一种土壤重金属污染原位捕集治理方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于土壤重金属污染治理领域，具体涉及一种土壤重金属污染原位捕集治 理方法。
【背景技术】
[0002] 土壤是一个复杂多相的动态开放体系，主要包括固相、液相、气相及生物相。土壤 生态功能是物质在土壤多相体系中相互联系、相互制约的动态过程的体现。土壤固相中所 含的大量粘土矿物和有机质等，可有效吸持进入其内部的各种污染因子，进而在土壤中发 生累积，当累积超过一定量时，土壤系统输出物将直接或间接地危害人体健康，即土壤污 染。
[0003] 我国土壤重金属污染形势已相当严峻。据农业部统计，我国重金属污染的土壤面 积已达上千万公顷，占耕地总面积的10%以上，多数集中在经济较发达的地区。全国每年受 重金属污染的粮食多达1.2 X IO7吨，因重金属污染而导致粮食减产高达IO7吨，总计经济损 失至少200亿元。土壤重金属污染已成为关系到经济尤其是农业的可持续发展和人体健康 的重大环境问题，引起广泛的社会关注。
[0004] 农田、耕地土壤重金属污染治理首先应考虑重金属元素在土壤中的存在形态。 Tessier等研究认为重金属元素在土壤中主要分为水溶态、交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧 化物结合态、有机结合态和残留态。土壤重金属污染风险传递的研究表明：水溶态、交换态 和有机结合态重金属是最易传递的风险源，此三种形态重金属元素容易被生物吸收、吸附 及累积等，产生环境风险效应;其次是碳酸盐结合态和铁锰结合态，此两类形态重金属元素 容易受到土壤微环境条件影响，向土壤中释放上述三类形态重金属;最后是残渣态，此类重 金属形态在土壤环境中基本不产生环境风险效应。可见，土壤重金属污染治理核心为消除 土壤中水溶态、交换态和有机结合态重金属环境风险。
[0005] 农田、耕地土壤重金属污染治理第二方面应关注的内容是土壤质地、有机质、pH、 氧化还原电位及生物体系等环境因子。重金属元素在土壤微环境系统中发生交换、吸附、络 合、沉降等相互联系、相互制约的动态体系效应，这些动态体系效应直接或间接影响重金属 元素在土壤中的存在形态，进而影响污染治理效果，特别是采用加药方式处理复合型重金 属污染，可能会由于无法达到同时降低多种重金属环境风险的环境因子条件，而无法达到 治理效果。
[0006]农田、耕地土壤重金属污染治理第三方面应关注土壤的生态功能性。土壤的生态 功能性如土壤结构、pH、有机质、氧化还原电位等均要达到一定条件，才能有效支持生物的 生长。土壤生态功能性要求在土壤治理过程中应尽量避免少加或不添加过量或过激化学物 质、尽可能不改变土壤结构等措施，以维持或改善土壤生态功能。
[0007]目前重金属污染土壤治理主要包括三类治理策略:钝化、稀释和净化。土壤钝化治 理策略主要是通过向土壤添加重金属稳定化药剂降低重金属活性，从而达到降低重金属环 境风险的目的。土壤钝化策略治理技术处理后，由于污染因子仍然在土壤微环境中，重金属 污染因子存在进一步活化的环境风险；另一方面，由于向土壤中添加了化学药剂，可能对土 壤理化性质、生态功能性产生影响。土壤稀释治理策略主要是降低土壤中重金属污染浓度， 达到降低重金属环境风险的目的，本策略仅适用于在表层30cm以上的轻度污染治理，对于 中等污染程度以上土壤治理不存在竞争性意义。土壤净化治理策略是提取土壤中重金属因 子，达到降低土壤重金属总量的目的，本策略治理技术(如植物提取）以消除土壤中重金属 污染因子为最终目的。上述表明，土壤重金属污染治理采用净化治理策略是最佳、最彻底的 治理策略。
[0008] 针对上述土壤重金属污染现状、重金属治理存在问题及土壤重金属治理最佳策略 的论述，目前普遍认可的治理技术是土壤净化治理策略中的生物提取技术，即种植超富集 植物进行提取净化，然后移除富集重金属后的超富集植物。生物提取技术未对土壤产生扰 动，有效保持了土壤的生物功能性，但生物提取技术具有周期长、受生境条件影响大的局 限。另外，超富集植物通常仅能针对某种重金属，主要应用于轻度、单一重金属污染区域修 复，对于复合型及中等以上污染程度重金属污染治理难于达到理想修复效果。
[0009] 重金属捕集剂是一种与重金属离子强力螯合的化工药剂，能在常温和很宽的PH值 条件范围内，与水体中的Cu2+工(1 2+、取2+、？132+、1112+、附2+、211 2+、03+等各种重金属离子进行 化学反应，并在短时间内迅速生成不溶性、容易过滤去除的絮状沉淀，达到从水中去除重金 属离子的目的。重金属捕集剂种类繁多，按形态分有粉体态、固体态和液体态;按成分分有 无机捕集剂和有机捕集剂;按捕集方式分有吸附捕集剂、离子交换捕集剂、络合捕集剂;按 所能捕集重金属分类可分为广谱型重金属捕集剂、单一型重金属捕集剂等。重金属捕集剂 处理水体中重金属已在水处理行业得到广泛应用，具有可处理复合型重金属污染、速度快、 效率高及成本低等特点。另外，采用固体态重金属捕集剂处理高浓度、复合污染电镀废水技 术已有研究报道，该重金属捕集技术有效地处理了复杂电镀废水基质中的复合重金属，而 不溶入电镀废水中，这对复杂基质体系的土壤复合型重金属污染治理具有巨大的启发意 义。针对土壤基质复杂、复合型重金属污染及需保持土壤生态功能性的特点，选用适合的重 金属捕集剂，采用适当的方式方法，将重金属捕集技术引入至土壤重金属污染治理是一种 潜在的策略。
【发明内容】
[0010]针对现有技术中存在的问题，提出本发明。
[0011]本发明提出一种土壤重金属污染原位捕集治理方法。本方法包括： 1)将重金属捕集剂封装于可透水装置，透水装置达到重金属捕集剂与土壤隔离，但土 壤溶液能在无需压力条件下自由进入装置内的目的。
[0012] 2)将可透水装置埋于含水污染土壤中，达到重金属捕集剂完全浸润于含污染土壤 的水溶液中的目的。
[0013] 3)根据需要确定可透水装置埋于含水污染土壤中时间。装置埋于土壤水溶液时， 土壤水溶液中重金属离子通过浓度扩散作用与重金属捕集剂发生离子交换、络合、吸附等 反应而被捕集；同时，土壤动态平衡体系中其他形态重金属，因溶解态重金属浓度的降低， 而向溶解态转化，最终被捕集； 4)取出埋于土壤中的可透水装置，移除装置内捕集重金属后的捕集剂，从而消除了土 壤中重金属元素。
[0014] 本发明所用透水装置:装置主要包括内网筒体、中间膜网、外网筒体及侧盖四大部 分，重金属捕集剂置于内网筒体中，两侧盖通过螺纹与内网筒体扣紧，中间膜网采用外网筒 体与内网筒体夹紧。
[0015] 本发明选用不溶性重金属捕集剂，包括但不限于各种二硫代胺基甲酸盐类重金属 螯合剂及其衍生物、黄原酸酯类重金属螯合剂及其衍生物、重金属离子交换树脂、重金属吸 附树脂及其他各种类型重金属螯合树脂等。
[0016] 本发明所述捕集剂在装置内填充率为50%~80%。
[0017] 本发明方法中所述重金属元素包括:铜、铅、锌、镉、镍、汞、砷、锑、铬、锰、金、银、 铊、铀等。
[0018]本发明可捕集重金属