CN106396314A - 超声波辅助纳米零价铁修复重金属污染土壤或污泥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了超声波辅助纳米零价铁修复重金属污染土壤或污泥的方法，属于环保技术领域，包括如下步骤：1)将水和浸提剂按体积比为1：1混合后加入土壤或污泥中，得到混合液，在超声波振子作用下反应1‑2h，使固定在颗粒上的重金属溶出；2)向上述反应后的混合液中添加纳米零价铁，在超声波辅助作用下，反应1‑8h，使土壤或污泥中重金属以及溶液中的重金属与纳米零价铁充分反应，还原和吸附重金属，然后将吸附有重金属的纳米零价铁从最终混合液中分离出来，即完成了重金属污染土壤或污泥的修复。本发明去除的重金属主要包括土壤或污泥中的锌、铜、镉、铬、铅等；超声波先促进土壤或污泥中的溶出，然后加快反应速率，使nZVI投加量大大减少。
Description
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体是涉及超声波辅助纳米零价铁修复重金属污染土壤或污泥的方法。
背景技术
随着我国经济的迅速发展，工业发展迅猛，特别是矿山的开采、冶炼、电镀以及制革行业的蓬勃发展，含Cd农药化肥的大量使用，我国土壤中Pb、Cd、Zn等重金属的污染状况日益严重。而随着城市化的不断推进，市政污水的量也在逐年增加。在处理污水的同时也会产生大量的污泥，而污泥相对于污水来说更难处理。受污染的土壤或污泥农用时，重金属会通过食物链富集在人类体内，危害人类健康。近几年来，全国已发生百余起重大污染事故。据国土资源部统计结果表明，目前我国10％以上的耕地面积已受到重金属污染，重金属污染现状非常严峻，重金属的去除技术一直是国内外的研究热点。统观目前土壤污泥重金属污染的治理途径，主要有两种：一是通过改变重金属元素在污泥中的存在形态，降低其活性和可利用性，从而达到控制重金属污染的目的；二是将其从污泥中分离出来，彻底消除重金属的污染污泥重金属稳定化技术。
超声波具有无污染、易操作、成本低等特点，近年来受到了很大的关注和发展。与此同时nZVI(纳米零价铁)作为一种新兴的纳米材料，在水溶液中去除重金属污染的研究已经有较大的发展，而在土壤和污泥方面的研究，还相对较少。目前土壤或污泥中重金属污染处置较为困难，相对简单、低廉、有效的处理方法较少。
发明内容
发明目的：本发明提供超声波辅助纳米零价铁修复重金属污染土壤或污泥的方法，对土壤或污泥中重金属进行净化，采用超声波辅助纳米零价铁去除土壤或污泥中的锌、铜、镉、铬、铅等主要重金属。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
超声波辅助纳米零价铁修复重金属污染土壤或污泥的方法，包括如下步骤：
1)将去离子水和浸提剂为1：1混合后加入土壤或污泥中，得到混合液，在超声波振子作用下反应1-2h，使固定在颗粒上的重金属溶出；
2)向上述反应后的混合液中添加纳米零价铁，在超声波辅助作用下，反应1-8h，使土壤或污泥中重金属以及溶液中的重金属与纳米零价铁充分反应，还原和吸附重金属，然后将吸附有重金属的纳米零价铁从最终混合液中分离出来，即完成了重金属污染土壤或污泥的修复。
步骤1)中，所述的水和浸提剂添加后混合液的含水率为95％以上。
步骤1)中，所述的浸提剂选自醋酸钠溶液、每1L去离子水中加入2mL硫酸和硝酸混合溶液、冰醋酸溶液和去离子水溶液。
步骤2)中，每100g土壤或污泥，纳米零价铁投加量为0.5-5g；加入纳米零价铁时搅拌使其与混合液充分接触。
步骤2)中，每100g土壤或污泥，纳米零价铁投加量为2g，超声波频率为100％。
步骤2)中，将吸附有重金属的纳米零价铁从混合液中分离出来的方法为将最终混合液放入反应器中，在机械搅拌作用下，将磁铁置于反应器底部，机械搅拌反应后，磁铁使其中的纳米零价铁向下迁移，最后吸附有重金属的纳米零价铁都聚集在反应器底部，从而实现了重金属从土壤或污泥中的分离。
将吸附有重金属的纳米零价铁从混合液中分离出来的方法为将最终混合液放入反应器中，在震荡作用下，将磁铁置于反应器底部，震荡反应，磁铁使其中的纳米零价铁向下迁移，最后吸附有重金属的纳米零价铁都聚集在反应瓶底部，从而实现了重金属从土壤或污泥中的分离。
将分离后的混合液进行离心分离，离心后液体回用，固体则进入农田农用；从而使土壤或污泥得到净化，其中的液体回用也可以降低成本；其中分离后的土壤或污泥偏酸性可以用碱调节pH值，偏碱性可以用堆肥处理来调节pH值。
有益效果：与现有技术相比，本发明的超声波辅助纳米零价铁修复重金属污染土壤或污泥的方法，去除的重金属主要包括土壤或污泥中的锌、铜、镉、铬、铅等；将超声波和nZVI应用于重金属的去除的去除过程，超声波先促进土壤或污泥中的溶出，然后加入nZVI后超声波能加快反应速率，使nZVI投加量大大减少；同时，本发明的方法简单实用、成本低，能耗低，土壤或污泥中重金属去除后，污泥可以进入农田。
附图说明
图1是本发明的方法对于不同浸提剂对Zn、Cu重金属的去除效果影响图；
图2是对于不同投加量对Zn、Cu重金属的去除效果影响图；
图3是对于不同振荡频率对Zn、Cu重金属的去除效果影响图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
超声波辅助纳米零价铁修复重金属污染土壤或污泥的方法，包括如下步骤：
1)将去离子水和浸提剂为1：1混合后加入土壤或污泥中，得到混合液，在超声波振子作用下反应1-2h，使固定在颗粒上的重金属溶出；
2)向上述反应后的混合液中添加纳米零价铁，在超声波辅助作用下，反应1-8h，使土壤或污泥中重金属以及溶液中的重金属与纳米零价铁充分反应，还原和吸附重金属，然后将吸附有重金属的纳米零价铁从最终混合液中分离出来，即完成了重金属污染土壤或污泥的修复。
步骤1)中，水和浸提剂添加后混合液的含水率为95％以上。步骤1)中，所述的浸提剂选自醋酸钠溶液、每1L去离子水中加入2mL硫酸和硝酸混合溶液、冰醋酸溶液和去离子水溶液。
步骤2)中，每100g土壤或污泥，纳米零价铁投加量为0.5-5g；加入纳米零价铁时需要搅拌使其与混合液充分接触。将吸附有重金属的纳米零价铁从混合液中分离出来的方法为将最终混合液放入反应器中，在机械搅拌作用下，将磁铁置于反应器底部，机械搅拌(反应完成即可，根据污泥量确定反应时间，例如10min)，磁铁使其中的纳米零价铁向下迁移，最后吸附有重金属的纳米零价铁都聚集在反应器底部，从而实现了重金属从土壤或污泥中的分离。
将吸附有重金属的纳米零价铁从混合液中分离出来的方法为将最终混合液放入反应器中，在震荡作用下，将磁铁置于反应器底部，震荡反应(反应完成即可，根据污泥量确定反应时间，例如震荡10min)，磁铁使其中的纳米零价铁向下迁移，最后吸附有重金属的纳米零价铁都聚集在反应瓶底部，从而实现了重金属从土壤或污泥中的分离。将分离后的混合液进行离心分离，离心后液体回用，固体则进入农田农用；从而使土壤或污泥得到净化，其中的液体回用也可以降低成本；其中分离后的土壤或污泥偏酸性可以用碱调节pH值，偏碱性可以用堆肥处理来调节pH值。
实施例1
取某污水处理厂污泥12份各100g于12个反应瓶中，其中每三个反应瓶瓶为一组，四组分别加入浸提剂1(醋酸钠和去离子水1：1的混合溶液)、浸提剂2(冰醋酸和去离子水1：1的混合溶液)、浸提剂3(每1L去离子水中加入1mL硫酸和硝酸混合溶液)、浸提剂4(去离子水)150ml在超声波的作用下振荡1h后，每个瓶中加入2g的nZVI在超声波作用下进行搅拌反应，反应一段时间后，将磁铁置于反应瓶底部，机械搅拌作用下搅拌10min后在抽滤，分别测量污泥和溶液中的nZVI含量，计算去除率，计算结果如图1所示，可知浸提剂3(每1L去离子水中加入1mL硫酸和硝酸混合溶液)的去除率最高，即其的溶出效果最好，浸提剂1(醋酸钠和去离子水1：1的混合溶液)的去除率和浸提剂4(去离子水)的溶出效果相差不大，浸提剂2(冰醋酸和去离子水1：1的混合溶液)溶出效果较4(去离子)水较好。由此可不同的浸提剂对于土壤或污泥去除效果有较大影响，偏酸性溶液使重金属易溶出。
实施例2
取某污水处理厂污泥12份各100g于12个反应瓶中，其中每三个反应瓶瓶为一组，加入浸提剂3(每1L去离子水中加入1mL硫酸和硝酸混合溶液)150mL在超声波的作用下振荡1小时后，每组瓶中分别加入0.5g、1g、2g、5g的nZVI在超声波作用下进行搅拌反应，反应一段时间后，将磁铁置于反应瓶底部，机械搅拌作用下搅拌10min后在抽滤，分别测量污泥和溶液中的nZVI含量，计算去除率，计算结果如图2所示，投加量增大处理效果增强，在投加量为2g时，两种重金属的去除率都能达到70％以上，而再加入纳米零价铁去除率上升减缓，效果并不明显。所以综合去除效果和成本纳米零价铁的最佳投加量为每100g污泥加入纳米零价铁2g。
实施例3
取某污水处理厂污泥12份各100g于12个反应瓶中，其中每三个反应瓶瓶为一组，加入浸提剂3(每1L去离子水中加入1mL硫酸和硝酸混合溶液)150mL，每组调节超声波频率分别为40％、60％、80％、100％分别在各频率下振荡1h后，各个瓶中加入2g的nZVI在不同超声频率作用下进行搅拌反应，反应一段时间后，将磁铁置于反应瓶底部，机械搅拌作用下搅拌10min后在抽滤，分别测量污泥和溶液中的nZVI含量，计算去除率，计算结果如图3所示，可知超声波的振荡频率升高时，两种重金属的去除率也随之升高，可以得出超声波处理对重金属的去除有促进效果，且Cu的振荡频率上升60％去除率上升了20％左右。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.超声波辅助纳米零价铁修复重金属污染土壤或污泥的方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)将水和浸提剂按体积比为1：1混合后加入土壤或污泥中，得到混合液，在超声波振子作用下反应1-2h，使固定在颗粒上的重金属溶出；
2)向上述反应后的混合液中添加纳米零价铁，在超声波辅助作用下，反应1-8h，使土壤或污泥中重金属以及溶液中的重金属与纳米零价铁充分反应，还原和吸附重金属，然后将吸附有重金属的纳米零价铁从最终混合液中分离出来，即完成了重金属污染土壤或污泥的修复。
2.根据权利要求1所述的超声波辅助纳米零价铁修复重金属污染土壤或污泥的方法，其特征在于：步骤1)中，所述的水和浸提剂添加后混合液的含水率为95％以上。
3.根据权利要求1所述的超声波辅助纳米零价铁修复重金属污染土壤或污泥的方法，其特征在于：步骤1)中，所述的浸提剂选自醋酸钠溶液、每1L去离子水中加入2mL硫酸和硝酸的混合溶液、冰醋酸溶液和去离子水溶液。
4.根据权利要求1所述的超声波辅助纳米零价铁修复重金属污染土壤或污泥的方法，其特征在于：步骤2)中，每100g土壤或污泥，纳米零价铁投加量为0.5-5g；加入纳米零价铁时搅拌使其与混合液充分接触。
5.根据权利要求4所述的超声波辅助纳米零价铁修复重金属污染土壤或污泥的方法，其特征在于：每100g土壤或污泥，纳米零价铁投加量为2g，超声波频率为100％。
6.根据权利要求1所述的超声波辅助纳米零价铁修复重金属污染土壤或污泥的方法，其特征在于：步骤2)中，将吸附有重金属的纳米零价铁从混合液中分离出来的方法为将最终混合液放入反应器中，在机械搅拌作用下，将磁铁置于反应器底部，机械搅拌反应后，磁铁使其中的纳米零价铁向下迁移，最后吸附有重金属的纳米零价铁都聚集在反应器底部，从而实现了重金属从土壤或污泥中的分离。
7.根据权利要求1所述的超声波辅助纳米零价铁修复重金属污染土壤或污泥的方法，其特征在于：将吸附有重金属的纳米零价铁从混合液中分离出来的方法为将最终混合液放入反应器中，在震荡作用下，将磁铁置于反应器底部，震荡反应，磁铁使其中的纳米零价铁向下迁移，最后吸附有重金属的纳米零价铁都聚集在反应瓶底部，从而实现了重金属从土壤或污泥中的分离。
8.根据权利要求6或7所述的超声波辅助纳米零价铁修复重金属污染土壤或污泥的方法，其特征在于：将分离后的混合液进行离心分离，离心后液体回用，固体进入农田农用；其中，分离后的土壤或污泥偏酸性用碱调节pH值，偏碱性用堆肥处理来调节pH值。
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