一种铅污染的碱性土壤的修复剂及其制备和使用方法技术

技术编号:28743364 阅读:21 留言:0更新日期:2021-06-06 17:02
本发明专利技术涉及一种铅污染土壤修复剂及其制备和使用方法。本发明专利技术提供一种利用酸性生物质炭调节重金属形态和磷酸根溶出的铅污染土壤修复方法。修复剂包括重量百分比为7.5%~45%酸性生物质炭,和重量百分比为55%~92.5%的磷灰石。制备方法包括下述步骤:(1)烘干粉碎;(2)低温炭化;(3)冷却过筛;(4)混合搅拌。使用时将修复剂和土壤按照铅磷摩尔比1:5~1:10混合;再与土壤混合保湿养护。本发明专利技术原料简单,制备工艺成熟,不会造成二次污染,可提高土壤中铅稳定产物的含量,从而实现修复后铅污染的土壤的长期安全性和处置的便宜性。期安全性和处置的便宜性。

【技术实现步骤摘要】
一种铅污染的碱性土壤的修复剂及其制备和使用方法


[0001]本专利技术涉及生态环境保护中的重金属污染土壤修复领域,具体涉及一种铅污染土壤修复剂及其制备和使用方法。
技术背景
[0002]铅是土壤中被重点监管的污染物之一。在美国优先治理的重金属污染场地中铅出现频率为15%,日本污染场地中铅含量超过环境质量标准的占比为43%。我国土壤的铅污染问题同样严峻,2014年印发的《全国土壤污染状况调查公报》中指出,土壤中铅的污染点位超标率为1.5%。环境中的铅不能被生物降解,其毒性和累积性会对生态系统和人体健康产生多种直接和间接危害。
[0003]修复铅污染土壤的策略主要有两个:一是通过化学淋洗、电动修复和植物修复等手段削减土壤中铅的总量;二是通过改变铅与土壤的结合方式或赋存形态,降低其在环境中的生物有效性和迁移性,从而实现风险控制。基于国内外研究进展以及工程案例的实践,以固化稳定化为代表的风险控制技术是铅污染土壤修复最常用的修复策略。
[0004]磷酸盐是铅污染土壤固化稳定化中最为普遍使用的修复材料,尤其是天然磷灰石,因其储量大、成本低等特点,在修复实践中有着广泛的应用。通过向土壤中添加磷酸盐材料,促进磷酸盐与土壤中铅反应生成难溶磷氯铅矿:Pb5(PO4)3X(X=OH,F,Cl) ,是降低污染土壤中铅迁移性的主要机制。例如CN 107384417 B 公开了一种含铅污染土壤的磷渣基修复材料,修复材料以磷渣为主,掺加一定比例的炉渣、石油焦脱硫灰和水泥窑灰。CN 111205872 A 公开了一种铅污染土壤的稳定化复合药剂及其使用方法,复合药剂中也包含了磷酸根。然而,上述专利技术中的修复材料在提升铅污染修复效果的同时并未大幅提高核心产物磷酸铅类矿物和磷氯铅矿的含量,土壤修复后的长期安全性无法保障。这种现象在添加水泥窑灰等碱性修复材料或者修复pH呈偏碱性的污染土壤时更加明显。
[0005]针对这一弊端,CN 110871213 A 公开了一种铅污染土壤稳定化/固化的修复方法,其特征在于通过向铅污染土壤中添加硫酸亚铁溶液,通过Fe
2+
的氧化反应产生H
+
,促进土壤中不稳定形态铅向有效态转化;再次向铅污染土壤中添加生物质炭和磷酸盐对污染土壤进行修复。该专利技术提升了修复后稳定产物的含量,提升了修复后土壤的长期稳定性,但是该专利技术额外提供的硫酸亚铁溶液本身也容易对环境造成污染,且硫酸根容易对建筑物造成腐蚀,铁离子虽然不属于土壤和地下水中重点监测的污染元素,但是容易造成水体变色,引发视觉和味觉上的不适,这些缺点限制了该专利技术中修复药剂在铅污染土壤修复中的应用。
[0006]使用磷酸盐修复铅污染土壤是一种有效的修复技术,被美国EPA推荐为铅污染土壤的优先治理方法之一,但是修复材料的安全性,修复后铅污染土壤的长期稳定性以及铅污染土壤修复后的处置便宜性,修复实施的经济性等问题仍旧存在。

技术实现思路

[0007]为克服现有技术对重金属铅污染修复后长期稳定性差,修复药剂带来二次污染并
进一步影响修复后污染土壤处置的问题,本专利技术提供一种利用酸性生物质炭调节重金属形态和磷酸根溶出的铅污染土壤修复方法,提高土壤中铅稳定产物的含量,从而实现修复后铅污染的土壤的长期安全性和处置的便宜性。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的:一种被铅污染的碱性土壤的修复剂,包括重量百分比为7.5%~45%酸性生物质炭,和重量百分比为55%~92.5%的磷灰石。
[0009]优选地,所述酸性生物质炭pH<6.5。
[0010]优选地,所述磷灰石为自然界中广泛存在的氟磷灰石。
[0011]上述被铅污染的碱性土壤的修复剂的制备方法,包括下述步骤:(1)烘干粉碎:将生物质原料在100~110℃烘干至恒重,机械破碎,粗筛;(2)低温炭化:将步骤(1)所得的生物质原料置于管式炉石英舟中,通入惰性气体,速率为0.5~1L/min,管式炉升温速率5

10℃/min,烧制温度为250~450℃,保温2~5h;(3)冷却过筛:将步骤(2)所得的生物质炭自然冷却后取出,研磨过筛,获得酸性生物质炭;(4)混合搅拌:将磷灰石经研磨后,过筛;按照重量百分比为7.5%~45%酸性生物质炭,55%~92.5%磷灰石的比例将二者混合,搅拌至均匀。
[0012]优选地,步骤(1)所述的生物质原料为高木质素含量的柳属树枝,松属树枝。
[0013]优选地,步骤(2)通入的惰性气体为氮气和/或二氧化碳,通入惰性气体的速率为0.6 L/min。
[0014]优选地,步骤(2)管式炉升温速率5℃/min,生物质炭烧制温度为300℃,保温2h。
[0015]一种使用上述修复剂修复被铅污染的碱性土壤的方法:首先,将修复剂和土壤按照铅磷摩尔比1:5~1:10混合;其次,混合后的土壤保持含水率在30%~50%之间,充分搅拌均匀,进行养护。
[0016]与现有技术相比,本专利技术的有益效果为:本专利技术通过酸性生物质炭提供酸性缓释微环境,可持久缓慢地的促进土壤中的非稳定态铅,尤其是弱酸可提取态铅,转化为水溶性的铅离子,提高土壤中铅离子的反应活性,促进其与磷灰石的微界面反应,提高核心修复产物磷氯铅矿的含量,增强修复后的长期安全性。
[0017]本专利技术通过酸性生物质炭提供是酸性缓释微环境,可持久缓慢地促进磷灰石溶解释放出磷酸根和卤素阴离子,磷酸根和卤素阴离子可快速与铅离子生成地球化学性质稳定的磷氯铅矿,极大提高修复材料中磷的利用效率,降低磷酸盐的使用量,避免对水体造成富营养化等二次污染。
[0018]本专利技术所使用的酸性生物质炭烧制条件温度低,产率高达35%~45%,所使用的原材料可使用林业、木材加工业废弃物,实现废物再利用,经济节能。
[0019]本专利技术所使用的磷灰石为天然的磷酸盐矿物,自然界内广泛分布,无需二次加工,酸性生物质炭促进其溶解释放,克服了其溶解度差,修复效果差的弊端。
[0020]本专利技术的原料简单,制备工艺成熟,无需深加工,不引入可能对建筑物造成腐蚀或者地下水造成污染的原料,药剂投放后修复效果持久,修复后核心产物含量高,稳定性好,安全性高。修复后土壤可作为路基、绿化用地下填土等方式综合利用,解决了修复后铅污染
土壤难以处置的难题。
[0021]说明书附图图 1为酸性生物质炭作用下磷灰石与氢氧化铅反应的XRD表征;图 2 酸性生物质炭作用下磷灰石与碳酸铅反应的XRD表征。
具体实施方式
[0022]下面通过实施例对本专利技术的技术方案进一步清楚、完整地描述,下述实施例是本专利技术的一部分实施例,不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有技术方案,都属于本专利技术保护的范围。
[0023]本专利技术提供一种被铅污染的碱性土壤的修复剂及其制备和使用方法。
[0024]专利技术人将松树和杨树的锯末在110℃下烘干至恒重,在管式炉中分别按照0.6 L/min的速本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种被铅污染的碱性土壤的修复剂,其特征在于:包括重量百分比为7.5%~45%酸性生物质炭,和重量百分比为55%~92.5%的磷灰石。2.根据权利要求1所述的修复剂,其特征在于:所述酸性生物质炭pH<6.5。3.根据权利要求1或2所述的修复剂,其特征在于:所述磷灰石为自然界中广泛存在的氟磷灰石。4.一种权利要求1或2所述的修复剂的制备方法,其特征在于,包括下述步骤:(1)烘干粉碎:将生物质原料在100~110℃烘干至恒重,机械破碎,粗筛;(2)低温炭化:将步骤(1)所得的生物质原料置于管式炉石英舟中,通入惰性气体,速率为0.5

1L/min,管式炉升温速率5

10℃/min,烧制温度为250

450℃,保温2

5h;(3)冷却过筛:将步骤(2)...

【专利技术属性】
技术研发人员:梁田杨宾李发生
申请(专利权)人:中国环境科学研究院
类型:发明
国别省市:

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