基于红壤-硫酸亚铁复配稳定剂的砷污染土壤修复方法与流程

1.本发明涉及土壤修复技术领域，具体是涉及基于红壤-硫酸亚铁复配稳定剂的砷污染土壤修复方法。


背景技术：

2.目前稳定化修复技术是国外最常用的重金属污染场地修复技术之一，传统药剂比如铁盐，生石灰，虽然有很好的稳定化砷效果；但是如果单独使用则需要大量的药剂，会破坏土壤结构，出现土壤板结、空隙率的变化等现象，一般用于砷污染严重的小面积土壤修复。
3.我国目前未能形成可工程化应用的砷污染土壤修复技术设备体系，国家和地方急需要适应我国国情的重金属污染场地修复关键技术。因此，寻找一种切实可行且高效的砷污染治理技术尤为重要。
4.现有技术中对于砷污染土壤进行原位稳定化修复不仅修复效率低，修复质量也需要提升；在具体对大面积的砷污染土壤进行修复的过程中，现有技术实施成本也高，并且对环境有影响。


技术实现要素：

5.本发明解决的技术问题是：解决现有技术中对砷污染土壤进行原位稳定化修复的修复效率低，修复质量差的问题；并且提供一种环境友好型、实施成本低的基于红壤-硫酸亚铁复配稳定剂的砷污染土壤修复方法。
6.本发明的技术方案是：基于红壤-硫酸亚铁复配稳定剂的砷污染土壤修复方法，包括以下步骤：
7.s1：红壤取样
8.在深度为1～35cm的地表取干净红壤，去除侵入体杂质；经过60～120min破碎处理后，在80～100℃条件下干燥6～8h；研磨处理，依次采用60目筛、30目筛、10目筛进行筛分处理，分别得到粒径为0.05～0.25mm、0.25～0.6mm、0.6～2mm的红壤颗粒；
9.s2：第一稳定剂的配置
10.将粒径为0.05～0.25mm的红壤颗粒与生石灰粉末按照质量比1～3：2～5混合；搅拌均匀，得到第一稳定剂；
11.s3：第二稳定剂的配置
12.将粒径为0.25～0.6mm的红壤颗粒与硫酸亚铁粉末按照质量比3～6:1混合，加入去离子水，调节含水量为85～88wt％，以120～200r/min的速度搅拌60～120min；然后加入粒径为0.05～0.5mm生物质炭，加入的质量为红壤颗粒的30～60％，然后再次搅拌均匀，风干破碎，得到第二稳定剂；
13.s4：第三稳定剂的配置
14.将0.6～2mm的红壤颗粒、蒙脱石粉末、沸石粉末、以及腐殖酸按照质量比2～5:1:
1:2～4混合均匀，得到第三稳定剂；
15.s5：对砷污染土壤进行修复处理
16.首先向砷污染土壤中加入第一稳定剂，加入量为每平米0.8～1.5kg；然后进行旋耕松土，进行第一阶段稳定修复处理，处理时间3～5d；
17.然后将第二稳定剂与第三稳定剂按照质量比2～3:1混合，搅拌均匀后，将混合物加入砷污染土壤中进行第二阶段稳定修复处理，混合物的加入量为每平米1.2～1.4kg；然后再次旋耕翻土，处理5～8d。
18.进一步地，所述生物质炭由经过改性处理虾壳生物炭、木炭按照质量比1：1组成。添加虾壳生物炭后，可以有效提高土壤ph，因为供试虾壳生物炭ph为10.57，且含有较高的灰分施入土壤后，生物炭中碱性物质的水解，增加了土壤中oh-浓度；同时生物炭释放出的盐基离子，如ca
2+
、mg
2+
、k
+
、na
+
，可以通过离子交换降低土壤中氢离子含量；从而有效提高对砷负离子的吸附作用。
19.进一步地，所述虾壳生物炭、木炭改性处理过程为：
20.先将虾壳生物炭、木炭放入质量浓度为15～20％的氯化铝溶液，超声分散30～60min，将混合物溶液加热，在200～400℃条件下进行热解处理，得到一次改性生物质炭；将得到的一次改性生物质炭放入质量浓度为15～20％的氯化铁溶液中，超声分散30～60min，然后再次加热混合物溶液，在300～500℃条件下热解4～6h，完成生物质炭的改性；通过改性能够有效提高生物质炭的比表面积，有效的提高对砷的吸附效能。
21.进一步地，所述第一稳定剂是将粒径为0.05～0.25mm的红壤颗粒、生石灰粉末、以及粉煤灰，按照质量比1～3：2～5：2～3混合，搅拌均匀得到。第一稳定剂能够使土壤ph达到中性，使弱酸态砷和水溶态砷含量均大幅度下降。
22.进一步地，步骤s3是将粒径为0.25～0.6mm的红壤颗粒、硫酸亚铁粉末、以及锰氧化物按照质量比3～6：1：1～2混合，加入去离子水，调节含水量为85～88wt％，以120～200r/min的速度搅拌60～120min；然后加入粒径为0.05～0.5mm生物质炭，加入的质量为红壤颗粒的30～60％，然后再次搅拌均匀，风干破碎，得到第二稳定剂。通过加入锰氧化物能够有效强化红壤、硫酸亚铁、生石灰体系的稳定修复效果，锰氧化物能够与红壤中的铁氧化物同时对砷具有较强的吸附能力，在静电力的作用下，可使带负电荷的砷酸根离子进行聚集，实现对砷的高效修复。
23.进一步地，所述硫酸亚铁粉末与锰氧化物均为粒径为60～80nm的纳米粉末；纳米粒径的硫酸亚铁与锰氧化物能够在土壤中较好的分散，对污染土壤中的砷进行充分的吸附固定，从而能够获得较好的处理效果。
24.进一步地，锰氧化物为软锰矿、硬锰矿、偏锰酸矿、水锰矿的混合物或其中任意一种。天然的锰氧化物对砷具有极强的吸附能力，其吸附能力由氧化还原过程和表面吸附两种机理支配，因此通过采用上述锰氧化物能够提高对砷的吸附稳定能力。
25.进一步地，步骤s5对砷污染土壤进行修复处理的过程中还加入清水进行洗脱；使砷污染土壤含水量为12～23wt％；通过提高受污染土壤的含水量能够使得第一稳定剂、第二稳定剂以及第三稳定剂在土壤中得到良好的渗透，与受污染土壤进行均匀充分的接触，有利于提高对砷污染土壤稳定修复的质量。
26.进一步地，步骤s5对砷污染土壤进行修复处理时在土壤中插入正负电极，通入直
流电，电压梯度为3～6v/cm。电动处理能够大大提高土壤中可迁移砷的含量，通过稳定修复与电动修复结合能够大幅度的提高对砷的去除效率，操作方便，成本且低。
27.进一步得，步骤s5对砷污染土壤进行修复处理的过程中采用生物可降解螯合剂进行洗脱；所述生物可降解螯合剂为乙二胺四乙酸；通过淋洗不仅能够调控土壤ph，还能够对重金属污染元素进行洗脱处理，有利于增强对土壤的修复效果。
28.本发明的有益效果是：相对于现有技术，本发明提供的基于红壤-硫酸亚铁复配稳定剂的砷污染土壤修复方法，具有高效、经济、环境友好等特点的稳定化材料，以红壤与生石灰制备得到第一稳定剂、以红壤与硫酸亚铁制备得到第二稳定剂、以红壤与蒙脱石粉末、沸石粉末、以及腐殖酸复配得到第三稳定剂，三种稳定剂分步对砷污染土壤进行处理不仅提高能够处理效率，还能够有效提高对砷的稳定处理质量；通过本发明第一阶段稳定修复处理，处理时间3～5d，土壤中砷含量变化趋势为弱酸态砷和水溶态砷含量占比下降；通过第二阶段稳定修复处理能够使得残渣态砷含量占百分比上升，综合使得砷的稳定化率能够达到80％以上。
具体实施方式
29.实施例1：
30.基于红壤-硫酸亚铁复配稳定剂的砷污染土壤修复方法，包括以下步骤：
31.s1：红壤取样
32.在深度为35cm的地表取干净红壤，去除侵入体杂质；经过120min破碎处理后，在100℃条件下干燥8h；研磨处理，依次采用60目筛、30目筛、10目筛进行筛分处理，分别得到粒径为0.05～0.25mm、0.25～0.6mm、0.6～2mm的红壤颗粒；
33.s2：第一稳定剂的配置
34.将粒径为0.05～0.25mm的红壤颗粒与生石灰粉末按照质量比3：5混合；搅拌均匀，得到第一稳定剂；
35.s3：第二稳定剂的配置
36.将粒径为0.25～0.6mm的红壤颗粒与硫酸亚铁粉末按照质量比6:1混合，加入去离子水，调节含水量为88wt％，以200r/min的速度搅拌120min；然后加入粒径为0.5mm生物质炭，且加入的质量为红壤颗粒的60％；然后再次搅拌均匀，风干破碎，得到第二稳定剂；
37.s4：第三稳定剂的配置
38.将0.6～2mm的红壤颗粒、蒙脱石粉末、沸石粉末、以及腐殖酸按照质量比5:1:1:4混合均匀，得到第三稳定剂；
39.s5：对砷污染土壤进行修复处理
40.首先向砷污染土壤中加入第一稳定剂，加入量为每平米1.5kg；然后进行旋耕松土，进行第一阶段稳定修复处理，处理时间5d；
41.然后将第二稳定剂与第三稳定剂按照质量比3:1混合，搅拌均匀后，将混合物加入砷污染土壤中进行第二阶段稳定修复处理，混合物的加入量为每平米1.4kg；然后再次旋耕翻土，处理8d。
42.实施例2：
43.基于红壤-硫酸亚铁复配稳定剂的砷污染土壤修复方法，包括以下步骤：
44.s1：红壤取样
45.在深度为12cm的地表取干净红壤，去除侵入体杂质；经过60min破碎处理后，在80℃条件下干燥6h；研磨处理，依次采用60目筛、30目筛、10目筛进行筛分处理，分别得到粒径为0.05～0.25mm、0.25～0.6mm、0.6～2mm的红壤颗粒；
46.s2：第一稳定剂的配置
47.将粒径为0.05～0.25mm的红壤颗粒与生石灰粉末按照质量比1：2混合；搅拌均匀，得到第一稳定剂；
48.s3：第二稳定剂的配置
49.将粒径为0.25～0.6mm的红壤颗粒与硫酸亚铁粉末按照质量比3:1混合，加入去离子水，调节含水量为85wt％，以120r/min的速度搅拌60min；然后加入粒径为0.05～0.08mm生物质炭，加入的质量为红壤颗粒的30％，然后再次搅拌均匀，风干破碎，得到第二稳定剂；
50.s4：第三稳定剂的配置
51.将0.6～0.8mm的红壤颗粒、蒙脱石粉末、沸石粉末、以及腐殖酸按照质量比2:1:1:2混合均匀，得到第三稳定剂；
52.s5：对砷污染土壤进行修复处理
53.首先向砷污染土壤中加入第一稳定剂，加入量为每平米0.8kg；然后进行旋耕松土，进行第一阶段稳定修复处理，处理时间3d；
54.然后将第二稳定剂与第三稳定剂按照质量比2:1混合，搅拌均匀后，将混合物加入砷污染土壤中进行第二阶段稳定修复处理，混合物的加入量为每平米1.2kg；然后再次旋耕翻土，处理5d。
55.实施例3：
56.基于红壤-硫酸亚铁复配稳定剂的砷污染土壤修复方法，包括以下步骤：
57.s1：红壤取样
58.在深度为3cm的地表取干净红壤，去除侵入体杂质；经过90min破碎处理后，在90℃条件下干燥7h；研磨处理，依次采用60目筛、30目筛、10目筛进行筛分处理，分别得到粒径为0.05～0.25mm、0.25～0.6mm、0.6～2mm的红壤颗粒；
59.s2：第一稳定剂的配置
60.将粒径为0.05～0.25mm的红壤颗粒与生石灰粉末按照质量比2：3混合；搅拌均匀，得到第一稳定剂；
61.s3：第二稳定剂的配置
62.将粒径为0.25～0.6mm的红壤颗粒与硫酸亚铁粉末按照质量比4:1混合，加入去离子水，调节含水量为87wt％，以180r/min的速度搅拌90min；然后加入粒径为0.05～0.5mm生物质炭，加入的质量为红壤颗粒的45％，然后再次搅拌均匀，风干破碎，得到第二稳定剂；
63.s4：第三稳定剂的配置
64.将0.6～2mm的红壤颗粒、蒙脱石粉末、沸石粉末、以及腐殖酸按照质量比3.5:1:1:3混合均匀，得到第三稳定剂；
65.s5：对砷污染土壤进行修复处理
66.首先向砷污染土壤中加入第一稳定剂，加入量为每平米1.1kg；然后进行旋耕松土，进行第一阶段稳定修复处理，处理时间4d；
67.然后将第二稳定剂与第三稳定剂按照质量比2.5:1混合，搅拌均匀后，将混合物加入砷污染土壤中进行第二阶段稳定修复处理，混合物的加入量为每平米1.3kg；然后再次旋耕翻土，处理6d。
68.实施例4：
69.基于红壤-硫酸亚铁复配稳定剂的砷污染土壤修复方法，包括以下步骤：
70.s1：红壤取样
71.在深度为20cm的地表取干净红壤，去除侵入体杂质；经过85min破碎处理后，在85℃条件下干燥7h；研磨处理，依次采用60目筛、30目筛、10目筛进行筛分处理，分别得到粒径为0.05～0.25mm、0.25～0.6mm、0.6～2mm的红壤颗粒；
72.s2：第一稳定剂的配置
73.将粒径为0.05～0.25mm的红壤颗粒与生石灰粉末按照质量比2：5混合；搅拌均匀，得到第一稳定剂；
74.s3：第二稳定剂的配置
75.将粒径为0.25～0.6mm的红壤颗粒与硫酸亚铁粉末按照质量比5:1混合，加入去离子水，调节含水量为88wt％，以200r/min的速度搅拌120min；然后加入粒径为0.05～0.08mm生物质炭，加入的质量为红壤颗粒的50％，然后再次搅拌均匀，风干破碎，得到第二稳定剂；
76.所述生物质炭由经过改性处理虾壳生物炭、木炭按照质量比1：1组成。
77.所述虾壳生物炭、木炭改性处理过程为：
78.先将虾壳生物炭、木炭放入质量浓度为20％的氯化铝溶液，超声分散60min，将混合物溶液加热，在400℃条件下进行热解处理，得到一次改性生物质炭；将得到的一次改性生物质炭放入质量浓度为20％的氯化铁溶液中，超声分散60min，然后再次加热混合物溶液，在500℃条件下热解6h，完成生物质炭的改性；
79.s4：第三稳定剂的配置
80.将0.6～2mm的红壤颗粒、蒙脱石粉末、沸石粉末、以及腐殖酸按照质量比2:1:1:3混合均匀，得到第三稳定剂；
81.s5：对砷污染土壤进行修复处理
82.首先向砷污染土壤中加入第一稳定剂，加入量为每平米1.5kg；然后进行旋耕松土，进行第一阶段稳定修复处理，处理时间5d；
83.然后将第二稳定剂与第三稳定剂按照质量比3:1混合，搅拌均匀后，将混合物加入砷污染土壤中进行第二阶段稳定修复处理，混合物的加入量为每平米1.4kg；然后再次旋耕翻土，处理8d。
84.实施例5：
85.基于红壤-硫酸亚铁复配稳定剂的砷污染土壤修复方法，包括以下步骤：
86.s1：红壤取样
87.在深度为35cm的地表取干净红壤，去除侵入体杂质；经过100min破碎处理后，在95℃条件下干燥7h；研磨处理，依次采用60目筛、30目筛、10目筛进行筛分处理，分别得到粒径为0.05～0.25mm、0.25～0.6mm、0.6～2mm的红壤颗粒；
88.s2：第一稳定剂的配置
89.所述第一稳定剂是将粒径为0.05～0.25mm的红壤颗粒、生石灰粉末、以及粉煤灰，
按照质量比3：2：2混合，搅拌均匀得到。
90.s3：第二稳定剂的配置
91.将粒径为0.25～0.6mm的红壤颗粒、硫酸亚铁粉末、以及锰氧化物按照质量比5：1：2混合，加入去离子水，调节含水量为88wt％，以200r/min的速度搅拌120min；然后加入粒径为0.05～0.5mm生物质炭，加入的质量为红壤颗粒的50％，然后再次搅拌均匀，风干破碎，得到第二稳定剂；
92.所述硫酸亚铁粉末与锰氧化物均为粒径为60～70nm的纳米粉末。
93.锰氧化物为软锰矿、硬锰矿、偏锰酸矿、水锰矿的混合物或其中任意一种。
94.所述生物质炭由经过改性处理虾壳生物炭、木炭按照质量比1：1组成。
95.所述虾壳生物炭、木炭改性处理过程为：
96.先将虾壳生物炭、木炭放入质量浓度为18％的氯化铝溶液，超声分散45min，将混合物溶液加热，在350℃条件下进行热解处理，得到一次改性生物质炭；将得到的一次改性生物质炭放入质量浓度为18％的氯化铁溶液中，超声分散50min，然后再次加热混合物溶液，在450℃条件下热解5h，完成生物质炭的改性；
97.s4：第三稳定剂的配置
98.将0.6～2mm的红壤颗粒、蒙脱石粉末、沸石粉末、以及腐殖酸按照质量比5:1:1:2混合均匀，得到第三稳定剂；
99.s5：对砷污染土壤进行修复处理
100.首先向砷污染土壤中加入第一稳定剂，加入量为每平米1.5kg；然后进行旋耕松土，进行第一阶段稳定修复处理，处理时间5d；
101.然后将第二稳定剂与第三稳定剂按照质量比3:1混合，搅拌均匀后，将混合物加入砷污染土壤中进行第二阶段稳定修复处理，混合物的加入量为每平米1.4kg；然后再次旋耕翻土，处理8d；
102.其中，对砷污染土壤进行修复处理的过程中还加入清水进行洗脱；使砷污染土壤含水量为23wt％；并在土壤中插入正负电极，通入直流电，电压梯度为6v/cm。
103.试验例：
104.采用上述实施例1～5的方法对西北某地砷污染土壤进行原位稳定修复处理，其中，砷污染土壤的中砷含量为1065mg/kg；对处理完成的土壤进行检测，记录数据，如下表1：
105.表1：处理完成后土壤中砷的ph条件和稳定化率
106.[0107][0108]
通过对上述实施例1～5的实验能够得到本发明对与砷含量为1065mg/kg的砷污染土壤进行原位修复处理，稳定化率能够达到80.3％以上；处理总时间为8～13天；不仅便于实施，还具有高效、经济、环境友好等特点。
[0109]
其中实施例5将稳定修复材料与电动修复结合，能够进一步有效提升对砷污染的修复效果，为本发明公开技术方案中的最佳实施方式。