人员。本专利技术实施例中的土壤样品来源于重庆市某铅酸蓄电池生产厂原厂址开挖后的污染土壤，土壤呈弱酸性。样品风干、磨碎、过6mm筛后备用。实施例中所用药剂均为分析纯，由国药集团化学试剂有限公司提供。采用《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲液法》(HJ/T300-2007)对土壤进行浸出，其浸出液中铅、砷和镉的浓度采用ThermoICP-MS方进行法测试，具体检测方法参考美国EPA6020A-2007检测方法。污染土壤中铅的浸出浓度为11.63mg/L，砷的浸出浓度为3.47mg/L，镉的浸出浓度为2.65mg/L。土壤的稳定化率是指未经处理的污染土壤重金属浸出浓度与经稳定化药剂处理后的浸出浓度之差，除以未经处理的污染土壤重金属浸出浓度，再乘100％。土壤的增容比是指污染土壤经稳定化药剂处理后的体积与处理前体积的比值。实施例1：将供试土壤风干后过6mm筛，取1Kg过筛后污染土壤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于处理重金属复合污染土壤的稳定化药剂，其特征在于，所述稳定化药剂包括以下组分：磷酸盐类化合物1.5～5.5重量份、可溶性铁盐1.0～3.0重量份、粘土矿物0.5～1.5重量份、pH调节剂1.5～5.5重量份。

【技术特征摘要】
1.一种用于处理重金属复合污染土壤的稳定化药剂，其特征在于，所述稳定化药剂包括以下组分：磷酸盐类化合物1.5～5.5重量份、可溶性铁盐1.0～3.0重量份、粘土矿物0.5～1.5重量份、pH调节剂1.5～5.5重量份。2.根据权利要求1所述的稳定化药剂，其中，所述磷酸盐类化合物选自磷酸二氢盐、磷酸氢二盐和磷酸盐中的至少一种；所述可溶性铁盐为硫酸铁和/或硫酸亚铁；所述粘土矿物选自膨润土、海泡石、高岭土和凹凸棒石中的至少一种；所述pH调节剂选自生石灰、碳酸盐和硅酸钙中的至少一种。3.根据权利要求2所述的稳定化药剂，其中，所述磷酸盐类化合物选自磷酸二氢钠、磷酸氢二钠和磷酸钠中的至少一种。4.根据权利要求2所述的稳定化药剂，其中，所述pH调节剂为碳酸钙和生石灰的混合物，混合物中碳酸钙和生石灰的重量比为0.5～4.5：1。5.根据权利要求2所述的稳定化药剂，其中，所述重金属复合污染土壤为...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕正勇，王冬冬，朱湖地，李淑彩，吴冬冬，张岩，苗竹，
申请(专利权)人：北京高能时代环境技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11