CN107185952A - 重金属土壤污染的治理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种重金属土壤污染的治理方法，属于土壤无害化处理的技术领域。本发明的重金属土壤污染的治理方法，采用淋洗溶液对粉碎筛分后的重金属污染土壤进行淋洗并搅拌沉淀分离后将处理后的土壤与含有重金属的废液分离，所述淋洗溶液包括5.0～20.0wt％的乙酸和1.0～5.0wt％的碳分子筛。本发明的治理方法中采用的工业醋酸和碳分子筛粉原料来源广泛，制备工艺简单而且价格便宜，采用本发明的处理方法不会对土壤产生二次污染，而且具有花费少、效果好、操作方便简单、应用范围广的优点。尤其是对Cd或Pb污染的土壤处理效果尤佳。

Description

重金属土壤污染的治理方法
技术领域
本发明涉及土壤无害化处理的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种重金属土壤污染的治理方法。
背景技术
土壤重金属污染是指由于人类活动导致土壤中的微量金属元素在土壤中的含量超过背景值，过量沉积而引起的含量过高，统称为土壤重金属污染。污染土壤的重金属元素主要包括镉、铅、汞、铬和砷等生物毒性显著的元素，上述重金属元素主要源自于农药、废水、污泥和大气沉降等，如Hg主要来自含汞废水，Cd、Pb污染主要来自冶炼排放和汽车废气沉降，As则主要来自于杀虫剂、杀菌剂、杀鼠剂和除草剂。重金属污染物在土壤中移动性很小，不易随水淋滤，不为微生物降解，通过食物链进入人体后，潜在危害极大，应特别注意防止重金属对土壤污染。
在现有技术中，对重金属污染治理的方法概括来说大致有以下四种治理措施：
(1)工程治理法。工程治理是指用物理或物理化学的原理来治理土壤重金属污染。主要有：客土法，就是在污染的土壤上加入未污染的新土；换土法，就是将以污染的土壤移去，换上未污染的新土；翻土法，就是将污染的表土翻至下层；去表土法，就是将污染的表土移去；淋洗法，就是用淋洗液来淋洗污染的土壤；热处理法，就是将污染土壤加热，使土壤中的挥发性污染物(Hg)挥发并收集起来进行回收或处理；电解法，就是使土壤中的重金属在电解、电迁移、电渗和电泳等的作用下在阳极或阴极被移走等。(2)生物治理法。生物治理是利用生物的某些习性来适应、抑制和改良重金属污染的土壤。主要有：动物治理法，是利用土壤中的某些低等动物蚯蚓、鼠类等吸收土壤中的重金属；微生物治理法，是利用土壤中的某些微生物等对重金属具有吸收、沉淀、氧化和还原等作用，以降低土壤中重金属的毒性；植物治理法，是利用某些植物能忍耐和超量积累某种重金属的特性来清除土壤中的重金属等。植物还有吸收和稳定重金属的功能。生物治理法的优点是实施较简便、投资较少和对环境破坏小，缺点是治理效果不显著。(3)化学治理法。化学治理就是通过向土壤中添加某种物质、如改良剂、抑制剂、沉淀剂和粘合剂等，从而改变土壤的化学性质，如土壤的酸碱度(pH)、氧化还原电位(Eh)和阳离子交换量，或直接与重金属相结合，从而改变重金属的形态及其生物有效性，以抑制或降低作物对重金属的吸收。从而降低重金属对土壤的污染。施用有机物料来降解土壤中的重金属已得到普遍认同。常见的有机物料有稻草、紫云英、泥炭、猪牛粪肥和腐植酸等。因为有机物料可以改变土壤的酸碱度而使重金属的活性下降。有机物料对土壤中重金属的影响极其复杂。施用化学改良剂，可抑制作物对重金属的吸收，如施用石灰可抑制水稻对镉的吸收，常用的改良剂有石灰、钢渣、高炉渣、粉煤灰及膨润土等。施用沉淀剂、粘合剂或吸收剂可对重金属元素起到沉淀作用，以抑制重金属的污染。(4)农业治理法。农业治理是因地制宜的改变一些耕作管理制度来减轻重金属的危害，在污染土壤上种植不进入食物链的植物。主要有：控制土壤水分，是指通过控制土壤水分来调节其氧化还原电位(Eh)达到降低重金属污染的目的；选择化肥，是指在不影响土壤供肥的情况下，选择最能降低土壤重金属污染的化肥；增施有机肥，是指有机肥能够固定土壤中多种重金属以降低土壤重金属污染的措施；选择农作物品种，是指选择抗污染的植物和不要在重金属污染的土壤上种植进入食物链的植物；如在含镉100mg/kg的土壤上改种苎麻，五年后，土壤含镉平均降低27.6％。
发明内容
为了治理土壤的重金属污染，本发明提供了一种操作简便且成本较低的重金属土壤污染的治理方法。
为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：
一种重金属污染土壤的治理方法，其特征在于：采用淋洗溶液对粉碎筛分后的重金属污染土壤进行淋洗并搅拌沉淀分离后将处理后的土壤与含有重金属的废液分离。
其中，所述废液经过絮凝分离出含有重金属的碳分子筛以及废水。
其中，所述废水用碱中和至pH值为6～7，然后排入废水池中。
其中，所述淋洗溶液包括5.0～20.0wt％的乙酸和1.0～5.0wt％的碳分子筛。
其中，所述淋洗溶液与重金属污染土壤的重量比为1∶0.5～2.0。
其中，所述重金属污染土壤采用粉碎机进行粉碎，并且使用筛分设备进行筛分。
其中，所述重金属污染土壤是指被Cd、Pb、Hg、Cr和/或As污染的土壤。
其中，所述乙酸为工业乙酸。
其中，所述碳分子筛由碳源炭化后在600～950℃温度下活化处理，其中(i)在温度T满足650≤T＜750℃的范围且蒸汽压为0.01～0.03个大气压的条件下采用水蒸气处理0.5～1.0小时，(ii)在温度T满足750≤T＜800℃的范围且蒸汽压为0.03～0.08个大气压的条件下采用水蒸气处理0.5～1.0小时，(iii)在温度T满足800≤T＜850℃的范围且蒸汽压为0.05～0.10个大气压的条件下采用水蒸气处理0.5～1.0小时，和(iv)在温度T满足850≤T＜900℃的范围且蒸汽压为0.10～0.15个大气压的条件下采用水蒸气处理0.5～1.0小时，以及(v)在温度T满足900≤T≤950℃的范围且蒸汽压为0.10～0.15个大气压的条件下采用水蒸气处理0.5～1.0小时。所述碳源包括玉米秸秆、棉花秸秆、芦苇杆、稻草、稻壳、玉米芯、甘蔗渣或木屑等。
与最接近的现有技术相比，本发明所述的制备重金属土壤污染的治理方法具有以下有益效果：
本发明的治理方法中采用的工业醋酸和碳分子筛粉原料来源广泛，制备工艺简单而且价格便宜，采用本发明的处理方法不会对土壤产生二次污染，而且具有花费少、效果好、操作方便简单、应用范围广的优点。尤其是对Cd或Pb污染的土壤处理效果尤佳。
附图说明
图1为本发明对重金属土壤污染的治理工艺流程。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明所述的制备重金属土壤污染的治理方法做进一步的阐述，以期对本发明的技术方案做出更完整和清楚的说明。
图1示出了本发明所述的重金属土壤污染治理方法的主要工艺流程。对于待处理的重金属污染的土壤采用粉碎机进行粉碎并利用筛分设备进行筛分，分离出玻璃、碎石等垃圾，将筛分后的土壤放入处理池或密闭的处理容器内得到处理。另一方面按照乙酸为5.0～20.0wt％，碳分子筛为1.0～5.0wt％的配比采用工业或农业用水配置淋洗溶液(pH＝4～5)，采用配置好的淋洗溶液按照淋洗溶液与土壤为2∶1的重量比对筛分后的重金属污染的土壤进行淋洗并放置3～10小时，然后搅拌沉淀分离出处理后的土壤，进一步采用絮凝剂对废液进行絮凝分离出吸收有重金属的碳分子筛和废水。对于处理后的废水可以回收其中的乙酸补充淋洗溶液，回收乙酸后的废水可采用碱中和将pH值控制为6～7，排入废水池等收集后做集中处理。对于吸收有重金属的碳分子筛可以通过常规的冶金方法等回收其中的重金属元素。由于对吸收有重金属的碳分子筛以及废水等的处理不属于本发明的重点，在此不做重点阐述。在本发明中，所述重金属污染土壤主要是指被Cd、Pb、Hg、Cr和/或As污染的土壤，当然其中也可能还含有Cu、Zn等其它重金属元素。在本发明中，所述的淋洗溶液采用的是价格便宜且原料来源广泛制取容易的工业乙酸和碳分子筛。在本发明中所述碳分子筛由包括玉米秸秆、棉花秸秆、芦苇杆、稻草、稻壳、玉米芯、甘蔗渣或木屑等的碳源炭化后在600～950℃温度下活化处理，其中(i)在温度T满足650≤T＜750℃的范围且蒸汽压为0.01～0.03个大气压的条件下采用水蒸气处理0.5～1.0小时，(ii)在温度T满足750≤T＜800℃的范围且蒸汽压为0.03～0.08个大气压的条件下采用水蒸气处理0.5～1.0小时，(iii)在温度T满足800≤T＜850℃的范围且蒸汽压为0.05～0.10个大气压的条件下采用水蒸气处理0.5～1.0小时，和(iv)在温度T满足850≤T＜900℃的范围且蒸汽压为0.10～0.15个大气压的条件下采用水蒸气处理0.5～1.0小时，以及(v)在温度T满足900≤T≤950℃的范围且蒸汽压为0.10～0.15个大气压的条件下采用水蒸气处理0.5～1.0小时。经过上述活化处理后的碳分子筛与工业乙酸配合使用表现出对重金属离子尤其是Ce和Pb的高分离效果。
在以下的实施例中采用的淋洗溶液中工业乙酸的含量为10.0wt％，碳分子筛的用量为1.8wt％。采用玉米秸秆首先在200～380℃的温度条件下进行分解，然后在800～950℃的高温下进行脱氧炭化。炭化后在600～950℃温度下活化处理，其中(i)在温度T为700℃且蒸汽压为0.02个大气压的条件下采用水蒸气处理1.0小时，(ii)在温度为780℃且蒸汽压为0.05个大气压的条件下采用水蒸气处理1.0小时，(iii)在温度为820℃的范围且蒸汽压0.05个大气压的条件下采用水蒸气处理1.0小时，和(iv)在温度为870℃的范围且蒸汽压为0.10个大气压的条件下采用水蒸气处理1.0小时，以及(v)在温度为950℃的范围且蒸汽压为0.15个大气压的条件下采用水蒸气处理1.0小时。
实施例1
对江苏某地区Cd污染的土壤取样，粉碎筛分后采用X射线荧光光谱法测量其中Cd的含量。然后将配置好的淋洗溶液按照淋洗溶液与土壤为2∶1的重量比对取样的土壤进行淋洗并放置5小时，然后搅拌沉淀分离出处理后的土壤，对处理后的土壤采用X射线荧光光谱法测量Cd的含量，结果如表1所示。
表1
实施例2
对湖南某地区Pb污染的土壤取样，粉碎筛分后采用X射线荧光光谱法测量其中Pb的含量。然后将配置好的淋洗溶液按照淋洗溶液与土壤为2∶1的重量比对取样的土壤进行淋洗并放置8小时，然后搅拌沉淀分离出处理后的土壤，对处理后的土壤采用X射线荧光光谱法测量Pb的含量，结果如表2所示。
表2
在以下的对比例中采用的淋洗溶液中工业乙酸的含量为10.0wt％，碳分子筛的用量为1.8wt％。采用玉米秸秆首先在200～380℃的温度条件下进行分解，然后在800～950℃的高温下进行脱氧炭化。炭化后在600～950℃温度下活化处理，其中(i)在温度T为700℃且蒸汽压为0.05个大气压的条件下采用水蒸气处理1.0小时，(ii)在温度为820℃的范围且蒸汽压0.10个大气压的条件下采用水蒸气处理2.0小时，和在温度为950℃的范围且蒸汽压为0.10个大气压的条件下采用水蒸气处理2.0小时。
对比例1
土壤取样与实施例1相同，粉碎筛分后采用X射线荧光光谱法测量其中Cd的含量。然后将配置好的淋洗溶液按照淋洗溶液与土壤为2∶1的重量比对取样的土壤进行淋洗并放置5小时，然后搅拌沉淀分离出处理后的土壤，对处理后的土壤采用X射线荧光光谱法测量Cd的含量，结果如表3所示。
表3
对比例2
土壤取样与实施例2相同，粉碎筛分后采用X射线荧光光谱法测量其中Pb的含量。然后将配置好的淋洗溶液按照淋洗溶液与土壤为2∶1的重量比对取样的土壤进行淋洗并放置8小时，然后搅拌沉淀分离出处理后的土壤，对处理后的土壤采用X射线荧光光谱法测量Pb的含量，结果如表4所示。
表4
另外，采用本发明的治理方法对Hg、Cr和/或As污染的土壤也具有良好的去除效果。另外，对于含有两种或两种以上重金属的土壤也具有良好的去除效果。而且从整体上看对Hg、Cr和/或As的去除效果也基本优于采用对比例的分子筛配置的淋洗溶液对Hg、Cr和/或As的去除效果，或者与之基本相当。
对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种重金属土壤污染的治理方法，其特征在于：采用淋洗溶液对粉碎筛分后的重金属污染土壤进行淋洗并搅拌沉淀分离后将处理后的土壤与含有重金属的废液分离。
2.根据权利要求1所述的治理方法，其特征在于：所述废液经过絮凝分离出含有重金属的碳分子筛以及废水。
3.根据权利要求2所述的治理方法，其特征在于：所述废水用碱中和至pH值为6～7，然后排入废水池中。
4.根据权利要求1所述的治理方法，其特征在于：所述重金属污染土壤采用粉碎机进行粉碎，并且使用筛分设备进行筛分。
5.根据权利要求1所述的治理方法，其特征在于：所述淋洗溶液包括5.0～20.0wt％的乙酸和1.0～5.0wt％的碳分子筛。
6.根据权利要求1所述的治理方法，其特征在于：所述淋洗溶液与重金属污染土壤的重量比为1∶0.5～2.0。
7.根据权利要求1所述的治理方法，其特征在于：所述重金属污染土壤是指被Cd、Pb、Hg、Cr和/或As污染的土壤。
8.根据权利要求1所述的治理方法，其特征在于：所述乙酸为工业乙酸。
9.根据权利要求1所述的治理方法，其特征在于：所述碳分子筛由碳源炭化后在600～950℃温度下活化处理，其中(i)在温度T满足650≤T＜750℃的范围且蒸汽压为0.01～0.03个大气压的条件下采用水蒸气处理0.5～1.0小时，(ii)在温度T满足750≤T＜800℃的范围且蒸汽压为0.03～0.08个大气压的条件下采用水蒸气处理0.5～1.0小时，(iii)在温度T满足800≤T＜850℃的范围且蒸汽压为0.05～0.10个大气压的条件下采用水蒸气处理0.5～1.0小时，和(iv)在温度T满足850≤T＜900℃的范围且蒸汽压为0.10～0.15个大气压的条件下采用水蒸气处理0.5～1.0小时，以及(v)在温度T满足900≤T≤950℃的范围且蒸汽压为0.10～0.15个大气压的条件下采用水蒸气处理0.5～1.0小时。
10.根据权利要求9所述的治理方法，其特征在于：所述碳源包括玉米秸秆、棉花秸秆、芦苇杆、稻草、稻壳、玉米芯、甘蔗渣或木屑中的至少一种。
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