CN107803397A - 一种以铁磁性人造结核来处理受重金属污染的现地土壤化学复育法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种以铁磁性人造结核来处理受重金属污染的现地土壤化学复育法，本发明中的铁磁性人造结核土壤复育法，系将铁磁性人造结核，施用到受重金属污染的土壤上，并以耕耘设备翻转受重金属污染深度以上的土壤与铁磁性人造结核混匀，使重金属能从土壤扩散到人工结核一段时间之后，再以耕耘设备翻转含有人造结核的土壤，增加人造结核与其他土壤接触的机会。土壤翻转程序重复数次之后，就可以利用配备磁铁的耕耘设备，把已经吸附重金属的铁磁性人工结核自受污染土壤中分离出，而受污染土壤的重金属含量则因铁磁性人工结核的移出而降低，借此逐渐达到土壤复育的目标。

Description

一种以铁磁性人造结核来处理受重金属污染的现地土壤化学 复育法

技术领域

本发明提供一种以铁磁性人造结核来处理受重金属污染的现地土壤化学复育法。本发明中的铁磁性结核由铁磁性材料，如铁粉、磁铁矿、或磁赤铁矿等铁磁性材料，与吸附重金属材料，如二氧化锰、沸石、或蛭石，混合后加压制成人工结核。铁磁性人造结核施用到污染场址并与受污染土壤混匀，待重金属从受污染土壤扩散到铁磁性人工结核并达到饱和后，以具磁铁的设备把吸附重金属的铁磁性人工结合自土壤中移出，以此达到土壤复育的目的。

背景技术

土壤为地球陆地表面由岩石风化而来的矿物成分，和动植物残体或代谢物分解产生的 有机物质所组成，具肥力能供生物生长的疏松介质。因为组成粒子微小，赋予土壤拥有极 佳的物理和化学性的吸附能力，再加上土壤微生物的分解作用，使得土壤对污染物有极大 的缓卫能力。因此，土壤污染问题不同于空气和水污染那么直接而强烈，而容易被人们所 忽略。不过，土壤一旦受污染，其物理和化学性的吸附能力，反倒成为自土壤中移除污染 物的障碍，使得受污染土壤复育工作的难度，远高于空气污染和水污染。

许多因为土地利用规划不当，农田与工厂混处，工厂废水借道灌溉沟渠排放的情形屡见不鲜，导致部份农地遭受镉、铬、铅等重金属污染。众所周知的受重金属污染土壤的现地处理方法有土壤翻转法、污染物稳定化法和植物复育法等。遂将以上三种方法分述如下：

土壤翻转法为在不污染地下水的条件下，利用深耕方式将污染物从土壤表层移至土壤较底层，降低作物根部接触和吸收重金属污染物的机会。如果受污染土壤的重金属浓度不高，土壤翻转法从技术面、整治成本和时效性等方面来看，都是整治受重金属污染土壤的整治法。不过，土壤翻转法只是利用稀释方式降低现地污染物浓度，没有真正把污染物从受污染场址中移除。因此，经土壤翻转法整治过的污染场址，重金属污染物对人体或生物体造成伤害的隐患并未真正消失。

污染物稳定化法为本法的主要原理是添加如沸石、堆肥、氧化锰和氧化铁等具有高比表面积而吸附量大的物质，或是添加如石灰、高磷肥、磷酸氢钙和碳酸钙等碱性物质，借由吸附或提高土壤酸硷值的方式，降低土壤中重金属污染物的生物有效性，以避免重金属为作物吸收而蓄积在作物体内。除了整治成本可能高于土壤翻转法之外，利用稳定化法整治受重金属污染土壤，在技术可行性和时效性上都是可以接受的。不过，稳定化法和土壤翻转法都存在一个共通的缺点一污染物没有从污染场指中移除，虽说经处理后的重金属分析结果，其浓度可能低于相关法规的标准，但毕竟污染场址的重金属含量并没有减少，这可能无法完全消除民众的安全疑虑。

植物复育法一系利用植物（一般为高等维管束植物）清除包括重金属等污染物质。其原理是假设当植物从土壤或地下水吸收养分和水分，同时可以将重金属污染物摄入植物体内，借此降低污染场址的重金属含量。从学理的角度而言，植物复育法是相当诱人的土壤复育法。首先，和土壤翻转法和稳定化法的最大不同，就是植物复育法是真正把重金属污染物从污染场址移除的现地污染整治法。虽然，利用植物复育法整治重金属污染场址需耗时数年以上，但学理上的低整治成本和整治成效，植物复育法还是吸引不少专家学者的注意。不过，从实务角度来看，影响植物复育法整治成效的变因很多，较重要者如污染物的种类和浓度、污染场址的气候特性、污染场址的土壤质地和肥力、种植的植物种类和数量等。加上植物复育法的低整治成本，是建立在复育植物种植后就可以放任不管的假设上。但在实务上，除非复育植物恰好是适合当地土壤和气候的优势物种，否则在放任不管，复育植物生长不理想的情况下，其所能发挥的重金属移除能力势必大打折扣。要复育植物生长状况良好以发挥预期功能，少不了某种程度的种植管理。很不幸的，这将会大幅增加植物复育法的整治成本。因此，植物复育法的整治成效存在很高的不确定性。换句话说，某一个重金属污染场址，选择植物复育法而投入数年时间和巨额整治成本之后，整治成效不彰的风险是存在的。

总而言之，众所周知的三种受重金属污染土壤的现地复育法都有其缺点存在。土壤翻转法和稳定化法在实施技术面、整治成本和时效性等方面的评价是肯定的。不过，未能将重金属污染物从污染场址中移除，常常无法消除社会大众对重金属毒害疑虑。而植物复育法虽可自污染场址移除重金属污染物，但整治需费时数年，且由于影响植物复育法的变因众多，实际整治成效可能远不如预期。

发明内容

本发明提供一种以铁磁性人造结核来处理受重金属污染的现地土壤化学复育法。

衍生利用铁磁性人造结核，对受重金属污染土壤进行现地复育的概念的来源有二种：

一、存在于土壤和海底的一些天然结核，其结核介质所含的重金属含量，普遍高于同一样区的非结核介质。这是因为这些天然结核中，存在一些天然的重金属吸附剂结晶度差且比表面积大的铁氧化物、钟氧化物、铝氧化物和硅氧化物。上述这些吸附剂对重金属的吸附容量，大于构成非结核介质中的组成份，有利于存在于土壤或海底的重金属，以扩散方式从非结核介质向结核介质移动。重金属逐渐在结核中累积一段时问之后，结核介质中的重金属含量便高于非结核介质；

二、稳定化法为习知受重金属污染场址的现地复育法之一。其实施方式为添加吸附剂或碱性物质到土壤中，借吸附剂吸附或提高土壤酸碱值的方式，降低土壤溶液中的重金属浓度（即降低土壤重金属的生物有效性）。虽然，施用吸附剂，例如沸石、钟氧化物、铁氧化物等的确可以如学理预期，借吸附剂的吸附重金属的作用，降低土壤重金属的生物有效性。只可惜吸附剂的粒径细小，一旦施用到土壤中就无法自土壤中分离。因此，在稳定化法中，已经施用的吸附剂就只能继续留存在土壤中，消极担任重金属稳定剂的角色，而无法发挥自土壤中移除重金属的更积极功能。

铁磁性人造结核复育法揉合这两个概念。铁磁性人工结核选取比表面积大，且对重金属有专一吸附能力的材料，混合铁磁性材料，再加压制作成铁磁性人工结核。将这些铁磁性人工结核施用到田间土壤，原本存在于的重金属污染物便以扩散方式移动到铁磁性人工结核中。经过一段时间，铁磁性人工结核吸附多量的重金属后，再以具有强磁性的器械，吸取出土壤中的铁磁性人工结核。如此便能够移除重金属污染物，达到污染场址重金属污染物减量的目的。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅 仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技 术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范 围。

为使对于本发明的目的、功效及构造特征能有更详细明确的了解，现列出下述较佳的实施例说明：

首先先选取铁磁性人工结核中的吸附介质的吸附剂。选择的吸附材料需具有比表面积大（即吸附容量大）的特性，如果对重金属有专一性吸附尤佳。较佳吸附材料如沸石、蒙脱石、层状双氢氧化物、硅氧化物、铝氧化物、铁氧化物（可以是顺磁性的铁氧化物，如赤铁矿或针铁矿，也可以是铁磁性铁氧化物，如磁铁矿或磁赤铁矿）和锰氧化物。使用者得视污染场址的重金属污染物种类和整治预算决定合适的吸附剂。

第二步骤为决定赋予人工结核铁磁特性的铁磁性材料，一般为铁粉、磁铁矿和磁赤铁矿等。要选用何种铁磁性材料，以及铁磁性材料占人工结核的适当重量百分比，取决于整治预算和土壤质地。通常细质地土壤（土壤组成以黏粒为主）建议的铁磁性材料占人工结核的比例要高于粗质地土壤，前者最高可达100%及整个人工结核都是由铁磁性材料组成，铁磁性材料同时扮演吸附材料和赋予人工结核铁磁性的角色），后者则建议不低于5%为原则。

把适当比例的吸附材料和铁磁性材料混合，装入模具加压制成颗粒。所加压力大小取决于污染场址的土壤质地，细质地土壤需加以较大压力，而粗质地土壤所需的压力最小。所制成人工结合颗粒粒径不宜太小（增加和土壤分离的困难度）或太大（人工结核数少，人不结合与污染场址土壤接触面积太小），一般建议为0.1-l00毫米之间较为合适。至于人工结核的形状不拘以方便制作为最高原则。

把人工结核施用到受重金属污染的场址，并以耕耘机械将人工结核与受污染土壤混匀（深度视污染场址而定）。静置一段时间让土壤中的重金属扩散到人工结核后（数天到数周，而见污染场址土壤特性而定），再以耕耘机械翻转土壤，以增加人工结核和受污染土壤接触的机会。如此重复翻转土壤数次后，最后可以装置有强力磁铁装置的耕耘机械，借磁力将铁磁性人工结核和土壤分离，以此达到减少污染场址重金属含量的目的。

以上详细说明针对本发明之一可行实施例的具体说明，惟实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为的等效实施或变更，均应包含于本案专利范围中。

综上所述：对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节， 而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因 此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范 围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范 围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种以铁磁性人工结核清除受重金属污染土壤中重金属的土壤复育法：提供一铁磁性人工结核，施用于一受重金属污染深度以上的土壤提供一具备磁力装置的耕耘设备，以一土壤翻转的方式运作，混匀该受重金属污染深度以上的土壤与该铁磁性人工结核，以该具备磁力装置的耕耘设备重复翻转混有该铁磁性人工结核的该受重金属污染深度以上的土壤，及以该具备磁力装置的耕耘设备，利用磁力把已经吸附该重金属污染物的该铁磁性人工结核与该受重金属污染深度以上的土壤分离。

2.如权利要求1所述，其中该铁磁性人工结核的制备包含以下步骤：提供一重金属吸附剂，如沸石、蒙脱石、层状双氢氧化物、硅氧化物、铝氧化物、铁氧化物和钟氧化物等，提供一铁磁性材料，如铁粉、磁铁矿和磁赤铁矿等及混合该重金属吸附剂和该铁磁性材料，依适合重金属污染场址的土壤质地特性，决定该重金属吸附剂和该铁磁性材料的适当比例，以该重金属吸阿剂和该铁磁性材料混匀、该铁磁性材料为核心和该重金属吸附剂裹覆于外、该重金属吸附剂为核心和该铁磁性裹覆于外等方式混合后，加压制成该铁磁性人工结核。

3.如权利要求2所述，该铁磁性人工结核的制备中，该重金属吸附剂占该铁磁性人工结核的重量百分比为0-95%，该铁磁性材料占该铁磁性人工结核的重量百分比为5%-100%。

4.如权利要求2所述，所制备的该铁磁性人工结核，该铁磁性人工结核的长边尺寸范区为0.1-100毫米，该铁磁性人工结核的短边尺寸范围为0.1-100毫米。

5.如权利要求1所述，其中混匀该受重金属污染深度以上的土壤与该铁磁性人工结核需经过一段时间间隔。