专利名称：复合型重金属污染土壤原位固定化方法
技术领域：
本发明涉及一种复合型重金属污染土壤原位固定化方法，具体的说，涉及一种重金属汞、镉、铬和铅复合型污染土壤原位固定化修复方法，通过氧化还原反应、共沉淀反应和成矿反应，将重金属离子转化为不溶于水的金属硫化物、氢氧化物、多金属共沉淀物、碱式碳酸盐和磷酸盐矿物后被固定在土壤中，重金属失去其生物活性。土壤修复后满足中国 《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995) 二级标准值的要求。
背景技术：
我国重金属污染事件正进入高发期。2005年，中国地质调查局发现，占国土面积13%的土壤存在污染；在所有污染类型中，重金属污染占据很大比例。2009年，环保部公布了 12起重金属污染事件，共导致4035人血铅超标、182人镉超标，全国发生32起由重金属污染引起的群体性事件。2010年3月以来，四川内江、湖南郴州等地又相继发生群众血铅超标及中毒引发的群体性事件。最近随着“镉大米”事件的曝光，警示着重金属已经爬上了我们的餐桌，中国人对重金属污染的关注也达到了前所未有的高度。造成重金属污染的原因非常多，主要是采矿、金属冶炼、电镀工业、化工、金属加工、IT行业和废旧电器回收等领域产生和排放重金属污染物，进入地表水、地下水和大气中后，这些重金属最终汇集于土壤。土壤中的重金属将通过食物链进入人体，当体内的重金属蓄积到一定程度时就会引发各种人体疾病。因此，土壤重金属污染的控制与修复问题已经引起各级政府和环保工作者的广泛关注。目前，重金属污染土壤修复技术主要包括以下几种(1)植物修复法。通过种植对重金属具有超级蓄积能力的植物，从而将土壤中的重金属提取出来。蜈蚣草吸收土壤中砷的能力相当于普通植物的20万倍，通过蜈蚣草的吸附、收割可以恢复被砷污染的土壤。东南景天对镉具有很强的蓄积能力，通过东南景天的吸附、收割可以恢复被镉污染的土壤。但是，植物修复法的时间需要3 5年，意味着土壤的荒废时间就是3 5年，影响到粮食的生产和农民的收入。另外，植物修复的成本较高，每吨土壤达到200元左右，每亩土壤的修复费用高达8 10万元，每公顷土壤的修复成本达到1. 2 1. 5亿元人民币。当地政府和农民是无法承受的。而且，目前发现的超富集植物一般都是野生植物，其种苗繁育存在较大的技术难度，实现大规模种苗就更加困难，所以现今使用的是先大棚育种再移植到修复区的办法，这无疑会进一步增加修复成本和操作难度。( 化学淋洗法。采用化学药剂如表面活性剂、酸洗剂等将土壤中的重金属淋洗出来后再进行废水处理。这种方法不仅成本非常高，远高于植物修复法，而且将新的污染物如表面活性剂、酸洗剂等带入土壤，成为新的污染源。土壤的物理结构会受到很大影响。
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(3)客土法。将被污染土壤深埋到水稻根系不能达到的25厘米以下，用这种方法修复一亩污染土地就要花费上百万元，而且污染土壤仍然存在，甚至会继续扩大到地下水污染。但是，因为修复方法简单，花费时间少，这种饮鸩止渴的方法目前被广泛应用。(4)微生物淋洗法。通过往土壤中加入对重金属具有富集作用的微生物菌群，将重金属洗涤出来。这种方式不仅成本高，对于大面积的土壤污染而言由于微生物淋洗液难以收集，实际上很难操作。(5)电化学法。在土壤中通过电流作用使得水溶性重金属离子富集到阴极表面。 目前该技术只是在实验室进行摸索。由于电流作用距离太小，而实际污染的土地面积太大， 这种技术在工程上难以实施，且不管其高昂的操作成本难以承受。(6)重金属钝化法。只有具备生物活性的重金属才能被植物所利用，从而通过食物链蓄积在人体。通过在污染土壤中加入海泡石、钙镁磷肥和石灰等钝化剂从而使水溶性重金属离子转化为氢氧化物而降低其生物活性。但是，通过这种方法钝化后的重金属在微生物作用下以及环境因素发生变化时将持续不断地恢复其生物活性。因此，重金属钝化法只是暂时地、短暂地掩盖了重金属污染问题。(7)硫化物法。主要包括硫化钠和硫化钙，可以与大部分的重金属生成溶解度极低的重金属硫化物沉淀，对土壤重金属的固定化效果非常好；但是硫化物对土壤的修复必须维持在强碱性的环境之中(通常要求pH>8.幻，否则这些生成的重金属硫化物沉淀又将转化为游离的重金属。强碱性条件使得土壤丧失了其使用功能。这种修复方法比较适合于重金属污染土壤的固化稳定化处理，然后进行填埋处置。美国超级基金项目针对重金属污染场地治理时，大量使用含有硫化钠或硫化钙的药剂，最后进行填埋处置。综上所述，如何开发切实可行的重金属污染土壤修复技术已经成为未来重金属污染控制面临的瓶颈问题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种复合型重金属污染土壤原位固定化方法，它通过氧化还原反应、共沉淀反应和成矿反应，将重金属离子转化为不溶于水的金属硫化物、氢氧化物、多金属共沉淀物、碱式碳酸盐和磷酸盐矿物后被固定在土壤中。重金属失去其生物活性。土壤修复后满足中国《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995) 二级标准值的要求。为解决上述问题，本发明采用如下技术方案本发明提供了一种复合型重金属污染土壤原位固定化方法，所述方法为通过氧化还原反应、共沉淀反应和成矿反应，将重金属离子转化为不溶于水的金属硫化物、氢氧化物、多金属共沉淀物、碱式碳酸盐和磷酸盐矿物，重金属失去其生物活性，被固定在土壤中。具体固定化方法包括下列步骤(1)重金属污染土壤修复药剂的制备按重量份配比将下列原料混合均勻、制成重金属污染土壤修复药剂；膨润土或高岭土 80 90份为填充剂，硫化亚铁0. 5 15份，硫酸镁0. 5 5份，亚硫酸镁1. 5 8份，氧化镁1 5份，氢氧化钙2 10份，和含磷制剂 1 5份；(2)与土壤混合将重金属污染土壤修复药剂与重金属污染土壤按照重量比为1 (5 20)的重量比混合、搅拌均勻，保持土壤湿度在15 30% ；(3)反应经1个月，污染土壤中的重金属离子转化为不溶于水的金属硫化物、氢氧化物、多金属共沉淀物、碱式碳酸盐和磷酸盐矿物，重金属失去其生物活性，被固定在土壤中。所述含磷制剂为磷酸钙、或磷酸氢钙、或磷酸二氢钙、或过磷酸钙。所述重金属为镉、铬、汞或铅。本发明以硫化亚铁、硫酸镁和亚硫酸镁为反应剂，以膨润土为填充剂，以氧化镁、 氢氧化钙、含磷制剂为助剂，促进重金属成矿反应，配制成重金属污染土壤修复药剂，在1 个月内将重金属污染土壤快速修复，修复后的土壤环境质量满足中国《土壤环境质量标准》 (GB 15618-1995) 二级标准值的要求。本发明适用于大面积表层重金属污染土壤的修复，包括重金属污染农田的修复、 重金属污染矿山的修复以及重金属生产企业污染场地的修复。成本低，时间快，效率高。
具体实施例方式实施例11)、重金属污染土壤修复药剂的制备将膨润土、硫化亚铁、硫酸镁、亚硫酸镁、氧化镁、氢氧化钙和磷酸二氢钙按照80 15 0.5 8 1 10 1，混合均勻，成为重金属污染土壤修复药剂。2)、施加重金属污染土壤修复药剂用铲车将受污染土壤送入破碎机的料斗，破碎后经皮带传送到混合器，与修复药剂混合，按照土壤药剂=15 1的重量比混勻，再经传送带送到堆放地点，得到加入药剂后的土壤。3)、修复经1个月，污染土壤中的重金属镉、铬、汞、铅被还原成低价固定化的重金属、重金属沉淀物或矿物质，失去其生物有效性，实现了重金属污染土壤的原位修复，修复后的土壤环境质量满足中国《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995) 二级标准值的要求。实施例21)、重金属污染土壤修复药剂的制备将高岭土、硫化亚铁、硫酸镁、亚硫酸镁、氧化镁、氢氧化钙和磷酸氢钙按照90 0.5 5 1.8 5 2 5，混合均勻，成为重金属污染土壤修复药剂。2)、施加重金属污染土壤修复药剂用铲车将受污染土壤送入破碎机上的料斗，破碎后经皮带传送到混合器，与修复药剂混合，按照土壤药剂=10 1的重量比混勻，再经传送带送到堆放地点，得到加入药剂后土壤。3)、修复经1个月，污染土壤中的重金属镉、铬、汞、铅被还原成低价固定化的重金属、重金属沉淀物或矿物质，失去其生物有效性，实现了重金属污染土壤的原位修复，修复后的土壤环境质量满足中国《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995) 二级标准值的要求。实施例31)、重金属污染土壤修复药剂的制备将膨润土、硫化亚铁、硫酸镁、亚硫酸镁、氧化镁、氢氧化钙和磷酸钙按照85 :6:2:3:2:3: 4，混合均勻，成为重金属污染土壤修复药剂。2)、施加重金属污染土壤修复药剂铲车将受污染土壤送入破碎机上的料斗，破碎后经皮带传送到混合器，与修复药剂混合，按照土壤药剂=20 1重量比混勻，再经传送带送到堆放地点，得到加入药剂后土壤。3)、修复经1个月，污染土壤中的重金属镉、铬、汞、铅被还原成低价固定化的重金属、重金属沉淀物或矿物质，失去其生物有效性，实现了重金属污染土壤的原位修复，修复后的土壤环境质量满足中国《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995) 二级标准值的要求。最后应说明的是显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
权利要求
1.一种复合型重金属污染土壤原位固定化方法，其特征在于所述方法为通过氧化还原反应、共沉淀反应和成矿反应，将重金属离子转化为不溶于水的金属硫化物、氢氧化物、 多金属共沉淀物、碱式碳酸盐和磷酸盐矿物，重金属失去其生物活性，被固定在土壤中。
2.如权利要求1所述的复合型重金属污染土壤原位固定化方法，其特征在于，包括下列步骤(1)重金属污染土壤修复药剂的制备按重量份配比将下列原料混合均勻、制成重金属污染土壤修复药剂；膨润土或高岭土 80 90份为填充剂，硫化亚铁0. 5 15份，硫酸镁 0. 5 5份，亚硫酸镁1. 5 8份，氧化镁1 5份，氢氧化钙2 10份，和含磷制剂1 5 份；(2)与土壤混合将重金属污染土壤修复药剂与重金属污染土壤按照重量比为 1 (5 20)的重量比混合、搅拌均勻，保持土壤湿度在15 30% ；(3)反应经1个月，污染土壤中的重金属离子转化为不溶于水的金属硫化物、氢氧化物、多金属共沉淀物、碱式碳酸盐和磷酸盐矿物，重金属失去其生物活性，被固定在土壤中。
3.如权利要求2所述的复合型重金属污染土壤原位固定化方法，其特征在于所述含磷制剂为磷酸钙、或磷酸氢钙、或磷酸二氢钙、或过磷酸钙。
4.如权利要求1-3之任一所述的复合型重金属污染土壤原位固定化方法，其特征在于所述重金属为镉、铬、汞或铅。
全文摘要
本发明公开了一种复合型重金属污染土壤原位固定化方法，膨润土或高岭土80～90份为填充剂，硫化亚铁0.5～15份，硫酸镁0.5～5份，亚硫酸镁1.5～8份，氧化镁1～5份，氢氧化钙2～10份，和含磷制剂1～5份制成重金属污染土壤修复药剂，与重金属污染土壤按照重量比为1∶(5～20)的重量比混合、搅拌均匀，保持土壤湿度在15～30％；经1个月，污染土壤中的重金属离子转化为不溶于水的金属硫化物、氢氧化物、多金属共沉淀物、碱式碳酸盐和磷酸盐矿物，重金属失去其生物活性，被固定在土壤中。土壤修复后满足中国《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995)二级标准值的要求。
文档编号B09C1/08GK102303041SQ20111012502
公开日2012年1月4日 申请日期2011年5月16日 优先权日2011年5月16日
发明者刘阳生 申请人:刘阳生