一种浅层土壤六价铬污染场地的原位修复方法及修复装置与流程

本发明实施例涉及重金属污染修复技术领域，具体涉及一种浅层土壤六价铬污染场地的原位修复方法及修复装置。

背景技术：

近年来随着经济的快速发展，城市化和产业转移进程的加快，城镇重污染企业的搬迁或遗留导致工业废弃地的数量与日俱增。工业废弃地因原有生产活动的影响而遗留的有毒有害物质的污染，如果直接利用不但会给生态环境带来影响而且会对公众的身体健康造成严重威胁。

根据环境保护部和国土资源部2014年4月17日联合发布的《全国土壤污染调查公报》中显示，在调查的81块工业场地的775个土壤点位中，超标点位在34.9％，其中铬是主要的污染物之一，工业废弃地土壤中的铬污染主要来源于铬工业，如铬盐生产、冶金、电镀、制革、印染、制药、纺织、颜料等。铬在土壤中主要以cr(iii)和cr(vi)两种价态存在，其中cr(iii)是人体健康和动植物生长必须的微量元素之一，在人体内可协助胰岛素发挥其生物作用，相对毒性低、可迁移性弱。cr(vi)是对人体危害最大的八种化学物质之一，是国际公认的三种致癌金属物之一，毒性大且迁移性强，可通过食物链数十倍的富集，再经由各种途径进入人体，会对人体健康造成严重的危害。铬污染土壤会给生态环境和人体健康带来严重的潜在威胁，因此六价铬污染治理和污染土壤修复是世界性难题。

近年来，对于铬污染场地的修复治理技术可归纳为两种方式：

(1)直接将存留在土壤中的铬去除，削减土壤中铬的总量；

(2)改变土壤中铬的化学形态或赋存状态，降低生物可利用性和在环境中的迁移性。

工程措施对土壤环境的扰动很大，破坏土体自然性状，工程量大，修复成本高，只适用小面积的污染修复；电动修复对土壤的特性要求很高，土壤的电导率、所含的杂质、含水率等都会影响修复的效果，操作复杂，因此在工程中未得到广泛的应用；淋洗技术是应用较为广泛的一种修复技术，但是淋洗剂易引入二次污染；植物修复周期长，效率低，比较适合轻度污染土壤的修复。基于削减土壤中铬总量的几种修复技术在实际应用过程中都受到了不同程度的限制，具有一定的技术局限性。

原位钝化技术中加入的硅钙物质以石灰为代表，利用石灰提高土壤的ph，增加土壤表面的负电荷，增强吸附重金属或形成金属碳酸盐、硅酸盐、氢氧化物沉淀，降低了重金属铬的迁移性和生物的可利用性。但是过度的使用石灰，会导致土壤板结，有机质功能丧失从而会破坏当地的土壤生态环境。金属及金属氧化物，如磷酸亚铁，主要通过专性吸附、非专性吸附、共沉淀以及在内部形成配合物等途径实现对重金属离子的钝化固定。但是引起的土壤酸化问题不容忽视，酸化土壤会使已经被固定的金属离子被再度释放出来，造成修复效果反弹。有机物料的来源主要有生物固体、动物粪便等，一般含有较高的腐殖化有机物，主要通过增加土壤阳离子的交换量和对离子的吸附能力，以及形成难溶性的金属有机络合物等方式来降低土壤重金属的生物可利用性。有机物料修复过程中，低分子量有机酸(如柠檬酸)与高分子量有机酸(如胡敏酸)发生竞争作用，将大幅降低难溶金属有机络合反应比，同时还存在不可忽视的引入二次污染问题(如猪粪、鸡粪中含有难以降解的铜、铅、汞、砷等)，实际应用效果不佳；生物修复技术只适用于轻度污染土壤，当土壤中的cr(vi)含量太高时，微生物不能很好的发挥作用，同时微生物的活性与温度、氧气、水分、ph等环境条件的变化密切相关，受各种环境因素的影响较大；植物修复耗时很长，并且植物根系所能延伸的范围相对较小，对于中高浓度六价铬污染的修复效率不高。

技术实现要素：

为此，本发明实施例提供一种浅层土壤六价铬污染场地的原位修复方法及修复装置，针对中重度铬污染土壤提出来一种成本相对低廉、修复效果稳定、效率高、不引入二次污染的联合修复治理技术，并通过相对隔离钝化反应的保持以及创造微生物活动环境的装置，很好的解决了中高浓度六价铬污染的修复效率不高的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

一种浅层土壤六价铬污染场地的原位修复方法，包括步骤：

s100、调查绘制场地污染三维分布图，筛选中重度污染区域，确定污染修复边界以及污染深度，并通过土壤的渗透系数计算土壤水溶液扩散半径，确定目标修复土壤的布点方式和数量；

s200、对土壤进行整体的平整，随后利用钻孔设备对目标修复土壤进行松土以及初步的nur钝化剂释放；

s300、对目标修复土壤的外圈由内至外依次形成铁粉、膨润土和钝化剂三层反应隔离层；

s400、向目标土壤中注水，并保持修复期间内土壤的含水率在30％～45％。

作为本发明的一种优选方案，根据土壤水溶液的扩散半径确定相邻中重度污染区域的连接和隔离，若相邻中重度污染区域之间的连接距离小于3～4m或相邻中重度污染区域的深度与土壤水溶液基质势相同，则形成线形修复区；

若相邻的中重度污染区之间的距离大于5m，且其本身的面积偏向于块状，则形成圆环形修复区。

作为本发明的一种优选方案，在利用钻孔设备对目标修复土壤进行处理时，螺旋钻机对目标修复土壤进行正压旋入松土，负压旋出同时将nur钝化剂释放至土壤中。

作为本发明的一种优选方案，s300中，采用粒径为200目，纯度为98％的铁粉，通过钠化改性膨润土以及95％高密度的nur钝化剂。

本发明实施方式还提供了一种浅层土壤六价铬污染场地的原位修复装置，包括由若干个栏板装置环形连接成的隔离圈，所述栏板装置包括弧形的中空夹板，所述中空夹板的表面均匀设置有基势导槽，所述中空夹板的内侧表面设置有降解泡沫孔层，位于降解泡沫孔层顶部的中空夹板上设置有喷淋腔，且所述喷淋腔的两端贯穿中空夹板的侧壁。

作为本发明的一种优选方案，所述中空夹板的两侧设置半开的配合槽，且所述中空夹板两侧的配合槽设置方向相反；所述中空夹板两端内侧壁上设置有嵌装槽。

作为本发明的一种优选方案，所述基势导槽内向延伸至降解泡沫孔层，且不完全贯穿，基势导槽延伸至降解泡沫孔层内的表面均匀设置有贯穿孔。

作为本发明的一种优选方案，组成隔离圈的任意一个中空夹板的顶部中间设置有向喷淋腔注液的连接螺口。

作为本发明的一种优选方案，所述基势导槽两端通过滑槽安装在中空夹板的侧壁上，中空夹板与基势导槽两端连接处的滑槽表面等间距排列有用于固定基势导槽的螺钉孔。

本发明的实施方式具有如下优点：

本发明提出一种成本相对低廉、修复效果稳定、效率高、不引入二次污染的联合修复治理技术，通过利用钝化剂本身含有的有机官能团对重金属铬的强鳌合性，与污染物铬直接形成稳定的有机络合态，不存在水溶态、交换态、碳酸盐结合态、锰铁氧化物结合态等中间过程，修复效果稳定。

本发明形成三重修复反应隔离层，不但确保了修复区域范围内的土壤和水溶液中的污染物铬离子被完全修复固定，还可阻断污染物继续向外扩散。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例1中一种浅层土壤六价铬污染场地的原位修复方法流程图；

图2为本发明实施例2中一种浅层土壤六价铬污染场地的原位修复装置的隔离圈结构示意图图；

图3为本发明实施例2中一种浅层土壤六价铬污染场地的原位修复装置的栏板装置横截面结构示意图；

图4为本发明实施例1中一种浅层土壤六价铬污染场地的原位修复方法的反应介质层俯视面结构图。

图中：

1-栏板装置；2-隔离圈；

101-中空夹板；102-基势导槽；103-降解泡沫孔层；104-喷淋腔；105-配合槽；106-嵌装槽；107-贯穿孔；108-连接螺口；109-滑槽；110-螺钉孔。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1和图4所示，本发明实施例提供了一种浅层土壤六价铬污染场地的原位修复方法，包括步骤：

s100、调查绘制场地污染三维分布图，筛选中重度污染区域，确定污染修复边界以及污染深度，并通过土壤的渗透系数计算土壤水溶液扩散半径，确定目标修复土壤的布点方式和数量；

s200、对土壤进行整体的平整，随后利用钻孔设备对目标修复土壤进行松土以及初步的nur钝化剂释放；

s300、对目标修复土壤的外圈由内至外依次形成铁粉、膨润土和钝化剂三层反应隔离层。

s400、向目标土壤中注水，并保持修复期间内土壤的含水率在30％～45％。

本发明的修复原理是通过调查绘制场地污染源的三维分布图，确定修复隔离装置的布点方式以及数量，通过前期资料收集以及技术手段对场地展开污染调查，确定场地的水文地址条件以及污染分布状况。

修复作用的原理是：修复药剂有fe粉、膨润土和nur钝化剂，利用fe粉的强还原性，将土壤中的cr(ⅵ)先还原呈cr(ⅲ)，cr(ⅲ)和fe(ⅲ)共同生成氢氧化物沉淀：

(1-x)fe³⁺+(x)cr³⁺+2h2o→3h⁺+fe1-xcrxooh；

膨润土采用改性后的膨润土，增强其离子交换量，增大吸附能力，提高污染物铬的处理效率。

通过利用钝化剂本身含有的有机官能团对重金属铬的强鳌合性，与污染物铬直接形成稳定的有机络合态(残渣态)，不存在水溶态、交换态、碳酸盐结合态和锰铁氧化物结合态的中间过程，修复效果稳定。

这一过程中包含的主要配位体反应式为：

>c-cooh+m²⁺+h2o→>c-coom⁺+h3o⁺；

>c-oh+m²⁺+h2o→>c-om⁺+h3o⁺；

≡c:+m²⁺→≡c:+m²⁺(cπ键合作用)。

其中第一和第二个式子为有机鳌合反应，第三个式子为cπ键合反应，m为重金属离子。

反应后形成典型有机络合物分子结构为：

其中m为重金属离子；r氨基酸鳌环外基团；

左右两侧的图分别为氨基酸鳌合物内络金属分子结构和氨基酸鳌和物络合阳离子。

根据土壤水溶液的扩散半径确定相邻中重度污染区域的连接和隔离，若相邻中重度污染区域之间的连接距离小于3～4m或相邻中重度污染区域的深度与土壤水溶液基质势相同，则形成线形修复区；

若相邻的中重度污染区之间的距离大于5m，且其本身的面积偏向于块状，则形成圆环形修复区。

在利用钻孔设备对目标修复土壤进行处理时，螺旋钻机对目标修复土壤进行正压旋入松土，负压旋出同时将nur钝化剂释放至土壤中，利用螺旋钻机对目标修复土壤进行正压旋入松土，负压旋出同时进行nur钝化剂的释放，使药剂和土壤进行充分的混合，增大目标土壤的渗透系数，增强修复效率。

s300中，采用粒径为200目，纯度为98％的铁粉，通过钠化改性膨润土以及95％高密度的nur钝化剂，形成三重修复反应隔离层，不但确保了修复区域范围内的土壤和水溶液中的污染物铬离子被完全修复固定，还可阻断污染物继续向外扩散。

联合修复技术的原理是对目标土壤进行注水修复时，首先土壤与混合的nur钝化剂接触反应钝化，当土壤中的含水量逐渐增大，从土壤中随着水溶液迁移出的铬离子与反应装置中的三层介质发生络合、吸附、还原、沉淀等反应改变了铬离子在土壤中的化学形态或赋存状态，从而降低生物的可利用性和铬离子的迁移性，阻断其对环境受体的有害影响，达到修复目的。

实施例2：

如图2和图3所示，本发明实施例还提供了一种浅层土壤六价铬污染场地的原位修复装置，包括由若干个栏板装置1环形连接成的隔离圈2，通过若干个不同直径的隔离圈2的同心套装，从而形成多层的隔离层，并对多层隔离层的隔离圈2中填充不同的反应介质，形成反应介质层；

栏板装置1包括弧形的中空夹板101，中空夹板101可采用固定形状的铁质或不锈钢材料，采用不锈钢或铁质材料时，中空夹板101中间采用铰接的方式，使得中空夹板能够在一定角度范围内转动，若干个中空夹板101的连接则能够形成不同直径的隔离圈2，同时也能够形成线形的隔离层。

或者中空夹板101采用环保且具有韧性的pet塑料，这样其本身就能够形成一定角度的弯折。

中空夹板101的表面均匀设置有基势导槽102，基势导槽可根据目标土壤的三维分布特点，以及水在土壤中的横向和纵向的扩散速度，将基势导槽102设置在中空夹板101表面不同的高度位置上，对带有钝化剂的注水进行导向和节流，有利于保持土壤的水含量，提高钝化剂充分反应的时间；

基势导槽102内向延伸至降解泡沫孔层103，且不完全贯穿，在进行土壤或者反应介质的回填时，部分的土壤或反应介质将填充至基势导槽102中，形成相邻的中空夹板之间的反应介质导向桥，以及土壤水渗透连接桥。

中空夹板101的内侧表面设置有降解泡沫孔层103，降解泡沫孔层103为淀粉和木质素基发泡材料，通过降解泡沫孔层103能够吸附一定的土壤注水，以及土壤注水和钝化剂的混合液，实现对混合液的吸附，避免由于土壤被开挖疏松，水体快速向下渗透流失，实现对表面土壤水的缓慢释放，能够长时间维持土壤含水量，同时淀粉和木质素基发泡材料的可降解的泡沫孔层103分解时能够提供营养质，提高土壤的营养度，提供微生物附集的温床，改善在钝化反应后的土壤环境，进一步的避免土壤二次污染。

位于降解泡沫孔层103顶部的中空夹板101上设置有喷淋腔104，且喷淋腔104的两端贯穿中空夹板101的侧壁，基势导槽102延伸至降解泡沫孔层103内的表面均匀设置有贯穿孔107，组成隔离圈2的任意一个中空夹板101的顶部中间设置有向喷淋腔104注液的连接螺口108，根据对土壤中反应介质的检测，可通过连接螺口108向喷淋腔104中注入钝化液、微生物混合液或者注水，对污染土壤的后续处理提供更简单的控制方式，喷淋腔104能够中空夹板101内形成滴灌的工作方式，从而能够有效的进行反应介质的注入和避免注入过多的反应。

本发明中在组合每个中空夹板101呈隔离圈2后，相邻两个中空夹板101上的喷淋腔104首尾套接。

中空夹板101的两侧设置半开的配合槽105，且中空夹板101两侧的配合槽105设置方向相反，该种中空夹板101组装方式能够提高隔离圈2的一体性；

中空夹板101两端内侧壁上设置有嵌装槽106，可通过嵌装槽106在中空夹板101中安装隔离板，将中空夹板101内部分隔成若干个反应介质腔室。

基势导槽102两端通过滑槽109安装在中空夹板101的侧壁上，中空夹板101与基势导槽102两端连接处的滑槽109表面等间距排列有用于固定基势导槽102的螺钉孔110，用于固定基势导槽102的位置。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。