CN109456769A - 一种重金属污染土壤修复材料的清洁化生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种重金属污染土壤修复材料的清洁化生产工艺，包括如下步骤：（1）将一定比例的氢氧化铝、硫酸钙和氧化钙进行混合，形成原料混合料；（2）将重量比为1：10的原料混合料和水投入预混器中，边投料边搅拌1‑3h，形成预混料；（3）将上述预混料泵入成核反应器中，控制温度80‑140℃，搅拌2‑5h，打入膜式压滤机，合水率控制在≤30%，压滤后的水打入预混器中回用；（4）将压滤过的物料，投入闪蒸干燥器，控制温度180‑210℃，干燥1‑2h，得到粉状重金属污染土壤修复材料。本发明的优点在于：本发明制备出的重金属污染土壤修复材料具备土壤修复操作简单、成本低、效果明显、可以长期使用。
Description
技术领域
本发明涉及农业环境保育与修复技术领域，特别涉及一种重金属污染土壤修复材料的清洁化生产工艺。
背景技术
土壤是对于人类生存来说是最重要的自然资源之一，也是人类生态环境的重要组成部分。随着经济的进步和工业的发展，含重金属的污染物通过各种途径进入土壤，造成土壤中活性重金属元素的大大超标，土壤污染特别是农田土壤活性重金属超标，会直接导致栽种在土壤上农作物重金属超标，并可通过食物链的方式进入人体，从而对人体健康带来危害。
目前我国被重金属污染的农田约有0 .15亿公顷，约占农田总面积的15％，我国每年受重金属污染的粮食多达1500万吨，因受重金属污染而导致粮食减产高达1000多万吨，直接经济损失200多亿元。据我国农业部进行的全国污灌区调查，在约140万公顷的污水灌区中，遭受重金属污染的土地面积占污水灌区面积的64 .8％，其中轻度污染的占46 .7％，中 度污染的占9 .7％，严重污染的占8 .4％，其中以Hg和Cd污染面积最大。据国家环保总局调查 显示，珠三角、长三角、环渤海、中部地区等经济发达地区，都面临着严重的土壤重金属污染 问题。重金属可以通过食物链进入人体后，在人体进行富集。导致人的工作疾病的产生，湖 南等地的镉大米事件、浙江的儿童血铅超标事件、广西水库镉超标事件都是重金属污染对 人影响危害集中爆发。
目前修复重金属污染土壤的方法有物理修复、化学修复、植物修复等，常用的物理化学修复包括土壤淋洗和电动修复、化学固化等，例如加入石灰、磷灰石、沸石等，通过对重金属离子的吸附或(共)沉淀作用改变其在土壤中的存在形态，从而降低其生物有效性和迁移性。植物修复是指将某种特定的植物种植在重金属污染的土壤上，而该种植物对土壤中的污染元素具有特殊的吸收富集能力，将植物收获并进行妥善处理后即可将该种重金属移出土体，达到污染治理与生态修复的目的。目前在实际应用中物理化学法或植物修复法改良重金属污染土地仍存在操作不方便、效果缓慢差，土壤修复成本高、容易使土壤失去肥力和板结等特点。
针对上述现象，专利CN 104877688 B公开了一种改良重金属污染农田土壤的调理剂及制备方法；该发明将处理好的原料生石灰、沸石、海泡石和钙镁磷肥按比例混合均匀，即得产品；该发明的调理剂配方合理，方法易行，操作简单，兼具修复土壤重金属污染和调控土壤酸碱度等多种功能，使污染农田中的有效态镉、铅分别下降了22 .4%-31 .4%、26.3%-43 .5%，同时亦使水稻中的镉、铅含量分别下降了33 .2%-38 .9%、 29 .4%-44 .6%，土壤pH提高了0 .16-0 .27，水稻产 量提高了3 .6%-6 .3%；适用于各种被重金属污染和土壤酸化严重的农田土壤；但是该改良重金属污染农田土壤的调理剂不能直接施用于重金属污染农田土壤，同时制备过程中会产生大量的废水。
因此，研发一种具备土壤修复操作简单、成本低、效果明显、可以长期使用的重金属污染土壤修复材料的清洁化生产工艺是非常有必要的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具备土壤修复操作简单、成本低、效果明显、可以长期使用的重金属污染土壤修复材料的清洁化生产工艺。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种重金属污染土壤修复材料的清洁化生产工艺，其创新点在于：所述生产方法包括如下步骤：
步骤S1：将一定比例的氢氧化铝、硫酸钙和氧化钙进行混合，形成原料混合料；
步骤S2：将重量比为1：:10的原料混合料和水投入预混器中，边投料边搅拌1-3h，形成预混料；
步骤S3：将步骤S2中的预混料泵入成核反应器中，控制温度80-140℃，搅拌2-5h，打入膜式压滤机，合水率控制在≤30%，压滤后的水打入预混器中回用；
步骤S4：将步骤S3中压滤过的物料，投入闪蒸干燥器，控制温度180-210℃，干燥1-2h，得到粉状重金属污染土壤修复材料。
进一步地，所述步骤S1中氢氧化铝、硫酸钙和氧化钙的重量比为1:1:1.6。
进一步地，所述步骤S3中的膜式压滤机采用300-400目的膜式压滤机。
本发明的优点在于：本发明重金属污染土壤修复材料的清洁化生产工艺，通过氢氧化铝、硫酸钙和氧化钙混合经成核反应，得到的重金属污染土壤修复材料直接施用于重金属污染的农田上，可显著降低其上种植的农作物中的重金属含量，并显著提升农作物产量；在进行实验室测试时，本发明公开的重金属污染土壤修复材料对镉、铅、铬的去除率均可达99.5％以上；此外，生产工艺中压滤后的水打入预混器中回用，减少废水排放，能够做到清洁化生产。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例重金属污染土壤修复材料的清洁化生产工艺，该生产方法包括如下步骤：
步骤S1：将1t的氢氧化铝、1t的硫酸钙和1.6t的氧化钙进行混合，形成原料混合料；
步骤S2：将重量比为1：:10的原料混合料和水投入预混器中，边投料边搅拌3h，形成预混料；
步骤S3：将步骤S2中的预混料泵入成核反应器中，控制温度80℃，搅拌5h，打入300目的膜式压滤机，合水率控制在≤30%，压滤后的水打入预混器中回用；
步骤S4：将步骤S3中压滤过的物料，投入闪蒸干燥器，控制温度180℃，干燥2h，得到粉状重金属污染土壤修复材料。
实验室测试：分别配制一定浓度的镉离子溶液、铅离子溶液、铬离子溶液200ml，分别用1g本实施例得到的重金属污染农田土壤调理剂吸附1小时，并分别测试最终金属离子的浓度，测试结果如表1所示：
表1
| 金属离子 | 吸附前浓度 | 吸附后浓度 | 除去率 |
| 镉(Cd) | 210.0ppm | 0.14ppm | 99.92% |
| 铅(Pd) | 200.1ppm | 0.32ppm | 99.86% |
| 铬(Cr) | 190.5ppm | 0.02ppm | 99.98% |
农田土壤测试：在被重金属污染的稻田中划分出两块同等面积的地块种植水稻， 一个地块中播撒本实施例制备的重金属污染农田土壤调理剂做为实验组，施用量为 60kg/亩；另一地块中不施用本实施例制备的重金属污染农田土壤调理剂作为对照组，其他的种植条件两者均相同。在水稻丰收后，分别对水稻的产量及水稻中的镉含量进行测试，测试结果如表2所示：
表2
| 测试项目 | 水稻中的镉含量 | 相对于对照组的降镉率 | 水稻产量 | 相对于对照组的增产率 |
| 对照组 | 1.8ppm | 705kg/亩 | ||
| 实验组 | 0.03ppm | 98.86% | 812kg/亩 | 13.9% |
实施例2
本实施例重金属污染土壤修复材料的清洁化生产工艺，该生产方法包括如下步骤：
步骤S1：将1t的氢氧化铝、1t的硫酸钙和1.6t的氧化钙进行混合，形成原料混合料；
步骤S2：将重量比为1：:10的原料混合料和水投入预混器中，边投料边搅拌1h，形成预混料；
步骤S3：将步骤S2中的预混料泵入成核反应器中，控制温度140℃，搅拌2h，打入400目的膜式压滤机，合水率控制在≤30%，压滤后的水打入预混器中回用；
步骤S4：将步骤S3中压滤过的物料，投入闪蒸干燥器，控制温度210℃，干燥1h，得到粉状重金属污染土壤修复材料。
实验室测试：分别配制一定浓度的镉离子溶液、铅离子溶液、铬离子溶液200ml，分别用1g本实施例得到的重金属污染农田土壤调理剂吸附1小时，并分别测试最终金属离子的浓度，测试结果如表3所示：
表3
| 金属离子 | 吸附前浓度 | 吸附后浓度 | 除去率 |
| 镉(Cd) | 210.0ppm | 0.14ppm | 99.92% |
| 铅(Pd) | 200.1ppm | 0.33ppm | 99.84% |
| 铬(Cr) | 190.5ppm | 0.02ppm | 99.98% |
农田土壤测试：在被重金属污染的稻田中划分出两块同等面积的地块种植水稻， 一个地块中播撒本实施例制备的重金属污染农田土壤调理剂做为实验组，施用量为 60kg/亩；另一地块中不施用本实施例制备的重金属污染农田土壤调理剂作为对照组，其他的种植条件两者均相同。在水稻丰收后，分别对水稻的产量及水稻中的镉含量进行测试，测试结果如表4所示：
表4
| 测试项目 | 水稻中的镉含量 | 相对于对照组的降镉率 | 水稻产量 | 相对于对照组的增产率 |
| 对照组 | 2.4ppm | 542kg/亩 | ||
| 实验组 | 0.03ppm | 98.62% | 626kg/亩 | 13.2% |
实施例3
本实施例重金属污染土壤修复材料的清洁化生产工艺，该生产方法包括如下步骤：
步骤S1：将1t的氢氧化铝、1t的硫酸钙和1.6t的氧化钙进行混合，形成原料混合料；
步骤S2：将重量比为1：:10的原料混合料和水投入预混器中，边投料边搅拌2h，形成预混料；
步骤S3：将步骤S2中的预混料泵入成核反应器中，控制温度110℃，搅拌3.5h，打入350目的膜式压滤机，合水率控制在≤30%，压滤后的水打入预混器中回用；
步骤S4：将步骤S3中压滤过的物料，投入闪蒸干燥器，控制温度195℃，干燥1.5h，得到粉状重金属污染土壤修复材料。
实验室测试：分别配制一定浓度的镉离子溶液、铅离子溶液、铬离子溶液200ml，分别用1g本实施例得到的重金属污染农田土壤调理剂吸附1小时，并分别测试最终金属离子的浓度，测试结果如表5所示：
表5
| 金属离子 | 吸附前浓度 | 吸附后浓度 | 除去率 |
| 镉(Cd) | 210.0ppm | 0.14ppm | 99.92% |
| 铅(Pd) | 200.1ppm | 0.39ppm | 99.81% |
| 铬(Cr) | 190.5ppm | 0.02ppm | 99.98% |
农田土壤测试：在被重金属污染的稻田中划分出两块同等面积的地块种植水稻， 一个地块中播撒本实施例制备的重金属污染农田土壤调理剂做为实验组，施用量为 60kg/亩；另一地块中不施用本实施例制备的重金属污染农田土壤调理剂作为对照组，其他的种植条件两者均相同。在水稻丰收后，分别对水稻的产量及水稻中的镉含量进行测试，测试结果如表6所示：
表6
| 测试项目 | 水稻中的镉含量 | 相对于对照组的降镉率 | 水稻产量 | 相对于对照组的增产率 |
| 对照组 | 1.53ppm | 410kg/亩 | ||
| 实验组 | 0.02ppm | 98.26% | 492kg/亩 | 19.6% |
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (3)
1.一种重金属污染土壤修复材料的清洁化生产工艺，其特征在于：所述生产方法包括如下步骤：
步骤S1：将一定比例的氢氧化铝、硫酸钙和氧化钙进行混合，形成原料混合料；
步骤S2：将重量比为1：:10的原料混合料和水投入预混器中，边投料边搅拌1-3h，形成预混料；
步骤S3：将步骤S2中的预混料泵入成核反应器中，控制温度80-140℃，搅拌2-5h，打入膜式压滤机，合水率控制在≤30%，压滤后的水打入预混器中回用；
步骤S4：将步骤S3中压滤过的物料，投入闪蒸干燥器，控制温度180-210℃，干燥1-2h，得到粉状重金属污染土壤修复材料。
2.根据权利要求1所述的重金属污染土壤修复材料的清洁化生产工艺，其特征在于：所述步骤S1中氢氧化铝、硫酸钙和氧化钙的重量比为1:1:1.6。
3.根据权利要求1或2所述的重金属污染土壤修复材料的清洁化生产工艺，其特征在于：所述步骤S3中的膜式压滤机采用300-400目的膜式压滤机。
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