[发明专利]重金属复合污染土壤的石灰干化污泥稳定剂及其使用方法

说明书

技术领域

本发明属于生态环境治理领域，特别涉及一种重金属复合污染土壤的石灰干化污泥稳定剂及其使用方法。

背景技术

目前，重金属土壤污染的修复主要采用物理法、化学法和植物修复法。无论是物理化学修复还是植物或微生物修复，可以从机理上概括为2类：一是改变重金属在土壤中的存在形态，使其由活化态转变为稳定态从而降低其在环境中的迁移性和生物可利用性；二是从土壤中去除重金属，以使其存留浓度接近或达到背景值。常用的重金属污染土壤修复技术主要包括挖掘、稳定/固化（S/S）、化学淋洗、气提、热处理、生物修复等。根据场地修复技术年度报告（ASR）第12版，1982-2005年间，美国超级基金共对977个场地进行修复或拟修复，其中，有217个场地修复使用S/S技术。由于S/S技术具有快速、有效、经济等特点，被广泛应用于各类危险废物的处理，目前已经从现场测试阶段进入了商用阶段。

根据EPA的定义，稳定化是指从污染物的有效性出发，通过形态转化，将污染物转化为不易溶解、迁移能力或毒性更小的形式来实现无害化，以降低其对生态系统的危害风险。就是向土壤中加入化学药剂，改变土壤的物理、化学性质，通过pH控制技术、氧化还原电势技术、沉淀技术、吸附技术、离子交换技术等改变重金属在土壤中的赋存状态，从而降低其生物有效性和迁移性。目前，国内外重金属稳定化研究中，稳定剂多选用无机物。常见的有石灰、粘土矿物、硫化物和磷酸盐等。

李春萍等人在脱水污泥中添加石灰后，残渣态的Pb含量变化不大，有机结合态的含量则略有增加；酸可提取态的Cd、Cu、Zn含量均显著降低，而铁锰氧化态、有机结合态和残渣态的含量增加。陈世宝等采用磷酸氢钙、磷矿粉及羟基磷灰石处理铅污染土壤。王碧玲等用连续提取法研究了不同磷肥对铅锌矿污染土壤中铅化学形态的影响、磷肥降低铅毒性的机理以及磷肥的有效使用条件。结果表明，3种磷肥都具有显著降低铅的各种非残渣形态含量的作用。我国粘土矿物具备资源种类丰富、分布广、储量太和价格低廉等优势，以及粘土矿物特殊的晶体结构赋予其许多的优异特性，在影响土壤中重金属的生物有效性方面，粘土矿物同土壤有机质作用相当。也有研究表明，土壤中粘土矿物是吸附和固定重金属的重要组分。

有机质在土壤重金属稳定化中的主要作用有：（1）吸附作用，固定土壤中的重金属离子；（2）改良作用，使重金属的生物有效性降低。由于有机物质在稳定重金属的同时，对提高土壤肥力具有十分重要的意义，而且取材方便、成本低廉，所以在重金属污染土壤改良中得到了广泛的应用。作为有效的重金属稳定剂，有机物质可以通过形成金属-有机复合物、增加土壤阳离子交换量、降低土壤中重金属水溶态及可交换态的形态，从而降低重金属的生物有效性。较常用的有机物稳定剂有有机堆肥、畜禽粪便、城市污泥等。另外，生物炭具有高比表面积、孔隙率和离子交换能力，可以吸附重金属，其作为改良剂常被用于重金属污染土壤的修复、改良和植被重建。

一些研究表明，堆肥等有机物不但可以显著降低污染土壤中的As、Cd、Pb、Zn等重金属的生物有效性，降低植物的吸收，并可显著促进植物生长。Brown等研究表明，使用堆肥、污泥等可显著降低土壤中重金属可交换态的含量，并可在重金属污染严重的矿区生产出符合安全标准的蔬菜。此外，Hashimoto等研究了畜禽粪便对Pb淋溶性的影响，结果发现畜禽粪便能显著降低Pb水溶态及可交换态含量，促使其向稳定的残留态转化，从而降低其迁移和生物可利用性。张亚丽等通过向Cd污染土壤施加猪粪等有机物料，也得到类似结果。

另外，城市污泥中丰富的有机质对土壤的物理性质影响很大，如减小容重、增加聚集作用、改善团粒结构、增加孔隙率、提高保水能力和持水性等。土壤容重的减小可为植物根系的生长提供更好的环境。污泥也可以显著增加栽培基质的保水能力，提高土壤持水量，改善三相分布和紧实度。同时提高栽培基质的萎蔫点和植物的抗旱能力。污泥中的氮源主要以有机氮的形式存在，以及高有机碳含量等这些物质可以改良土壤、增加聚集作用，使土壤既具有一定的抗剪强度和抗侵蚀性，有利于增强基质层的稳定性，也为植物生长提供了良好的物理结构，从而有利于耕作，也可减少对土壤的侵蚀和土壤流失。城市污泥中丰富的有机质和氮源对土壤肥效（城市污泥堆肥不仅可以明显提高栽培基质的有效氮、磷含量）的增加、腐殖质的形成也有很明显的效果。另外堆肥能够调节土壤C/N比，有利于有机质在陡峭的石质土壤中的储存，限制了氮素的矿化，防止养分尤其是NO3-的淋失，促进作物的生长且获得了较高产量。污泥的这些特性也成为用于矿山废弃地复垦基质的前提条件。