CN106825018A - 一种高效修复重金属污染土壤的复合化学淋洗方法 - Google Patents

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肖定书
李小飞
郑煜基
何辉
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    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C—RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
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    • B09C1/00—Reclamation of contaminated soil
    • B09C1/08—Reclamation of contaminated soil chemically

Abstract

本发明涉及土壤修复领域，具体涉及一种高效修复重金属污染土壤的复合化学淋洗方法。本发明以天然有机酸和铁盐为主要原料制备复合淋洗液，主要解决了现有土壤修复淋洗剂存在成本高、效率低和易产生二次污染的技术问题。采用本发明修复受重金属污染的土壤，能快速降低土壤中的重金属含量，达到良好的修复效果。淋洗后的废液通过再生剂处理，初次再生效率可以达到80%以上。

Description

一种高效修复重金属污染土壤的复合化学淋洗方法
技术领域
本发明涉及土壤修复领域，具体涉及一种高效修复重金属污染土壤的复合化学淋洗方法。
背景技术
土壤污染是当前人类社会面临的最严重的环境问题之一，污染土壤修复已成为环境修复领域的热点。现有的土壤修复技术主要包括热脱附技术、电动力修复、生物修复、固化稳定化修复和土壤淋洗修复，其中土壤淋洗修复重金属污染土壤因其具有修复快速、适应广泛以及修复彻底的特点而被大量的研究和应用到实际修复工程中，具有广阔的市场空间和发展前景。
目前，重金属污染土壤淋洗修复的淋洗剂主要包括无机淋洗剂、螯合剂、表面活性剂以及复合淋洗剂。无机淋洗剂是通过水、无机酸、无机盐溶液的离子交换等作用将重金属从土壤中洗脱的方法，该方法成本低廉，但存在淋洗效率低且耗水量大的缺点；螯合剂是利用EDTA、柠檬酸等通过螯合作用将附着在土壤颗粒表面的重金属离子解吸的方法，具有快速高效的优点，但投入大处理费用过高使得该方法难以得到大范围的推广应用；表面活性剂通过改变土壤表面性质或发生离子交换等作用进而达到污染物洗脱的目的，存在再生成本高、易产生二次污染等不足；复合化学淋洗法是当前土壤修复领域研究的热点，其原理是通过多种淋洗剂的协同作用，高效率地将受污染土壤中的重金属离子洗脱出来的方法，如公开号CN105478467A的专利申请以EDTA与氧化钙为原料制备EDTA钙盐复合淋洗土壤中重金属Cu、Zn、Pb、Cd的方法、公开号CN104492806A的专利申请以黑曲霉菌液与柠檬酸为原料制备得到淋洗液修复受铬污染土壤，该类方法虽然具有效率高、适用广泛等特点，但仍然存在成本高、操作复杂、易产生二次污染等缺点。
总之，当前土壤淋洗修复技术都受到各自不足特点的制约，难以获得大范围的推广，因此，研发新的土壤修复淋洗方法就显得非常有必要了。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术中的问题，提供一种高效修复重金属污染土壤的复合化学淋洗方法。该淋洗方法能快速有效地降低土壤中的重金属含量，具有修复速度快、效率高的特点，同时该方法还具有成本低、操作简单、不会产生二次污染等优点。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种高效修复重金属污染土壤的复合化学淋洗方法，所述复合化学淋洗方法包括如下步骤：
复合淋洗液配制步骤：将天然有机酸和铁盐加入到去离子水中，搅拌直至充分溶解，得到所述复合淋洗液；
污染土壤预处理步骤：将受重金属污染的土壤破碎、筛分、除去粗粒杂物，得到预处理土壤；
淋洗步骤：将所述复合淋洗液配制步骤中的复合淋洗液和所述污染土壤预处理步骤中的预处理土壤加入到反应器内，室温下以180r·min-1振荡反应90～150min，泥水分离，即能高效修复所述重金属污染土壤；
淋洗液再生步骤：将淋洗步骤中泥水分离得到的废液过滤后与再生剂混合反应8～20min，完成再生过程，再生后的淋洗液可循环利用。
进一步地，所述复合淋洗液的配制步骤中：天然有机酸为葡萄糖酸、柠檬酸、苹果酸、冰醋酸中的至少一种。
进一步地，所述复合淋洗液的配制步骤中：铁盐为氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的至少一种。
进一步地，所述复合淋洗液的配制步骤中：复合淋洗液是按质量比去离子水：天然有机酸：铁盐＝100：1.1～2.5：10～15混制而成。
进一步地，所述污染土壤的预处理步骤中：筛分后的污染土壤粒径小于2mm。
进一步地，所述淋洗步骤中：预处理土壤与复合淋洗液的固液比为1：5～15。
进一步地，所述淋洗液再生步骤中：再生剂为对所述重金属具有较强吸附能力的铁锰双金属氧化物改性多孔吸附材料。
本发明一种高效修复重金属污染土壤的复合化学淋洗方法的工作原理是：在弱酸性条件下，天然有机酸与Fe3+组成的复合淋洗液具有协同作用促进土壤重金属污染物的解吸溶出。然而，土壤污染通常是多种重金属离子共存的复合型污染，且不同有机酸对土壤中各重金属的螯合解吸能力存在差异。因此，本发明方法以多种天然有机酸与铁盐混制得到弱酸性的复合淋洗液，通过有机螯合、Fe3+离子交换与H+溶解多重作用协同将土壤中的各重金属污染物解吸出来，再结合多孔吸附材料对淋洗废液的再生作用，最终达到低成本、高效率、绿色环保无二次污染的土壤修复的目的。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明复合淋洗液制备方法简单，成本低廉，受污染土壤中的重金属淋洗去除速度快，效果好、适用性广泛，在土壤与复合淋洗液固液比为1：10，淋洗90min后，土壤中Pb、Zn、Cd的去除效率均超过了40％，达到了快速高效淋洗修复受重金属污染土壤的效果，有效减少淋洗次数，降低修复成本。
2)本发明淋洗液的主要有效成分为天然有机酸和铁盐，在土壤中易降解和被植物吸收利用，不产生二次污染，本发明淋洗液废液通过与自制改性多孔吸附材料混合反应8～20min就能完成再生，再生后的淋洗液可循环利用。
3)总之，本发明有效解决了现有土壤修复淋洗剂存在成本高，效率低和产生二次污染等技术问题，具有广阔的应用价值和市场推广前景。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
选取湖南省郴州市某地重金属铅、锌、镉超标的土壤作为试验研究，土壤样品的基本理化性质如表1所示。
表1供试土壤基本理化性质
pH Pb Zn Cd
含量(mg/kg) 5.97 728.3 502.1 2.7
实施例1
1)首先称取0.9g柠檬酸、0.3g冰醋酸、4.1g氯化铁和6.1g硝酸铁加入到100ml去离子水中，搅拌溶解，得到修复重金属污染土壤的待用复合淋洗液；
2)将受重金属污染的土壤研磨过10目筛，去除土壤中的粗粒杂物；
3)称取2g步骤2)得到的污染土加入到100ml的离心管中，按1：10的固液比加入20ml步骤1)得到的复合淋洗液，室温下置于振荡器中180r·min-1振荡90min，然后再用离心机2500r·min-1离心10min，泥水分离。
4)将淋洗后的废液过滤，然后用铁锰双金属氧化物改性多孔吸附材料再生处理15min。
5)其它步骤不变，用步骤4)得到的再生淋洗液作为修复重金属污染土壤的淋洗剂再次进行土壤淋洗试验。
实施例2
1)首先称取1.3g柠檬酸、0.5g冰醋酸、5.4g氯化铁和7.3g硝酸铁加入到100ml去离子水中，搅拌溶解，得到修复重金属污染土壤的待用复合淋洗液；
2)将受重金属污染的土壤研磨过10目筛，去除土壤中的粗粒杂物；
3)称取2g步骤2)得到的污染土加入到100ml的离心管中，按1：15的固液比加入30ml步骤1)得到的复合淋洗液，室温下置于振荡器中180r·min-1振荡150min，然后再用离心机2500r·min-1离心10min，泥水分离；
4)将淋洗后的废液通过再生材料进行再生处理。
实施例3
1)首先称取1.7g柠檬酸、0.3g冰醋酸、6.8g氯化铁和8.2g硝酸铁加入到100ml去离子水中，搅拌溶解，得到修复重金属污染土壤的待用复合淋洗液；
2)将受重金属污染的土壤研磨过10目筛，去除土壤中的粗粒杂物；
3)称取2g步骤2)得到的污染土加入到100ml的离心管中，按1：5的固液比加入10ml步骤1)得到的复合淋洗液，室温下置于振荡器中180r·min-1振荡120min，然后再用离心机2500r·min-1离心10min，泥水分离；
4)将淋洗后的废液通过再生材料进行再生处理。
经过本发明修复处理后土壤中的重金属含量如表2所示。
表2修复处理后土壤中的重金属含量
上述实验结果表明，本发明所述复合化学淋洗方法可以显著降低受污染土壤中重金属铅、锌、镉的含量，达到良好的修复效果。通过快速再生处理后淋洗液废液虽然对土壤中的重金属淋洗能力有一定程度的下降，但仍具有较好的淋洗效果，满足循环再利用的要求，减少了用水量和处理成本。
总之，利用本发明复合化学淋洗方法修复受重金属污染的土壤，解决了当前土壤修复淋洗技术存在的不足，具有操作简单，成本低，废液产生量少，淋洗效率高的优点。同时，本发明淋洗液废液再生速度快，效率高，一定程度上减少了修复处理时间与工程量。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种高效修复重金属污染土壤的复合化学淋洗方法，其特征在于，所述复合化学淋洗方法包括如下步骤：
复合淋洗液配制步骤：将天然有机酸和铁盐加入到去离子水中，搅拌直至充分溶解，得到所述复合淋洗液；
污染土壤预处理步骤：将受重金属污染的土壤破碎、筛分、除去粗粒杂物，得到预处理土壤；
淋洗步骤：将所述复合淋洗液配制步骤中的复合淋洗液和所述污染土壤预处理步骤中的预处理土壤加入到反应器内，室温下以180r·min-1振荡反应90～150min，泥水分离，即能高效修复所述重金属污染土壤；
淋洗液再生步骤：将淋洗步骤中泥水分离得到的废液过滤后与再生剂混合反应8～20min，完成再生过程，再生后的淋洗液能循环利用。
2.如权利要求1所述高效修复重金属污染土壤的复合化学淋洗方法，其特征在于，所述复合淋洗液的配制步骤中：天然有机酸为葡萄糖酸、柠檬酸、苹果酸、冰醋酸中的至少一种。
3.如权利要求1所述高效修复重金属污染土壤的复合化学淋洗方法，其特征在于，所述复合淋洗液的配制步骤中：铁盐为氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的至少一种。
4.如权利要求1所述高效修复重金属污染土壤的复合化学淋洗方法，其特征在于，所述复合淋洗液的配制步骤中：复合淋洗液是按质量比去离子水：天然有机酸：铁盐=100：1.1～2.5：10～15混制而成。
5.如权利要求1所述高效修复重金属污染土壤的复合化学淋洗方法，其特征在于，所述污染土壤的预处理步骤中：筛分后的污染土壤粒径小于2mm。
6.如权利要求1所述高效修复重金属污染土壤的复合化学淋洗方法，其特征在于，所述淋洗步骤中：预处理土壤与复合淋洗液的固液比为1：5～15。
7.如权利要求1所述高效修复重金属污染土壤的复合化学淋洗方法，其特征在于，所述淋洗液再生步骤中：再生剂为对所述重金属具有较强吸附能力的铁锰双金属氧化物改性多孔吸附材料。
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