專利名稱：一種修復(fù)礦區(qū)重金屬污染土壤的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于礦區(qū)重金屬污染土壤治理與修復(fù)技術(shù)，具體地說涉及一種修復(fù)礦區(qū)重 金屬污染土壤的方法。
背景技術(shù)：
重金屬污染土壤的修復(fù)主要基于兩個(gè)策略在土壤中固定與從土壤中 去除。重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)從大的方面主要分為兩類原位修復(fù)(insitu remediation)和異位修復(fù)(ex situ remediation)。金屬礦區(qū)及周邊地區(qū)的重金 屬污染土壤修復(fù)一般采用原位修復(fù)的方式，主要包括物理技術(shù)客土和翻土法(Soil caping)、& 處 3S 分離(Pyrometallurgical separation) ^ ^J] ^fM M (Electrokinetice technology)，、隔離包埋(Isolation and containment)等；生物修復(fù)技術(shù)植物修復(fù) (Phytoremediation)、微生物修復(fù)(Microremediation)、堆肥(Comosting)等；化學(xué)技術(shù) 化學(xué)固定(Chemicalimmobilization)、化學(xué)淋洗(Chemical washing)、化學(xué)氧化 / 還原 (Chemicaloxidation/reduction)等。傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)(挖掘填埋)高成本和占用土地量大的特點(diǎn)限制了其在污染場(chǎng)地修 復(fù)中的廣泛應(yīng)用，逐漸被成本低、對(duì)周圍環(huán)境擾動(dòng)下、社會(huì)可接受程度高的原位化學(xué)固定技 術(shù)所取代。原位化學(xué)固定指的是向污染土壤中添加某一類或幾類化學(xué)添加劑，通過吸附、沉 淀或共沉淀、離子交換等機(jī)理來改變重金屬在土壤中的賦存形態(tài)，降低重金屬的移動(dòng)性和 生物有效性從而減少重金屬對(duì)環(huán)境和人體危害的一種修復(fù)技術(shù)。原位固定技術(shù)的關(guān)鍵在于 針對(duì)污染土壤的特性選擇合適的固化劑，常用的固化劑一般為經(jīng)濟(jì)成本較低的礦物和工業(yè) 副產(chǎn)物，如生石灰、磷酸鹽及其礦物、鋁硅酸鹽、鐵錳氧化物、沸石、污泥、堆肥等，研究發(fā)現(xiàn) 這些固化劑可以有效固定土壤中的鉛、鎘、銅、鋅、砷等重金屬。赤泥(Red mud或bauxite residue)是制鋁工業(yè)從鋁土礦中提取氧化鋁后的副產(chǎn) 物，大量堆存占用大量土地，因此赤泥的環(huán)境友好利用是近年來研究的一個(gè)熱點(diǎn)。赤泥可以 應(yīng)用作為工業(yè)廢氣、廢水處理的絮凝劑和吸附劑，還可作為某些產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的催化劑，已 在水處理、化工等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。骨炭(Bone char)是由動(dòng)物骨骼經(jīng)炭化去除全部有機(jī)物 后的產(chǎn)品，主要成分為羥基磷灰石Ca1(l (PO4)6(OH)J。骨炭用于去除飲用水中的氟化物在國(guó) 內(nèi)外已有較多報(bào)道，而且正在成為比較成熟的技術(shù)。利用經(jīng)濟(jì)價(jià)值低廉的赤泥、骨炭進(jìn)行重 金屬污染土壤的修復(fù)治理，無論從治理效率、治理費(fèi)用、現(xiàn)場(chǎng)可操作性及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)方面考慮 都具有很高的實(shí)用價(jià)值和應(yīng)用前景。我國(guó)重金屬污染的土壤已達(dá)2000萬hm2，占總耕地面積的1/6，因工業(yè)“三廢”污染 的農(nóng)田達(dá)700萬hm2，導(dǎo)致每年糧食減產(chǎn)100億kg。我國(guó)礦產(chǎn)資源豐富，改革開發(fā)以來礦產(chǎn)資 源的勘查開發(fā)取得了巨大的成就，同時(shí)采礦、冶煉也造成了礦區(qū)及周邊地區(qū)土壤等表生環(huán) 境嚴(yán)重的重金屬污染。我國(guó)西南和中部地區(qū)，特別是云南、江西、湖南、貴州和廣西等省區(qū)， 由于采礦與金屬冶煉造成礦區(qū)及周邊地區(qū)土地嚴(yán)重的重金屬污染，造成大片土地不適于耕 種，對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境與人民身體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅，妨礙了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。我國(guó)因采礦破壞的土地約有9000萬畝，每年有百萬畝新增的廢棄地得不到及時(shí)復(fù)墾。隨著我國(guó)蘊(yùn)藏豐富的鉛 鋅礦的累年開采，礦渣、選礦、冶煉及電鍍等工業(yè)廢水不斷排放到周圍環(huán)境中，造成周邊土 壤中Pb、Cd等重金屬污染嚴(yán)重，受重金屬不同程度污染的農(nóng)田面積就達(dá)90. 6萬hm2。以有 色金屬之鄉(xiāng)湖南為例，由有色金屬礦山引起的鉛、鎘、汞、砷等重金屬污染面積達(dá)2. 8萬km2， 占全省總面積的13%。部分地區(qū)土壤中鉛、鎘、汞、砷高出正常值數(shù)倍至數(shù)百倍，有的地方甚 至出現(xiàn)了地方病。2009年我國(guó)相繼發(fā)生了多起血鉛中毒事件，80%事件與周圍礦山礦產(chǎn)的 開采與冶煉活動(dòng)有關(guān)。礦山尾砂壩坍塌是礦山開采活動(dòng)中一種較常見的事故，其直接導(dǎo)致尾砂壩中的污 染物遷移和擴(kuò)散，造成下游大面積的土地污染，使下游土地的重金屬含量升高，土壤酸化。 1985年，湖南郴州柿竹園礦區(qū)尾砂壩坍塌，致使尾砂沖入東河兩岸農(nóng)田，在農(nóng)田中的尾砂被 清理后其土壤的As和Cd含量仍然高達(dá)709和7. 6mg .kg—1。2001年，廣西大環(huán)江上游的鉛 鋅硫鐵礦山的尾砂壩坍塌，尾砂沖入沿江的農(nóng)田土壤中，導(dǎo)致沿江大面積農(nóng)田重金屬污染。 金屬礦區(qū)及周邊地區(qū)污染土壤的修復(fù)是我國(guó)當(dāng)前生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域亟待解決的突出問題，對(duì)保 證糧食安全與食品安全，促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)具有重大意義。目前用于修復(fù)礦區(qū)重金屬污染土壤的實(shí)用、可靠和成熟的方法技術(shù)不多，探討高 效、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的重金屬污染土壤的治理技術(shù)將是擺在業(yè)者面前的重要課題之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種修復(fù)礦區(qū)重金屬污染土壤的方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的修復(fù)礦區(qū)重金屬污染土壤的方法，是將赤泥、骨炭 中的一種或兩種與污染土壤進(jìn)行混合；赤泥和骨炭的加入量分別為每100克污染土壤加入 2—5 克 ο本發(fā)明采用材料來源廣泛、價(jià)值低廉的骨炭與赤泥，向污染土壤中添加后與土壤 中的鉛和鋅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)(沉淀、吸附、絡(luò)合、氧化-還原等)，形成穩(wěn)定的化合物，降低土壤 中鉛和鋅的生物有效性，以達(dá)到治理土壤鋁鋅污染的目的。
具體實(shí)施例方式基本材料準(zhǔn)備A)赤泥(Red Mud)購自山東鋁業(yè)股份有限公司，應(yīng)用前過100目篩待用。B)骨炭(Bone Char)購自山東滕州化工廠，應(yīng)用前過50目篩待用。C)污染土壤采自廣西環(huán)江縣大環(huán)江沿江尾砂壩坍塌所致重金屬污染農(nóng)田0 20cm 土壤，鉛含量 816. 87mg · kg、鋅含量 614. 20mg'kg"1,pH = 3. 66。采回后風(fēng)干，過 2mm 篩備用。D)試驗(yàn)用容器采用可裝IOOg 土的塑料杯培養(yǎng)系統(tǒng)的建立按赤泥、骨炭的不同添加方式共設(shè)4個(gè)處理(1)不加赤泥、骨炭的處理(CK)；(2) 2%赤泥(質(zhì)量比)添加處理(2RM)；(3) 2%骨炭添加處理(2BC)；
(4) 2%赤泥+2%骨炭添加處理(2R2B)。試驗(yàn)用容器為小塑料杯，每杯裝土 100g，按設(shè)計(jì)用量與添加方式加入赤泥或骨炭， 與土充分混勻，試驗(yàn)重復(fù)9次，共36盆。培養(yǎng)過程試驗(yàn)在25 士 2°C的恒溫培養(yǎng)間內(nèi)進(jìn)行，每隔一天用去離子水給土壤補(bǔ)充水分，使土 壤水分達(dá)到田間持水量的60%左右(重量含水量約為15%，采用稱重法補(bǔ)充水分)。分別 在1、2、3個(gè)月后取出部分重復(fù)，然后風(fēng)干土壤，過0. 25mm篩，采用原歐洲共同體參考物質(zhì)署 指導(dǎo)制定的標(biāo)準(zhǔn)三步分級(jí)提取法(BCR法)研究添加赤泥、骨炭對(duì)土壤中鉛和鋅的固定效果。發(fā)明效果BCR分級(jí)提取方法將土壤中重金屬的形態(tài)人工操作定義為三種形態(tài)B1態(tài)為醋酸 提取態(tài)；B2態(tài)為鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)；B3態(tài)為有機(jī)物和硫化物結(jié)合態(tài)；B4態(tài)為殘?jiān)鼞B(tài)。醋酸提取態(tài)代表了土壤中重金屬易移動(dòng)性部分，這部分形態(tài)的重金屬在土壤中具 有較高的生物有效性，其含量與占總量的比例可以較好的評(píng)估重金屬的遷移性和生物有效 性。經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)無論是單一添加赤泥、骨炭還是赤泥和骨炭復(fù)合添加均顯著降低了 土壤中醋酸提取態(tài)鉛、鋅含量(表1和表2)，有效固定了土壤中的鉛和鋅，降低了土壤中 鉛和鋅的移動(dòng)性與生物有效性。比較不同處理間的作用效果發(fā)現(xiàn)，骨炭單一添加較赤泥單 一添加、赤泥和骨炭復(fù)合添加較單一添加更有效的固定了土壤的鉛。培養(yǎng)結(jié)束后，2%赤泥 處理、2%骨炭處理、2%赤泥+2%骨炭處理的醋酸提取態(tài)鉛含量分別比對(duì)照下降54. 5%, 83.7%和93.7% (表1)。對(duì)于鋅，未發(fā)現(xiàn)赤泥和骨炭復(fù)合添加較單一添加具有更好的固 定效果，但赤泥單一添加較骨炭單一添加能更有效的固定土壤中的鋅。培養(yǎng)結(jié)束后，2%赤 泥處理、2%骨炭處理和2%赤泥+2%骨炭處理醋酸提取態(tài)鋅含量分別比對(duì)照下降59. 7%, 20.2%和66. (表2)?？偨Y(jié)培養(yǎng)1、2、3個(gè)月后各處理的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)無論是單一添加 赤泥、骨炭還是赤泥和骨炭復(fù)合添加均顯著降低了土壤中醋酸提取態(tài)鉛和鋅含量占總量的 比例，促進(jìn)了土壤的鉛和鋅從高遷移性形態(tài)向低遷移性形態(tài)轉(zhuǎn)化，降低了土壤中鉛和鋅的 生物有效性(

圖1和圖2)。對(duì)于鉛，發(fā)現(xiàn)骨炭單一添加較赤泥單一添加、赤泥和骨炭復(fù)合添 加較單一添加更有效的促進(jìn)這一轉(zhuǎn)化。對(duì)于鋅，赤泥單一添加較骨炭單一添加更有效促進(jìn) 這一轉(zhuǎn)化。綜上所述，經(jīng)過不同赤泥和骨炭處理后，土壤中鉛的生物有效性降低 54. 5-93. 7%，鋅的生物有效性降低20. 2-66. 1 %。因此，赤泥和骨炭可以作為修復(fù)礦區(qū)重金 屬污染土壤的理想材料，它們可以固定土壤中的鉛和鋅，促進(jìn)土壤中鉛和鋅從高遷移性形 態(tài)向低遷移性形態(tài)的轉(zhuǎn)化，降低鉛和鋅通過食物鏈進(jìn)入作物和人體的風(fēng)險(xiǎn)。表1 赤泥和骨炭對(duì)土壤酸提取態(tài)Pb含量的影響
權(quán)利要求
1.一種修復(fù)礦區(qū)重金屬污染土壤的方法，將赤泥、骨炭中的一種或兩種與污染土壤進(jìn) 行混合。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，赤泥和骨炭的加入量分別為每100克污染土壤加入 2—5 克 ο
全文摘要
一種修復(fù)礦區(qū)重金屬污染土壤的方法，是將赤泥、骨炭中的一種或兩種與污染土壤進(jìn)行混合；赤泥和骨炭的加入量分別為每100克污染土壤加入2-5克。本發(fā)明采用材料來源廣泛、價(jià)值低廉的骨炭與赤泥，向污染土壤中添加后與土壤中的鉛和鋅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)(沉淀、吸附、絡(luò)合、氧化-還原等)，形成穩(wěn)定的化合物，降低土壤中鉛和鋅的生物有效性，以達(dá)到治理土壤鉛鋅污染的目的。
文檔編號(hào)B09C1/08GK102107208SQ20091024374
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2009年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者郝曉偉, 黃益宗 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心