CN106865924A - 一种水体底泥的无害化处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种水体底泥的无害化处理方法，取水体底泥自然风干后，捣碎成颗粒状，然后与富硅物质混合，加水反应，干燥，研磨过筛，即成。本发明方法通过用固态或液态富硅物质对水体底泥进行无害化处理，减少了多种重金属与其它污染物的活性；本发明方法以水体底泥为原材料，经过无害化处理后的水体底泥可作为一种高效、环保、安全的土壤改良剂，可有效提高土壤肥力，强化根系形成，提高作物产量，增强作物对生物和非生物胁迫的抗性等，增强水体底泥的利用率。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种水体底泥的无害化处理方法。
背景技术
水体底泥，特别是河道底泥的无害化处理是一个全球性的大问题，大量的侵蚀性泥沙沉积在河床和洪泛平原中，而悬浮的沉积物到达流域出口，将这些沉积的悬浮泥沙移出河床的方法有清淤和挖沙。河流和底泥中的有机质能够通过减小土壤的可塑性、紧实度，增加团粒结构、孔隙度和持水性来增强土壤结构（Parkpian, P., Tet Leong, S.,Laortanakul, P., & Thi Kim Phuong, N. 2002. The benefits and risks of usingriver sediment for Vietnamese agriculture: a case study of the Nhieu Loccanal in Ho Chi Minh city. Journal of Environmental Science and Health, PartA, 37(6), 1099-1122）。此外，底泥还能提供养分，增加阳离子交换能力，某些微量元素是植物必需微量养分，植物根部所摄入的微量元素取决于土壤和植物本身，如土壤中元素的来源和化学形态、pH值、有机质、植物品种、植物年龄等，因此，鉴于这些被清除的泥沙具有基本的化学和物理特性，且富含植物养分和有机质，能够用于土壤改良并提高作物的产量，将河道底泥加入土壤中既能解决泥沙的处理问题，又能充当肥料，调节土壤，提高土壤肥力水平，因此，底泥可以作为天然土壤改良剂，满足土壤对有机质和养分的需求，在农业上的二次利用具有很大潜力。
然而，随着河流中工业和城市污水的任意排放，使得污染物沉积在河流底部，生长在污染环境下的植物能积累高浓度的危害人体健康的微量元素（Biati A., KarbassiA.R., Keyhani Z. 2014. Origination and assessment of metal pollution inQuarechay River bed sediments. Environ Monit Assess. 186(7), 1-10），这引起了公众的重点关注，随之产生的是一个矛盾的问题：河道底泥对土壤肥力和植物营养很重要，但另一方面河道底泥中重金属又是耕地新增污染物的来源。
河道底泥中重金属中的无害化处理的方法主要有：物理法，生物法和化学法。物理法主要有原位覆盖，电动力学修复和引水等，其优点是操作简单，修复快速、高效，但是，缺点是覆盖技术对水体的扰动性较大，覆盖不均匀，对水深的要求严格，污染区域的可施性受到较大限制，河道底质中埋藏的物质会降低电动修复效率，金属电极电解过程中因溶解会产生腐蚀性物质。生物法主要有植物修复，微生物修复和动物修复，植物修复是通过种植超富集植物去除重金属，微生物修复是通过微生物的代谢作用转化重金属价态或吸收固定重金属，动物的自身分泌或蠕动对底泥重金属的修复有促进作用，总体来讲，生物法虽然成本低，对水体扰动小，但其周期较长，生物量小且受环境影响较大。化学法主要是通过添加有机、无机或其他功能材料等钝化/固定重金属，以调节和改变基质理化性质来改变重金属离子的化学形态和赋存状态，抑制其在基质中可迁移性和生物有效性，使其以更稳定的形式存在于基质中，进而降低重金属污染风险，主要起到沉淀作用、吸附作用、氧化还原作用、拮抗作用等，其简单易行，效果显著，经济实用，但是，其可能会造成二次污染，并引起土壤质量下降。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种硅元素的利用率高，水底泥无害化后重金属含量有效降低，不易造成二次污染，治理成本低的水体底泥的无害化处理方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种水体底泥的无害化处理方法，取水体底泥自然风干后，捣碎成颗粒状，然后与富硅物质混合，加水反应，干燥，研磨过筛，即成。
优选地，所述水体底泥为河道底泥、湖泊底泥或污水处理底泥等；所述水体底泥的含水率为5～50%，自然风干后捣碎至粒径为1～2 mm的颗粒。所述水体底泥的主要重金属含量为：总Cd 130.2～132.5 mg/kg，总As 48.4～48.9 mg/kg，总Cr 95.4～95.8 mg/kg，总Pb130.2～132.5 mg/kg，pH值为6.5～6.8。捣碎后的颗粒状底泥，可增加其与富硅物质反应的比表面积，更有利于与重金属物质的结合。
优选地，所述富硅物质为硅质量含量为1～50%（更优选20～40%）的富硅溶液或富硅矿物。所述富硅溶液为液体浓缩单硅酸（优选美国佛罗里达州Terra科技有限公司生产的Zumsil）；所述富硅矿物为硅藻土（优选产自澳大利亚北昆士兰Palkarra矿）或富硅矿渣等。
所述固态或液态富硅物质，水溶后释放出其中的单硅酸。研究表明，固体富硅矿物的大比表面积对金属和非金属都有着很强的吸附能力，其次，富硅物质的分解能够增加土壤中单硅酸的浓度，增大土壤孔隙度和土壤含水量，单硅酸能和金属（包括重金属）发生反应，形成微溶的硅酸盐，单硅酸浓度越低越易形成络合物，其反应式如下：
；
其中，Me代表金属元素。
上述反应都是可逆的，反应方向的倾向性取决于单硅酸的浓度，溶液中单硅酸的增加促进Si-重金属盐的形成，这些盐是不可溶的，而且这些物质中的污染物都不可用。因此，利用富硅物质可以解除底泥中的污染。
优选地，所述水体底泥与富硅物质的混合质量比为0.8～1000:1（更优选1～100:1）。
优选地，所述加水的量为使得混合溶液中的水分含量为50～70%。
优选地，所述反应的温度为25±5℃，湿度为30～40%，时间为5～40天（更优选7～20天）。本发明方法通过将富硅物质与水体底泥进行混合反应，可以促使单硅酸与水体底泥中所携带的金属元素络合，降解其毒性。
优选地，所述干燥的温度为80～90℃，时间为2～4天。
优选地，所述研磨过0.1mm筛。
本发明方法通过使用高含量硅的富硅物质处理水体底泥，可降低水体底泥中重金属的移动性和其它污染物的毒性，成品中含有高含量的硅，可用作富硅土壤改良剂，这对土壤肥力和植物营养都具有积极的影响。
本发明方法的有益效果如下：
（1）本发明方法通过用固态或液态富硅物质对水体底泥进行无害化处理，可减少多种离子态、有效态和潜效态重金属的活性；
（2）本发明方法以水体底泥为原材料，经过无害化处理后的水体底泥可作为一种高效、环保、安全的土壤改良剂，可有效提高土壤肥力，强化根系形成，提高作物产量，增强作物对生物和非生物胁迫的抗性等，增强水体底泥的利用率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
本发明实施例所使用的水体底泥采自湘江湘阴市境内某河段河道底泥（含水率为40%），自然风干后，捣碎至粒径为1～2 mm的颗粒，备用；本发明实施例所使用的液体浓缩单硅酸Zumsil，购于美国佛罗里达州Terra科技有限公司；本发明实施例所使用的硅藻土，购于澳大利亚北昆士兰Palkarra矿；本发明实施例所使用的化学试剂，如无特殊说明，均通过常规商业途径获得。
本发明实施例中所有的样品测定均重复做3次，测定数值取平均值。
实施例1
将风干捣碎后的颗粒状河道底泥以100:1的质量比与硅质量含量为40%的液体浓缩单硅酸Zumsil混合，加入蒸馏水至混合溶液中的水分含量为70%，在温度24℃和湿度35～40%的条件下，反应7天，然后将混合物在85℃下，干燥3天后，研磨过0.1mm筛，备用。
实施例2
本实施例与实施例1的区别仅在于：将风干捣碎后的颗粒状河道底泥以100:5的质量比与硅质量含量为30%的液体浓缩单硅酸Zumsil混合。余同实施例1。
（1）分别测试不同生长介质对大麦生物量的影响，具体方法如下。
在气象室内，用1L容积的盆子，分别以石英砂、河道底泥、实施例1、实施例2作为生长基质种植大麦，每个种植盆中装生长基质约2kg，每个盆中种下10粒大麦种子，每天浇50mL的蒸馏水，生长室温保持在白天24±2℃和夜间20±2℃，光照周期为12h，光照强度为950μmol光子m-2·s-1，相对空气湿度为白天45±5%和夜间70±5%。一个月后收获大麦，对其根和芽上的生物量进行测定，测试数据见表1所示。
表1 不同生长介质种植的大麦根、芽生物量表
由表1可知，相对于以石英砂为种植基地，经处理和未经处理的河道底泥均显著增加了大麦的生物量，且处理后的底泥对大麦根和芽的生物量具有更好的效果。
（2）分别测试不同生长介质对大麦中Si和重金属含量的影响，具体方法如下。
分别采集前面用不同生长介质种植的大麦的植株根、芽作为样品。测定前，先在65℃下烘干3h，粉碎，测定根和芽中的Si、Cd、Cr、Pb、As的含量，测试数据见表2所示。
Si含量的测定方法为：称100mg干样于特氟隆微波消解管中，加入2.5g固态NaOH和2.5mL的DW，将试管静置12h后，加入3mL质量分数30%的H2O2，并立即加盖置于瓷盆1h，当每个反应容器都组装好，把微波转子放入微波腔体（CEM MARS 6 MS5181）中，进行60min的碱性消解，然后将钳锅内的样品转入300mL的塑料瓶，剩余的NaOH用2mol/L硝酸中和（使用酚酞指示剂），然后将溶液转移到500mL的容量瓶，充分混匀，用改性钼氨法（Mullin JB, RileyJP 1955. The colorimetric determination of silicate with special reference tosea and natural waters. Anal Chem Acta 12: 162-176）对Si进行分析。
重金属含量的测定方法为：将样品经HNO3-H2O2微波消解（Liu, N., U.Jorgensen,and P.E.Laerke. 2013. Quality determination of biomass for combustion:a newhigh-throughput microwave digestion method trior to elemental analysis byinductively coupled plasma-optical emission spectroscopy. Energy Fuels 27:7485-7488）后，再用ICP-OES光谱仪（Perkin Elmer Optima 5300 DV）测定各重金属总量。
表2 不同生长介质种植的大麦根、芽中Si、Cd、Cr、Pb、As的含量表
注：表中“n/d”表示未检测到。
由表2可知，经处理和未经处理的底泥均明显增加了大麦中芽的总硅含量，而底泥与Zumsil的混合处理对根和芽中的总硅量影响更大。经处理和未经处理的底泥虽然增加了大麦根和芽中的污染物（Cd、Cr、Pb、As）含量，但是，经过处理的实施例1、2河道底泥可以显著减少根和芽中所有检测出的污染物含量。
实施例3
本实施例与实施例1的区别仅在于：将风干捣碎后的颗粒状河道底泥以10:1的质量比与硅质量含量为20%的液体浓缩单硅酸Zumsil混合。余同实施例1。
实施例4
将风干捣碎后的颗粒状河道底泥以2:1的质量比与硅质量含量为40%的硅藻土混合，加入蒸馏水至混合溶液中的水分含量为50%，在温度24℃和湿度35～40%的条件下，反应14天，然后将混合物在85℃下，干燥3天后，研磨过0.1mm筛，备用。
实施例5
本实施例与实施例4的区别仅在于：将风干捣碎后的颗粒状河道底泥以1:1的质量比与硅质量含量为30%的硅藻土混合。余同实施例4。
（1）分别测试不同生长介质对百喜草生物量及重金属总量的影响，具体方法如下。
在气象室内，用1L容积的盆子，分别以石英砂、河道底泥、实施例1、实施例3、实施例4、实施例5作为生长基质种植百喜草，每个种植盆中装生长基质约2kg，每个盆中种下10粒百喜草种子，每天浇50mL的蒸馏水，生长室温保持在白天24±2℃和夜间20±2℃，光照周期为12h，光照强度为950μmol光子m-2·s-1，相对空气湿度为白天45±5%和夜间70±5%。一个月后收获百喜草，对其枝芽的生物量和重金属总量进行测定（检测方法如前所述），测试数据见表3所示。
表3 不同生长介质种植的百喜草的生物量及重金属总量表
注：表中“n/d”表示未检测到。
由表3可知，以河道底泥为生长介质虽然可以增加百喜草的生物量，但同时也增加了重金属的总含量，通过液态或固态的富硅物质对河流底泥进行处理，可以显著降低百喜草中的重金属含量，从而降低河道底泥中重金属的生物有效性。
（2）不同生长介质对百喜草中不同形态重金属含量的影响，具体方法如下。
酸萃取测定不同形态重金属的方法：分别使用0.1 mol/L的盐酸和2 mol/L的硝酸测定百喜草枝芽样品中有效态和潜效态的金属状态。取2g样品与20mL酸溶液混合，振荡1h，取上层清液以6000r/min 离心15min，分离出胶体和固体颗粒，然后取纯化后的溶液使用ICP-OES分光计（Perkin Elmer Optima 5300 DV）测定重金属含量。
表4不同生长介质种植的百喜草的有效态和潜效态重金属总量表
由表4可知，河流底泥与富硅物质混合处理后可显著降低有效态（0.1 mol/L HCl萃取）和潜效态（2 mol/L HNO3萃取）的重金属含量。
Claims (10)
1.一种水体底泥的无害化处理方法，其特征在于：取水体底泥自然风干后，捣碎成颗粒状，然后与富硅物质混合，加水反应，干燥，研磨过筛，即成。
2.根据权利要求1所述水体底泥的无害化处理方法，其特征在于：所述水体底泥为河道底泥、湖泊底泥或污水处理底泥；所述水体底泥的含水率为5～50%，自然风干后捣碎至粒径为1～2 mm的颗粒。
3.根据权利要求1或2所述水体底泥的无害化处理方法，其特征在于：所述富硅物质为硅质量含量为1～50%的富硅溶液或富硅矿物；所述富硅溶液为液体浓缩单硅酸；所述富硅矿物为硅藻土或富硅矿渣。
4.根据权利要求1或2所述水体底泥的无害化处理方法，其特征在于：所述富硅物质为硅质量含量为20～40%的富硅溶液或富硅矿物；所述富硅溶液为液体浓缩单硅酸；所述富硅矿物为硅藻土或富硅矿渣。
5.根据权利要求1～4之一所述水体底泥的无害化处理方法，其特征在于：所述水体底泥与富硅物质的混合质量比为0.8～1000:1。
6.根据权利要求1～4之一所述水体底泥的无害化处理方法，其特征在于：所述水体底泥与富硅物质的混合质量比为1～100:1。
7.根据权利要求1～6之一所述水体底泥的无害化处理方法，其特征在于：所述加水的量为使得混合溶液中的水分含量为50～70%。
8.根据权利要求1～7之一所述水体底泥的无害化处理方法，其特征在于：所述反应的温度为25±5℃，湿度为30～40%，时间为5～40天。
9.根据权利要求1～8之一所述水体底泥的无害化处理方法，其特征在于：所述干燥的温度为80～90℃，时间为2～4天。
10.根据权利要求1～9之一所述水体底泥的无害化处理方法，其特征在于：所述研磨过0.1mm筛。
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|---|---|
| CN (1) | CN106865924A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110790337A (zh) * | 2019-09-26 | 2020-02-14 | 江苏爱佳福如土壤修复有限公司 | 一种去除水体中重金属Cd的组合物及其制备方法与应用 |
| CN111892458A (zh) * | 2020-07-15 | 2020-11-06 | 江苏爱佳福如土壤修复有限公司 | 一种快速处理有机废物的方法 |
| CN112608179A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-04-06 | 江苏爱佳福如土壤修复有限公司 | 基于水产养殖沉积物的复合Ca-N-Si有机肥、制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102874974A (zh) * | 2011-07-15 | 2013-01-16 | 天津市裕川置业集团有限公司 | 污水处理厂污水污泥的深度处理和综合利用工艺 |
| CN103663887A (zh) * | 2012-09-06 | 2014-03-26 | 郑百祥 | 一种污泥处理方法及其处理系统 |
| CN105621843A (zh) * | 2015-11-02 | 2016-06-01 | 江苏沃奇环保工程有限公司 | 污泥玻璃化固化处理工艺 |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102874974A (zh) * | 2011-07-15 | 2013-01-16 | 天津市裕川置业集团有限公司 | 污水处理厂污水污泥的深度处理和综合利用工艺 |
| CN103663887A (zh) * | 2012-09-06 | 2014-03-26 | 郑百祥 | 一种污泥处理方法及其处理系统 |
| CN105621843A (zh) * | 2015-11-02 | 2016-06-01 | 江苏沃奇环保工程有限公司 | 污泥玻璃化固化处理工艺 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110790337A (zh) * | 2019-09-26 | 2020-02-14 | 江苏爱佳福如土壤修复有限公司 | 一种去除水体中重金属Cd的组合物及其制备方法与应用 |
| CN111892458A (zh) * | 2020-07-15 | 2020-11-06 | 江苏爱佳福如土壤修复有限公司 | 一种快速处理有机废物的方法 |
| CN112608179A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-04-06 | 江苏爱佳福如土壤修复有限公司 | 基于水产养殖沉积物的复合Ca-N-Si有机肥、制备方法 |
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