技术领域
本申请属于土壤修复领域，具体地说，涉及一种用于铅污染土壤修复的固化剂及其制备方法和应用。
背景技术
随着我国工农业的快速发展，土壤重金属污染已成为人们重点关注对象。其中铅污染土壤较为严重，含铅土壤不仅影响土壤微生物、酶活性以及理化性质，而且会二次污染地表水和地下水，并且通过食物链危害人类健康。造成土壤铅污染的主要原因归结为燃煤、工业用铅以及汽车尾气等。
铅污染土壤的修复方法主要有固化稳定法、植物修复和化学萃取等。其中植物修复是公认的较为理想的原位土壤治理技术，但存在明显的缺点：超累积植物往往植株矮小、生物量较低、生长速度慢、生长周期长；植物修复受到土壤类型、温度、湿度和营养等环境条件的限制。土壤萃取过程包括了萃取液向土壤表面扩散、对污染物质的溶解、萃取出的污染物在土壤内部扩散、萃取出的污染物从土壤表面向流体扩散等过程。但是化学萃取液中往往含有大量的重金属，如果不加以处理而直接排放会造成二次污染。固化稳定法，主要以降低其含量或使其钝化的策略以达到改善土壤理化性质，最终以恢复土壤生态的正常功能为目的。该方法的关键是选择经济有效的固化剂，通过加入固化剂，继而产生沉淀、吸附、离子交换、腐殖化、氧化还原等一系列反应，降低重金属离子在土壤环境中的生物有效性和迁移性。
但是目前的固化稳定法适用于污染程度并不严重的土壤，且修复成本较低，有一定的应用空间。而且该修复方法无法彻底根除土壤表层的铅元素，修复效果具有一定的暂时性。
发明内容
有鉴于此，本申请针对上述的问题，提供了一种用于铅污染土壤修复的固化剂及其制备方法和应用，本发明能够有效稳定固化污染土壤的重金属铅，并且经过修复的土壤，满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》，可送入生活垃圾填埋场填埋处理。
为了解决上述技术问题，本申请公开了一种用于铅污染土壤修复的固化剂，按照重量份包括以下组分：水泥4～5份、粉煤灰2～3份、脱硫石膏1～2份。
进一步地，水泥选自硅酸盐水泥或铝酸盐水泥。
本发明还提供一种用于铅污染土壤修复的固化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、按照重量份称量以下组分：水泥4～5份、粉煤灰2～3份、脱硫石膏1～2份；
步骤2、将称量好的各个组分混合均匀，制备得到用于铅污染土壤修复的固化剂粉剂。
本发明还提供一种用于铅污染土壤修复的固化剂在铅污染土壤的修复中的应用，包括以下步骤：
步骤1、铅污染土壤的预处理：将需要修复铅质量含量为0.1％-1.5％的土壤进行开挖，将土壤转移至土壤修复专用场所；
步骤2、配制用于铅污染土壤修复的固化剂：将4～5份水泥、2～3份粉煤灰、1～2份脱硫石膏混合均匀，得到固用于铅污染土壤修复的固化剂粉剂；
步骤3、固化修复：将步骤2配制的固化剂粉剂与铅污染土壤混合均匀后，再逐步加水，使其与土壤充分混合；然后加入水，经5～7天后，修复完成；最后将修复后的铅污染土壤进行安全填埋。
进一步地，步骤1中的开挖深度为40～50cm。
进一步地，步骤3中的固化剂粉剂与铅污染土壤的质量比为15～20:100。
进一步地，步骤3中的加入水后的含水率达20～30％。
进一步地，步骤3中的铅污染土壤与固化剂粉剂混合前，将铅污染土进行破碎，用2mm筛进行筛分，用搅拌机搅拌10分钟。
与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果：
1)本发明使用的固化剂中，水泥、粉煤灰和脱硫石膏均为常用的固化剂。其中水泥的固化作用是铅等重金属通过化学吸收、吸附、离子交换、沉降、包封等技术与水泥发生水化反应生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等水化产物，最终以氢氧化物或络合物的形式固定在水泥水化产物上，同时添加水泥能够提高土壤的pH，使重金属转化为溶解度较低的氢氧化物或碳酸盐类沉淀，从而抑制了重金属的浸出与迁移。脱硫石膏和粉煤灰是两种储量巨大的工业废渣，脱硫石膏的大量产生给堆放造成负担，粉煤灰由于其惰性，大多作为惰性填充材料使用，这两种工业常见的废弃物利用率较低，而合理利用这些工业废渣是保护环境的重要举措！石膏属于气硬性胶凝材料，具有良好的早期强度，但是耐水性较差，加入粉煤灰和少量水泥能够提高其强度和耐水性；水泥和粉煤灰属于水硬性胶凝材料，强度和耐水性能优良，但其早期收缩大，不利于应用，而石膏的微膨胀效应改善了水泥粉煤灰结构的早期收缩，同时硫酸盐激发作用促进粉煤灰的水化，能改善粉煤灰的微结构
2)本申请通过合理配比水泥、粉煤灰和脱硫石膏，通过三种固化剂的协同作用，使得三种固化剂相互配合，很好的实现了三种固化剂的合作固化作用。通过将铅污染土壤破碎、筛分及混合，很好的均匀化了土壤中的铅污染，然后与水泥、粉煤灰和脱硫石膏混合，可以保证固化剂更好的与土壤混合。由于水泥、粉煤灰和脱硫石膏加入时并没有水份，所以仅起到混合均匀的作用不发生固化稳定反应。当三种固化剂加入完全后，再加入水至含水率达20～30％，可以保证三种固化剂的同时协调作用，水的加入量不宜过多，不利于水泥和生石灰的固化作用从而影响整体固化剂的作用。另外，本申请中使用的水泥为工业常用硅酸盐水泥。
由于土壤中的铅大多数停留在表层土壤，并且具有长期性，随土壤的深度增加而剧烈减低，随时间推移污染深度加深。因此本申请开挖的深度为30～40cm，其铅的含量较大，污染较为严重。修复5～7天，土壤中的铅失去生物有效性，并且该修复后的土壤满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》，从而实现土壤的修复。
3)本发明提供的固化剂具有稳定、持久的固化作用，固化效果良好。本发明的修复方法能够有效的降低污染土壤中的铅，实现对铅污染土壤的修复治理，调整效果好，操作简单，成本低廉，修复后的土壤中铅的含量低于国家标准，适合推广应用。
当然，实施本申请的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
具体实施方式
以下将配合实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
本发明提供一种用于铅污染土壤修复的固化剂，按照重量份包括以下组分：水泥4～5份、粉煤灰2～3份、脱硫石膏1～2份。
本发明还提供一种用于铅污染土壤修复的固化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、称量：按照重量份称量以下组分：水泥4～5份、粉煤灰2～3份、脱硫石膏1～2份；
步骤2、将称量好的各个组分混合均匀，制备得到用于铅污染土壤修复的固化剂粉剂。
本发明提供一种用于铅污染土壤修复的固化剂在铅污染土壤的修复中的应用，包括以下步骤：
步骤1、铅污染土壤的预处理：将需要修复铅质量含量为0.1％-1.5％的土壤进行开挖，开挖深度为40～50cm，将土壤转移至土壤修复专用场所；
步骤2、配制用于铅污染土壤修复的固化剂：将4～5份水泥、2～3份粉煤灰、1～2份脱硫石膏混合均匀，得到固化剂粉剂；
步骤3、固化修复：将步骤2配制的固化剂粉剂与铅污染土壤按照质量比为15～20:100混合均匀后，再逐步加水，使其与土壤充分混合；然后加入水至含水率达20～30％，经5～7天后，修复完成；最后将修复后的铅污染土壤进行安全填埋。铅污染土壤与固化剂粉剂混合前，将铅污染土进行破碎，用2mm筛进行筛分，用搅拌机搅拌10分钟。
实施例1
一种铅污染土壤的修复方法，它包括以下步骤：
A，铅污染土壤的处理
首先，将需要修复铅含量为0.1％的土壤进行开挖，开挖深度为35cm，将土壤转移至土壤修复专用场所；
B，固化剂的配制
将10份硅酸盐水泥、6份粉煤灰和4份脱硫石膏混合均匀，得到固化剂粉剂；
C，固化修复
首先将步骤B配制的固化剂粉剂与100份铅污染土壤混合均匀后，再逐步加水，使其与土壤充分混合；然后加入水至含水率达20～30％，经5天后，修复完成；最后将修复后的铅污染土壤进行安全填埋。铅污染土壤与固化剂粉剂混合前，将铅污染土进行破碎，用2mm筛进行筛分，用搅拌机搅拌10分钟。
实施例2
一种铅污染土壤的修复方法，它包括以下步骤：
A，铅污染土壤的处理
首先，将需要修复铅含量为0.5％的土壤进行开挖，开挖深度为35cm，将土壤转移至土壤修复专用场所；
B，固化剂的配制
将10份硅酸盐水泥、6份粉煤灰和4份脱硫石膏混合均匀，得到固化剂粉剂；
C，固化修复
首先将步骤B配制的固化剂粉剂与100份铅污染土壤混合均匀后，再逐步加水，使其与土壤充分混合；然后加入水至含水率达20～30％，经5天后，修复完成；最后将修复后的铅污染土壤进行安全填埋。铅污染土壤与固化剂粉剂混合前，将铅污染土进行破碎，用2mm筛进行筛分，用搅拌机搅拌10分钟。
实施例3
一种铅污染土壤的修复方法，它包括以下步骤：
A，铅污染土壤的处理
首先，将需要修复铅含量为1.5％的土壤进行开挖，开挖深度为40cm，将土壤转移至土壤修复专用场所；
B，固化剂的配制
将10份硅酸盐水泥、6份粉煤灰和4份脱硫石膏混合均匀，得到固化剂粉剂；
C，固化修复
首先将步骤B配制的固化剂粉剂与100份铅污染土壤混合均匀后，再逐步加水，使其与土壤充分混合；然后加入水至含水率达20～30％，经5天后，修复完成；最后将修复后的铅污染土壤进行安全填埋。铅污染土壤与固化剂粉剂混合前，将铅污染土进行破碎，用2mm筛进行筛分，用搅拌机搅拌10分钟。
实施例4
一种铅污染土壤的修复方法，它包括以下步骤：
A，铅污染土壤的处理
首先，将需要修复铅含量为0.5％的土壤进行开挖，开挖深度为45cm，将土壤转移至土壤修复专用场所；
B，固化剂的配制
将8份硅酸盐水泥、5份粉煤灰和2份脱硫石膏混合均匀，得到固化剂粉剂；
C，固化修复
首先将步骤B配制的固化剂粉剂与100份铅污染土壤混合均匀后，再逐步加水，使其与土壤充分混合；然后加入水至含水率达20～30％，经5天后，修复完成；最后将修复后的铅污染土壤进行安全填埋。铅污染土壤与固化剂粉剂混合前，将铅污染土进行破碎，用2mm筛进行筛分，用搅拌机搅拌10分钟。
实施例5
一种铅污染土壤的修复方法，它包括以下步骤：
A，铅污染土壤的处理
首先，将需要修复铅含量为1％的土壤进行开挖，开挖深度为45cm，将土壤转移至土壤修复专用场所；
B，固化剂的配制
将10份硅酸盐水泥、4份粉煤灰和2份脱硫石膏混合均匀，得到固化剂粉剂；
C，固化修复
首先将步骤B配制的固化剂粉剂与100份铅污染土壤混合均匀后，再逐步加水，使其与土壤充分混合；然后加入水至含水率达20～30％，经5天后，修复完成；最后将修复后的铅污染土壤进行安全填埋。铅污染土壤与固化剂粉剂混合前，将铅污染土进行破碎，用2mm筛进行筛分，用搅拌机搅拌10分钟。
其中，实施例1～3的铅污染土壤修复后的渗透系数如表1所示：
表1实施例1～3的铅污染土壤修复后0.2Mpa渗透压下的渗透系数
铅污染土壤 渗透系数(cm/s) 实施例1 4.92935x10-8 实施例2 1.2253x10-7 实施例3 3.10078x10-6
修复处理后，铅污染土壤的无侧限抗压强度如表2所示：
表2实施例1～3的铅污染土壤修复后的无侧限抗压强度
铅污染土壤 修复后无侧限抗压强度(Mpa) 实施例1 0.487 实施例2 0.470 实施例3 0.35
上述实验结果表明，本发明所述固化剂可以明显降低重金属污染重铅的渗透性，同时提高重金属污染重铅的强度。可用于重金属铅污染土壤的治理修复。
综上所述，本发明的固化剂及其利用该固化剂进行的修复方法具有很好的修复作用。并且本发明的修复方法操作简单、成本低廉，适于推广应用。
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定成分或方法。本领域技术人员应可理解，不同地区可能会用不同名词来称呼同一个成分。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分成分的方式。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述说明示出并描述了发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离发明的精神和范围，则都应在发明所附权利要求的保护范围内。