CN109675918A - 一种绿色淋洗剂原位去除农田重金属污染方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于农田治理技术领域，具体涉及一种绿色淋洗剂原位去除农田重金属污染方法。包括下列步骤：①在农田的熟土上依次设置工作垫层、塑料薄膜；②形成抽注系统；③淋洗滤管插入熟土中的部位外表面均匀设置小孔；④真空收集滤管插入熟土中的部位外表面均匀设置小孔；⑤确定绿色淋洗剂；⑥根据绿色淋洗剂在熟土中的迁移速度以及修复周期T确定井距；⑦绿色淋洗剂经过淋洗滤管进入熟土，通过绿色淋洗剂与熟土的氧化、络合反应，将熟土中的重金属转移至液相中，完成对重金属污染农田的原位修复，并形成淋洗液。本发明技术方案的有益效果在于：处理过程原地解决，无需将污染的土壤移除，操作简单便利。

Description

一种绿色淋洗剂原位去除农田重金属污染方法

技术领域

本发明属于农田治理技术领域，具体涉及一种绿色淋洗剂原位去除农田重金属污染方法。

背景技术

重金属是土壤和农产品的一类重要污染物质。土壤重金属污染主要是由采矿、冶炼、电镀、化工等工业“三废”的排放以及污水灌溉、污泥农用、农药和化肥的不合理施用引起的。

现有的重金属污染土壤修复技术有淋洗法、固化稳定化、植物修复等。这些重金属污染土壤修复技术主要基于两种方式：一种是将重金属从土壤中移除，达到清洁的目的；另一种是固定土壤中重金属，降低其迁移能力和生物有效性。

土壤淋洗技术的关键在于淋洗剂的选择，常用的淋洗剂有螯合剂、无机盐、有机酸(柠檬酸和酒石酸等)、无机酸(HCl和HNO₃等)、表面活性剂等。这些淋洗剂主要适用于大面积重度污染土壤的治理，比如说工业场地的修复治理。但是对于已经污染的农田来说，使用这些淋洗剂会向农田输入新的试剂，引起其他危害，并且价格对于农业生产者来说也不能接受。

寻找一种绿色天然的淋洗剂，来降低重金属污染农田的治理成本成为当前急需解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种绿色淋洗剂原位去除农田重金属污染方法，从而原位有效去除污染农田中的Pb、Cd、Cu、Cr、Ni等重金属的方法，简单有效的快速清洁农田，降低重金属污染农田的治理成本。

为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：

一种绿色淋洗剂原位去除农田重金属污染方法，包括下列步骤：

①在农田的熟土上依次设置工作垫层、塑料薄膜；

②淋洗滤管和真空收集滤管分别经过塑料薄膜、工作垫层插入熟土中，形成抽注系统；

③淋洗滤管插入熟土中的部位外表面均匀设置小孔，开孔部位用纱网包裹3层，阻挡熟土颗粒进入淋洗滤管，让淋洗液通过纱网进入淋洗滤管内；

④真空收集滤管插入熟土中的部位外表面均匀设置小孔，开孔部位用纱网包裹3层，阻挡熟土颗粒进入真空收集滤管，让淋洗液通过纱网进入真空收集滤管内；

⑤确定绿色淋洗剂

浓度为0.4～0.04mol/L的乙二胺四乙酸EDTA和浓度为0.2～0.02mol/L柠檬酸按照体积比1:1混合形成淋洗剂；柠檬酸化学成分为3-羟基-1,3,5-戊三酸；

O₂和CO₂采用静态混合器方式加入淋洗剂，混合后形成含有O₂和CO₂的绿色淋洗剂；

土壤中Ca含量≤0.5％时，在绿色淋洗剂中加入浓度为1.0-1.5g/L的碳铵NH₄HCO₃；

⑥设定修复周期为T控制绿色淋洗剂在熟土中的反应时间，T＝5～10天；

根据绿色淋洗剂在熟土中的迁移速度以及修复周期T确定井距：

若绿色淋洗剂在熟土中的迁移速度为x米/天，井距为T×x米；

⑦绿色淋洗剂经过淋洗滤管进入熟土，通过绿色淋洗剂与熟土的氧化、络合反应，将熟土中的重金属转移至液相中，完成对重金属污染农田的原位修复，并形成淋洗液。

进一步的，如上所述的一种绿色淋洗剂原位去除农田重金属污染方法，工作垫层的材料是三合土，厚度为8-12cm，阻止淋洗液进入地表漫流；工作垫层的材料拌匀后通过夯机夯实在熟土之上。

进一步的，如上所述的一种绿色淋洗剂原位去除农田重金属污染方法，塑料薄膜的厚度为20-60um，作用是进一步防止淋洗液从熟土经垫层进入地表；塑料薄膜直接盖在工作垫层之上。

进一步的，如上所述的一种绿色淋洗剂原位去除农田重金属污染方法，淋洗滤管和真空收集滤管为PE管材，外径均为32-75mm，壁厚为1-4mm。

进一步的，如上所述的一种绿色淋洗剂原位去除农田重金属污染方法，设定熟土的深度为H，淋洗滤管插入熟土中0-H位置处，真空收集滤管插入熟土中0.2H-0.8H位置处。

进一步的，如上所述的一种绿色淋洗剂原位去除农田重金属污染方法，淋洗滤管插入熟土中的部位外表面均匀设置直径为5-20mm的小孔，每个小孔的间隔为5-15mm，控制淋洗滤管插入熟土中部位的孔隙度为20％-30％；真空收集滤管插入熟土中的0.2H-0.8H部位外表面均匀设置直径为5-20mm的小孔，每个小孔的间隔为5-15mm，控制真空收集滤管插入熟土中部位的孔隙度为20％-30％。

进一步的，如上所述的一种绿色淋洗剂原位去除农田重金属污染方法，步骤②中，根据单根淋洗滤管注入的绿色淋洗剂的体积和从单根真空收集滤管中收集的淋洗液的体积之间的比例关系x:y确定采用的井型；

设定单根淋洗滤管注入的绿色淋洗剂的量为x；单根真空收集滤管收集的淋洗液的量为y；淋洗滤管根数为m；收集滤管根数为n；

控制淋洗滤管注入绿色淋洗剂的总量和真空收集滤管收集的绿色淋洗剂总量相等，以保证循环顺利进行，具体如下：

单根淋洗滤管注入的绿色淋洗剂的量×淋洗滤管根数＝单根真空收集滤管收集的淋洗液的量×真空收集滤管根数；

x×m＝y×n；

x:y＝1:1～1:1.2时，采用五点型、行列式井型之一；

x:y＝1:1.2～1:2时，采用五点型、行列式与七点型混合井型；

x:y＝1:2～1:2.3时，采用七点型井型。

进一步的，如上所述的一种绿色淋洗剂原位去除农田重金属污染方法，步骤⑤中，CO₂加入的量为0.2～1.0g/L，O₂加入量为0.1～0.4g/L；

绿色淋洗剂以10L/h～300L/h的流速注入淋洗滤管中。

进一步的，如上所述的一种绿色淋洗剂原位去除农田重金属污染方法，步骤⑦之后，还设置如下两个步骤：

⑧淋洗液经真空收集滤管输送至淋洗液处理装置；

⑨淋洗液处理装置处理后的淋洗液加入含有O₂和CO₂的绿色淋洗剂后再次注入至熟土，实现循环处理重金属污染农田。

本发明技术方案的有益效果在于：

①处理过程原地解决，无需将污染的土壤移除，操作简单便利；

②抽注系统只需普通的塑料管打眼就可以解决，取材容易；

③淋洗剂采用绿色的O₂和CO₂，环保效益显著成本。

附图说明

图1是农田重金属污染土壤的O₂和CO₂修复系统示意图；

图2是本发明的五点型井型平面示意图；

图3是本发明的七点型井型平面示意图；

图4是本发明的行列式井型平面示意图；

图5是绿色淋洗剂加入系统示意图。

其中：1—塑料薄膜；

2—工作垫层；

3—熟土；

4—生土；

5—淋洗滤管；

6—真空收集滤管；

7—含有O₂和CO₂的绿色淋洗剂；

8—去淋洗液处理装置；

9—O₂；

10—CO₂；

11—静态混合器；

12—阀门；

13—淋洗剂。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细说明。

原地浸出采矿经过半个多世纪的发展，已成为一种被广泛应用于可渗透性的铀、铜、金、稀土、锌、钍等矿产的溶浸开采领域。本发明是利用原地浸出采矿的原理，加入CO₂+O₂绿色淋洗剂，进行重金属污染农田的原位修复。包括下列步骤：

①场地布置如图1所示，在农田的生土4上是熟土3，在熟土3上依次设置工作垫层2、塑料薄膜1；

工作垫层2的材料是三合土，厚度为8-12cm，阻止淋洗液进入地表漫流；工作垫层2的材料拌匀后通过夯机夯实在熟土之上；

塑料薄膜1的厚度为20-60um，作用是进一步防止淋洗液从熟土经垫层进入地表；塑料薄膜1直接盖在工作垫层2之上；

②淋洗滤管5和真空收集滤管6分别经过塑料薄膜1、工作垫层2插入熟土3中，形成抽注系统；

淋洗滤管5和真空收集滤管6为PE管材，外径均为32-75mm，壁厚为1-4mm；

设定熟土3的深度为H，淋洗滤管5插入熟土3中0-H位置处，真空收集滤管6插入熟土3中0.2H-0.8H位置处；

根据单根淋洗滤管5注入的绿色淋洗剂7的体积和从单根真空收集滤管6中收集的淋洗液的体积之间的比例关系x:y确定如图2-4所示的井型；

设定单根淋洗滤管5注入的绿色淋洗剂的量为x；单根真空收集滤管6收集的淋洗液的量为y；淋洗滤管根数为m；收集滤管根数为n；

控制淋洗滤管5注入绿色淋洗剂7的总量和真空收集滤管6收集的绿色淋洗剂7总量相等，以保证循环顺利进行，具体如下：

单根淋洗滤管5注入的绿色淋洗剂的量×淋洗滤管5根数＝单根真空收集滤管6收集的淋洗液的量×真空收集滤管6根数；

x×m＝y×n；

x:y＝1:1～1:1.2时，采用五点型、行列式井型之一；

x:y＝1:1.2～1:2时，采用五点型、行列式与七点型混合井型；

x:y＝1:2～1:2.3时，采用七点型井型；

③淋洗滤管5插入熟土中的部位外表面均匀设置小孔，开孔部位用纱网包裹3层，阻挡熟土颗粒进入淋洗滤管5，让淋洗液通过纱网进入淋洗滤管5内；

具体的，淋洗滤管5插入熟土中的部位外表面均匀设置直径为5-20mm的小孔，每个小孔的间隔为5-15mm，控制淋洗滤管5插入熟土中部位的孔隙度为20％-30％；

④真空收集滤管6插入熟土中的部位外表面均匀设置小孔，开孔部位用纱网包裹3层，阻挡熟土颗粒进入真空收集滤管6，让淋洗液通过纱网进入真空收集滤管6内；

具体的，真空收集滤管6插入熟土中的0.2H-0.8H部位外表面均匀设置直径为5-20mm的小孔，每个小孔的间隔为5-15mm，控制真空收集滤管6插入熟土中部位的孔隙度为20％-30％；

⑤确定绿色淋洗剂7

浓度为0.4～0.04mol/L的乙二胺四乙酸EDTA和浓度为0.2～0.02mol/L柠檬酸按照体积比1:1混合形成淋洗剂13；柠檬酸化学成分为3-羟基-1,3,5-戊三酸；

如图5所示，由于O₂和CO₂为气体，溶解度较小，难以溶解，O₂和CO₂的加入采用静态混合器11方式入淋洗剂13，提高O₂和CO₂的溶解度，具体的，CO₂加入的量为0.2～1.0g/L，O₂加入量为0.1～0.4g/L；混合后形成含有O₂和CO₂的绿色淋洗剂7；

土壤中Ca含量≤0.5％时，形成的HCO₃ ^-浓度较低，在绿色淋洗剂7中加入浓度为1.0-1.5g/L的碳铵NH₄HCO₃，有助于提高土壤的肥力。

绿色淋洗剂7以10L/h～300L/h的流速注入淋洗滤管5中。

⑥设定修复周期为T控制绿色淋洗剂7在熟土3中的反应时间，T＝5～10天；

根据绿色淋洗剂7在熟土3中的迁移速度以及修复周期T确定井距：

若绿色淋洗剂7在熟土3中的迁移速度为x米/天，井距为T×x米；

⑦绿色淋洗剂7经过淋洗滤管5进入熟土3，通过绿色淋洗剂7与熟土3的氧化、络合反应，将熟土3中的重金属转移至液相中，完成对重金属污染农田的原位修复，并形成淋洗液。

⑧淋洗液经真空收集滤管6输送至淋洗液处理装置8；

⑨淋洗液处理装置8处理后的淋洗液加入含有O₂和CO₂的绿色淋洗剂7后再次注入至熟土3，实现循环处理重金属污染农田。

CO₂+O₂地浸采铀技术在我国已经取得了大规模的工业应用，很好的解决了地层铀元素的溶解、迁移和环境的保护问题，本发明适用于农田、工业场地等重金属污染的土壤的修复，具有重金属去除率高、实用、成本低廉、环保效益好等优势。

Claims (10)

1.一种绿色淋洗剂原位去除农田重金属污染方法，其特征在于：包括下列步骤：

①在农田的熟土(3)上依次设置工作垫层(2)、塑料薄膜(1)；

②淋洗滤管(5)和真空收集滤管(6)分别经过塑料薄膜(1)、工作垫层(2)插入熟土(3)中，形成抽注系统；

③淋洗滤管(5)插入熟土中的部位外表面均匀设置小孔，开孔部位用纱网包裹3层，阻挡熟土颗粒进入淋洗滤管(5)，让淋洗液通过纱网进入淋洗滤管(5)内；

④真空收集滤管(6)插入熟土中的部位外表面均匀设置小孔，开孔部位用纱网包裹3层，阻挡熟土颗粒进入真空收集滤管(6)，让淋洗液通过纱网进入真空收集滤管(6)内；

⑤确定绿色淋洗剂(7)

浓度为0.4～0.04mol/L的乙二胺四乙酸EDTA和浓度为0.2～0.02mol/L柠檬酸按照体积比1:1混合形成淋洗剂(13)；柠檬酸化学成分为3-羟基-1,3,5-戊三酸；

O₂和CO₂采用静态混合器(11)方式加入淋洗剂(13)，混合后形成含有O₂和CO₂的绿色淋洗剂(7)；

土壤中Ca含量≤0.5％时，在绿色淋洗剂(7)中加入浓度为1.0-1.5g/L的碳铵NH₄HCO₃；

⑥设定修复周期为T控制绿色淋洗剂(7)在熟土(3)中的反应时间，T＝5～10天；

根据绿色淋洗剂(7)在熟土(3)中的迁移速度以及修复周期T确定井距：

若绿色淋洗剂(7)在熟土(3)中的迁移速度为x米/天，井距为T×x米；

⑦绿色淋洗剂(7)经过淋洗滤管(5)进入熟土(3)，通过绿色淋洗剂(7)与熟土(3)的氧化、络合反应，将熟土(3)中的重金属转移至液相中，完成对重金属污染农田的原位修复，并形成淋洗液。

2.如权利要求1所述的一种绿色淋洗剂原位去除农田重金属污染方法，其特征在于：工作垫层(2)的材料是三合土，厚度为8-12cm，阻止淋洗液进入地表漫流；工作垫层(2)的材料拌匀后通过夯机夯实在熟土之上。

3.如权利要求1所述的一种绿色淋洗剂原位去除农田重金属污染方法，其特征在于：塑料薄膜(1)的厚度为20-60um，作用是进一步防止淋洗液从熟土经垫层进入地表；塑料薄膜(1)直接盖在工作垫层(2)之上。

4.如权利要求1所述的一种绿色淋洗剂原位去除农田重金属污染方法，其特征在于：淋洗滤管(5)和真空收集滤管(6)为PE管材，外径均为32-75mm，壁厚为1-4mm。

5.如权利要求1所述的一种绿色淋洗剂原位去除农田重金属污染方法，其特征在于：设定熟土(3)的深度为H，淋洗滤管(5)插入熟土(3)中0-H位置处，真空收集滤管(6)插入熟土(3)中0.2H-0.8H位置处。

6.如权利要求1所述的一种绿色淋洗剂原位去除农田重金属污染方法，其特征在于：淋洗滤管(5)插入熟土中的部位外表面均匀设置直径为5-20mm的小孔，每个小孔的间隔为5-15mm，控制淋洗滤管(5)插入熟土中部位的孔隙度为20％-30％；真空收集滤管(6)插入熟土中的0.2H-0.8H部位外表面均匀设置直径为5-20mm的小孔，每个小孔的间隔为5-15mm，控制真空收集滤管(6)插入熟土中部位的孔隙度为20％-30％。

7.如权利要求1所述的一种绿色淋洗剂原位去除农田重金属污染方法，其特征在于：

步骤②中，根据单根淋洗滤管(5)注入的绿色淋洗剂(7)的体积和从单根真空收集滤管(6)中收集的淋洗液的体积之间的比例关系x:y确定采用的井型；

设定单根淋洗滤管(5)注入的绿色淋洗剂的量为x；单根真空收集滤管(6)收集的淋洗液的量为y；淋洗滤管根数为m；收集滤管根数为n；

控制淋洗滤管(5)注入绿色淋洗剂(7)的总量和真空收集滤管(6)收集的绿色淋洗剂(7)总量相等，以保证循环顺利进行，具体如下：

单根淋洗滤管(5)注入的绿色淋洗剂的量×淋洗滤管(5)根数＝单根真空收集滤管(6)收集的淋洗液的量×真空收集滤管(6)根数；

x×m＝y×n；

x:y＝1:1～1:1.2时，采用五点型、行列式井型之一；

x:y＝1:1.2～1:2时，采用五点型、行列式与七点型混合井型；

x:y＝1:2～1:2.3时，采用七点型井型。

8.如权利要求1所述的一种绿色淋洗剂原位去除农田重金属污染方法，其特征在于：

步骤⑤中，CO₂加入的量为0.2～1.0g/L，O₂加入量为0.1～0.4g/L；

绿色淋洗剂(7)以10L/h～300L/h的流速注入淋洗滤管(5)中。

9.如权利要求1所述的一种绿色淋洗剂原位去除农田重金属污染方法，其特征在于：步骤⑦之后，还设置如下两个步骤：

⑧淋洗液经真空收集滤管(6)输送至淋洗液处理装置(8)；

⑨淋洗液处理装置(8)处理后的淋洗液加入含有O₂和CO₂的绿色淋洗剂(7)后再次注入至熟土(3)，实现循环处理重金属污染农田。

10.如权利要求1所述的一种绿色淋洗剂原位去除农田重金属污染方法，其特征在于：步骤⑦之后，还设置如下两个步骤：

⑧淋洗液经真空收集滤管(6)输送至淋洗液处理装置(8)；

⑨淋洗液处理装置(8)处理后的淋洗液加入含有O₂和CO₂的绿色淋洗剂(7)后再次注入至熟土(3)，实现循环处理重金属污染农田；

工作垫层(2)的材料是三合土，厚度为8-12cm，阻止淋洗液进入地表漫流；工作垫层(2)的材料拌匀后通过夯机夯实在熟土之上；

塑料薄膜(1)的厚度为20-60um，作用是进一步防止淋洗液从熟土经垫层进入地表；塑料薄膜(1)直接盖在工作垫层(2)之上；

淋洗滤管(5)和真空收集滤管(6)为PE管材，外径均为32-75mm，壁厚为1-4mm；

设定熟土(3)的深度为H，淋洗滤管(5)插入熟土(3)中0-H位置处，真空收集滤管(6)插入熟土(3)中0.2H-0.8H位置处；

淋洗滤管(5)插入熟土中的部位外表面均匀设置直径为5-20mm的小孔，每个小孔的间隔为5-15mm，控制淋洗滤管(5)插入熟土中部位的孔隙度为20％-30％；真空收集滤管(6)插入熟土中的0.2H-0.8H部位外表面均匀设置直径为5-20mm的小孔，每个小孔的间隔为5-15mm，控制真空收集滤管(6)插入熟土中部位的孔隙度为20％-30％；

步骤②中，根据单根淋洗滤管(5)注入的绿色淋洗剂(7)的体积和从单根真空收集滤管(6)中收集的淋洗液的体积之间的比例关系x:y确定采用的井型；

设定单根淋洗滤管(5)注入的绿色淋洗剂的量为x；单根真空收集滤管(6)收集的淋洗液的量为y；淋洗滤管根数为m；收集滤管根数为n；

控制淋洗滤管(5)注入绿色淋洗剂(7)的总量和真空收集滤管(6)收集的绿色淋洗剂(7)总量相等，以保证循环顺利进行，具体如下：

单根淋洗滤管(5)注入的绿色淋洗剂的量×淋洗滤管(5)根数＝单根真空收集滤管(6)收集的淋洗液的量×真空收集滤管(6)根数；

x×m＝y×n；

x:y＝1:1～1:1.2时，采用五点型、行列式井型之一；

x:y＝1:1.2～1:2时，采用五点型、行列式与七点型混合井型；

x:y＝1:2～1:2.3时，采用七点型井型；

步骤⑤中，CO₂加入的量为0.2～1.0g/L，O₂加入量为0.1～0.4g/L；

绿色淋洗剂(7)以10L/h～300L/h的流速注入淋洗滤管(5)中。