一种生物炭联合水泥修复铜污染土技术

技术领域

本发明属于土壤修复技术领域，尤其涉及一种生物炭联合水泥修复铜污染土技术。

背景技术

随着人们生活正向城市化、工业化发展，具有污染性的产业渐渐迁离城市中心。这些产业在生产活动中排出污水和废弃物，大量铅、铜、锌等排入土体，这些重金属带来的土壤污染问题尤其严重。土体遭受重金属污染后会劣化土体工程力学性能，造成建筑结构或基础沉降变形，同时随着重金属离子渗出给周围环境带来危害。

固化/稳定技术是修复重金属污染土的最重要方法之一，尤其是针对污染严重的局部性、事故性土壤，具有技术成熟与经济效益适合的优点。最常见的是使用水泥，粉煤灰，石灰等广泛成本较低的无机胶凝材料，但是在环保要求的日渐提高下，单一使用固化剂有着土体破坏，使用量大等局限性。生物炭作为一种绿色环保，来源广泛的材料可以有效降低重金属污染土壤的毒性，同时在对污染土修复中有明显的优势，在土壤修复技术中有广阔的应用前景。

利用胶凝性材料对于土体中铜污染土进行固化稳定处理，在土体强度提高以及污染程度降低上有明显效果，但是使用单一固化技术能处理的污染程度有限，在高浓度污染的情况下土体修复强度反而降低或毒性浸出率不达标，而且可能存在二次污染的风险。随着国内外污染场地修复工程的增多和修复后土方量的增加，单一填埋已经不能满足固化/稳定处置的需求，对此欧美国家针对固化/稳定技术开始向资源化利用方向展开。由于固化后土体处置方式与用途不同，各国分别制定了相应修复与资源化的强度标准和毒性浸出标准。因此探索更加高效安全环保的技术依旧是未来可发展的方向，同时对于固化修复后的处置需求也需要完善。

在修复铜污染土实际工程应用中，任何单一技术都很难达到效率高、投入低、能耗少的修复效果。随着国内外污染场地修复工程的增多和修复后土方量的增加，固化/稳定产物最终处置方式有废弃填埋和资源化再利用，对此欧美国家针对固化/稳定技术开始向资源化利用方向展开。建筑工程中无论是地基还是其他类型的工程的稳定性均与土的抗剪强度相关，固化/稳定产物的抗剪强度可为资源化再利用提供依据。因此可继续探索其他技术联合修复可行性，比如固化稳定-化学钝化技术联合修复技术来加强污染土体修复效果，突破单一固化稳定技术处理高浓度污染下固化体的重金属浸出浓度不达标或者固化强度变低的问题。

综上所述现有技术存在问题是：

固化稳定技术虽然在修复铜污染土方面有所成效，但是单一固化剂在高浓度的污染情况下重金属浸出浓度不达标或者强度较低，针对这一问题尝试联合生物炭技术来改变高浓度污染情况下水泥固化强度变低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物炭联合水泥修复铜污染土技术，固化稳定技术虽然在修复铜污染土方面有所成效，但是单一固化剂在高浓度的污染情况下重金属浸出浓度不达标或者强度较低，针对这一问题尝试联合生物炭技术来改变高浓度污染情况下水泥固化强度变低的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种生物炭联合水泥修复铜污染土技术，该生物炭联合水泥修复铜污染土技术包括下列步骤：

S1、将无污染的黏性土烘烤24小时。取出土样碾碎过2mm筛，水泥、生物炭烘干后过0.5mm筛备用；

S2、按照设计掺量按200mg·Kg-1与500mg·Kg-1称取所需的硝酸铜晶体，按无污染土天然含水率准备所需要的水；

S3、将两种掺量硝酸铜晶体溶于水并均匀喷洒在土上后进行搅拌机搅拌15min，充分搅拌后将土壤装入保鲜袋静置24h，保证污染物充分在土体内迁移，随后烘干、磨碎过2mm筛分别制成两种不同程度污染的土备用；

S4、将生物炭、水泥分层掺入污染土中并进行搅拌均匀。掺入无污染土天然含水率水量，放入搅拌机搅拌后在1h内制样成型；

S5、制样结束后用保鲜膜包裹试样，放置于养护箱内养护；

S6、对养护结束的固化铜污染土进行无侧限抗压强度、浸出毒性测定。

优选的，所述的步骤S1中烘烤温度为110-120°。

优选的，所述的步骤S2中天然含水率为12.3％。

优选的，所述的步骤S5中搅拌机搅拌速率为150r/min，搅拌时间为15min。

优选的，所述的步骤S4中水泥掺量为干土质量的15％，生物炭掺量分为四组处理：

①生物炭掺量为0％作为对照组

②生物炭掺量为2％

③生物炭掺量为4％

④生物炭掺量为6％。

优选的，所述的S5中养护箱温度20℃，相对湿度95％，试样间距10mm-20mm之间，养护时间7天。

本发明的有益效果是：在铜离子浓度在500mg·Kg-1时土体无侧限抗压强度在掺入生物炭后相比于200mg·Kg-1大。铜离子去除率高达99％，几乎可以完全去除，对污染土壤在强度以及毒性浸出方面修复效果好。

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例。

实施例1

一种生物炭联合水泥修复铜污染土修复技术，包括以下步骤：

(1)将无污染的黏性土烘烤24小时。取出土样碾碎过2mm筛，水泥、生物炭110℃烘干后过0.5mm筛备用。

(2)按照设计掺量按200mg·Kg-1与500mg·Kg-1称取所需的硝酸铜晶体，按无污染土天然含水率准备所需要的水。

(3)将两种掺量硝酸铜晶体溶于水并均匀喷洒在土上后进行搅拌机搅拌15min，充分搅拌后将土壤装入保鲜袋静置24h，保证污染物充分在土体内迁移，随后烘干、磨碎过2mm筛分别制成两种不同程度污染的土备用。

(4)将2％的生物炭、15％水泥分层掺入污染土中并进行搅拌均匀。掺入无污染土天然含水率水量，放入搅拌机搅拌后在1h内制样成型。

(5)制样结束后用保鲜膜包裹试样，放置于养护箱内养护。

(6)对养护结束的固化铜污染土进行无侧限抗压强度、浸出毒性测定。

实施例2

一种生物炭联合水泥修复铜污染土修复技术，包括以下步骤：

(1)将无污染的黏性土烘烤24小时。取出土样碾碎过2mm筛，水泥、生物炭110℃烘干后过0.5mm筛备用。

(2)按照设计掺量按200mg·Kg-1与500mg·Kg-1称取所需的硝酸铜晶体，按无污染土天然含水率准备所需要的水。

(3)将两种掺量硝酸铜晶体溶于水并均匀喷洒在土上后进行搅拌机搅拌15min，充分搅拌后将土壤装入保鲜袋静置24h，保证污染物充分在土体内迁移，随后烘干、磨碎过2mm筛分别制成两种不同程度污染的土备用。

(4)将4％的生物炭、15％水泥分层掺入污染土中并进行搅拌均匀。掺入无污染土天然含水率水量，放入搅拌机搅拌后在1h内制样成型。

(5)制样结束后用保鲜膜包裹试样，放置于养护箱内养护。

(6)对养护结束的固化铜污染土进行无侧限抗压强度、浸出毒性测定。

实施例3

一种生物炭联合水泥修复铜污染土修复技术，包括以下步骤：

(1)将无污染的黏性土烘烤24小时。取出土样碾碎过2mm筛，水泥、生物炭110℃烘干后过0.5mm筛备用。

(2)按照设计掺量按200mg·Kg-1与500mg·Kg-1称取所需的硝酸铜晶体，按无污染土天然含水率准备所需要的水。

(3)将两种掺量硝酸铜晶体溶于水并均匀喷洒在土上后进行搅拌机搅拌15min，充分搅拌后将土壤装入保鲜袋静置24h，保证污染物充分在土体内迁移，随后烘干、磨碎过2mm筛分别制成两种不同程度污染的土备用。

(4)将6％的生物炭、15％水泥分层掺入污染土中并进行搅拌均匀。掺入无污染土天然含水率水量，放入搅拌机搅拌后在1h内制样成型。

(5)制样结束后用保鲜膜包裹试样，放置于养护箱内养护。

(6)对养护结束的固化铜污染土进行无侧限抗压强度、浸出毒性测定。

对比例1：

一种生物炭联合水泥修复铜污染土修复技术，包括以下步骤：

(1)将无污染的黏性土烘烤24小时。取出土样碾碎过2mm筛，水泥、生物炭110℃烘干后过0.5mm筛备用。

(2)按照设计掺量按200mg·Kg-1：称取所需的硝酸铜晶体，按无污染土天然含水率准备所需要的水。

(3)将两种掺量硝酸铜晶体溶于水并均匀喷洒在土上后进行搅拌机搅拌15min，充分搅拌后将土壤装入保鲜袋静置24h，保证污染物充分在土体内迁移，随后烘干、磨碎过2mm筛分别制成两种不同程度污染的土备用。

(4)将0％的生物炭、15％水泥分层掺入污染土中并进行搅拌均匀。掺入无污染土天然含水率水量，放入搅拌机搅拌后在1h内制样成型。

(5)制样结束后用保鲜膜包裹试样，放置于养护箱内养护。

(6)对养护结束的固化铜污染土进行无侧限抗压强度、浸出毒性测定。

对比例2：

一种生物炭联合水泥修复铜污染土修复技术，包括以下步骤：

(1)将无污染的黏性土烘烤24小时。取出土样碾碎过2mm筛，水泥、生物炭110℃烘干后过0.5mm筛备用。

(2)按照设计掺量按：500mg·Kg-1称取所需的硝酸铜晶体，按无污染土天然含水率准备所需要的水。

(3)将两种掺量硝酸铜晶体溶于水并均匀喷洒在土上后进行搅拌机搅拌15min，充分搅拌后将土壤装入保鲜袋静置24h，保证污染物充分在土体内迁移，随后烘干、磨碎过2mm筛分别制成两种不同程度污染的土备用。

(4)将0％的生物炭、15％水泥分层掺入污染土中并进行搅拌均匀。掺入无污染土天然含水率水量，放入搅拌机搅拌后在1h内制样成型。

(5)制样结束后用保鲜膜包裹试样，放置于养护箱内养护。

(6)对养护结束的固化铜污染土进行无侧限抗压强度、浸出毒性测定。

铜离子污染土壤经过本方法处理后土体强度在高浓度污染情况下高于低污染情况，在添加生物炭后重金属离子去除率达到99％以上，几乎可以完全去除，对土壤强度以及毒性浸出方向修复效果好。

表1 无侧限抗压实验结果(Mpa)

表2 毒性浸出含量表(mg/L)

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。