CN105215050B - 利用农业废弃物处理土壤中放射性元素的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用农业废弃物处理土壤中放射性元素的方法，包括如下步骤：将农业废弃物在缺氧状态下裂解，得到生物碳质材料；将上述生物碳质材料，以土壤干土重计，按施加量为0.25％‑1.5％与受放射性元素污染的土壤混合。本发明通过使用生物碳质材料固定住土壤中放射性元素，减少放射性元素迁移，降低其潜在生态风险，缓解土壤放射性元素的污染。本发明方法操作简单、成本低廉、效果明显且对环境友好。
Description
技术领域
本发明涉及土壤原位修复技术领域，尤其涉及一种利用农业废弃物处理土壤中放射性元素的方法。
背景技术
目前，核能的安全使用，尤其是核电站已经成为一种潜力极大、备受各国青睐的技术。然而，自2011年3月发生的日本福岛核电站爆炸事故后，核能利用带来的潜在环境风险重新受到关注。储存放射性废物发生外泄，放射性元素就会直接进入周边土壤中，或放射性污染物质散发在大气、沉降于水源中,最后进入土壤(另有部分直接进入土壤),而放射性元素半衰期长,其污染物进入土壤后,危及生态系统的稳定,进入植物(包括粮食作物、蔬菜、果树),通过食物链进入人体,威胁人类的生命健康和其他生物的生存。
被放射性核素污染的土壤,其传统的修复方法常破坏环境,因此,对土壤放射性污染的防治对策或修复技术是要视污染情况而定。目前，采取的方法,大致分为间接防治法、直接治理法和生物修复技术三种。其中间接防治法间接防治就是先采用机械物理、化学、电化学和物理化学联合去污等方法对放射性污染水源、大型设备、车辆等进行去污，然后将放射性污染物焚烧、固化、掩埋,不要让放射性污染物质进入土壤；但是其成本高昂，应用规模较小，难以得到普及。土壤放射性污染直接治理法主要有:自然衰减消除法、化学处理法和物理填埋法，处理周期过长或经济成本高昂，应用范围较小。放射性核素污染土壤可利用耐辐射微生物、超积累植物和森林的吸附、截持作用等修复技术，对技术要求高，实施困难。现有的三种方法均难以根治土壤放射性元素污染，单一处理方法效率均有处理成本高昂，单种处理方法效果有限等缺陷，未能有效降低土壤放射性元素污染带来的生态风险。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用农业废弃物处理土壤中放射性元素的方法，解决现有处理土壤放射性元素污染的方法中缓解放射性元素污染缺位的问题。
为解决上述问题，一种利用农业废弃物处理土壤中放射性元素的方法，其特征在于，包括如下步骤：将农业废弃物在缺氧状态下，在一定的温度中裂解，得到生物碳质材料；将上述生物碳质材料，以土壤干土重计，按施加量为0.25％-1.5％与受放射性元素污染的土壤混合。
可选的，所述农业废弃物为园林树枝、稻壳、玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆中的一种或几种混合物。
可选的，所述放射性元素为碘131。
可选的，所述土壤包含离子态放射性元素。
可选的，所述土壤的有机质含量为0～5％，粘粒含量为5～40％。
可选的，所述土壤的pH值为4.5-5.5。
可选的，所述裂解时温度为350-450℃。
与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：
本发明利用农业废弃物制备生物碳质材料，利用生物碳质材料中生物碳具有多孔性、比表面积大、容重小、吸水和吸气能力强、阳离子交换量(CEC)大等特性，可以固定住土壤中放射性元素，减少放射性元素迁移，降低其潜在生态风险，缓解土壤放射性元素的污染。本发明方法操作简单、成本低廉、效果明显且对环境友好，可配合其他治理土壤放射性元素污染的方法使用。
另外根据实际所处的环境选择常见园林树枝、稻壳、玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆来制作生物碳质材料，有效的降低处理成本同时可以处理农业废弃物，实现以废治废。本发明对含有离子态放射性元素的土壤处理有着显著的效果。本发明中所述土壤的pH值为4.5-5.5时，本发明方法的处理效果更优。
附图说明
图1是本发明实施例一、二、三生物碳质材料施加量与处理后得到的不可利用态碘的百分比的数据图。
具体实施方式
下面结合附图，通过具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。
为避免重复，现将本具体实施方式所涉及的技术参数统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述农业废弃物为园林树枝、稻壳、玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆中一种或几种混合物，在质量分数为1～5％的KOH溶液中浸渍20～30h，用水洗至中性，干燥，得到制品在氮气保护下，在马弗炉中以350-450℃的温度下裂解，得到相应的生物碳质材料。根据实际所处的环境选择常见玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆来制作生物碳质材料，更有效的降低生产生物碳质材料的成本，同时可以处理农业废弃物，实现以废治废；本发明所用的原材料及来自当地的农业废弃物，所制得的生物碳质材料更温和，不会带入难以化学物质，该处理方法对环境更友好。
实施例一
本实施例中采取水稻秸秆为原材料，在经过处理后，在氮气保护下，于马弗炉中以350℃的温度进行煅烧，得到生物碳质材料。
碘131单质污染浓度为2.46mg/g的土壤，其有机质含量为0％，粘粒含量为5％，pH为7.0。在烧杯中加入100g污染土壤，然后投加1.0％生物碳质材料并混合均匀；同时以100g污染土壤添加1.0％无污染土壤作为对照。向土壤中加入1L纯水进行浸泡(相当于暴雨级别以上)，每8h进行一次搅拌，使水土得到充分接触。处理2天后，分别测定土壤固相中碘残留量和液相中碘含量，结果显示，处理后添加生物碳的土壤中碘残留量较无添加对照提高59.0％。
实施例二
本实施例中采取水稻秸秆为原材料，在经过处理后，在氮气保护下，于马弗炉中以450℃的温度进行煅烧，得到生物碳质材料。
碘131单质污染浓度为2.46mg/g的土壤，其有机质含量为5％，粘粒含量为40％，pH为4.5。在烧杯中加入100g污染土壤，然后投加1.5％生物碳质材料并混合均匀；同时以100g污染土壤添加1.5％无污染土壤作为对照。向土壤中加入1L纯水进行浸泡(相当于暴雨级别以上)，每8h进行一次搅拌，使水土得到充分接触。处理2天后，分别测定土壤固相中碘残留量和液相中碘含量，结果显示，处理后添加生物碳的土壤中碘残留量较无添加对照提高65.3％。
实施例三
本实施例中采取水稻秸秆为原材料，在经过处理后，在氮气保护下，于马弗炉中以400℃的温度进行煅烧，得到生物碳质材料。
碘131单质污染浓度为2.46mg/g的土壤，其有机质含量为3％，粘粒含量为30％，pH为5.5。在烧杯中加入100g污染土壤，然后投加1.0％生物碳质材料并混合均匀；同时以100g污染土壤添加1.0％无污染土壤作为对照。加入1L水进行浸泡(相当于暴雨级别以上酸雨)，每8h进行一次搅拌，使水土得到充分接触。处理2天后，分别测定土壤固相中碘残留量和液相中碘含量，结果显示，处理后添加生物碳的土壤中碘残留量较无添加对照提高77.1％，有着显著的提高。
实施例四
本实施例中采取水稻秸秆为原材料，在经过处理后，在氮气保护下，于马弗炉中以350℃的温度进行煅烧，得到生物碳质材料。
碘131单质污染浓度为2.46mg/g的土壤，其有机质含量为3％，粘粒含量为30％，pH为7.0。在烧杯中加入100g污染土壤，然后投加0.25％生物碳质材料并混合均匀；同时以100g污染土壤添加0.25％无污染土壤作为对照。向土壤中加入1L纯水进行浸泡(相当于暴雨级别以上)，每8h进行一次搅拌，使水土得到充分接触。处理2天后，分别测定土壤固相中碘残留量和液相中碘含量，结果显示，处理后添加生物碳的土壤中碘残留量较无添加对照提高34.8％。
以上四个实施例显示，在制作生物碳质材料，裂解时温度为350-450℃，制得生物碳质材料其比表面积更大，具有更多的芳环结构，产生的效果也更优。本发明对于碘131元素处理的效果更优。本发明对于土壤的有机质含量为0～5％，粘粒含量为5～40％处理效果更优。本发明对土壤pH为4.5-5.5时处理效果更优。
实施例五
本实施例中采取玉米秸秆为原材料，在经过处理后，在氮气保护下，于马弗炉中以350℃的温度进行煅烧，得到生物碳质材料。
以铯137离子污染浓度为0.55mg/g的土壤，其有机质含量为3％，粘粒含量为30％。在烧杯中加入100g污染土壤，然后撒施投加1.0％玉米秸秆生物碳质材料并混合均匀；同时以100g污染土壤添加1.0％无污染土壤作为对照。向土壤中加入1L纯水进行浸泡(相当于暴雨级别以上)，每8h进行一次搅拌，使水土得到充分接触。处理2天后，分别测定土壤固相中铯残留量和液相中铯含量，结果显示，处理后添加生物碳的土壤中铯离子残留量较无添加对照提高603.6％。
实施例六
本实施例中采取玉米秸秆为原材料，在经过处理后，在氮气保护下，于马弗炉中以450℃的温度进行煅烧，得到生物碳质材料。
以碘酸根离子(碘131)污染浓度为2.25mg/g的土壤，其有机质含量为3％，粘粒含量为30％。在烧杯中加入100g污染土壤，然后撒施投加1.0％玉米秸秆生物碳质材料并混合均匀；同时以100g污染土壤添加1.0％无污染土壤作为对照。向土壤中加入1L纯水进行浸泡(相当于暴雨级别以上)，每8h进行一次搅拌，使水土得到充分接触。处理2天后，测定土壤固相中碘残留量和液相中碘含量，结果显示，处理后添加生物碳的土壤中碘残留量较无添加对照提高797.4％。
实施例五、六中实验结果表明，本发明对包含离子态放射性元素污染土壤处理效果是非离子态的碘131元素的10倍左右，具有突出显著的效果。
本发明实施时，在大规模应用时，可根据当地情况选择制作生物碳质材料的原材料，可以有效降低生产成本，且其缺氧裂解设备根据实际情况进行选择。同时应了解土壤的基本特性(有机质含量、粒度含量、pH)，考虑加入生物碳质材料的百分比。具体操作时，将所制得的生物碳质材料，以土壤干土重计，按施加量为0.25％-1.5％播撒在受放射性元素污染的土壤中，通过翻耕的方式使得生物碳质材料与受放射性元素污染的土壤混合均匀。
综上所述，用农业废弃物制备生物碳质材料，降低其潜在生态风险，缓解土壤放射性元素的污染。本发明方法操作简单、成本低廉、效果明显且对环境友好，可配合其他治理土壤放射性元素污染的方法使用。另外可根据实际所处的环境选择农业废弃物，可有效的降低处理成本；同时可以处理农业废弃物，实现以废治废。本发明对含有离子态放射性元素的土壤处理有着突出显著的效果。本发明对土壤pH为4.5-5.5时处理效果更优。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (3)
1.一种利用农业废弃物处理土壤中放射性元素的方法，其特征在于，包括如下步骤：将农业废弃物在缺氧状态下裂解，得到生物炭质材料；将上述生物炭质材料，以土壤干土重计，按施加量为0.25％～1.5％与受放射性元素污染的土壤混合；所述放射性元素为碘131；所述土壤的有机质含量为0～5％，粘粒含量为5～40％；所述土壤的pH值为4.5～5.5；所述裂解时温度为350～450℃。
2.根据权利要求1所述的利用农业废弃物处理土壤中放射性元素的方法，其特征在于，所述土壤包含离子态放射元素。
3.根据权利要求1所述的利用农业废弃物处理土壤中放射性元素的方法，其特征在于，所述农业废弃物为园林树枝、稻壳、玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆中的一种或几种混合物。
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