CN105964667A - 一种去除重金属铅的土壤修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种去除重金属铅的土壤修复方法。本方法创造性的利用了氧化葡萄杆菌的生物发酵特性，在D‑山梨醇和土壤中固有的各类营养成分的参与下，氧化葡萄杆菌内部发生内酯化反应，最终发酵产出L‑抗坏血酸（维生素C），再利用L‑抗坏血酸能够与重金属铅结合，生成无毒且密度显著大于土壤颗粒的无机盐类，并通过振动分选操作从土壤中予以分离去除。同时，利用D‑山梨醇参与生物发酵反应所产出的L‑抗坏血酸，其成本远远低于直接向土壤中添加L‑抗坏血酸，可大大降低土壤修复处理的物料成本。

Description

一种去除重金属铅的土壤修复方法
技术领域
本发明涉及一种去除土壤中重金属铅的土壤修复方法，属于环境保护中的土壤修复领域。
背景技术
随着全球人口的增长和工业化进程的加快，土壤与环境的保护以及农业的可持续发展以成为当今世界人类面临的重要课题。重金属是主要的土壤无机污染物，重金属的污染是不可逆转的。在过去二十多年中，人们已就经过不同途径引入的重金属对土壤生态环境的污染进行了广泛的研究。
铅是自然界常见的重金属元素之一，同时也是重要的污染重金属元素之一。铅是人类、动物、植物的非必需元素，土壤中的铅分为自然来源和人为来源，前者主要来自矿物和岩石中的本底值，后者主要来源于大气降尘、污泥、城市垃圾的土地利用以及采矿和金属加工业等。土壤是植物吸收铅的主要媒介，当土壤遭受铅污染后，植物就有可能吸收较多的铅，甚至超积累吸收；直接使用城市工业废水进行农田灌溉也能将大量的铅带入土壤中；铅矿开采、冶炼以及一些杀虫剂的使用都会导致铅在土壤中的积累。
现有的铅污染土壤治理修复技术主要包括稳定固化法、物理方法和生物修复法三种方法。
（1）稳定固化法：此法通过向土壤中有针对性的投加重金属稳化剂，利用稳化剂对重金属的吸附、氧化还原、拮抗或沉淀作用，降低重金属的生物有效性，使重金属颗粒矿化，失去与外界反应的条件，从而降低土壤重金属的浓度。此法对土壤进行原位修复，节约了搬运费用和储存场地费用，环境污染小，是目前消除土壤重金属污染的有效方法。但是，该方法需向土壤中投加大量化学药剂，会产生很高的物料消耗成本，同时，还向土壤中引入了大量化学物质，会对土壤生态环境造成不可逆的影响。
（2）物理方法：物理方法是利用重金属铅在土壤中的迁移速度比较慢的特点，将含有重金属铅的土壤转移出去的一种修复技术，主要包括换土法和客土翻土法。物理方法虽然具有技术路线简单、适用性广泛等优点，但是其实施成本很高，而且，经置换出的土壤，其铅污染依旧存在，还需要耗费更多的人力、物力和财力来对其进行无害化处理。
（3）生物方法：主要以植物修复法为代表。植物修复法是利用植物及其根系圈微生物体系的吸收、挥发、转化和降解的作用机制，来清除环境中污染物质的一项新兴的污染治理技术，它以费用低、不破坏场地结构、净化环境等优点成为修复铅污染土壤的热门技术。具体来说，利用植物本身特有的污染物转化特性，通过氧化、还原或水解作用，使污染物得以降解和脱毒的能力，利用植物根系圈特殊的生态条件，加速土壤微生物的生长，显著提高根系圈微环境中微生物的生物量和潜能，从而提高对土壤中有机污染物的分解作用的能力。但是，可供利用的植物种类很少，所以就造成了治理的局限性。
目前，现有的土壤重金属铅污染治理技术普遍存在成本高、效率低、生态影响严重、技术局限性大等不足。因此，有必要摆脱现有的技术思路，开辟出治理土壤中重金属铅污染，实现土壤修复的新途径，进而开发一种全新形式的去除土壤中重金属铅的土壤修复技术。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种去除重金属铅的土壤修复方法，待修复的含有重金属铅的土壤集中储存于原土料斗中，在此进行集中收集并完成初步稳定过程，原土料斗中的待修复土壤通过螺旋提升输送机输送至鼓风分选机，在此去除土壤中的塑料、纸张等低密度、大体积杂物，鼓风分选机的出口通过传送带连接振动筛分机，在此去除土壤中较高密度、大粒径的杂质，振动筛分机的出口通过传送带连接磁力筛分机，在此去除土壤中的金属杂质，磁力筛分机的出口通过传送带连接研磨粉碎机，在此将土壤研磨至粒径小于10mm，研磨粉碎机的出口通过传送带连接生物发酵-铅盐化反应器，生物发酵-铅盐化反应器的出料口通过传送带连接调节式喷淋塔，在此进行进一步淋洗净化，去除可溶性杂质，调节式喷淋塔的出口通过传送带连接电热鼓风烘干机，在此将经淋洗土壤中所含的水分烘干去除，电热鼓风烘干机的出口通过传送带连接修复土壤储仓，经修复后的土壤外运再利用，同时，从生物发酵-铅盐化反应器的废渣排口排出的含有重金属铅的废渣经集中回收后可进行铅的再提炼。
其中，生物发酵-铅盐化反应器材质采用锰合金钢，反应器左上部设有土壤进料口，左下部设有土壤出料口，右下部设有废渣排口，反应器中部安装有生物发酵仓，并通过传送带与土壤进料口相连接，反应器顶部通过固定支架安装有一支搅拌桨叶和两支雾化喷头，搅拌桨叶伸入生物发酵仓中部，而雾化喷头位于生物发酵仓上方，生物发酵仓底部并排安装有4部电加热装置，生物发酵仓下方出口处安装有一支旋转输送桨叶，反应器底部设有一套振动分选床，其左、右两侧分别通过传送带连接至土壤出料口和废渣排口。经过研磨粉碎处理后的细颗粒土壤，通过生物发酵-铅盐化反应器左上部的土壤进料口进入反应器内部，并经输送带直接输送至生物发酵仓内，此时，位于生物发酵仓上方的两支雾化喷头启动，开始向生物发酵仓内的待处理土壤喷射含有氧化葡萄杆菌菌株和D-山梨醇的混合溶液，同时，位于生物发酵仓中间位置的搅拌桨叶也开始旋转，可将生物发酵仓内的土壤搅拌均匀，使氧化葡萄杆菌菌株和D-山梨醇的混合溶液与土壤充分混合后，生物发酵进程随之开始，在180min的停留发酵时间内，位于生物发酵仓底部的4部电加热装置将整个发酵仓中的土壤温度加热至适宜氧化葡萄杆菌生长的（30~35℃），在D-山梨醇和土壤中固有的各类营养成分的参与下，氧化葡萄杆菌内部发生内酯化反应，最终发酵产出L-抗坏血酸（维生素C），L-抗坏血酸随即与土壤中的重金属铅发生结合反应，生成无毒且密度显著大于土壤颗粒的无机盐类，经发酵处理后的土壤与无机铅盐混合物，在生物发酵仓下方出口处旋转输送桨叶的旋转输送作用下，适量的土壤与无机铅盐混合物会从生物发酵仓下方出口排出，并依靠重力作用下落至振动分选床处，振动分选床以17.2°的倾斜角度和35.5Hz的振动频率进行振动分选，可将经过净化处理后的土壤与已生成的无机铅盐分离开来，其中，经过净化处理后的土壤经土壤出料口排出，并进入下一土壤处理工序，而经过振动分选得到的无机铅盐经废渣排口排出，经集中回收后进行铅的再提炼。其中，鼓风分选机的作用是通过鼓风吹扫，将土壤中的塑料、纸张等低密度、大体积杂物分离并去除；其中，振动筛分机的作用是通过振动分选，去除土壤中较高密度、大粒径的杂质；其中，磁力筛分机的作用是利用电磁力吸引并去除土壤中的金属杂质；其中，调节式喷淋塔的作用是将经过三级微生物喷淋降解反应器处理后的土壤进行淋洗，进一步除去其中的可溶性杂质。
进一步，生物发酵-铅盐化反应器的内部容积为320m3，其中，生物发酵仓的有效容积为125m3，土壤平均停留发酵时间为180min。
进一步，生物发酵-铅盐化反应器的搅拌桨叶的工作电压为380V，旋转搅拌速度为5转/min，其雾化喷头的工作电压为15V，能够产生直径约为15μm的雾化液滴，工作压力范围为15~50kg。
进一步，生物发酵-铅盐化反应器的电加热装置的工作电压为380V，加热温度范围为28~40℃。
进一步，生物发酵-铅盐化反应器的振动分选床的工作电压为380V，振动斜面角度精确固定为17.2°，振动频率为35.5Hz。
本发明的优点在于：
（1）本方法摆脱了现有的重金属铅污染土壤修复处理工艺，创造性的利用了氧化葡萄杆菌能够通过生物发酵过程产生L-抗坏血酸即维生素C的特性，同时还利用了L-抗坏血酸能够与重金属铅结合，并生成难溶于水且无毒的盐类的反应，并最终通过振动分选操作从土壤中予以分离去除，该方法对土壤中重金属铅的选择性很强，是非常有针对性的处理方法，其处理效率可达99.8%。
（2）本方法所使用的氧化葡萄杆菌和D-山梨醇、以及生物发酵过程所产出的L-抗坏血酸均对人体和环境无害，且反应生成的含铅无机盐类全部经过回收提炼再利用，不会排放至环境中。因此，本方法是一种无公害的净化处理方法。
（3）本方法在使用氧化葡萄杆菌和D-山梨醇这两种处理物料的同时，还最大限度的利用了土壤中固有的各类营养成分，最大限度的节省了处理物料成本，具有较高的经济效益。
（4）本方法原理简单易行，设计施工成本较低，并且处理效果较好，运行维护成本很低，有利于大范围推广应用。
附图说明
图1是本发明的设备示意图。
图中：1-原土料斗、2-鼓风分选机、3-振动筛分机、4-磁力筛分机、5-研磨粉碎机、6-生物发酵-铅盐化反应器、7-调节式喷淋塔、8-电热鼓风烘干机、9-修复土壤储仓
图2是生物发酵-铅盐化反应器的示意图。
61-土壤进料口、62-生物发酵仓、63-搅拌桨叶、64-雾化喷头、65-电加热装置、66-旋转输送桨叶、67-振动分选床、68-土壤出料口、69-废渣排口。
具体实施方式
如图1所示，一种去除重金属铅的土壤修复方法，待修复的含有重金属铅的土壤集中储存于原土料斗1中，在此进行集中收集并完成初步稳定过程，原土料斗1中的待修复土壤通过螺旋提升输送机输送至鼓风分选机2，在此去除土壤中的塑料、纸张等低密度、大体积杂物，鼓风分选机2的出口通过传送带连接振动筛分机3，在此去除土壤中较高密度、大粒径的杂质，振动筛分机3的出口通过传送带连接磁力筛分机4，在此去除土壤中的金属杂质，磁力筛分机4的出口通过传送带连接研磨粉碎机5，在此将土壤研磨至粒径小于10mm，研磨粉碎机5的出口通过传送带连接生物发酵-铅盐化反应器6，生物发酵-铅盐化反应器6的出料口68通过传送带连接调节式喷淋塔7，在此进行进一步淋洗净化，去除可溶性杂质，调节式喷淋塔7的出口通过传送带连接电热鼓风烘干机8，在此将经淋洗土壤中所含的水分烘干去除，电热鼓风烘干机8的出口通过传送带连接修复土壤储仓9，经修复后的土壤外运再利用，同时，从生物发酵-铅盐化反应器6的废渣排口69排出的含有重金属铅的废渣经集中回收后可进行铅的再提炼。其中，生物发酵-铅盐化反应器6材质采用锰合金钢，内部容积为320m3，反应器左上部设有土壤进料口61，左下部设有土壤出料口68，右下部设有废渣排口69，反应器中部安装有生物发酵仓62，有效容积为125m3，并通过传送带与土壤进料口61相连接，反应器顶部通过固定支架安装有一支搅拌桨叶63和两支雾化喷头64，搅拌桨叶63伸入生物发酵仓62中部，而雾化喷头64位于生物发酵仓上方，生物发酵仓62底部并排安装有4部电加热装置65，生物发酵仓62下方出口处安装有一支旋转输送桨叶66，反应器底部设有一套振动分选床67，其左、右两侧分别通过传送带连接至土壤出料口68和废渣排口69。经过研磨粉碎处理后的细颗粒土壤，通过生物发酵-铅盐化反应器6左上部的土壤进料口61进入反应器内部，并经输送带直接输送至生物发酵仓62内，此时，位于生物发酵仓62上方的两支雾化喷头64启动，开始向生物发酵仓62内的待处理土壤喷射含有氧化葡萄杆菌菌株和D-山梨醇的混合溶液，同时，位于生物发酵仓62中间位置的搅拌桨叶63也开始旋转，可将生物发酵仓内62的土壤搅拌均匀，使氧化葡萄杆菌菌株和D-山梨醇的混合溶液与土壤充分混合后，生物发酵进程随之开始，在180min的停留发酵时间内，位于生物发酵仓62底部的4部电加热装置65将整个发酵仓中的土壤温度加热至适宜氧化葡萄杆菌生长的（30~35℃），在D-山梨醇和土壤中固有的各类营养成分的参与下，氧化葡萄杆菌内部发生内酯化反应，最终发酵产出L-抗坏血酸（维生素C），L-抗坏血酸随即与土壤中的重金属铅发生结合反应，生成无毒且密度显著大于土壤颗粒的无机盐类，经发酵处理后的土壤与无机铅盐混合物，在生物发酵仓62下方出口处旋转输送桨叶66的旋转输送作用下，适量的土壤与无机铅盐混合物会从生物发酵仓62下方出口排出，并依靠重力作用下落至振动分选床67处，振动分选床67以17.2°的倾斜角度和35.5Hz的振动频率进行振动分选，可将经过净化处理后的土壤与已生成的无机铅盐分离开来，其中，经过净化处理后的土壤经土壤出料口68排出，并进入下一土壤处理工序，而经过振动分选得到的无机铅盐经废渣排口69排出，经集中回收后进行铅的再提炼。其中，鼓风分选机2的作用是通过鼓风吹扫，将土壤中的塑料、纸张等低密度、大体积杂物分离并去除；其中，振动筛分机3的作用是通过振动分选，去除土壤中较高密度、大粒径的杂质；其中，磁力筛分机4的作用是利用电磁力吸引并去除土壤中的金属杂质；其中，调节式喷淋塔7的作用是将经过三级微生物喷淋降解反应器处理后的土壤进行淋洗，进一步除去其中的可溶性杂质。
通过本方法处理后的土壤，其重金属铅的去除效率可达99.8%。
生物发酵-铅盐化反应器6，搅拌桨叶63的工作电压为380V，旋转搅拌速度为5转/min，雾化喷头64的工作电压为15V，能够产生直径约为15μm的雾化液滴，工作压力范围为15~50kg。电加热装置65的工作电压为380V，加热温度范围为28~40℃。振动分选床67的工作电压为380V，振动斜面角度精确固定为17.2°，振动频率为35.5Hz。

Claims (6)

1.一种去除重金属铅的土壤修复方法，其特征在于，储存于原土料斗中的待修复的含有重金属铅的土壤通过螺旋提升输送机输送至鼓风分选机，在此去除土壤中的塑料、纸张等低密度、大体积杂物，鼓风分选机的出口通过传送带连接振动筛分机，在此去除土壤中较高密度、大粒径的杂质，振动筛分机的出口通过传送带连接磁力筛分机，在此去除土壤中的金属杂质，磁力筛分机的出口通过传送带连接研磨粉碎机，在此将土壤研磨至粒径小于10mm，研磨粉碎机的出口通过传送带连接生物发酵-铅盐化反应器，生物发酵-铅盐化反应器的出料口通过传送带连接调节式喷淋塔，在此进行进一步淋洗净化，去除可溶性杂质，调节式喷淋塔的出口通过传送带连接电热鼓风烘干机，电热鼓风烘干机的出口通过传送带连接修复土壤储仓，经修复后的土壤外运再利用，同时从生物发酵-铅盐化反应器的废渣排口排出的含有重金属铅的废渣经集中回收后可进行铅的再提炼。
2.根据权利要求1所述的去除重金属铅的土壤修复方法，其特征在于，经过研磨粉碎处理后的细颗粒土壤，通过生物发酵-铅盐化反应器左上部的土壤进料口进入反应器内部，并经输送带直接输送至生物发酵仓内，此时位于生物发酵仓上方的两支雾化喷头启动，开始向生物发酵仓内的待处理土壤喷射含有氧化葡萄杆菌菌株和D-山梨醇的混合溶液，同时位于生物发酵仓中间位置的搅拌桨叶也开始旋转，可将生物发酵仓内的土壤搅拌均匀，使氧化葡萄杆菌菌株和D-山梨醇的混合溶液与土壤充分混合后，生物发酵进程随之开始，停留发酵时间内位于生物发酵仓底部的4部电加热装置将整个发酵仓中的土壤温度加热至约30~35℃，生成无毒且密度显著大于土壤颗粒的无机盐类，经发酵处理后的土壤与无机铅盐混合物在生物发酵仓下方出口处旋转输送桨叶的旋转输送作用下从生物发酵仓下方出口排出，并依靠重力作用下落至振动分选床处进行振动分选，将经过净化处理后的土壤与已生成的无机铅盐分离开来，其中，经过净化处理后的土壤经土壤出料口排出，并进入下一土壤处理工序，而经过振动分选得到的无机铅盐经废渣排口排出，集中回收后进行铅的再提炼。
3.根据权利要求1所述的去除重金属铅的土壤修复方法，其特征在于，生物发酵-铅盐化反应器的内部容积为320m3，其中的生物发酵仓的有效容积为125m3，土壤平均停留发酵时间为180min。
4.根据权利要求1所述的去除重金属铅的土壤修复方法，其特征在于，生物发酵-铅盐化反应器的搅拌桨叶的工作电压为380V，旋转搅拌速度为5转/min，其雾化喷头的工作电压为15V，能够产生直径约为15μm的雾化液滴。
5.根据权利要求1所述的去除重金属铅的土壤修复方法，其特征在于，生物发酵-铅盐化反应器的电加热装置的工作电压为380V，加热温度范围约为28~40℃。
6.根据权利要求1所述的去除重金属铅的土壤修复方法，其特征在于，生物发酵-铅盐化反应器的振动分选床的工作电压为380V，振动斜面角度精确固定为17.2°，振动频率为35.5Hz。
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