重金屬污染土壤與地下水一體化修復方法
【專利摘要】本發明涉及一種重金屬污染土壤與地下水一體化修復方法。具體為：將重金屬穩定化劑按比例施入污染土壤中，同時將污染地下水抽出，均勻噴灑或澆灌在施入穩定化劑的污染上壤中，地下水中的重金屬被土壤截留并與土壤中原有的重金屬一起與穩定化劑發生吸附、沉淀、離子交換等作用，使重金屬得以穩定，被修復后的地下水回滲入地下，從而達到污染土壤與地下水同時修復的效果。與傳統的上壤和地下水分開修復方法相比，本發明的方法可以在一個較簡單的系統內同時修復污染地下水和土壤中的重金屬，達到一體化修復的目的。本方法具有處理工藝簡單、成本低等特點。
【專利說明】重金屬污染土壤與地下水一體化修復方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于環境工程【技術領域】，具體涉及一種重金屬污染土壤與地下水一體化修復方法。
【背景技術】
[0002]近年來，由于工農業生產的污染和人類活動強度的不斷增加，大量化肥、農藥的施用，石化產品的泄漏及故障性排放，有毒、有害固體廢物填埋引起的有毒物質泄漏，均造成土壤污染面積擴大，污染程度加深。而土壤和地下水存在著緊密的聯系，污染土壤容易造成下覆地下水也產生污染，需要對污染的土壤和地下水進行處理，但是，目前土壤和地下水污染修復基本上都是分別單獨進行修復，若將污染土壤和地下水集成在一個工藝中進行處理，可簡化處理工藝，節約處理費用，節省土地資源。因此，將土壤與地下水一體化修復越來越引起人們的關注。目前，國內還沒有關于土壤地下水一體化修復技術的專利。

【發明內容】

[0003]本發明的目的在于針對土壤和地下水重金屬污染問題提供一種重金屬污染土壤與地下水一體化修復方法。具體為將土壤化學穩定法與地下水抽出處理法相結合，在污染土壤中加入重金屬穩定化劑，將污染地下水通過泵抽出，淋溶到加入重金屬穩定化劑的污染土壤中，使穩定化劑與污染土壤和地下水中的重金屬發生沉淀、吸附等作用，從而改變重金屬的形態，使重金屬得以穩定，而污染地下水經過添加穩定化劑的土壤吸附、沉淀等處理，自由下滲，重新補給地下水。
[0004]本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:
[0005]本發明涉及一種重金屬污染土壤與地下水一體化修復方法，包括如下步驟:
[0006]A、將重金屬穩定化劑施入污染土壤中；
[0007]B、將污染地下水抽出，噴灑或澆灌在所述施入重金屬穩定化劑的污染土壤中；所述污染地下水中的重金屬被土壤截留并與土壤中原有的重金屬一起與重金屬穩定化劑發生作用，使重金屬得以穩定；
[0008]C、所述重金屬被截留并穩定后的地下水回滲入地下，完成所述重金屬土壤與地下水一體化修復。
[0009]優選地，步驟A中，所述重金屬穩定化劑的選擇具體為:對污染場地內的污染土壤和污染地下水調查、采樣、分析監測，確定污染土壤和污染地下水中重金屬污染物的種類、污染分布、污染程度以及污染地下水的體積；根據所述重金屬污染物的種類、污染分布、污染程度以及污染土壤的性質確定重金屬穩定化劑材料的選用。
[0010]優選地，步驟A中，所述重金屬穩定化劑用量的確定具體為:根據污染土壤和污染地下水中重金屬的濃度和污染地下水的體積確定重金屬穩定化劑的添加量。
[0011 ] 優選地，步驟A中，所述重金屬穩定化劑為含磷材料。
[0012]優選地，所述含磷材料包括磷灰石、重過磷酸鈣。[0013]優選地，所述含磷材料為含P比為1:1的磷灰石和重過磷酸鈣的混合物。
[0014]優選地，所述重金屬穩定化劑中P元素與重金屬的摩爾比為(2~4): I。
[0015]優選地，步驟B中，所述將污染地下水抽出具體為:在所述污染土壤所在的場地內打地下水采樣井；將污染地下水從采樣井抽出。
[0016]優選地，步驟B中，所述重金屬與重金屬穩定化劑發生的作用為吸附、沉淀、離子交換中的一種或幾種。
[0017]本發明的重金屬污染土壤與地下水一體化修復方法是將化學穩定法與地下水抽出處理法結合形成的一體化修復方法。該一體化修復方法固定重金屬的原理為:土壤與地下水中的重金屬均通過與土壤中添加的重金屬穩定化劑發生吸附、沉淀、離子交換等作用，使得地下水中重金屬得以去除，土壤中重金屬得以穩定。具體固定機理如下:
[0018]磷灰石和重過磷酸鈣穩定土壤與地下水中重金屬的機理主要是基于磷酸根官能團的吸附、沉淀或共沉淀、表面吸附或絡合作用機理，反應式總結如下:
[0019]5Μ2++3Η2Ρ04>01` = M5 (PO4) 3C1+6H+(Μ 代表重金屬如:Pb、Cd 等)(1.1)
[0020]= Ρ0Η+Μ2+ = = Ρ0Μ++Η+ ( = POH 代表磷灰石表面)(1.2)
[0021 ] = S-HPO42^M2+ = = S-HPO42^-M2+ ( = S 代表土壤氧化物表面)(1.3)
[0022]與現有技術相比，本發明具有如下有益效果:
[0023]1、實現了重金屬污染土壤與地下水同時修復作用；
[0024]2、簡化重金屬污染土壤和污染地下水的分別處理工藝、降低處理費用、節約土壤資源。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯:
[0026]圖1是本發明的重金屬污染土壤與地下水一體化修復方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖及具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。
[0028]本發明的重金屬污染土壤與地下水一體化修復方法的流程圖如圖1所示，首先對污染場地進行污染土壤、污染地下水的調查、設置采樣方案，進行污染土壤和地下水的采樣、根據分析監測的結果，確定場地重金屬污染物的種類、污染分布、污染程度以及污染地下水的體積；然后根據重金屬污染物的種類、污染程度、土壤性質確定重金屬穩定化劑，如Pb、Cu、Zn等污染，可選擇磷灰石、重過磷酸鈣等；根據土壤和地下水中重金屬的濃度和面積(體積)，設定修復材料添加量。一般含磷材料添加量(P含量)與重金屬污染量的摩爾濃度比例為(2~4): 1，將重金屬穩定化劑與污染土層均勻混合；然后，用泵將污染地下水從抽提井抽出，均勻噴灑在污染場地，使污染地下水在修復后的土壤中自由下滲，利用土壤中金屬穩定化劑的吸附、過濾、沉淀等機制，去除地下水中重金屬，同時將地下水中的重金屬與土壤中原有的重金屬一起被穩定化劑固定在土壤中，被修復后的地下水回滲入地下。具體應用見以下各實施例:
[0029]實施例1
[0030]某污灌區Cd污染土壤(含60mg/kg Cd)，污染地下水濃度為10mg/L Pb、0.3mg/LCdU0mg/L Zn，土壤重金屬穩定化修復材料為含P比為1: 1的磷灰石與重過磷酸鈣混合物，添加量為磷與重金屬的摩爾比為2: 1，抽取地下水均勻澆灌在施加含磷材料的污染土壤中。經過40天的修復，一體化處理系統共處理污染地下水量為673L/Kg。淋溶結束后，土壤截留污染地下水中Pb的量高達為9915mg/Kg，地下水中Pb去除率達91% ;土壤截留污染地下水中Cd的量為143mg/Kg，Cd去除率為40.2% ;土壤截留污染地下水中Zn的量為3477mg/Kg，Zn去除率為45.2%。至淋溶結束，一體化處理系統對Pb的吸附能力仍未達到飽和，仍然有繼續截留去除地下水中Pb的能力，但對Cd和Zn的吸附量已達到飽和。土壤中CaCl2和TCLP提取態Pb與對照相比，分別下降了 60.5%和62.8% ；CaCl2和TCLP提取態Cd與對照相比，土壤CaCl2提取態Cd下降了 12.3%，但TCLP提取態Cd基本不變當；CaCl2和TCLP提取態Zn與對照相比，分別下降了 7.5%和10.2%。綜上，含磷材料誘導的土壤、地下水中重金屬一體化修復可以同時實現污染地下水中重金屬的去除和污染土壤中重金屬的固定，尤其對Pb的效果明顯且固定容量較大。
[0031]實施例2
[0032]某冶煉廠附近污染土壤(2850mg/kg Pb、31mg/kg Cd、975mg/kg Zn)，污染地下水濃度為10mg/L Pb、0.3mg/L Cd> lOmg/L Zn, 土壤重金屬穩定化修復材料為含P比為1: 1的磷礦尾料與重過磷酸鈣混合物，添加量為磷與重金屬的摩爾比約為4: 1，抽取地下水均勻澆灌在施加了含磷材料的污染土壤中。經過120天的一體化修復，共處理污染地下水量為605.5L/Kg。淋溶結束后，土壤截留污染地下水中Pb的量高達為14504mg/Kg，地下水中Pb去除率達87.6%，；土壤截留污染地下水中Cd的量為64.6mg/Kg, Cd去除率為30.0% ;對地下水中Zn基本沒有去除作用。至淋溶結束，一體化處理系統對Pb的吸附能力仍未達到飽和，仍然有繼續滯留去除地下水中Pb的能力，但對Cd和Zn的吸附量已達到飽和。土壤中CaCl2提取態Pb濃度低于火焰原子吸收檢測限，TCLP提取態Pb與對照相比，下降51.0% ;CaCl2和TCLP提取態Cd與對照相比，分別下降了 41.7%和31.9%；CaCl2和TCLP提取態Zn與對照相比，分別下降3.2%和19%。綜上，含磷材料誘導的土壤、地下水中重金屬一體化修復可以同時實現污染地下水中重金屬的去除和污染土壤中重金屬的固定，尤其對Pb的效果明顯且固定容量較大，但對Zn作用較小。
[0033]實施例3
[0034]某污灌區土壤含86.6mg/kg Cu、175.8mg/kg Ζη、3.48mg/kg Cd、94.2mg/kg Cr、22.9mg/kg Pb，地下水含 5.66μ g/L Cu,559.2μ g/L Ζη,Ο.48 μ g/L Cd,9.18 μ g/L Cr、Pb5.17μ g/L0 土壤重金屬穩定化修復材料為含P比為1: 1的磷灰石與重過磷酸鈣混合物，添加量為磷與重金屬的摩爾比約為3: 1，抽取地下水均勻澆灌在施加了含磷材料的污染土壤中，并在污染土壤上種植白菜。經過90天的一體化修復，白菜重金屬含量明顯下降，Cu下降10.2%, Cr下降29.4%, Cd下降21.6%，Pb下降50.9% ;地下水重金屬Cu下降34.7%, Cd 下降 80%，Pb 下降 20%。
[0035]以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響本發明的實質內容。
【權利要求】
1.一種重金屬污染土壤與地下水一體化修復方法，其特征在于，包括如下步驟:A、將重金屬穩定化劑施入污染土壤中；B、將污染地下水抽出，噴灑或澆灌在所述施入重金屬穩定化劑的污染土壤中；所述污染地下水中的重金屬被土壤截留并與土壤中原有的重金屬一起與重金屬穩定化劑發生作用，使重金屬得以穩定；C、所述重金屬被截留并穩定后的地下水回滲入地下，完成所述重金屬污染土壤與地下水一體化修復。
2.根據權利要求1所述的重金屬污染土壤與地下水一體化修復方法，其特征在于，步驟A中，所述重金屬穩定化劑的選擇具體為:對污染場地內的污染土壤和污染地下水調查、采樣、分析監測，確定污染土壤和污染地下水中重金屬污染物的種類、污染分布、污染程度以及污染地下水的體積；根據所述重金屬污染物的種類、污染分布、污染程度以及污染土壤的性質確定重金屬穩定化劑材料的選用。
3.根據權利要求1所述的重金屬污染土壤與地下水一體化修復方法，其特征在于，步驟A中，所述重金屬穩定化劑用量的確定具體為:根據污染土壤和污染地下水中重金屬的濃度和污染地下水的體積確定重金屬穩定化劑的添加量。
4.根據權利要求1所述的重金屬污染土壤與地下水一體化修復方法，其特征在于，步驟A中，所述重金屬穩定化劑為含磷材料。
5.根據權利要求4所述的重金屬污染土壤與地下水一體化修復方法，其特征在于，所述含磷材料包括磷灰石、重過磷酸鈣。
6.根據權利要求5所述的重金屬污染土壤與地下水一體化修復方法，其特征在于，所述含磷材料為含P比為1:1的磷灰石和重過磷酸鈣的混合物。
7.根據權利要求4、5或6所述的重金屬污染土壤與地下水一體化修復方法，其特征在于，所述重金屬穩定化劑中P元素與重金屬的摩爾比為(2?4): 1。
8.根據權利要求1所述的重金屬污染土壤與地下水一體化修復方法，其特征在于，步驟B中，所述將污染地下水抽出具體為:在所述污染土壤所在的場地內打地下水采樣井；將污染地下水從采樣井抽出。
9.根據權利要求1所述的重金屬污染土壤與地下水一體化修復方法，其特征在于，步驟B中，所述重金屬與重金屬穩定化劑發生的作用為吸附、沉淀、離子交換中的一種或幾種。
【文檔編號】C09K17/06GK103736723SQ201310278001
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年7月3日 優先權日:2013年7月3日
【發明者】曹心德, 梁媛, 常國興, 趙玲 申請人:曹心德, 上海圣瓏環境修復技術有限公司