CN109108067A - 利用超声和表面活性剂联合修复重金属污染土壤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用超声和表面活性剂联合修复重金属污染土壤的方法。具体步骤如下：将受重金属污染的土壤在自然条件下风干；去除风干后土壤中的杂质，然后将土壤进行破碎筛分；将筛分后的土壤和修复剂按照固液比为2～5:1的比例混合，然后将上述混合物和绿色表面活性剂按照固液比为6～10:1的比例进行充分混匀；将混匀后的溶液在常温下进行超声一段时间后静置，收集上清液；然后重复超声和静置的步骤数次；(5)对沉淀的土壤进行反复水洗，直至洗出的溶液为中性为止，最后将水洗后的土壤进行过滤，干燥后的土壤即为洁净的土壤。本发明的方法可以加强重金属污染土壤的修复效率，而且减少修复剂的投加量和运行费用。

Description

利用超声和表面活性剂联合修复重金属污染土壤的方法

技术领域

本发明属于环境工程土壤修复技术领域，涉及一种利用超声和表面活性剂联合修复重金属污染土壤的方法。

背景技术

近年来，随着我国工业化及农业化进程的迅猛发展，土壤污染问题也越来越严重，其主要分为有机污染、重金属污染、放射性污染和病原微生物污染等，而土壤中污染物通常具有长期残留性，生物蓄积性，半挥发性甚至高毒性等。因此，为了实现环境友好型社会、改善人民居住环境等目标，开发新型土壤修复技术已迫在眉睫。

目前，我国污染场地土壤修复技术主要包括固化/稳定化、土壤淋洗、热脱附等物理化学修复技术，以及植物修复、微生物修复和联合修复等生物修复技术。虽然表面活性剂也逐渐被应用于土壤修复技术中，但是将表面活性剂应用于土壤重金属污染领域的研究极少。同时传统的普通表面活性剂降解速率慢，带来次生污染问题，降低土壤肥力，而且同时受污染土壤和修复剂之间接触面积小，使其难以进行充分混匀，特别是对于污染场地中土壤均一性极差的情况下，处理效率极其低下，导致修复剂投加量增大，运行成本增加。

鉴于此，开发高效且新型的土壤修复技术，其关键问题主要包括两个方面，第一是寻求合适的绿色表面活性剂，减少修复中带来的二次污染；第二是增大土壤和修复剂的接触面积，使受污染土壤和修复剂充分混匀，提高修复效率，减少修复剂的投加量，节约修复成本。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种利用超声和表面活性剂联合修复污染土壤的技术，以提高土壤修复效率，并节约修复成本。

本发明采用的技术方案如下：

利用超声和表面活性剂联合修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将受重金属污染的土壤在自然条件下风干；

(2)去除风干后土壤中的杂质，然后将土壤进行破碎筛分；

(3)将上述经筛分后的土壤和修复剂按照固液比为2～5:1的比例混合，然后将上述混合物和绿色表面活性剂按照固液比为6～10:1的比例进行充分混匀；

(4)将混匀后的溶液在常温下进行超声一段时间后静置，静置结束后，收集上清液；然后重复超声和静置的步骤数次；

(5)对沉淀的土壤进行反复水洗，直至洗出的溶液为中性为止，最后将水洗后的土壤进行过滤，干燥后的土壤即为洁净的土壤。

进一步地，步骤(1)中，将受重金属污染的土壤风干至含水率为5～10％。

进一步地，步骤(2)中，土壤破碎后通过20～50目的筛子进行筛分。

进一步地，步骤(3)中，绿色表面活性剂为生物表面活性剂。

进一步地，步骤(4)中，超声的频率为40KHz，功率为100W，时间为60～90min。

进一步地，步骤(5)中，土壤采用自然风干或者放于55～80℃的烘箱中烘干。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明在土壤修复中添加修复剂的同时加入绿色表面活性剂，由于表面活性剂的加入减小了液-固之间的表面张力，从而可将土壤孔隙中的部分重金属分散并利用此溶液将其洗脱出来，同时也可移除土壤团聚体之间的粘性物质。不仅可加强重金属污染土壤的修复效率，而且减少修复剂的投加量和运行费用。

(2)本发明利用超声技术作用于液体时，可产生大量的小气泡，增大固-液间的接触面积，提高修复效率，而且操作简单，对施工人员要求低。

(3)本发明选取的表面活性剂为一种绿色表面活性剂，本身无毒或低毒且易生物降解，不会改变土壤结构和物化性质，也不会对土壤环境造成二次污染。

(4)本发明对于拓展绿色表面活性剂性应用范围、提高重金属污染土壤处理效率、加强土壤修复效果以及减少处理过程中的二次污染问题具有重要的现实意义。

附图说明

图1是表面活性剂和受污染土壤的不同液固比对重金属去除率的效果影响图。

图2是不同的微波时间对受重金属污染土壤中重金属去除率的影响图。

具体实施方式

本发明中的绿色表面活性剂优选为生物表面活性剂，该生物表面活性剂作为修复剂中的添加剂，通过改善污染物的水溶性和与移动性，增大污染物与修复剂的接触面积，使受污染土壤和修复剂充分混匀，提高修复效率。

具体地，本发明中绿色表面活性剂的具体制备方法如下：

首先将存储于-80℃的B.licheniformis菌种接种至LB固体平板培养基上，于37℃培养18h；

然后从LB固体平板培养基上挑取单菌落，并接种至50mL LB液体培养基于250mL的三角瓶中，置于摇床上，设置转速为240r/min，温度为37℃培养至对数期(约5-8h)，测定种子液的OD₆₀₀值；

再转接适量的种子液至30ml发酵培养基于250mL得而三角瓶中，使种子液的最终OD₆₀₀值为0.10，并在摇床上以240r/min的转速于37℃培养48h；

最后用NaOH溶液将发酵液的pH调至8.0，使脂肽完全溶入发酵液中，收集发酵液，于8000r/min条件下离心15min以除去菌体和固形物，之后用HCl调节上清液的pH至2.0，在4℃条件下放置过夜，之后将上述溶液于转速为8000r/min，温度为4℃的条件下离心15min并收集沉淀，烘干沉淀物，即可得到脂肽粗提物，即为表面活性剂。

实施例1

以受重金属污染的土壤，绿色表面活性剂为例，考察表面活性剂和土壤的液固比对重金属去除率的影响。首先选用硝酸和高氯酸对土壤样品进行加热消解，破坏土壤中有机物，从而将无机成分充分释放，然后采用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES，Thermo Fisher Scientific，美国)对土壤中重金属(Cu，Zn和Pb)的含量进行测定。将土壤和修复剂(例如：过氧化氢，高锰酸钾，芬顿等)按照固液比(w/v，kg/L)为3:1的比例在烧杯中进行混合，然后按照液固比(w/v，kg/L)为6:1、7:1、8:1、9:1、10:1的比例加入表面活性剂，于磁力搅拌器上充分混匀，然后在常温下(约25℃)、40KHz，100W的条件下进行超声75min，然后取出烧杯，放置于实验台上静置1h；其超声步骤重复数次，最后一次的静置时间为3h；再用蒸馏水对烧杯中的物质进行反复水洗，直至冲洗液的pH接近中性，并将清洗液进行集中处理。

过滤样品，并烘干土样(自然风干或者于55～80℃的烘箱中烘干)，采用上述加酸加热消解法测定处理后土壤中重金属(Cu，Zn和Pb)的含量，即可得到不同的液固比对重金属去除效果的影响，其相应的去除效果图如附图1所示。

实施例2

以受重金属污染的土壤，超声处理土壤样品为例，考察超声的时间对重金属去除率的影响。首先选用硝酸和高氯酸对土壤样品进行加热消解，破坏土壤中有机物，从而将无机成分充分释放，然后采用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES，Thermo FisherScientific，美国)对土壤中重金属(Cu，Zn和Pb)的含量进行测定。将土壤和修复剂(例如：过氧化氢，高锰酸钾，芬顿等)按照固液比(w/v，kg/L)为3:1的比例进行混合，然后以固液比(w/v，kg/L)为8:1的比例加入表面活性剂，于磁力搅拌器上充分混匀，然后在常温下(约25℃)、40KHz，100W的条件下进行超声，其超声时间设定为60min、70min、80min、90min，其超声步骤重复数次，最后用蒸馏水冲洗此样品，直至冲洗液的pH接近中性，并将清洗液进行集中处理。

过滤样品，并烘干土样，采用上述加酸加热消解法测定处理后土壤中重金属(Cu，Zn和Pb)的含量，即可得到超声的时间对重金属去除效果的影响，其相应的去除效果图如附图2所示。

实施例3

取适量受重金属污染的土壤，借助绿色表面活性剂并联合超声技术，对受污染的土壤进行联合修复。首先选用硝酸和高氯酸对土壤样品进行加热消解，破坏土壤中有机物，从而将无机成分充分释放，然后采用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES，ThermoFisher Scientific，美国)对土壤中重金属(Cu，Zn和Pb)的含量进行测定。将土壤和修复剂(例如：过氧化氢，高锰酸钾，芬顿等)按照固液比(w/v，kg/L)为3:1的比例进行混合，然后按照液固比(w/v，kg/L)为8:1的比例加入表面活性剂，于磁力搅拌器上充分混匀，然后在常温下(约25℃)、40KHz，100W的条件下进行超声80min，其超声步骤重复数次，最后用蒸馏水冲洗此样品，直至冲洗液的pH接近中性，并将清洗液进行集中处理。

过滤样品，并烘干土样，采用上述加酸加热消解法测定处理后土壤中重金属(Cu，Zn和Pb)的含量。

经实验可发现，借助超声和表面活性剂联合修复受重金属污染的土壤，当表面活性剂和土壤的液固比为8:1，在40KHz，100W的条件超声80min时，对土壤的修复效果达到最优，其对Cu，Zn和Pb的去除率分别达到78.01％、72.14％和55.26％。因此，本发明在利用化学修复污染土壤投加氧化剂的同时，借助新型绿色表面活性剂，并联合超声技术可以完成对污染土壤的高效修复。

Claims (6)

1.利用超声和表面活性剂联合修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将受重金属污染的土壤在自然条件下风干；

(2)去除风干后土壤中的杂质，然后将土壤进行破碎筛分；

(3)将上述经筛分后的土壤和修复剂按照固液比为2～5:1的比例混合，然后将上述混合物和绿色表面活性剂按照固液比为6～10:1的比例进行充分混匀；

(4)将混匀后的溶液在常温下进行超声一段时间后静置，静置结束后，收集上清液；然后重复超声和静置的步骤数次；

(5)对沉淀的土壤进行反复水洗，直至洗出的溶液为中性为止，最后将水洗后的土壤进行过滤，干燥后的土壤即为洁净的土壤。

2.根据权利要求1所述的利用超声和表面活性剂联合修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，步骤(1)中，将受重金属污染的土壤风干至含水率为5～10％。

3.根据权利要求1所述的利用超声和表面活性剂联合修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，步骤(2)中，土壤破碎后通过20～50目的筛子进行筛分。

4.根据权利要求1所述的利用超声和表面活性剂联合修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，步骤(3)中，绿色表面活性剂为聚羟基脂肪酸酯。

5.根据权利要求1所述的利用超声和表面活性剂联合修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，步骤(4)中，超声的频率为40KHz，功率为100W，时间为60～90min。

6.根据权利要求1所述的利用超声和表面活性剂联合修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，步骤(5)中，土壤采用自然风干或者放于55～80℃的烘箱中烘干。