CN106862251B - 一种土壤重金属Cr和/或Hg的去除方法 - Google Patents
一种土壤重金属Cr和/或Hg的去除方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种土壤重金属Cr和/或Hg的去除方法，先取沙柳木屑浸泡于醋酸溶液中2～4h，然后取出沙柳木屑调节其pH值为中性并经过烘干和过筛，在受重金属Cr和/或Hg污染的土壤上，栽种沙柳，在距离沙柳植株根系水平距离20～40cm的区域土壤中撒上筛好的沙柳木屑；沙柳自然生长至成熟后收取其全部植株，连续种植沙柳，直至土壤中Cr和Hg的含量达到标准为止，完成土壤重金属Cr和/或Hg的去除。本发明发现沙柳是重金属Cr和/或Hg的耐受物种，为了防止土壤中植株间死角滞留重金属，采用沙柳为主要材料改性获得的吸附剂，利用其对重金属Cr和/或Hg的吸附，强化重金属的迁移转化，达到土壤重金属Cr和/或Hg的去除。
Description
【技术领域】
本发明涉及土壤重金属污染的治理领域，具体涉及一种土壤重金属Cr和/或Hg的去除方法。
【背景技术】
土壤是国家宝贵的自然资源，是农业赖以发展的物质基础。然而，由于污水污泥的灌溉、农药化肥的施用、重金属污染物的堆存、大气中重金属的沉降等原因致使污泥重金属污染问题日益严峻。土壤重金属污染给经济、环境造成了巨大的损失，也给人类健康带来了潜在的威胁，因此，如何有效地修复与控制土壤重金属污染，已成为全世界关注的热点问题之一。
传统的土壤重金属污染修复方法主要有排土填埋法、淋洗法、物理分离法、稀释法与电化学法等。主要原理是通过强化重金属污染物的稳定性使其生物有效性、扩散性及水溶性降低，或降低土壤表层重金属的浓度达到减轻重金属污染危害的目的。李琼等在《湖南城市学院学报》第23卷第2期P63-66“利用螯合剂同时去除土壤中重金属、砷及氟化物的技术研究”中应用6种萃取剂谷氨酸、甘氨酸、半胱氨酸、柠檬酸、EDTA和硫脲，对重金属污染土壤及土壤中砷、氟离子进行萃取分析，结果发现：EDTA对土壤中的Pb、Cr、Cu、Cd萃取效果最佳，柠檬酸对土壤中Zn、Mn萃取效果最好；史丽等在《环境科学学报》第29卷第11期P2282-2288“活化赤泥去除猪场废水生化处理出水中的磷和重金属”中以铝矿工业废渣赤泥为原材料，通过焙烧进行活化处理制得活化剂用于畜禽废水重金属的吸附去除，研究发现：900℃进行焙烧，得到的活化剂在高pH下有利于铜、砷、锌、磷的去除；钟倩云等在《水土保持学报》第26卷第6期P190-193“2种固化剂对重金属和砷复合污染底泥的稳定化处理效果”中利用磷酸氢二铵和碳酸钙对重金属进行稳定处理，结果显示：磷酸氢二铵对Pb具有良好的稳定效果，对As、Zn却产生了极大的活化作用；碳酸钙对底泥中Pb、Cd、Zn具有良好的稳定效果，对As的稳定没有明显作用。上述方法在土壤重金属污染治理方面均显示了一定的治理效果、历时较短，但这些方法也存在许多缺陷，如易造成二次污染、难于管理、对环境的扰动大、成本高等，因此很难普遍推广应用。
为寻求更有效、可行的治理办法，近年来，一种针对重金属的植物治理技术引起了人们的广泛兴趣。该技术因其环境友好和成本低等优点，使它在经济和技术上均优于传统重金属治理方法，是解决土壤重金属污染的优选方法。该技术的难点主要在于筛选针对不同重金属处理的特定植物。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种土壤重金属Cr和/或Hg的去除方法，利用沙柳对重金属Cr和/或Hg进行吸附。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
包括以下步骤：
1)取沙柳木屑浸泡于醋酸溶液中2～4h，然后取出沙柳木屑调节其pH值为中性并经过烘干和过筛，
2)在受重金属Cr和/或Hg污染的土壤上，栽种沙柳，在距离沙柳植株根系水平距离20～40cm的区域土壤中撒上步骤1)筛好的沙柳木屑；
3)沙柳自然生长至成熟后收取其全部植株，连续种植沙柳，直至土壤中Cr和Hg的含量达到标准为止，完成土壤重金属Cr和/或Hg的去除。
进一步地，步骤1)中沙柳木屑与醋酸溶液的固液比为1mg:(5～10)mL。
进一步地，步骤1)中醋酸溶液的体积分数为10～30％。
进一步地，步骤1)中沙柳木屑浸于体积分数为1～5％的氢氧化钠溶液中直至中性。
进一步地，步骤1)中在95～105℃的烘箱中烘干，然后过1～2mm筛。
进一步地，步骤2)中在重金属Cr含量超过500mg/kg和/或Hg含量超过1.8mg/kg的土壤上，栽种沙柳。
进一步地，步骤2)中沙柳株高10～50cm，沙柳的植株间隔为0.8～1.5m。
进一步地，步骤2)中筛好的沙柳木屑撒在地下30～50cm深处，厚度为1～5mm。
进一步地，步骤3)中收取的沙柳植株粉碎后通过酶解糖化作用制生物乙醇，残渣集中密闭焚烧，灰烬用来提取重金属Cr和/或Hg。
进一步地，步骤3)中的标准为GB15618-1995一级标准。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供了一种土壤重金属Cr和/或Hg的去除方法，研究发现沙柳是重金属Cr和/或Hg的耐受物种，当土壤中重金属Cr和/或Hg的浓度严重超标时，沙柳仍能正常生长，且其地上部分植物体内Cr含量超过500mg/kg，Hg含量超过1.8mg/kg，具有生物量较大、地上部分对Cr和/或Hg的吸收总量较高，对Cr和/或Hg耐受性较强的特点。同时为了防止土壤中植株间死角滞留重金属，特采用沙柳为主要材料改性获得的吸附剂撒于此处，利用其对重金属Cr和/或Hg的吸附，强化重金属的迁移转化，以便于植株地上部分的吸收，进而达到土壤重金属Cr和/或Hg的去除。通过连续种植，直至土壤中Cr和/或Hg含量达到土壤质量一级标准为止。该技术易掌握及推广，成本低。
进一步地，本发明对成熟的沙柳植株进行全部收割，收割后的生物质通过酶解糖化作用可制得生物燃料，附加值高；残渣通过集中密闭焚烧，少量灰烬可以提取重金属Cr和/或Hg，既不会污染环境，又可实现重金属污染物向资源的转化。
【附图说明】
图1是本发明实施例1重金属Cr平均含量的变化图。
图2是本发明实施例1重金属Hg平均含量的变化图。
图3是本发明实施例2重金属Cr平均含量的变化图。
图4是本发明实施例2重金属Hg平均含量的变化图。
图5是本发明实施例3重金属Cr平均含量的变化图。
图6是本发明实施例3重金属Hg平均含量的变化图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
本发明制备方法通过如下步骤进行的：
1)取沙柳木屑按照固液比1mg:(5～10)mL浸泡于10～30％(v/v)的醋酸溶液中2～4h，然后取出木屑将其浸于1～5％(v/v)氢氧化钠溶液中直至木屑呈中性，取出木屑在100±5℃的烘箱中烘干，然后过1～2mm筛，备用；
2)通过监测，确定受重金属Cr和/或Hg污染的区域及该区域土壤中Cr和/或Hg含量，播种长势良好、健康、株高10～50cm的沙柳，植株间隔0.8～1.5m，植株间隔随着重金属污染程度的增加而减小，相邻两茬不能栽种在同一位置上，同时在地下30～50cm深处距离植株根系水平距离20～40cm的区域土壤中撒上(1)中的木屑，厚度在1～5mm。
3)沙柳在适宜的自然条件下成熟后收取其植株全部，粉碎后通过酶解糖化作用制生物乙醇，残渣集中密闭焚烧，灰烬用来提取重金属Cr和/或Hg；连续种植，直至土壤中Cr和/或Hg含量达到土壤质量一级标准为止。
本发明利用生物化学方法(植物联合吸附剂)，利用沙柳对重金属Cr和/或Hg的吸收及沙柳木屑通过酸碱预处理改性制得吸附剂强化这种吸收去除土壤重金属Cr和/或Hg污染的，具有新颖、独特、环保、成本低、易操作、效果好、不存在二次污染、易于控制等特点。
下面通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
1)取沙柳木屑按照固液比1mg:5mL浸泡于10％(v/v)的醋酸溶液中2h，然后取出木屑将其浸于1％(v/v)氢氧化钠溶液中直至木屑呈中性，取出木屑在95℃的烘箱中烘干，然后过1mm筛，备用；
2)通过监测，确定受重金属Cr、Hg污染的区域及该区域土壤中Cr、Hg含量，播种长势良好、健康、株高10cm的沙柳，植株间隔0.8m，同时在地下30cm深处距离植株根系水平距离20cm的区域土壤中撒上(1)中的木屑，厚度在1mm。
3)沙柳在适宜的自然条件下成熟后收取其植株全部，粉碎后通过酶解糖化作用制生物乙醇，残渣集中密闭焚烧，灰烬用来提取重金属Cr、Hg；连续种植，直至土壤中Cr、Hg含量达到土壤质量一级标准为止。
定期对不同层次采样，进行重金属Cr、Hg含量分析。
去除效果：见图1、图2。
图1、图2显示：随着时间的推移，重金属Cr、Hg在沙柳中的平均含量逐渐增加，土壤中的对应含量则逐渐降低。当沙柳成熟时(3y)，土壤中的重金属Cr、Hg含量分别由1000.33mg/kg降到了160mg/kg、4.98mg/kg降到了0.5mg/kg。将成熟的沙柳全部收割用于生产生物燃料，然后再进行一个周期的培植，土壤重金属Cr、Hg含量可达到GB15618-1995一级标准(Cr≤90mg/kg，Hg≤0.15mg/kg)。
实施例2
1)取沙柳木屑按照固液比1mg:6mL浸泡于15％(v/v)的醋酸溶液中2.5h，然后取出木屑将其浸于2％(v/v)氢氧化钠溶液中直至木屑呈中性，取出木屑在98℃的烘箱中烘干，然后过1.2mm筛，备用；
2)通过监测，确定受重金属Cr、Hg污染的区域及该区域土壤中Cr、Hg含量，播种长势良好、健康、株高20cm的沙柳，植株间隔1.0m，同时在地下35cm深处距离植株根系水平距离25cm的区域土壤中撒上(1)中的木屑，厚度在1-5mm。
3)沙柳在适宜的自然条件下成熟后收取其植株全部，粉碎后通过酶解糖化作用制生物乙醇，残渣集中密闭焚烧，灰烬用来提取重金属Cr、Hg；连续种植，直至土壤中Cr、Hg含量达到土壤质量一级标准为止。
定期对不同层次采样，进行重金属Cr、Hg含量分析。
去除效果：见图3、图4。
图3、图4显示：当沙柳成熟时，土壤中的重金属Cr、Hg含量分别由999.45mg/kg降到了110.22mg/kg、5.02mg/kg降到了0.23mg/kg，再在进行一个周期的培植，土壤重金属Cr、Hg含量即可达到GB15618-1995一级标准(Cr≤90mg/kg，Hg≤0.15mg/kg)。
实施例3
1)取沙柳木屑按照固液比1mg:7mL浸泡于20％(v/v)的醋酸溶液中3h，然后取出木屑将其浸于3％(v/v)氢氧化钠溶液中直至木屑呈中性，取出木屑在101℃的烘箱中烘干，然后过1.6mm筛，备用；
2)通过监测，确定受重金属Cr、Hg污染的区域及该区域土壤中Cr、Hg含量，播种长势良好、健康、株高30cm的沙柳，植株间隔1.1m，同时在地下40cm深处距离植株根系水平距离30cm的区域土壤中撒上(1)中的木屑，厚度在3mm。
3)沙柳在适宜的自然条件下成熟后收取其植株全部，粉碎后通过酶解糖化作用制生物乙醇，残渣集中密闭焚烧，灰烬用来提取重金属Cr、Hg；连续种植，直至土壤中Cr、Hg含量达到土壤质量一级标准为止。
定期对不同层次采样，进行重金属Cr、Hg含量分析。
去除效果：见图5、图6。
图5、图6显示：当沙柳成熟时，土壤中的重金属Cr、Hg含量分别由1000.32mg/kg降到了190.66mg/kg、5.01mg/kg降到了0.65mg/kg，再在进行一个周期的培植，土壤重金属Cr、Hg含量即可达到GB15618-1995一级标准(Cr≤90mg/kg，Hg≤0.15mg/kg)。
实施例4
取沙柳木屑按照固液比1mg:9mL浸泡于25％(v/v)的醋酸溶液中3.5h，然后取出木屑将其浸于4％(v/v)氢氧化钠溶液中直至木屑呈中性，取出木屑在103℃的烘箱中烘干，然后过1.8mm筛，备用；通过监测，确定受重金属Cr、Hg污染的区域及该区域土壤中Cr、Hg含量，播种长势良好、健康、株高40cm的沙柳，植株间隔1.3m，同时在地下45cm深处距离植株根系水平距离35cm的区域土壤中撒上(1)中的木屑，厚度在4mm。沙柳在适宜的自然条件下成熟后收取其植株全部，粉碎后通过酶解糖化作用制生物乙醇，残渣集中密闭焚烧，灰烬用来提取重金属Cr、Hg；连续种植，直至土壤中Cr、Hg含量达到土壤质量一级标准为止。定期对不同层次采样，进行重金属Cr、Hg含量分析。
实施例5
取沙柳木屑按照固液比1mg:10mL浸泡于30％(v/v)的醋酸溶液中4h，然后取出木屑将其浸于5％(v/v)氢氧化钠溶液中直至木屑呈中性，取出木屑在105℃的烘箱中烘干，然后过2mm筛，备用；通过监测，确定受重金属Cr、Hg污染的区域及该区域土壤中Cr、Hg含量，播种长势良好、健康、株高50cm的沙柳，植株间隔1.5m，同时在地下50cm深处距离植株根系水平距离40cm的区域土壤中撒上(1)中的木屑，厚度在5mm；沙柳在适宜的自然条件下成熟后收取其植株全部，粉碎后通过酶解糖化作用制生物乙醇，残渣集中密闭焚烧，灰烬用来提取重金属Cr、Hg；连续种植，直至土壤中Cr、Hg含量达到土壤质量一级标准为止。定期对不同层次采样，进行重金属Cr、Hg含量分析。
上述方法用较低的成本即可去除土壤重金属Cr、Hg的污染，同时种植的沙柳还具有显著的环保绿化效应，成熟的沙柳用来开发生物燃料，又带来较高的附加值，经过连续两个种植周期，土壤重金属Cr、Hg的含量即可达到GB15618-1995一级标准(Cr≤90mg/kg，Hg≤0.15mg/kg)。
以上述及内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种土壤重金属Cr和/或Hg的去除方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)取沙柳木屑浸泡于醋酸溶液中2～4h，然后取出沙柳木屑调节其pH值为中性并经过烘干和过筛，
2)在受重金属Cr和/或Hg污染的土壤上，栽种沙柳，在距离沙柳植株根系水平距离20～40cm的区域土壤中撒上步骤1)筛好的沙柳木屑；
3)沙柳自然生长至成熟后收取其全部植株，连续种植沙柳，直至土壤中Cr和Hg的含量达到标准为止，完成土壤重金属Cr和/或Hg的去除；步骤1)中沙柳木屑与醋酸溶液的固液比为1mg:(5～10)mL；步骤1)中醋酸溶液的体积分数为10～30％；步骤1)中沙柳木屑浸于体积分数为1～5％的氢氧化钠溶液中直至中性。
2.根据权利要求1所述的一种土壤重金属Cr和/或Hg的去除方法，其特征在于：步骤1)中在95～105℃的烘箱中烘干，然后过1～2mm筛。
3.根据权利要求1所述的一种土壤重金属Cr和/或Hg的去除方法，其特征在于：步骤2)中在重金属Cr含量超过500mg/kg和/或Hg含量超过1.8mg/kg的土壤上，栽种沙柳。
4.根据权利要求1所述的一种土壤重金属Cr和/或Hg的去除方法，其特征在于：步骤2)中沙柳株高10～50cm，沙柳的植株间隔为0.8～1.5m。
5.根据权利要求1所述的一种土壤重金属Cr和/或Hg的去除方法，其特征在于：步骤2)中筛好的沙柳木屑撒在地下30～50cm深处，厚度为1～5mm。
6.根据权利要求1所述的一种土壤重金属Cr和/或Hg的去除方法，其特征在于：步骤3)中收取的沙柳植株粉碎后通过酶解糖化作用制生物乙醇，残渣集中密闭焚烧，灰烬用来提取重金属Cr和/或Hg。
7.根据权利要求1所述的一种土壤重金属Cr和/或Hg的去除方法，其特征在于：步骤3)中的标准为GB15618-1995一级标准。
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