CN103128098A - 一种微波辅助化学淋洗修复重金属污染场地土壤的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微波辅助化学淋洗修复重金属污染场地土壤的方法。该方法由A和B两个步骤组成，A是淋洗剂EDDS的加入，B为微波辐射的同步应用，其中A步骤淋洗剂EDDS的量，根据土壤中毒害重金属Cd、Pb、Zn的含量确定，步骤B中微波功率考虑500W、700W、900W，微波时间3~15min。本发明可大幅度削减污染土壤淋洗修复的时间，数分钟内实现污染土壤重金金属的去除，可满足重金属污染场地快速修复的需求。
Description
技术领域
本发明涉及环境保护中的土壤重金属污染治理领域，更具体的说是受Cd、Pb、Zn污染土壤的微波强化化学淋洗修复方法。
背景技术
据统计，我国遭受不同程度重金属污染的耕地面积已接近2×105 hm2，约占耕地总面积的1/5。土壤重金属污染不仅降低农产品的质量和产量，还通过食物链在人体内富集，危及人类的健康和生命，重金属污染土壤的修复一直是国内外研究的热点。
土壤重金属污染修复技术很多，但各种方法都有其适用范围与局限，如植物、微生物、动物修复仅限低浓度重金属污染且周期长；电动/热修复法彻底但破坏土壤结构且成本高。化学淋洗修复技术可快速将污染物从土壤中移除，短时间内完成高浓度污染土壤的治理。EDTA是化学淋洗修复土壤中重金属技术中最常用的试剂，对金属离子有很高的螯合能力，但由于EDTA的持久性和难生物降解性，增加了重金属向下和四周迁移的可能性，残留的EDTA可能导致对地下水和周围环境的二次污染，[S,S]-乙二胺二琥珀酸(EDDS)是容易被生物降解的一种强金属螯合剂，近年来受到广泛关注。
已有研究表明，微波技术以其非传导性损失的特点使其具有选择性强、均一性、反应速率快、溶剂消耗少的优势，并可与其他处理技术结合。近年来，微波作为一种常用的辅助能量，已经被引入地质学和环境学样品中重金属形态的分析，简化提取步骤，且微波提取实验效果优于传统循序提取。Kuo研究对比了传统与微波作用下不同酸去除工业污泥中的铜的效率，发现在一定功率、作用时间下，微波可以提高酸对污泥中铜的去除率。Xue通过研究提出微波辐射可加速市政固体废物焚烧灰烬中有毒重金属Zn、Pb、Cu、Cr的溶解，缩短处理时间，提高重金属去除效率。而在微波条件下，淋洗法去除污染土壤中重金属的研究未见报道。本发明利用微波技术强化EDDS淋洗去除原位重金属污染场地土壤中Cd、Pb、Zn，研究了不同微波功率、微波时间对淋洗效果的影响，并对微波淋洗前后土壤重金属形态进行分析，探讨微波强化淋洗修复重金属污染土壤方法的可行性。
发明内容
1、本发明要解决的技术问题
针对Cd、Pb、Zn重金属污染场地土壤的修复中存在的问题，本发明提供受Cd、Pb、Zn污染场地土壤的微波强化化学淋洗修复方法，通过将微波引入EDDS淋洗应用于重金属Cd、Pb、Zn染场地土壤的修复，实现快速、高效、绿色的土壤淋洗修复。
2、技术方案
受Cd、Pb、Zn重金属污染场地土壤的微波辅助淋洗修复方法，其步骤为：
（A）测量土壤中毒害重金属Cd、Pb、Zn的含量；
（B）将一定浓度的淋洗剂EDDS溶液加入土壤，微波辅助条件下化学淋洗。
上述步骤B中的淋洗剂EDDS的加入量依据A中测得的土壤中毒害重金属的含量确定，为重金属总摩尔量的2倍。
步骤B中的微波的功率考虑500 W、700 W、900 W，微波时间3~15 min。
3、有益效果
本发明提供了受Cd、Pb、Zn重金属污染土壤的微波强化化学淋洗修复方法，相对于现有技术，具有以下的有益效果：微波辅助淋洗使得重金属污染土壤的修复时间与传统淋洗法相比大大降低，短时间（几分钟）内处理效果就已经达到或强于长时间（6 h）单独化学淋洗处理效果，可满足污染场地快速修复的需求。
附图说明
图1是EDDS淋洗处理下土壤中重金属浓度随时间的变化图；
图2是微波强化EDDS淋洗处理下土壤中重金属Cd浓度随时间的变化图；
图3是微波强化EDDS淋洗处理下土壤中重金属Pb浓度随时间的变化图；
图4是微波强化EDDS淋洗处理下土壤中重金属Zn浓度随时间的变化图；
图5是微波强化EDDS淋洗处理下土壤中重金属Cu浓度随时间的变化图；
图6是微波强化EDDS淋洗处理下土壤中重金属Cd浓度随微波功率的变化图；
图7是微波强化EDDS淋洗处理下土壤中重金属Pb浓度随微波功率的变化图；
图8是微波强化EDDS淋洗处理下土壤中重金属Zn浓度随微波功率的变化图；
图9是微波强化EDDS淋洗处理下土壤中重金属Cu浓度随微波功率的变化图；
图10是微波强化EDDS淋洗前后土壤中重金属Cd形态变化图；
图11是微波强化EDDS淋洗前后土壤中重金属Pb形态变化图；
图12是微波强化EDDS淋洗前后土壤中重金属Zn形态变化图。
具体实施方式
以下通过实施例结合附图进一步说明本发明：
实施例1：
EDDS淋洗处理重金属污染场地土壤的修复效果
修复试验污染场地位于江苏省南京市雨花区某地，为重污染企业梅山钢铁厂附近表层土壤。土样风干后磨碎，过2 mm筛在干燥器中于阴暗处保存。四分法取部分土样研磨后，过0.125 mm筛，供重金属全量分析用。称取上述过2 mm筛的土样0.50 g置于一系列50 ml聚乙烯塑料瓶中，水土比30，其中淋洗剂EDDS与重金属(Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn)总摩尔比为2（水土比、淋洗剂摩尔比均通过预实验确定），在25 ℃、180 r/min条件下摇床振荡一定时间（0.2、0.5、1、3、4、6 h）。
图 1给出了EDDS淋洗处理下土壤中重金属浓度随时间的变化。从图中可看出，在实验条件下，三种重金属的淋洗去除率均在较短时间内迅速上升，然后趋于平缓。分析发现，淋洗6 h后，重金属去除率基本无大波动。研究表明，供试土壤在实验条件下，EDDS与土样中的重金属Cd、Pb、Zn反应6 h基本达到平衡。此时，EDDS对Cd、Pb、Zn的淋洗去除率分别达到21.22%、62.86%、37.52%。这说明EDDS对重金属Cd、Pb、Zn具有的较强络合能力，有利于利用其对重金属污染土壤的修复。
实施例2：
微波强化EDDS淋洗处理重金属污染场地土壤的修复效果
其基本步骤同实施例1，只是引入了微波，处理组有：微波时间组、微波功率组。图 2-5 给出了微波（功率500 W）强化EDDS淋洗处理下土壤中重金属浓度随时间(3~15 min)的变化。从图中可看出，土样在微波辐射3 min后，各金属淋洗去除率显著增加，随着微波辐射时间延长，土样中各重金属的淋洗去除率总体呈上升趋势，其中，Cd的去除率随辐射时间的延长持续升高，Zn的去除率10 min后趋缓，Pb的去除在微波5 min后几乎不随辐射时间变化。微波辐射10 min淋洗条件下Cd、Pb、Zn的去除率比不引入微波淋洗10 min去除率分别高出18.40%、57.05%、51.50%，比传统条件下最高去除率（淋洗6 h）分别高出7.94%、26.09%、32.99%，即微波在不降低毒害重金属去除率的情况下，大大降低了处理时间，从6 h降至10 min。且微波辅助淋洗对污染达标的Cu也有可观的去除率，处理时间从6 h降至3 min。微波降低了淋洗时间，提高了去除效率。
图6-9给出了微波强化EDDS淋洗处理下土壤中重金属浓度随微波功率(100 W-900 W)的变化。从图中可看出，与传统淋洗10 min的结果相比，随着微波功率的增加，Cd、Pb、Zn的淋洗去除率总体上呈上升趋势，微波辐射10 min淋洗条件下Cd、Pb、Zn的去除率，比传统淋洗10 min去除率分别高出18.40%、57.05%、51.50%，比传统条件下最高去除率（淋洗6 h）分别高出7.94%、26.09%、32.99%。。且随着微波功率的增加，Cd、Pb、Zn、Cu的淋洗去除率总体上呈上升趋势，微波辅助淋洗10 min即可超过传统淋洗6 h的最高去除率。
图10-12是微波强化EDDS淋洗处理前后土壤中重金属形态的变化。真实环境中决定重金属环境风险大小的是其有效态含量而不是重金属总量，前人研究已发现在最优的淋洗条件下，受试土壤中重金属的去除率最高尽管可达80%，并仍不能完全去除，其原因与重金属的赋存形态密切相关，为此，我们将污染土壤及在微波功率900 W、时间10 min微波辐射淋洗处理后的土壤用BCR方法进行连续提取分析，比较研究了微波辅助淋洗前后土壤中金属形态的变化。如表1是微波强化EDDS淋洗处理前后土壤中重金属形态的变化表： 
图10-12中有机物结合态（B3），残渣态（B4），同时由图10-12得知，淋洗过程影响土壤中重金属形态分布，总的看来，微波淋洗处理后，重金属交换态和碳酸盐结合态（B1）以及铁锰氧化物结合态（B2）的含量均有显著降低，说明洗脱的重金属主要来自这两态。从土壤中重金属元素的形态分析分布研究表明，Cd主要分布在残渣态，因而与实验淋洗处理中EDDS对Cd的提取率较低一致。从图10-12还可以得出，微波处理后，土壤中重污染金属Cd、Zn以及Pb的残渣态均有明显增加，金属的迁移性和生物有效性大大降低，形态更为稳定，对环境的潜在影响降低。
Claims (4)
1.一种微波辅助化学淋洗修复重金属污染场地土壤的方法，其步骤为：
（A）测量土壤中毒害重金属Cd、Pb和Zn的含量；
（B）将淋洗剂溶液加入土壤，微波辅助条件下化学淋洗。
2.根据权利要求1所述的受重金属污染场地土壤的微波辅助修复方法，其特征在于步骤B中的淋洗剂为可生物降解的EDDS，EDDS的加入量为毒害重金属摩尔总量的2倍。
3.根据权利要求1或2所述的受重金属污染场地土壤的微波辅助淋洗修复方法，其特征在于步骤B中的化学淋洗过程在微波辅助下进行，微波辅助在加入淋洗剂后开始。
4.根据权利要求3所述的受重金属污染场地土壤的微波辅助淋洗修复方法，其特征在于，所述步骤B中的化学淋洗过程在微波辅助下进行，所述微波的功率为500 W-900 W，微波时间3~15 min。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |