CN107030103A - 一种利用亚微米铁氧化物和污泥裂解液修复有机‑重金属复合污染土壤的方法 - Google Patents

一种利用亚微米铁氧化物和污泥裂解液修复有机‑重金属复合污染土壤的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种利用亚微米铁氧化物和污泥裂解液修复有机‑重金属复合污染土壤的方法，属于环境工程土壤修复技术领域。采用剩余污泥裂解液绿色制备亚微米铁氧化物，并将亚微米铁氧化物与污泥裂解液联合用于修复有机‑重金属复合污染土壤，同时实现土壤中有机污染物的生物强化降解以及重金属的稳定化。本发明效果和益处是修复剂制备工艺简单，成本低，用于土壤修复时无二次污染，可以有效地克服有机‑重金属污染土壤生物强化修复中运行成本偏高和重金属修复效率低的技术瓶径，在卤代有机物‑重金属、农药‑重金属以及石油烃‑重金属复合污染土壤的修复中具有广阔的应用前景。

Description

一种利用亚微米铁氧化物和污泥裂解液修复有机-重金属复 合污染土壤的方法
技术领域
本发明属于环境工程土壤修复技术领域，涉及一种利用亚微米铁氧化物和污泥裂解液修复有机-重金属复合污染土壤的方法。
背景技术
随着工农业的快速发展，产生了大量的有毒难降解有机物,如农药、多环芳烃、卤代有机物等。这些化合物被广泛应用于人们生产和生活中并经过多种途径进入土壤中，呈现长期残留性和高毒性等特点，其中的一些持久性有机污染物具有“三致”效应。而且，这些污染土壤中除难降解有机物之外，重金属是最常见的共污染物之一，有机-重金属复合污染已成为农田和场地土壤污染的普遍现象，严重威胁到人类的生命安全。因此，对这些复合污染土壤的修复具有重要理论和现实意义。
目前，复合污染土壤的修复技术主要有物理、化学和生物法。对于物理修复技术(如热脱附)，其成本高，对土壤生态破坏性大。在化学法修复中(如表面活性剂强化淋洗工艺)，添加表面活性剂虽然可提高污染土壤中有机污染物的溶解性和重金属的解吸，但人工合成的表面活性剂成本高，且对土壤生物有毒性，对环境易造成二次污染。生物法包括植物修复和微生物修复两种，具有操作简单、运行成本低，无二次污染，环境相容性好等优点，因此，生物法是复合污染土壤的首选修复技术。其中，生物强化工艺是修复土壤中复合污染最有效的方法之一。
在目前的生物强化修复工艺中，其存在的主要问题是：工艺实施过程中使用的共代谢基质，营养物质，生物表面活性剂以及菌剂的成本均较高，而且对土壤中重金属修复效率低，严重限制了生物强化技术在有机-重金属复合污染土壤修复中的大规模应用。铁氧化物虽然作为稳定剂已被应用到土壤重金属污染修复中，但传统铁氧化物的粒径大，在土壤介质中不易分散，降低了污染物的修复性能。纳米级铁氧化物虽然具有良好的反应性和分散性，但其对土壤环境具有潜在的生态风险。
发明内容
本发明的目的是针对有机-重金属复合污染土壤生物强化修复中运行成本偏高以及重金属修复效率低的技术瓶径，为复合污染土壤提供一种经济高效的生物强化修复方法。
本发明的技术解决方案是采用剩余污泥裂解液绿色制备亚微米铁氧化物，并将亚微米铁氧化物与污泥裂解液施于有机-重金属复合污染土壤，同时实现土壤中有机污染物的生物强化降解以及重金属的稳定化修复。
本发明的技术方案：
一种利用亚微米铁氧化物和污泥裂解液修复有机-重金属复合污染土壤的方法，步骤如下：
步骤1.污泥裂解液制备
取城市污水处理厂剩余污泥，调节剩余污泥浓度为10-25g/L，加入氢氧化钾控制初始pH为10-12；在70-100℃的温度条件下裂解0.1-2小时，得到污泥裂解物；将上述得到的污泥裂解物在6000-10000r/min离心5-30分钟，回收沉淀物，并收集污泥裂解上清液，向污泥裂解上清液中加水或步骤3得到的上清液，使污泥裂解上清液CODcr为1000-5000mg/L，即为污泥裂解液；
步骤2.硫酸亚铁溶液制备
配制浓度为0.05-0.5mol/L硫酸亚铁溶液；
步骤3.亚微米铁氧化物制备
取步骤1得到的污泥裂解液，在搅拌速度为300-800r/min下逐滴加入步骤2得到的亚铁溶液，控制亚铁溶液与污泥裂解液体积比为1:2-1:8；用氢氧化钾调节混合液pH为8-9，在300-800r/min下搅拌1h，得到亚微米铁氧化物悬浮液；在8000-12000r/min下离心5-20min，收集上清液，沉淀物冷冻干燥，即得到亚微米铁氧化物，其粒径为0.2-0.8μm；
步骤4.有机-重金属复合污染土壤修复
将步骤3得到的亚微米铁氧化物加入到有机-重金属复合污染土壤中，亚微米铁氧化物与土壤的质量比为0.001-0.02，再加入步骤1得到的污泥裂解液，控制土壤湿度为40-70％，混合后在静置条件下修复20-45d，修复期间每隔2天翻土一次。
本发明的有益效果：
(1)修复剂制备工艺简单，成本低，用于复合污染土壤修复时无二次污染。
(2)可以有效地克服有机-重金属污染土壤生物强化修复中运行成本偏高和重金属修复效率低的技术瓶径。
(3)为剩余污泥资源化和减量化提供新途径。
附图说明
图1是本发明提供的亚微米铁氧化物和污泥裂解液修复四溴双酚A-镉复合污染土壤的柱状图。
图中：纵坐标表示四溴双酚A去除率或镉固定率，单位为％；横坐标中1代表自来水对照，2代表复合修复剂。白色柱代表四溴双酚A；黑色柱代表镉。图中表明亚微米铁氧化物和污泥裂解液联合修复四溴双酚A-镉复合污染土壤30天后，四溴双酚A去除率可以达到88.6％，镉固定率可以达到80.3％。
具体实施方式
下面结合技术方案和附图对本发明作进一步说明，但本发明并不限于下述实施例。
实施例1
(1)污泥裂解液制备
取城市污水处理厂剩余污泥，调节剩余污泥浓度为20g/L，加入氢氧化钾控制初始pH为11；在80℃的温度条件下裂解1.5小时，得到污泥裂解物；将上述得到的污泥裂解物在8000r/min离心10分钟，回收沉淀物，并收集污泥裂解上清液，加水或步骤3得到的上清液，使污泥裂解上清液CODcr为2000mg/L，即为污泥裂解液；
(2)硫酸亚铁溶液制备
配制浓度为0.1mol/L硫酸亚铁溶液；
(3)亚微米铁氧化物制备
取步骤(1)得到的污泥裂解液，在搅拌速度为600r/min下逐滴加入步骤(2)得到的亚铁溶液，控制亚铁溶液与污泥裂解液体积比为1:4；用氢氧化钾调节混合液pH为8.5，在600r/min下搅拌1h，得到亚微米铁氧化物悬浮液；在10000r/min下离心15min，收集上清液，沉淀物冷冻干燥，即得到亚微米铁氧化物，其粒径为0.5-0.7μm；
(4)有机-重金属复合污染土壤修复
将步骤(3)得到的亚微米铁氧化物加入到四溴双酚A-镉复合污染土壤中，亚微米铁氧化物与土壤的质量比为0.002，四溴双酚A平均浓度为30mg/kg土壤，镉平均浓度为5mg/kg，再加入步骤(1)得到的污泥裂解液，控制土壤湿度为50-55％，混合后在静置条件下修复30d，修复期间每隔2天翻土一次。
实施例2
(1)污泥裂解液制备
取城市污水处理厂剩余污泥，调节剩余污泥浓度为20g/L，加入氢氧化钾控制初始pH为11；在90℃的温度条件下裂解1小时，得到污泥裂解物；将上述得到的污泥裂解物在10000r/min离心5分钟，回收沉淀物，并收集污泥裂解上清液，加水或步骤3得到的上清液，使污泥裂解上清液CODcr为3000mg/L，即为污泥裂解液；
(2)硫酸亚铁溶液制备
配制浓度为0.1mol/L硫酸亚铁溶液；
(3)亚微米铁氧化物制备
取步骤(1)得到的污泥裂解液，在搅拌速度为500r/min下逐滴加入步骤(2)得到的亚铁溶液，控制亚铁溶液与污泥裂解液体积比为1:3；用氢氧化钾调节混合液pH为8.5，在500r/min下搅拌1h，得到亚微米铁氧化物悬浮液；在10000r/min下离心15min，收集上清液，沉淀物冷冻干燥，即得到亚微米铁氧化物，其粒径为0.55-0.75μm；
(4)有机-重金属复合污染土壤修复
将步骤(3)得到的亚微米铁氧化物加入到多环芳烃-铅复合污染土壤中，亚微米铁氧化物与土壤的质量比为0.005，多环芳烃平均浓度为360mg/kg土壤，铅平均浓度为135mg/kg，再加入步骤(1)得到的污泥裂解液，控制土壤湿度为50-55％，混合后在静置条件下修复40d，修复期间每隔2天翻土一次。

Claims (1)

1.一种利用亚微米铁氧化物和污泥裂解液修复有机-重金属复合污染土壤的方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1.污泥裂解液制备
取城市污水处理厂剩余污泥，调节剩余污泥浓度为10-25g/L，加入氢氧化钾控制初始pH为10-12；在70-100℃的温度条件下裂解0.1-2小时，得到污泥裂解物；将上述得到的污泥裂解物在6000-10000r/min离心5-30分钟，回收沉淀物，并收集污泥裂解上清液，向污泥裂解上清液中加水或步骤3得到的上清液，使污泥裂解上清液CODcr为1000-5000mg/L，即为污泥裂解液；
步骤2.硫酸亚铁溶液制备
配制浓度为0.05-0.5mol/L硫酸亚铁溶液；
步骤3.亚微米铁氧化物制备
取步骤1得到的污泥裂解液，在搅拌速度为300-800r/min下逐滴加入步骤2得到的亚铁溶液，控制亚铁溶液与污泥裂解液体积比为1:2-1:8；用氢氧化钾调节混合液pH为8-9，在300-800r/min下搅拌1h，得到亚微米铁氧化物悬浮液；在8000-12000r/min下离心5-20min，收集上清液，沉淀物冷冻干燥，即得到亚微米铁氧化物，其粒径为0.2-0.8μm；
步骤4.有机-重金属复合污染土壤修复
将步骤3得到的亚微米铁氧化物加入到有机-重金属复合污染土壤中，亚微米铁氧化物与土壤的质量比为0.001-0.02，再加入步骤1得到的污泥裂解液，控制土壤湿度为40-70％，混合后在静置条件下修复20-45d，修复期间每隔2天翻土一次。
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