CN103706624A - 一种重金属污染土壤的修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种重金属污染土壤的修复方法，包括如下步骤：在重金属污染土壤的表面施加腐殖酸，将污染的土壤表层以下20～30cm厚的土壤与腐殖酸通过翻耕混合均匀，反应7～15天，然后在重金属污染土壤被污染的区域下方预埋淋洗装置；依次将柠檬酸溶液和茶皂素溶液通过淋洗装置淋洗土壤，淋洗完成后，回收淋洗装置和含重金属的淋洗液集中处理；然后在土壤表面施加水果残渣，与土壤表层以下20～30cm厚的土壤翻耕混合均匀后，套种向日葵和印度芥菜，待植物成熟后收割地上部分的所有生物质，进行集中处理。使用本发明提供的方法后，土壤中各种重金属离子去除率均很高，彻底改良土壤，而且成本低、效果好、易于实施。
Description
技术领域
本发明涉及一种重金属污染土壤的修复方法。
背景技术
传统的化学淋洗法修复土壤重金属污染所选择的淋洗剂会破坏土壤本身的结构导致土壤难以回收利用，有些淋洗剂难以生物降解会对土壤产生二次污染，有些淋洗剂价格昂贵导致淋洗法难以在工程上推广应用。一些学者利用腐殖酸和活性污泥结合治理重金属污染土壤，可以改善淋洗剂对土壤造成的二次污染问题，但同时存在活性污泥驯化条件复杂的问题。茶皂素和柠檬酸具有可生物降解、无二次污染等特点，有些学者分别研究了茶皂素、柠檬酸等单一淋洗对土壤重金属的修复效果，但单一淋洗剂对多种重金属复合污染土壤的修复具有局限性，且市售的茶皂素价格昂贵，虽环境友好，但难以推广应用。同时，含有重金属污染的淋洗液仍然存在于土壤中，没有彻底清除，存在一定的安全隐患。
发明内容
本发明设计开发了一种重金属污染土壤的修复方法。本发明设置有淋洗装置，可以在淋洗土壤的同时翻转土壤使淋洗更充分彻底，将柠檬酸溶液和茶皂素溶液联合使用，不会造成淋洗液对环境的二次污染。
本发明提供的技术方案为：
一种重金属污染土壤的修复方法，包括如下步骤：
步骤一、在重金属污染土壤的表面施加1～5cm厚度的腐殖酸，将污染的土壤表层以下20～30cm厚的土壤与所述腐殖酸通过翻耕混合均匀，反应7～15天；
步骤二、经步骤一处理后，在土壤被重金属污染所达到的区域的下方预埋多个淋洗装置，所述淋洗装置包括多根彼此平行排列的排液管，所述排液管的两端均封死而在其上侧壁上开设若干孔洞，所述排液管的两端均分别架设在两根支撑杆上，每两根排液管之间设置一旋转机构，所述旋转结构包括刀轴和设置在所述刀轴上的旋刀，所述刀轴的两端分别架设在所述两根支撑杆上；
步骤三、依次将质量体积浓度为0.05～0.15mol/L的柠檬酸溶液和质量体积浓度5％～25％的茶皂素溶液泵入到所述淋洗装置中，通过所述排液管的孔洞喷出淋洗液并分别淋洗土壤27～36h和9～12h，含重金属的淋洗液流入位于所述两根支撑杆下方的一容器内，使用的柠檬酸溶液和茶皂素溶液的体积比为1∶1～6∶1；
步骤四、淋洗完成后，回收所述淋洗装置和所述含重金属的淋洗液集中处理；
步骤五、在步骤四完成后的土壤表面施加1～2cm厚度的柑橘属水果残渣，与土壤表层以下20～30cm厚的土壤翻耕混合均匀后，套种向日葵和印度芥菜，待植物成熟后收割地上部分的所有生物质，进行集中处理。
优选的是，所述的重金属污染土壤的修复方法中，所述排液管均连接水泵，所述水泵的功率使得所述柠檬酸溶液和所述茶皂素溶液流至土壤表面。
优选的是，所述的重金属污染土壤的修复方法中，所述柠檬酸溶液的质量体积浓度为0.1mol/L，所述茶皂素溶液的质量体积浓度为20％，使用的所述柠檬酸溶液和所述茶皂素溶液的体积比为3∶1。
优选的是，所述的重金属污染土壤的修复方法中，所述旋转机构均连接至一驱动装置，所述驱动装置驱动所述旋刀旋转以翻耕土壤，所述旋刀旋转的角度与水平面的夹角为α，0°≤α≤180°。
优选的是，所述的重金属污染土壤的修复方法中，所述两根支撑杆和所述容器之间设置有至少一层过滤网。
优选的是，所述的重金属污染土壤的修复方法中，所述茶皂素为自制，制作茶皂素的的方法为：将茶麸与水按照质量比例1∶5混合，浸泡2h，温度为40～45℃，搅拌转速为50～100rpm；分离茶麸渣，清液按质量分数比例5％加入絮凝剂PAC浸泡2h，温度为40～45℃，搅拌转速为50～100rpm；再次分离，得到清液即为茶皂素溶液。
本发明的有益效果为：
本发明中的柠檬酸溶液和茶皂素溶液作为淋洗剂，环境友好，易生物降解，淋洗效果好；
本发明中自制茶皂素，腐殖酸也可由有机肥自制得到，利用果皮残渣变废为宝，价格低廉，成本较低，适用于实际应用；
本发明中设计提供的淋洗装置可回收含重金属的淋洗液，结构新颖、使用方便、便于操作。
附图说明
图1为本发明所述的重金属污染土壤的修复方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
结合图1和实施例来具体说明该方法。
实施例1：
本发明提供的重金属污染土壤的修复方法，包括如下步骤：
步骤一、在重金属污染土壤的表面施加1～5cm厚度的腐殖酸，将污染的土壤表层以下25cm厚的土壤与所述腐殖酸通过翻耕混合均匀，反应10天；
步骤二、经步骤一处理后，在土壤被重金属污染所达到的区域的下方预埋多个淋洗装置，所述淋洗装置包括多根彼此平行排列的排液管，所述排液管的两端均封死而在其上侧壁上开设若干孔洞，所述排液管的两端均分别架设在两根支撑杆上，每两根排液管之间设置一旋转机构，所述旋转结构包括刀轴和设置在所述刀轴上的旋刀，所述刀轴的两端分别架设在所述两根支撑杆上；
步骤三、依次将质量体积浓度为0.1mol/L的柠檬酸溶液和质量体积浓度20％的茶皂素溶液泵入到所述淋洗装置中，通过所述排液管的孔洞喷出淋洗液并分别淋洗土壤27h和9h，含重金属的淋洗液流入位于所述两根支撑杆下方的一容器内，使用的柠檬酸溶液和茶皂素溶液的体积比为3∶1；
步骤四、淋洗完成后，回收所述淋洗装置和所述含重金属的淋洗液集中处理，彻底将络合的重金属淋洗并清除出土壤；
步骤五、在步骤四完成后的土壤表面施加1cm厚度的柑橘属水果残渣，与土壤表层以下20cm厚的土壤翻耕混合均匀后，套种向日葵和印度芥菜，待植物成熟后收割地上部分的所有生物质，进行集中处理。
所述的重金属污染土壤的修复方法中，所述排液管均连接水泵，所述水泵的功率使得所述柠檬酸溶液和所述茶皂素溶液流至土壤表面。
所述的重金属污染土壤的修复方法中，所述旋转机构均连接至一驱动装置，所述驱动装置驱动所述旋刀旋转以翻耕土壤，所述旋刀旋转的角度与水平面的夹角为α，0°≤α≤180°。
所述的重金属污染土壤的修复方法中，所述两根支撑杆和所述容器之间设置有一层过滤网。
所述的重金属污染土壤的修复方法中，所述茶皂素为自制，制作茶皂素的的方法为：将茶麸与水按照质量比例1∶5混合，浸泡2h，温度为40℃，搅拌转速为50rpm；分离茶麸渣，清液按质量分数比例5％加入絮凝剂PAC浸泡2h，温度为40℃，搅拌转速为50rpm；再次分离，得到清液即为茶皂素溶液。
使用本发明的方法后，土壤中的Cu、Pb、Zn、Ni和Cd的去除率均达到80％，再结合植物修复后，土壤中的Sr、Se和Cs等的去除率均达到85％以上，最终Pb和Cd等重金属的去除率达到93％以上。本发明中的自制茶皂素的方法中温度较高，自制的茶皂素的浓度较高，使用效果较好。
实施例2：
一种重金属污染土壤的修复方法，包括如下步骤：
步骤一、在重金属污染土壤的表面施加1～5cm厚度的腐殖酸，将污染的土壤表层以下20～30cm厚的土壤与所述腐殖酸通过翻耕混合均匀，反应7～15天；
步骤二、经步骤一处理后，在土壤被重金属污染所达到的区域的下方预埋多个淋洗装置，所述淋洗装置包括多根彼此平行排列的排液管，所述排液管的两端均封死而在其上侧壁上开设若干孔洞，所述排液管的两端均分别架设在两根支撑杆上，每两根排液管之间设置一旋转机构，所述旋转结构包括刀轴和设置在所述刀轴上的旋刀，所述刀轴的两端分别架设在所述两根支撑杆上；
步骤三、依次将质量体积浓度为0.15mol/L的柠檬酸溶液和质量体积浓度25％的茶皂素溶液泵入到所述淋洗装置中，通过所述排液管的孔洞喷出淋洗液并分别淋洗土壤36h和12h，含重金属的淋洗液流入位于所述两根支撑杆下方的一容器内，使用的柠檬酸溶液和茶皂素溶液的体积比为6∶1；
步骤四、淋洗完成后，回收所述淋洗装置和所述含重金属的淋洗液集中处理，彻底将络合的重金属淋洗并清除出土壤；
步骤五、在步骤四完成后的土壤表面施加2cm厚度的柑橘属水果残渣，与土壤表层以下30cm厚的土壤翻耕混合均匀后，套种向日葵和印度芥菜，待植物成熟后收割地上部分的所有生物质，进行集中处理。
所述的重金属污染土壤的修复方法中，所述排液管均连接水泵，所述水泵的功率使得所述柠檬酸溶液和所述茶皂素溶液流至土壤表面。
所述的重金属污染土壤的修复方法中，所述旋转机构均连接至一驱动装置，所述驱动装置驱动所述旋刀旋转以翻耕土壤，所述旋刀旋转的角度与水平面的夹角为α，0°≤α≤180°。
所述的重金属污染土壤的修复方法中，所述两根支撑杆和所述容器之间设置有两层过滤网。
所述的重金属污染土壤的修复方法中，所述茶皂素为自制，制作茶皂素的的方法为：将茶麸与水按照质量比例1∶5混合，浸泡2h，温度为45℃，搅拌转速为100rpm；分离茶麸渣，清液按质量分数比例5％加入絮凝剂PAC浸泡2h，温度为45℃，搅拌转速为100rpm；再次分离，得到清液即为茶皂素溶液。
使用本发明的方法后，重金属污染土壤中的Cu、Pb、Zn、Ni和Cd的去除率均达到93％，土壤中的Sr、和Cs等的去除率均达到85％以上。
实施例3：
一种重金属污染土壤的修复方法，包括如下步骤：
步骤一、在重金属污染土壤的表面施加3cm厚度的腐殖酸，将污染的土壤表层以下25cm厚的土壤与所述腐殖酸通过翻耕混合均匀，反应7天；
步骤二、经步骤一处理后，在土壤被重金属污染所达到的区域的下方预埋多个淋洗装置，所述淋洗装置包括多根彼此平行排列的排液管，所述排液管的两端均封死而在其上侧壁上开设若干孔洞，所述排液管的两端均分别架设在两根支撑杆上，每两根排液管之间设置一旋转机构，所述旋转结构包括刀轴和设置在所述刀轴上的旋刀，所述刀轴的两端分别架设在所述两根支撑杆上；
步骤三、依次将质量体积浓度为0.05mol/L的柠檬酸溶液和质量体积浓度5％的茶皂素溶液泵入到所述淋洗装置中，通过所述排液管的孔洞喷出淋洗液并分别淋洗土壤27h和12h，含重金属的淋洗液流入位于所述两根支撑杆下方的一容器内，使用的柠檬酸溶液和茶皂素溶液的体积比为1∶1；
步骤四、淋洗完成后，回收所述淋洗装置和所述含重金属的淋洗液集中处理，彻底将络合的重金属淋洗并清除出土壤；
步骤五、在步骤四完成后的土壤表面施加2cm厚度的柑橘属水果残渣，与土壤表层以下25cm厚的土壤翻耕混合均匀后，套种向日葵和印度芥菜，待植物成熟后收割地上部分的所有生物质，进行集中处理。
所述的重金属污染土壤的修复方法中，所述排液管均连接水泵，所述水泵的功率使得所述柠檬酸溶液和所述茶皂素溶液流至土壤表面。
所述的重金属污染土壤的修复方法中，所述旋转机构均连接至一驱动装置，所述驱动装置驱动所述旋刀旋转以翻耕土壤，所述旋刀旋转的角度与水平面的夹角为α，0°≤α≤180°。
所述的重金属污染土壤的修复方法中，所述两根支撑杆和所述容器之间设置有三层过滤网。
使用本发明的方法后，重金属污染较严重的土壤中的Cu、Pb、Zn、和Cd的去除率均达到96％，土壤中的Sr、Se和等的去除率均达到88％以上。
本发明中首先使用腐殖酸沤肥络合土壤中的一些重金属，然后依次使用柠檬酸溶液和茶皂素溶液进行淋洗，柠檬酸可以结合Cd、Ni等重金属离子，茶皂素可以结合Cu、Zn、Pb和Cd等重金属离子，使用时严格按照先使用柠檬酸溶液和茶皂素溶液的先后顺序淋洗，不用额外添加酸或碱调节pH，柠檬酸类似于EDTA的作用，可在一定程度上强化茶皂素对重金属的解吸。之后在处理过的土壤中埋入柑橘属水果残渣，种植向日葵和印度芥菜这两种重金属富集植物，水果残渣中的有机成分会影响土壤中重金属离子的状态，从而使向日葵和印度芥菜更易于富集更多的重金属离子，向日葵主要富集Sr、Pb、Cs等重金属而印度芥菜主要富集Cs、Pb、Cd和Se等重金属离子，套种两种植物可以同时除去土壤中的多种重金属离子。通过本发明提供的方法可以彻底去除土壤中的多种重金属离子，土壤中各种重金属离子去除率均很高，彻底改良土壤，而且成本低，效果好，易于实施。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (6)
1.一种重金属污染土壤的修复方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、在重金属污染土壤的表面施加1～5cm厚度的腐殖酸，将污染的土壤表层以下20～30cm厚的土壤与所述腐殖酸通过翻耕混合均匀，反应7～15天；
步骤二、经步骤一处理后，在土壤被重金属污染所达到的区域的下方预埋多个淋洗装置，所述淋洗装置包括多根彼此平行排列的排液管，所述排液管的两端均封死而在其上侧壁上开设若干孔洞，所述排液管的两端均分别架设在两根支撑杆上，每两根排液管之间设置一旋转机构，所述旋转结构包括刀轴和设置在所述刀轴上的旋刀，所述刀轴的两端分别架设在所述两根支撑杆上；
步骤三、依次将质量体积浓度为0.05～0.15mol/L的柠檬酸溶液和质量体积浓度5％～25％的茶皂素溶液泵入到所述淋洗装置中，通过所述排液管的孔洞喷出淋洗液并分别淋洗土壤27～36h和9～12h，含重金属的淋洗液流入位于所述两根支撑杆下方的一容器内，使用的柠檬酸溶液和茶皂素溶液的体积比为1∶1～6∶1；
步骤四、淋洗完成后，回收所述淋洗装置和所述含重金属的淋洗液集中处理；
步骤五、在步骤四完成后的土壤表面施加1～2cm厚度的柑橘属水果残渣，与土壤表层以下20～30cm厚的土壤翻耕混合均匀后，套种向日葵和印度芥菜，待植物成熟后收割地上部分的所有生物质，进行集中处理。
2.如权利要求1所述的重金属污染土壤的修复方法，其特征在于，所述排液管均连接水泵，所述水泵的功率使得所述柠檬酸溶液和所述茶皂素溶液流至土壤表面。
3.如权利要求1所述的重金属污染土壤的修复方法，其特征在于，所述柠檬酸溶液的质量体积浓度为0.1mol/L，所述茶皂素溶液的质量体积浓度为20％，使用的所述柠檬酸溶液和所述茶皂素溶液的体积比为3∶1。
4.如权利要求1所述的重金属污染土壤的修复方法，其特征在于，所述旋转机构均连接至一驱动装置，所述驱动装置驱动所述旋刀旋转以翻耕土壤，所述旋刀旋转的角度与水平面的夹角为α，0°≤α≤180°。
5.如权利要求1所述的重金属污染土壤的修复方法，其特征在于，所述两根支撑杆和所述容器之间设置有至少一层过滤网。
6.如权利要求1所述的重金属污染土壤的修复方法，其特征在于，所述茶皂素为自制，制作茶皂素的的方法为：将茶麸与水按照质量比例1∶5混合，浸泡2h，温度为40～45℃，搅拌转速为50～100rpm；分离茶麸渣，清液按质量分数比例5％加入絮凝剂PAC浸泡2h，温度为40～45℃，搅拌转速为50～100rpm；再次分离，得到清液即为茶皂素溶液。
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