CN104001715A

CN104001715A - 一种原位固化-移除土壤重金属的方法

Info

Publication number: CN104001715A
Application number: CN201410240226.9A
Authority: CN
Inventors: 吕银祥
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 2014-06-03
Filing date: 2014-06-03
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2034-06-03
Also published as: CN104001715B

Abstract

本发明属于土壤修复领域，涉及一种原位固化-移除土壤重金属的方法。本发明提出的方法是将秸秆绳改性，施布至重金属超标土壤中，再将吸附有重金属的秸秆绳从土壤中取出，完成土壤重金属的原位固化-移除。本发明提出的方法具有以下优点：（1）成本低；加工及施用不依赖于大型机器设备，便于推广和应用；（2）绿色环保；秸秆绳是可再生生物质材料，对土壤环境的干扰性小；（3）修复效果好：克服了传统原位固定-钝化技术仅仅将重金属生物有效性降低，但重金属仍然留存于土壤，重金属污染风险始终存在的缺点；（4）净化效率高；克服了植物修复法耗时数年，土壤闲置时间长的缺点。本发明提出的方法既可用于重金属超标的土壤净化，市场前景广阔。

Description

一种原位固化-移除土壤重金属的方法

技术领域

本发明属于土壤修复领域，涉及一种原位固化-移除土壤重金属的方法。

背景技术

土壤重金属污染具有隐蔽性、滞后性、累积性和不可逆转性等特点，因此其治理较为困难。目前，重金属超标土壤原位治理技术主要是固定钝化技术和植物修复技术。

固定钝化技术是指通过往土壤中加入固定剂，调节和改变重金属在土壤中的物理化学性质，使其产生沉淀、吸附、离子交换、腐殖化和氧化一还原等一系列反应，降低其在土壤环境中的生物有效性和可迁移性，从而减少这些重金属元素对动植物的毒性。由于其成本低廉、操作方便、效果快速，使其在对污染土壤的治理中得到广泛应用。但无论施用哪种固定剂，最终被吸附钝化的重金属都留在土壤中，并可能随着环境条件的改变，生物有效性也可能恢复，造成土壤反复污染。

植物修复作为一种“绿色”的污染治理手段，既有较高的生态效益、易于被大众接受，又有成本低、甚至可以获得一定经济回报的优点。目前，对植物修复技术的研究主要集中在以下3个方面：超富集植物修复土壤重金属污染、基因植物修复土壤重金属污染、微生物修复。但植物修复存在品种不足、耗时较长，农业减产的缺点。

以秸秆作为土壤重金属固定钝化材料，在国内外有关研究和应用。黄巧云等（CN101722182A）将含水量为5％的水稻秸秆粉碎至小于或等于2厘米的秸秆，将所述秸秆与所述受重金属污染的0-20cm的表层土壤混合处理90天，按污染土壤中镉含量为4.55mg/kg为标准，在种植白菜的地块秸秆使用量为15.4吨/公顷，在种植小麦的地块秸秆使用量为23.2吨/公顷，该发明为受重金属镉污染的农田土壤提供了一种节能、快速、环境友好的原位修复方法。Li等(SOIL & SEDIMENT CONTAMINATION Volume: 23 Issue: 3 Pages: 328-338, Published: JAN 1 2014)将稻秸秆与真菌黄霉素复合应用来修复含重金属的土壤，发现复合处理工艺降低了可被酸萃取的Cu和Cd的量，分别下降15.4-25.1% 和20.2-27.3%, 同时提高了可氧化的Cu和Cd的量，分别增加了16.1-18.0%和 72.1-98.4%，这种方法有望降低土壤重金属的生物有效性，改善土壤微生物的性质。Cui等（GEODERMA Volume: 146 Issue: 1-2 Pages: 370-377, Published: JUL 31 2008）研究了稻秸秆对土壤中重金属Cu和Cd物种形成的影响，将重6%的秸秆加入到重金属化学分布的土壤中，考察1、3、6月放置后土壤中的可溶性重金属浓度，实验表明秸秆提高了土壤的pH值约0.4，铜离子和镉离子的浓度分别下降93nmol/l和4nmol/l。已有的秸秆固定钝化重金属的方法能有效降低重金属的生物有效性，但一个根本性的问题并没有得以解决：那就是重金属依然还存留在土壤环境中，随着环境条件的改变，特别是留存土壤多年后秸秆的降解，重金属又迁移到土壤中，土壤安全威胁没有得到根本性的解除。

本发明的创新性在于：（1）针对传统土壤原位修复方法，不能避免土壤重金属污染反复的缺点，将改性稻麦秸秆绳作为重金属吸附材料，实现土壤重金属的原位固化-移除，从根本上解决土壤重金属污染反复的问题。（2）秸秆绳是可再生、可降解生物质材料，在土壤修复工程中对土壤环境的干扰性小。（3）秸秆绳重金属吸附材料原材料来源广，加工及施用不依赖于大型机器设备，便于推广和应用。

发明内容

本发明属于土壤修复领域，涉及一种原位固化-移除土壤重金属的方法。本发明提出的方法是将秸秆绳改性，施布至重金属超标土壤中，再将吸附有重金属的秸秆绳从土壤中取出，完成土壤重金属的原位固化-移除。本发明提出的方法具有以下优点：（1）成本低；秸秆绳重金属吸附材料原材料来源广，加工及施用不依赖于大型机器设备，便于推广和应用；（2）绿色环保；秸秆绳是可再生、可降解生物质材料，在土壤修复工程中对土壤环境的干扰性小；（3）修复效果好：克服了传统原位固定-钝化技术仅仅将重金属生物有效性降低，但重金属仍然留存于土壤，重金属污染风险始终存在的缺点；（4）净化效率高；克服了植物修复法耗时数年，土壤闲置时间长的缺点。

本发明提出的原位固化-移除土壤重金属的方法，其特征在于：

1）改性秸秆绳制备：将秸秆绳置于改性溶液中1~2小时，取出，置于烘箱中，于80~100℃烘烤5~10分钟，得改性秸秆绳。其中，秸秆绳为稻秸秆绳、麦秸秆绳中的任意一种，秸秆绳的直径为5mm~25mm；改性溶液的溶质为甲壳素、尿素、氨水（质量浓度为27%)中的任意一种；溶剂为水、醋酸水溶液（体积浓度为2%）中的任意一种；改性溶液的质量浓度为0.1%~5%；秸秆绳与改性溶液的固液比为1Kg/10L。

2）土壤重金属原位固化：将改性秸秆绳以平行排列的方式施用至重金属超标土壤中，放置15~45天。其中，重金属为Cu、Zn、Pb中的任意一种，秸秆绳埋入土壤地表深度为10~20cm，秸秆绳间隔距离为10~20cm，改性秸秆绳的施用量为300~400Kg/亩；土壤质量含水量为20%~40%，土壤pH值为6～7。

3）土壤重金属移除：将吸附重金属的改性秸秆绳从土壤中取出，完成土壤重金属原位固化-移除。

本发明提出的原位固化-移除土壤重金属的方法既可用于重金属超标农田的净化，也可用于工业区、尾矿区以及城市垃圾填埋区的土壤净化，市场前景广阔。

附图说明

图1为秸秆绳重金属吸附材料的实物照片。

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述本发明

实施例1

将直径为5mm的稻秸秆绳置于改性溶液（溶质为甲壳素，溶剂为体积浓度为2%的醋酸水溶液，甲壳素质量浓度为0.1%）中，秸秆绳与改性溶液的固液比为1Kg/10L ，改性反应1小时后取出，置于烘箱中，于80℃烘烤5分钟，得改性秸秆绳。将改性秸秆绳以平行排列的方式施用至重金属Cu超标土壤中，秸秆绳埋入土壤地表深度为10cm，秸秆绳间隔距离为10cm，改性秸秆绳的施用量为300Kg/亩，控制土壤质量含水量为20%~40%，土壤pH值为6～7， 15天后将改性秸秆绳从土壤中取出，完成土壤重金属原位固化-移除，改性秸秆绳的重金属吸附量为11.3g（重金属）/kg（秸秆）。

实施例2

将直径为25mm的麦秸秆绳置于改性溶液（溶质为尿素，溶剂为水，尿素质量浓度为5%）中，秸秆绳与改性溶液的固液比为1Kg/10L ，改性反应2小时后取出，置于烘箱中，于100℃烘烤10分钟，得改性秸秆绳。将改性秸秆绳以平行排列的方式施用至重金属Zn超标土壤中，秸秆绳埋入土壤地表深度为20cm，秸秆绳间隔距离为20cm，改性秸秆绳的施用量为400Kg/亩，控制土壤质量含水量为20%~40%，土壤pH值为6～7，45天后将改性秸秆绳从土壤中取出，完成土壤重金属原位固化-移除，改性秸秆绳的重金属吸附量为10.1g（重金属）/kg（秸秆）。

实施例3

将直径为15mm的麦秸秆绳置于改性溶液（溶质为氨水，溶剂为水，氨质量浓度为3%）中，秸秆绳与改性溶液的固液比为1Kg/10L ，改性反应1.5小时后取出，置于烘箱中，于100℃烘烤5分钟，得改性秸秆绳。将改性秸秆绳以平行排列的方式施用至重金属Pb超标土壤中，秸秆绳埋入土壤地表深度为10cm，秸秆绳间隔距离为20cm，改性秸秆绳的施用量为300Kg/亩，控制土壤质量含水量为20%~40%，土壤pH值为6～7，30天后将改性秸秆绳从土壤中取出，完成土壤重金属原位固化-移除，改性秸秆绳的重金属吸附量为9.9g（重金属）/kg（秸秆）。

实施例4

将直径为10mm的稻秸秆绳置于改性溶液（溶质为尿素，溶剂为体积浓度为2%的醋酸水溶液，尿素质量浓度为2%）中，秸秆绳与改性溶液的固液比为1Kg/10L ，改性反应1小时后取出，置于烘箱中，于80℃烘烤10分钟，得改性秸秆绳。将改性秸秆绳以平行排列的方式施用至重金属Cu超标土壤中，秸秆绳埋入土壤地表深度为15cm，秸秆绳间隔距离为15cm，改性秸秆绳的施用量为350Kg/亩，控制土壤质量含水量为20%~40%，土壤pH值为6～7， 40天后将改性秸秆绳从土壤中取出，完成土壤重金属原位固化-移除，改性秸秆绳的重金属吸附量为11.6g（重金属）/kg（秸秆）。

实施例5

将直径为20mm的麦秸秆绳置于改性溶液（溶质为尿素，溶剂为体积浓度为2%的醋酸水溶液，尿素质量浓度为3%）中，秸秆绳与改性溶液的固液比为1Kg/10L ，改性反应2小时后取出，置于烘箱中，于100℃烘烤10分钟，得改性秸秆绳。将改性秸秆绳以平行排列的方式施用至重金属Pb超标土壤中，秸秆绳埋入土壤地表深度为12cm，秸秆绳间隔距离为18cm，改性秸秆绳的施用量为380Kg/亩，控制土壤质量含水量为20%~40%，土壤pH值为6～7， 20天后将改性秸秆绳从土壤中取出，完成土壤重金属原位固化-移除，改性秸秆绳的重金属吸附量为13.3g（重金属）/kg（秸秆）。

实施例6

将直径为15mm的麦秸秆绳置于改性溶液（溶质为甲壳素，溶剂为体积浓度为2%的醋酸水溶液，甲壳素质量浓度为1%）中，秸秆绳与改性溶液的固液比为1Kg/10L ，改性反应2小时后取出，置于烘箱中，于100℃烘烤8分钟，得改性秸秆绳。将改性秸秆绳以平行排列的方式施用至重金属Zn超标土壤中，秸秆绳埋入土壤地表深度为20cm，秸秆绳间隔距离为15cm，改性秸秆绳的施用量为340Kg/亩，控制土壤质量含水量为20%~40%，土壤pH值为6～7， 25天后将改性秸秆绳从土壤中取出，完成土壤重金属原位固化-移除，改性秸秆绳的重金属吸附量为11.8g（重金属）/kg（秸秆）。

Claims

1.一种原位固化-移除土壤重金属的方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）改性秸秆绳制备：将秸秆绳置于改性溶液中1~2小时，取出，置于烘箱中，于80~100℃烘烤5~10分钟，得改性秸秆绳；其中，秸秆绳为稻秸秆绳、麦秸秆绳中的任意一种，秸秆绳的直径为5mm~25mm；改性溶液的溶质为甲壳素、尿素或质量浓度为27%的氨水中的任意一种；溶剂为水或体积浓度为2%的醋酸水溶液；改性溶液的质量浓度为0.1%~5%；秸秆绳与改性溶液的固液比为1Kg/10L；

（2）土壤重金属原位固化：将改性秸秆绳以平行排列的方式施用至重金属超标土壤中，放置15~45天；其中，重金属为Cu、Zn、Pb中的任意一种，秸秆绳埋入土壤地表深度为10~20cm，秸秆绳间隔距离为10~20cm，改性秸秆绳的施用量为300~400Kg/亩；土壤质量含水量为20%~40%，土壤pH值为6～7；

（3）土壤重金属移除：将吸附重金属的改性秸秆绳从土壤中取出，完成土壤重金属原位固化-移除。