一种酸化土壤的改良方法与流程

本发明涉及的是一种酸化土壤改良方法，是把酸化土壤中阳离子重金属进行离子交换，降低从酸化土壤中阳离子重金属溶出量的一种方法。属于土壤改良技术领域。

背景技术：

建设工地现场由于开挖了包含黄铁矿和白铁矿等土壤在内的土层，或者是开挖出来的土方作为回填土堆放在空气中，土壤接触到空气而被氧化，会形成酸性的硫酸盐土壤；近年，由于酸雨、肥料、酸性硫酸盐等影响而形成的酸化土壤，容易溶出重金属阳离子而污染环境。具体是酸雨、肥料等的影响，或酸性硫酸盐土壤的氧化反应，使土壤中含有的镉离子和铅离子等交换性阳离子被释放于土壤的间隙水中，被粮食作物类的根部吸收、积蓄，导致粮食作物被重金属污染。

目前已经有许多种重金属污染土壤的改良剂和改良方法。例如，重金属化学固定化原位置封堵方法，形成重金属的螯合化合物、难溶性的硫化物、难溶性盐、或水泥固化的方法来固定重金属。同时，采用了土壤pH值的调整材料，来低减酸性硫酸盐土壤的重金属阳离子溶出总量的方法。

作为具体的方法，可以将被重金属污染的土壤与土壤还原剂、化学结合剂或沸石等吸附材料混合，根据粒度进行分级，重金属含量多的部分和含量少的部分进行分离。重金属含有量少的部分，简单的处理后进行填埋。另外，重金属含量多的部分，采用比重分选、溶脱处理、电解处理等方式，将污染浓度高的土壤进行分离处置。

但是，用螯合剂去除重金属的方法，价格昂贵，处理费用高。为了去除镉、铅、汞等会使用硫化钠，生成难溶性的硫化物以及恶臭的硫化氢。为了除去氰酸而使用硫酸亚铁会生成难溶性的盐类，阻碍了重金属阳离子络合盐的生成。为了除去砷化合物会使用硫酸亚铁和二氯化铁形成难溶性的砷酸铁的方法，砷酸铁生成后硫酸离子和氯离子会大量地残留于土壤中。水泥固化法和土壤ｐＨ值调整法，处理后的土壤呈现高碱性，有碍于植物的成长，当ｐＨ值高于１０的情况下砷化合物和铅离子会有再溶出的危险。

还有的土壤改良方法会产生有毒气体、处理后土壤的高碱性化等的遗留问题，还具备进一步改善的余地。

技术实现要素：

本发明提出的是一种涉及酸化土壤的改良方法，由于酸雨或肥料的影响而导致的酸化土壤或者酸性硫酸盐土壤中的重金属阳离子容易被溶出土壤而形成污染，利用离子交换法来抑制低减酸性土壤中阳离子重金属溶出，具有成本低、降低酸化土壤中阳离子重金属溶出效果好等特点。

本发明的技术解决方案：一种酸化土壤的改良方法，用土壤改良剂直接散布混合入土壤中；或与水拌合成泥浆状散布在污染土壤的表面再进行混合，与土壤中的阳离子重金属离子交换吸附，降低土壤的阳离子重金属离子的溶出量；土壤投入土壤改良剂：沸石的钠离子、钙离子单体，或铁离子、氢离子，镁离子、钾离子与至少1种离子及钙离子进行离子交换，在阳离子重金属总容量対改良剂交换性阳离子总量比0.7以上，土壤改良剂的土壤投入量，为0.71g/l以上77.21g/l；土壤改良剂的土壤投入量，在每升6.72g/l到30g/l。

本发明的优点：本发明不仅适用对镉污染土壤、对含有铅离子等阳离子重金属类的酸性化土壤，也适用于由于酸雨和肥料等的影响，以及酸性硫酸盐的土壤能发挥良好的酸缓冲能力和各种镉、铅等重金属污染的酸性化土壤的改良。成本低、降低酸化土壤中阳离子重金属溶出效果显著。

附图说明

图1是对酸性硫酸盐土壤混合添加了饱和人工沸石时的缓冲曲线关系图。

图2是镉离子吸收抑制剂(人工沸石)的添加量与盐酸抽提结果的关系图。

具体实施方式

一种酸化土壤的改良方法是将土壤改良剂直接散布混合入土壤中；或与水拌合成泥浆状散布在污染土壤的表面再进行混合，与土壤中的阳离子重金属离子交换吸附，降低土壤的阳离子重金属离子的溶出量。

所述的土壤投入土壤改良剂，沸石的钠离子、钙离子单体，或铁离子、氢离子，镁离子、钾离子，至少1种离子及钙离子进行离子交换。

所述阳离子重金属总容量対改良剂交换性阳离子总量比0.7以上，土壤改良剂的土壤投入量，为0.71 -77.21g/L，土壤改良剂的土壤投入量在每升6.72g-30g。

所述土壤改良材料的离子交换吸附的是阳离子重金属，如，镉离子和铅离子。

所述在土壤中添加合适比例的土壤改良剂时，利用土壤改良剂主成分沸石的酸缓冲机能可以缓和土壤的酸度，即使土壤已经被酸化，在添加适当比例土壤改良剂时，吸附交换酸化土壤浸出的阳离子重金属，或降低土壤的阳离子重金属离子的溶出量。

离子交换后，调整交换性阳离子重金属交换量达到总容量的０.７以上。

土壤改良材所使用的沸石如在发电厂使用的煤炭的焚烧粉煤灰，用氢氧化钠水溶液和水热反应等生成的人工沸石，用粉煤灰和氢氧化钠水溶液混合成浆料，把这个浆料在90℃的温度条件下进行初步（预）反应，在这个初步反应过程中，粉煤灰颗粒的表面被碱性溶解，提高沸石化反应的效率。

浆料的预反应步骤完成后，通过加热至120℃、0.8kg/cm²，浆料中的粉煤灰和氢氧化钠互相反应，粉煤灰进行沸石化反应，在此步骤中，浆料在初步反应后，需要不断搅拌混合防止反应不完全，确保加压反应容器中沸石化反应的安全进行，沸石化反应完成后进行浆料冷却、过滤，洗涤分离的沸石滤饼，用水量为清洁沸石干重量的4-15倍的水来清洗，洗净后的沸石滤饼用含有铁离子的水溶液浸泡，使沸石中含有铁成分，含铁溶液、最终清洗的清洗液为FeCl₃溶液，沸石用含有钙离子的溶液浸泡，使沸石中含有钙成分，采用序批式逆向流接触法来制作含钙成分的沸石，然后，含铁、钙成分的沸石经过水洗后进行干燥备用。

土壤改良剂与水拌合作成泥浆状，通过机械注入土壤的深层部，吸附交换酸化土壤浸出的阳离子重金属，也可以降低土壤的阳离子重金属离子的溶出量。

在土壤中添加合适比例的土壤改良剂时，利用土壤改良剂主成分沸石的酸缓冲机能可以缓和土壤的酸度。即使土壤已经被酸化，在添加适当比例土壤改良剂时，吸附交换酸化土壤浸出的阳离子重金属，也可以降低土壤的阳离子重金属离子的溶出量。

试验方法

在风干2毫米粒度大小的镉污染土壤（酸性硫酸盐），对土壤1000ml混合了适当的镉离子吸收抑制土壤改良材料，以混合物作为试验用土壤。镉离子吸收抑制土壤改良材料的添加量为，0克（无添加），0.333 g，0.666 g，3.35 g，5.10 g，6.66 g，10.20 g，15.06 g，20.40 g，30.60克。

试验方法是，试验土壤按规定比例添加镉离子吸收抑制土壤改良材料，土壤饱和水分条件30℃保存24小时，用0.01 N盐酸提取法测定镉离子的溶出量。同时，为了把握试验土壤改良后的化学性状测定了土壤的pH值。

【表1】

从上述的试验结果中，可以得到混合镉离子吸收抑制土壤改良材料的添加量与0.01N盐酸抽提液之间的关系如图2所示。

土壤中镉大多数是作为交换性镉离子存在于土壤的间隙隙水中。因此，添加作为阳离子交换材料的沸石可以降低土壤中镉离子的溶出量。

但是，酸性硫酸盐土壤的pH值可以达到2，随着周边的氢离子浓度的上升，沸石吸附的镉离子被再放出。在上述的试验中，天然沸石几乎100%地释放了已经被交换了的镉离子。另一方面，人工沸石如表1和图2所示，随着人工沸石添加量的增加，相应镉离子的溶出量会下降。

表1和图2可以得出结论，人工沸石及天然沸石的添加量为0.334 g /l时，镉离子的溶出量两者无显著的差别（两者都2.0mg/ kg）。当人工沸石及天然沸石的添加量为0.666 g /l时，天然沸石的镉溶出量为2.0mg/ kg，人工沸石是镉离子溶出量为1.9mg/ kg，镉离子的溶出量有所降低。当人工沸石及天然沸石的添加量继续增加下去时，天然沸石添加时的镉离子溶出量几乎没有变化，但人工沸石添加时的镉离子溶出量逐渐减少。数据显示当土壤改良材添加量为6.66 g /l时，人工沸石的镉离子溶出量为1.3mg/ kg，镉离子的吸附效果明显。

因此，人工沸石土壤改良剂的混合比例为，每升土壤中添加0.666克以上的土壤改良剂时，可以降低酸性化土壤的镉溶出量，添加6.66克以上时土壤的镉溶出量抑制更加明显。

如图2所示，人工沸石的混合添加量和镉离子溶出量提取量的关系，可以用下面的公式来表示。

y=2.0519e-0.0672x （R2＝0.9904）

人工沸石呈现碱性，随着添加量的增加，会产生氢氧化物或碱性碳酸盐的沉淀物。从而人工沸石的添加量增加，镉离子的溶出量指数性降低。如图-2所示，当人工沸石的添加量超过30.60g/kg时，镉离子溶出量的减少速率降低，即使增加人工沸石的添加量也得不到相应的抑制效率。

一般的镉污染土壤中的镉含量4mg/ kg，假设上述比率，人工沸石的添加量上限值为78 g /l。从土壤溶出的镉离子吸附效果，离子交换的镉溶出量的低减，以及经济性综合考虑的话，人工沸石的添加量上限值设定为30.60g/l为合理数值。

因此，本发明的酸化土壤改良方法，土壤改良剂的投入量下限为每升土壤0.666克以上、上限为78克以下；最佳配比范围为6.66克以上、30.60克以下。

综上所述，本试验证明，镉离子污染的土壤适当混合量的人工沸石，可以降低酸性土壤镉离子污染土壤的镉离子溶出量。

另外，天然沸石混合酸化土壤的时候，会把已经离子交换的镉离子释放出来。对此，人工沸石混合酸化土壤的情况下，镉离子的解析释放量极少。

受酸雨和肥料等的影响而酸化的土壤、或酸性硫酸盐土壤混合适当量的人工沸石土壤改良材，可以降低酸化土壤中重金属类离子的溶出量。人工沸石和天然沸石具有同样的阳离子交换功能，但在酸性土壤条件下天然沸石会释放已经离子交换的镉离子，人工沸石则不会解析已经离子交换的镉离子，可以防止酸化土壤的镉离子溶出。

在本发明中的酸化土壤的改良方法，不仅对镉污染土壤、对含有铅离子等阳离子重金属类的酸性化土壤也适用。特别是由于酸雨和肥料等的影响，以及酸性硫酸盐的土壤能发挥良好的酸缓冲能力，适用于各种镉、铅等重金属污染的酸性化土壤改良。