CN107626732A - 利用矿化垃圾和/或堆肥产品修复铬污染土壤的方法 - Google Patents

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何小松
杨超
席北斗
檀文炳
李丹
袁志业
李文进
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Abstract

利用矿化垃圾和/或堆肥产品修复铬污染土壤的方法，包括以下步骤：(1)获取矿化垃圾和/或堆肥产品；(2)将矿化垃圾和/或堆肥产品施加于铬污染土壤中，混合均匀并补水；(3)静置堆放，通过矿化垃圾和/或堆肥中有机质的络合和还原能力，实现六价铬的还原与固定。本发明所述方法可以大幅度降低污染场地的修复成本，实现废弃物的资源化利用，达到有机废弃物的高附加值处理和资源化利用双重功效，具有广阔的应用前景。

Description

利用矿化垃圾和/或堆肥产品修复铬污染土壤的方法
技术领域
本发明属于土壤修复技术领域，具体涉及一种利用矿化垃圾和/或堆肥产品修复铬污染土壤的方法。
背景技术
我国生活垃圾含有丰富的有机质，而将生活垃圾采用填埋和堆肥进行处理是解决我国城市生活垃圾的重要途径。由于我国生活垃圾含有大量的腐殖质合成前驱物质，填埋矿化垃圾或堆肥产品含有大量的腐殖酸、氮、磷等元素，能够改善土壤的理化及生物学特性，对作物的生长发育具有积极的作用，同时也能起到固碳和修复土壤污染等优点。
铬作为一种重要的战略金属，在电镀、制革等工业领域应用极为广泛，由于技术条件的限制，生产过程中产生的废气、废渣和废水不规范的处理带来了严重的环境问题。作为一种典型的变价金属，铬能够在自然环境中形成-2到+6多种价态，三价铬和六价铬是最常见的两种价态。铬的价态不同，环境意义就不同。三价铬是一种人体必需的微量元素，而且在自然环境中以氢氧化铬沉淀形式存在的三价铬化合物化学性质稳定，不易迁移，因此毒性很低。而六价铬主要以HCrO4 -和CrO4 2-两种形态存在，在自然生态系统中易于溶解、迁移和吸收，同时六价铬的高毒性、致癌性和对人体的畸变性而备受人们关注。三价铬和六价铬能够在特定的环境中相互转化，所以将高毒性、易迁移的六价铬化合物转化成低毒性、稳定的三价铬化合物是降低六价铬在土壤中环境风险的主要途径。
传统六价铬的处理技术包括化学还原、吸附、离子交换、膜分离和表面吸附等，但是存在费用高、产生二次环境风险等原因限制大规模使用。细菌、真菌、藻类、工业和农业废弃物和腐殖质等环境友好型的铬污染土壤修复技术由于其费用低、无二次污染的环境风险和废弃物的再利用等优点引起学者广泛的关注、研究和应用。填埋和堆肥不仅能够解决我国城市严峻的生活垃圾问题，而且填埋和堆肥后形成腐殖质具有氧化还原能力，这种氧化还原能力介导地球化学反应的能力能够强化微生物和六价铬之间的电子传递，进而影响六价铬的迁移、转化和赋存形态。因此将矿化垃圾和堆肥产品应用于铬污染土壤修复领域，不仅能够开拓矿化垃圾和堆肥产品应用范围，还能够降低污染场地的修复成本达到双赢的目的。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于拓展矿化垃圾和堆肥产品的应用范围，利用其丰富的腐殖质络合和还原六价铬的能力使土壤中重金属固定钝化，实现铬污染土壤的原位修复。
为此，本发明提出了一种利用矿化垃圾和/或堆肥产品修复铬污染土壤的方法，包括：
(1)获取矿化垃圾和/或堆肥产品；
(2)将矿化垃圾和/或堆肥产品施加于铬污染土壤中，混合均匀并补水；
(3)静置堆放，通过矿化垃圾和/或堆肥中有机质的络合和还原能力，实现六价铬的还原与固定。
优选地，所述矿化垃圾为填埋5年以上的垃圾，所述堆肥产品为一次发酵结束后的堆肥。
优选地，步骤(1)包括对矿化垃圾和/或堆肥产品进行筛分，除去无机组分，例如玻璃、石子、金属等；
优选地，步骤(2)包括分别测量矿化垃圾和/或堆肥产品和铬污染土壤中有机质和六价铬含量，将矿化垃圾和/或堆肥产品按有机质：铬质量比为(50-200)∶1的比例施加于铬污染土壤中，并且有机质的最终质量含量在6％以上。
优选地，步骤(2)中补水后土壤的含水率在50％～70％。
优选地，步骤(2)中在矿化垃圾和/或堆肥产品与铬污染土壤的混合物中添加六价铬还原菌。
优选地，步骤(3)中在表面铺盖易降解的有机废弃物或铺设地膜，保持土壤厌氧环境。
优选地，步骤(3)中静置堆放的时间为2-4个月。
优选地，所述方法用于铬污染土壤的原位修复。
与现有的方法比较，本发明所述的方法具有以下有益效果：
1本发明采用的矿化垃圾和堆肥产品来源广泛，制备过程简单，同时能够开拓我国市政垃圾和矿化垃圾的应用途径，在实际应用中具有很强的推广潜能；
2本发明采用的堆肥产品来自于一次高温发酵后，具有有机质和营养物质双重功能，弥补污染场地微生物营养源不足的问题；
3本发明在修复六价铬污染土壤过程中仅仅添加矿化垃圾和堆肥，避免使用大量化学药剂的添加产生出二次化学污染；
4本发明采用的矿化垃圾和堆肥产品是一种土壤可利用的肥料，在调理六价铬污染土壤过程中能够恢复土壤的种植功能，修复后的土壤能够正常种植花草树木，提高修复后土壤的经济效益。
附图说明
图1为堆肥产品中的有机质还原和络合六价铬的实验结果；
图2为堆肥产品中的有机质促进微生物还原六价铬的实验结果。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面对本发明作进一步的详细说明。
本发明提出的一种利用矿化垃圾和/或堆肥产品修复铬污染土壤的方法，包括：
(1)获取矿化垃圾和/或堆肥产品，所述矿化垃圾为填埋5年以上垃圾，所述堆肥产品为一次发酵结束后的堆肥。
为了避免在土壤中引入杂物，还需要对矿化垃圾和/或堆肥产品进行筛分，除去无机组分，例如玻璃、石子、金属等。
(2)分别测量矿化垃圾和/或堆肥产品和铬污染土壤中有机质和六价铬含量，将矿化垃圾和/或堆肥产品按有机质：铬质量比为(50-200)∶1的比例施加于铬污染土壤中，并且有机质的最终质量含量在6％以上，混合均匀并补水，补水后土壤的含水率在50％～70％。
为了提高铬的去除效率，还可以在矿化垃圾和/或堆肥产品和铬污染土壤的混合物中添加六价铬还原菌。
(3)静置堆放2-4个月，通过矿化垃圾或堆肥中有机质的络合和还原能力，实现六价铬的还原与固定。在堆放过程中，在表面铺盖易降解的有机废弃物或铺设地膜，快速消耗土壤氧气，降低土壤中的氧化还原电位。
修复过程中不能对修复场地进行翻堆，保持土壤的厌氧环境。
需要指出的是，所述方法不适于锰含量较高的碱性土壤修复。
所述方法可用于铬污染土壤的原位修复。
下面结合具体实施案例并参照附图对本发明进行进一步阐述。
实施例1堆肥产品中的有机物还原和络合铬实验
采用国际腐殖酸协会方法提取一次发酵后的堆肥产品作为实验对象，铬酸钾作为模拟污染物。将有机质(50mg/L)、铬酸钾(m(六价铬)＝10mg/L)、磷酸盐缓冲溶液(50mM、pH＝7)混合于100mL已经灭菌的棕色厌氧瓶中，将反应瓶通N230min以去除溶液中氧气，随后静止培养。同时进行不添加堆肥产品的实验作为对照。六价铬的剩余率(剩余浓度C与初始浓度C0的比值)见图1，经20天左右的反应，六价铬的去除率在20％左右。
实施例2堆肥产品中的有机质促进微生物还原六价铬实验
以希瓦氏菌MR-1(Shewanella oneidensis MR-1)作为铬还原的模式菌，采用国际腐殖酸协会方法提取腐熟后的堆肥产品作为实验对象，铬酸钾作为模拟污染物。将乳酸钠(5mM)、菌悬液(107cell/L)、堆肥有机质(50mg/L)和铬酸钾(c(六价铬)＝2mM)混合于100mL已经灭菌的棕色厌氧瓶中，将反应瓶通N230min以去除溶液中氧气，随后静止培养。同时进行不添加堆肥产品和微生物以及只添加微生物的实验作为对照。六价铬的剩余率见图2。结果表明堆肥有机质能够显著促进微生物还原六价铬。当有机质存在时，六价铬完全降解的时间提前了16天左右，表明堆肥产品在铬污染土壤修复领域具有很好的应用前景。
实施例3堆肥产品修复铬污染场地
采集生活垃圾，筛分去掉金属、玻璃和石头等后，剩余废弃物进行堆肥，剩余废弃物的总碳、总氮有机质和含水率分别为303.20g·kg-1，12.55g·kg-1，52.11％和57.85％。堆肥过程持续21天，制成有机质和营养物质均丰富的堆肥产品。采用元素分析仪测定元素含量，采用微波消解-ICP-OES测定其金属含量，结果见表1。
表1堆肥产品的元素及其重金属含量
铬污染土壤采集于石家庄某铬污染场地，土壤中总铬含量为256mg/kg，六价铬含量为112mg/kg。采用本发明铬污染土壤修复工艺，将堆肥产品与六价铬污染土壤按有机质(g)∶铬(g)＝200∶1比例混合于100ml棕色玻璃瓶，加一定量的超纯水确保土壤的湿度在60％，静态厌氧培养3个月，再次取样测试，按照《固体废物浸出毒性浸出方法-硫酸硝酸法》(HJ/T 299-2007)制备浸出液，浸出液中总铬含量和六价铬含量小于测试检测极限值。因此修复后的土壤能够进行景观植物等种植。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.利用矿化垃圾和/或堆肥产品修复铬污染土壤的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获取矿化垃圾和/或堆肥产品；(2)将矿化垃圾和/或堆肥产品施加于铬污染土壤中，混合均匀并补水；(3)静置堆放，通过矿化垃圾和/或堆肥中有机质的络合和还原能力，实现六价铬的还原与固定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述矿化垃圾为填埋5年以上垃圾，所述堆肥产品为一次发酵结束后的堆肥。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)包括对矿化垃圾和/或堆肥产品进行筛分，除去玻璃、石子、金属等无机组分。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)包括分别测量矿化垃圾和/或堆肥产品和铬污染土壤中有机质和六价铬含量，将矿化垃圾和/或堆肥产品按有机质∶铬质量比为(50-200)∶1的比例施加于铬污染土壤中，并且有机质的最终质量含量在6％以上。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中补水后土壤的含水率在50％～70％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)包括在矿化垃圾和/或堆肥产品与铬污染土壤的混合物中添加六价铬还原菌。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述六价铬还原菌为希瓦氏菌MR-1(Shewanella oneidensis MR-1)。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)包括在表面铺盖易降解的有机废弃物或铺设地膜，保持土壤厌氧环境。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中静置堆放的时间为2-4个月。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法用于铬污染土壤的原位修复。
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