CN106216379B

CN106216379B - 一种重金属污染土壤综合淋洗修复方法及系统

Info

Publication number: CN106216379B
Application number: CN201610801976.8A
Authority: CN
Inventors: 陈静; 李鸿博; 王琳玲; 石瑶; 陆晓华; 彭红; 潘红; 王洪
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2016-09-05
Filing date: 2016-09-05
Publication date: 2022-02-15
Anticipated expiration: 2036-09-05
Also published as: CN106216379A

Abstract

本发明公开了一种重金属污染土壤综合淋洗修复方法，其包括以下步骤：将土壤翻耕打碎，并施撒酸性和碱性淋洗剂固体材料，然后引水同时翻耕，将土壤中的重金属淋洗溶出并转入淋洗水中；淋洗水进入沉淀池中并加入混凝剂，使得淋洗水中的重金属经过混凝、沉淀而去除；淋洗水再排入微生物‑生物炭净化池中，利用生物炭炭包对重金属进行吸附，同时通过生物炭表面微生物对重金属进行富集；收集使用完毕的炭包，向其中加入稀酸溶液搅拌，解析出吸附于生物炭表面的重金属。本发明还公开了其相应的综合淋洗修复系统。本发明的技术方案大大提高了对重金属的吸附率，而且避免了重金属的二次污染，工艺流程简单、自动化程度高、成本较低。

Description

一种重金属污染土壤综合淋洗修复方法及系统

技术领域

本发明属于环境保护的土壤污染修复技术领域，更具体地，涉及一种重金属污染土壤综合淋洗修复方法及系统。

背景技术

近年来，伴随着矿产资源的大量开发利用，工业生产的迅猛发展和各种化学产品、农药及化肥的广泛使用，我国面临的土壤环境安全问题日益突出。重金属通过污水灌溉、大气烟尘沉降、垃圾填埋处理等途径进入土壤。重金属难降解、易积累、毒性大，对作物的生长、产量和品质都有影响，可被作物吸收进入食物链，从而影响人体健康。

据统计，每年因重金属污染的粮食达1200万t，因重金属污染导致的粮食减产超过107t，合计经济损失至少200亿元。土壤重金属污染日益严重导致土壤肥力退化、农作物产量降低和品质下降严重影响环境质量和经济的可持续发展，威胁到人们的食品安全和生命安全。重金属污染农田的修复治理已刻不容缓。

目前，重金属污染土壤修复方法主要有工程技术法(包括客土法、换土法和深耕翻土法)，物理化学法(包括电动法、电热法和淋洗法)，稳定固化法和生物修复法(包括植物修复和微生物修复)等。但每种方法都具有一些优点和缺点。比如客换土法对污染严重、面积小的土壤修复效果明显，但是工程量大，费用高；稳定固化法修复时间短，操作简便，但是只是改变重金属在土壤中的存在形态，重金属仍持留在土壤中；生物修复法可操作性强，不破坏土壤理化性质，不引起二次污染，但是修复周期性长，高浓度污染土壤效果较差。

相对而言，土壤淋洗修复技术工艺简单，修复效果稳定、彻底，周期短，并且对高浓度污染土壤的修复效率高，越来越受到重视。如中国专利，授权公告号为CN104259192B，公开了一种重金属污染农田土壤的生态水利修复系统及方法，其在水稻种植间歇期，顺次采取重金属污染土壤环保淋洗、田间退水强排和退水生态净化的循环处理，逐步将稻田土壤中的超标重金属转移入水体并予以处理，清洁稻田；在水稻种植期间，对稻田土壤淋洗后的残留重金属进行田间水肥联合管理，阻控重金属进入稻米。该系统及方法确保了重金属污染稻田土壤的治理和水稻的安全种植，但也存在一些问题，如其利用重金属吸附基质和超累积植物对重金属进行吸附，并定期对植物组织进行收割焚烧和安全填埋，一方面其对重金属的吸附率比较低，对含重金属的植物焚烧物进行填埋，造成了重金属的二次污染，没有实现重金属的有效利用，另一方面，其对于淋洗后的淤泥没有处理，长期容易造成系统功能故障，此外，其在稻田间铺设强化排水管和排水带，成本较高，不利于大面积推广应用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种重金属污染土壤综合淋洗修复方法及系统，其目的在于，解决现有重金属污染农田土壤修复方法中，药剂成本大，产生二次污染，淋洗液后处理不得当的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种重金属污染土壤综合淋洗修复方法，其包括以下步骤：

(1)将土壤翻耕打碎，并施撒酸性淋洗剂固体材料，然后引水同时翻耕，将酸性淋洗剂与土壤混合均匀，借助翻耕过程中的扰动将土壤中的重金属淋洗溶出并转入淋洗水中；

(2)施撒碱性淋洗剂固体材料，同时翻耕，将碱性淋洗剂与土壤混合均匀，借助翻耕过程中的扰动将土壤中的重金属淋洗溶出并转入淋洗水中；

(3)施用淋洗剂后，每天取样测量土壤淋洗水的重金属含量，相邻两次重金属浓度差小于10％时，单次淋洗过程结束，在施用碱性淋洗剂时，每次淋洗后，测量土壤PH值，当PH值大于5时淋洗过程结束；

(4)步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)中的淋洗水通过排水通道进入沉淀池中，向所述沉淀池中加入混凝剂，使得淋洗水中的重金属经过混凝、沉淀而去除；

(5)将步骤(4)中的淋洗水再排入微生物-生物炭净化池中，利用生物炭炭包对重金属进行吸附，同时通过生物炭表面微生物对重金属进行富集；

(6)收集步骤(5)中使用完毕的炭包，向其中加入稀酸溶液搅拌，解析出吸附于生物炭表面的重金属。

通过上述方案，对重金属污染的土壤进行多次淋洗，将土壤中的重金属转移入淋洗水中，然后对淋洗水进行混凝、沉淀处理，再利用生物炭炭包对重金属进行吸附，同时通过生物炭表面微生物对重金属进行富集，最后通过稀酸解析出吸附于生物炭表面的重金属，大大提高了对重金属的吸附率，而且避免了重金属的二次污染，而且该方法工艺流程简单、自动化程度高、成本较低。

进一步地，步骤(1)中所述酸性淋洗剂包括氯化铁、氯化钙、柠檬酸中的一种或多种，所述碱性淋洗剂为黄腐酸、三聚磷酸钠或硫酸铁胺中的一种或多种。

优选地，步骤(1)和步骤(2)中每种所述淋洗剂淋洗次数为1～3次。

进一步地，步骤(4)中所述混凝剂为聚合氯化铝、聚合氯化铝铁或聚丙烯酰胺中的一种或多种。

优选地，步骤(5)中微生物-生物炭净化池的水力停留时间为3～7天。

进一步地，步骤(6)中所属稀酸溶液为盐酸、硝酸或硫酸中的一种或多种。

作为本发明的另一个方面，提供一种重金属污染土壤综合淋洗修复系统，其包括沉淀子系统、重金属吸附子系统及贮水池子系统；

其中，所述沉淀子系统包括辐流式斜板沉淀池，其内设有斜管，底部有储泥斗，斜管用于将混凝、沉淀后的重金属及污泥自动排入储泥斗中；

所述重金属吸附系统包括微生物-生物炭净化池及炭包，所述炭包用于对淋洗水中的重金属进行吸附，同时生物炭表面的微生物用于对重金属进行富集；

所述贮水池子系统包括格栅，用于对吸附净化后的淋洗水进行过滤。

进一步地，所述重金属吸附子系统还包括支架，其设置在所述微生物-生物炭净化池的顶部，数量为1～50根，支架平行放置，间距为50～500mm，并对两端进行固定。

进一步地，所述重金属吸附子系统还包括炭包固定杆，其竖直布置在所述微生物-生物炭净化池中，间距为50～500mm，炭包固定杆的上端固定在支架上，下端插入池底预设的小孔中。

进一步地，所述炭包固定杆上以缠绕的方式固定10～30个炭包，炭包上下两个炭包间距50～200mm。

通过上述系统，在微生物-生物炭净化池顶部布置支架，在净化池内相应布置炭包固定杆，并在炭包固定杆上以缠绕的方式固定一定数量的炭包，有利于炭包对淋洗水中的重金属进行吸附和富集，并解析出重金属；另一方面，采用这样的布置形式，有利于炭包的布设、回收及活化再利用。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明中，对重金属污染的土壤进行多次淋洗，将土壤中的重金属转移入淋洗水中，然后对淋洗水进行混凝、沉淀处理，再利用生物炭炭包对重金属进行吸附，同时通过生物炭表面微生物对重金属进行富集，最后通过稀酸解析出吸附于生物炭表面的重金属，大大提高了对重金属的吸附率，而且避免了重金属的二次污染。

(2)本发明中，在微生物-生物炭净化池顶部布置支架，在净化池内相应布置炭包固定杆，并在炭包固定杆上以缠绕的方式固定一定数量的炭包，有利于炭包对淋洗水中的重金属进行吸附和富集，并解析出重金属；另一方面，采用这样的布置形式，有利于炭包的布设、回收及活化再利用。

(3)本发明中，采用施撒淋洗剂固体材料再灌水的方式，进行土壤淋洗，减少了淋洗剂溶解池和淋洗剂投放器构筑物，可节省占地面积和基建投资，方法工艺流程简单、自动化程度高、成本较低。

附图说明

图1为本发明实施例的一种重金属污染土壤综合淋洗修复方法中涉及的工艺示意图；

图2为本发明实施例的一种重金属污染土壤综合淋洗修复方法中涉及的工艺流程图；

图3为本发明实施例的一种重金属污染土壤综合淋洗修复方法中涉及的生物炭的SEM图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1—农作物；2—地面；3—农田；4—沉淀池；5—排渣口；6—支架；7—微生物-生物炭净化池；8—炭包；9—炭包固定杆；10—贮水池；11—潜水泵；12—格栅。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1为本发明实施例的一种重金属污染土壤综合淋洗修复方法中涉及的工艺示意图，如图1所示，重金属污染土壤综合淋洗修复系统包括沉淀子系统、重金属吸附子系统及贮水池子系统；

其中，沉淀子系统包括辐流式斜板沉淀池4，其内设有斜管，底部有储泥斗，斜管用于将混凝、沉淀后的重金属及污泥自动排入储泥斗中；

重金属吸附系统包括微生物-生物炭净化池7及炭包8，所述炭包8用于对淋洗水中的重金属进行吸附，同时生物炭表面的微生物用于对重金属进行富集；

贮水池子系统包括格栅12，用于对吸附净化后的淋洗水进行过滤。

如图1所示，在本发明的一个优选实施例中，所述重金属吸附子系统还包括支架6，其设置在所述微生物-生物炭净化池7的顶部，数量为1～50根，支架平行放置，间距为50～500mm，并对两端进行固定。

所述重金属吸附子系统还包括炭包固定杆9，其竖直布置在所述微生物-生物炭净化池7中，间距为50～500mm，炭包固定杆的上端固定在支架上，下端插入池底预设的小孔中。

所述炭包固定杆上以缠绕的方式固定10～30个炭包，炭包上下两个炭包间距50～200mm。

图2为本发明实施例的一种重金属污染土壤综合淋洗修复方法中涉及的工艺流程图，本实施例的土壤以农田土壤为例，如图2所示，其包括以下步骤：

(1)用农业机械将农田耕作层翻耕，将土块打碎，并施撒酸性淋洗剂固体材料，然后向田间引水，以溶解所述酸性淋洗剂固体材料，同时翻耕，将酸性淋洗剂与耕作层土壤混合均匀，借助翻耕过程中的扰动将土壤中的重金属淋洗溶出，转移入淋洗水中；

(2)施撒碱性淋洗剂固体材料，同时翻耕，将碱性淋洗剂与耕作层土壤混合均匀，借助翻耕过程中的扰动将土壤中的重金属淋洗溶出，转移入淋洗水中；

(3)施用淋洗剂后，每天取样测量田间淋洗水的重金属含量，相邻两次重金属浓度差小于10％时，单次淋洗过程结束，在施用碱性淋洗剂时，每次淋洗后，测量土壤PH值，当PH值大于5时淋洗过程结束；

其中，步骤(1)中所述酸性淋洗剂包括氯化铁、氯化钙、柠檬酸中的一种或多种，所述碱性淋洗剂为黄腐酸、三聚磷酸钠或硫酸铁胺中的一种或多种。

在本发明的一个优选实施例中，步骤(1)和(2)中所述每种淋洗剂淋洗次数为1～3次。

步骤(4)中所述混凝剂为聚合氯化铝、聚合氯化铝铁或聚丙烯酰胺中的一种或多种。

在本发明的一个优选实施例中，步骤(5)中微生物-生物炭净化池的水力停留时间为3～7天。

图3为本发明实施例的一种重金属污染土壤综合淋洗修复方法中涉及的生物炭的SEM图，如图3所示，步骤(5)中的生物炭的制备方法为：将竹子或鸡粪或稻壳与亚铁盐，按照质量比10:1至5:1进行混合，放入SiC制罐体内，然后置于微波反应器中，微波功率在1kW至4kW之间，微波时间5至10分钟，研磨过筛即制备完成。

步骤(6)中所属稀酸溶液为盐酸、硝酸或硫酸中的一种或多种。

所述重金属为镉、铜、锌、铅、铬、砷或镍中的一种或多种。

上述方法对重金属污染的土壤进行多次淋洗，将土壤中的重金属转移入淋洗水中，然后对淋洗水进行混凝、沉淀处理，再利用生物炭炭包对重金属进行吸附，同时通过生物炭表面微生物对重金属进行富集，最后通过稀酸解析出吸附于生物炭表面的重金属，大大提高了对重金属的吸附率，而且避免了重金属的二次污染，而且该方法工艺流程简单、自动化程度高、成本较低。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种重金属污染土壤综合淋洗修复方法，其包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种重金属污染土壤综合淋洗修复方法，其中，步骤(1)中所述酸性淋洗剂包括氯化铁、氯化钙、柠檬酸中的一种或多种；步骤(2)中所述碱性淋洗剂为黄腐酸、三聚磷酸钠或硫酸铁胺中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的一种重金属污染土壤综合淋洗修复方法，其中，步骤(1)和步骤(2)中每种所述淋洗剂淋洗次数为1～3次。

4.根据权利要求1所述的一种重金属污染土壤综合淋洗修复方法，其中，步骤(4)中所述混凝剂为聚合氯化铝、聚合氯化铝铁或聚丙烯酰胺中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种重金属污染土壤综合淋洗修复方法，其中，步骤(5)中微生物-生物炭净化池的水力停留时间为3～7天。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种重金属污染土壤综合淋洗修复方法，其中，步骤(6)中所述稀酸溶液为盐酸、硝酸或硫酸中的一种或多种。