CN109675923A - 一种铅锌矿尾矿库及相邻土壤复合重金属污染修复系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于污染修复技术领域，公开了一种铅锌矿尾矿库及相邻土壤复合重金属污染修复系统，所述铅锌矿尾矿库及相邻土壤复合重金属污染修复系统包括：中央控制模块、重金属检测模块、有机肥投加模块、混合模块、喷洒模块、翻土模块、显示模块。本发明有效降低土壤中的重金属元素含量，避免了传统处理方法中重金属元素的再次恢复及对土壤环境造成一定的破坏，对环境和人们的生活造成更严重的危害。本发明通过无机固化剂硫铝酸盐水泥对重金属离子进行快速高效的固定；有利于降低重金属的浸出浓度，改善重金属污染的土壤，同时改善土壤团粒结构，消除板结现象；同时减少固定化的重金属重新浸出的现象。
Description
技术领域
本发明属于污染修复技术领域，尤其涉及一种铅锌矿尾矿库及相邻土壤复合重金属污染修复系统。
背景技术
矿山指有一定开采境界的采掘矿石的独立生产经营单位。矿山主要包括一个或多个采矿车间(或称坑口、矿井、露天采场等)和一些辅助车间，大部分矿山还包括选矿场(洗煤厂)。矿山包括煤矿、金属矿、非金属矿、建材矿和化学矿等等。矿山规模(也称生产能力)通常用年产量或日产量表示。年产量即矿山每年生产的矿石数量。按产量的大小，分为大型、中型、小型3种类型。矿山规模的大小，要与矿山经济合理的服务年限相适应，只有这样，才能节省基建费用，降低成本。尾矿库区周边土壤都受到了重金属Pb、Cu、Zn、Mn不同程度的污染，尾矿库下风向为污染最严重的区域，在距尾矿现边缘50m范围内，Pb、Cu、Zn重金属的含量值最大。但是，目前使用的对土壤重金属的修复多通过焚烧处理、热处理及生物反应器进行处理，处理成本较高，且无法对土壤进行彻底的深度处理，容易造成土壤生态环境的破坏。
综上所述，现有技术存在的问题是：目前使用的对土壤重金属的修复多通过焚烧处理、热处理及生物反应器进行处理，处理成本较高，且无法对土壤进行彻底的深度处理，容易造成土壤生态环境的破坏。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种铅锌矿尾矿库及相邻土壤复合重金属污染修复系统。
本发明是这样实现的，一种铅锌矿尾矿库及相邻土壤复合重金属污染修复方法，所述铅锌矿尾矿库及相邻土壤复合重金属污染修复方法包括：
步骤一，通过向污染土壤中注入多种萃取溶剂对土壤中的重金属元素进行萃取，获得含有重金属离子的土壤上清液，对上清液通过检测仪器进行重金属元素的种类及含量的测定，确定污染土壤中所含的重金属元素；
步骤二，根据确定的重金属元素，添加磷肥及有机肥对铅锌矿相邻的土壤进行改良，对土壤中的重金属离子进行固定处理；
步骤三，土壤中的重金属固定处理后，根据污染源中主要重金属粒子不同，利用喷洒器将不同组合份数的土壤修复剂均匀的撒在待修复土壤表面对土壤表面进行修复处理，厚度为1-4厘米；
步骤四，通过翻土机进行翻土，将修复剂和土壤混合均匀，即可；且修复系统通过显示器显示采集到的工作全过程的遥感图像信息。
进一步，步骤一中，萃取剂为柠檬酸、Na2-EDTA；
进一步，步骤一中，萃取包含化学萃取，具体的化学萃取方法为：
(1)将一部分需要萃取的土壤放入高密度聚乙烯箱中，分别加入柠檬酸、Na2-EDTA，通过高速搅拌器进行搅拌；
(2)搅拌完成后，将土壤中的液体部分放入高速离心机上进行离心30min，取分离的上清液，制得含有重金属离子的上清液，备用。
进一步，步骤三中，重金属为Pb、Cu、Zn、Mn的一种或两种及以上。
进一步，步骤三中，土壤修复剂按照质量份数由硫铝酸盐水泥20～40份、硅灰10～20份、生物质28～38份、微生物菌剂8～16份组成。
进一步，步骤三中，微生物菌剂为固氮菌菌剂、硅酸盐微生物菌剂、有机物料腐熟剂、生物修复菌剂一种或两种及以上。
进一步，步骤三中，土壤修复剂通用制备方法的步骤如下：
1)将生物质用搅碎机搅碎，过100-200目筛，将得到的生物质粉末暴晒，利用反应釜将生物质粉末与微生物菌剂混合均匀，得到混合物1；
2)将硫铝酸盐水泥与硅灰混合均匀得到混合物2；
3)将混合物1和2充分混合后，得到本发明的土壤修复剂。
进一步，步骤三中，土壤修复剂的用量为土壤质量的6％-10％，接着喷雾洒水，喷雾洒水所用水的质量为土壤修复剂质量的70％-80％。
进一步，土壤中重金属存在形态的测定方法如下：
(1)取1g土壤样品加入8ml的氯化镁或者醋酸钠，在室温振荡1h；
(2)在室温下加入8ml1M的醋酸钠进行提取，提取前用醋酸调节PH至5.0，连续振荡8h；
(3)将以上处理后的残余物种加入20ml0.04M的NH2OH-HCl，在100℃下，体积分数为20％的醋酸中提取；
(4)将提取后的物质中加入3ml0.02M硝酸，5ml30％过氧化氢，用硝酸调节PH＝2，加热至85℃，保温2小时，振荡几次后，再加入3ml30％过氧化氢，用硝酸调节pH＝2，在85℃下加热3h，振荡，冷却后加入5ml3.2M醋酸铵和体积分数为20％的硝酸，稀释至20ml，振荡30min；
(5)通过HF-HClO4进行分解处理。
进一步，每克土壤中溶解的重金属质量的计算方法为：
萃取去除百分率为：
式中：Mediss为萃取液中溶解的重金属；
Metotal为土壤中含有的重金属。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述铅锌矿尾矿库及相邻土壤复合重金属污染修复方法的铅锌矿尾矿库及相邻土壤复合重金属污染修复系统，所述铅锌矿尾矿库及相邻土壤复合重金属污染修复系统包括：
中央控制模块，与重金属检测模块、有机肥投加模块、混合模块、喷洒模块、翻土模块、显示模块连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；
重金属检测模块，与中央控制模块和显示模块连接，用于多种检测仪器对土壤中的重金属元素的种类及含量进行检测，并将检测结果通过显示屏进行显示；
有机肥投加模块，与中央控制模块连接，用于向土壤中通过添加磷肥及各种有机肥对土壤进行改良，对土壤中的重金属离子进行固定；
混合模块，与中央控制模块连接，用于通过反应釜将硫铝酸盐水泥、硅灰、生物质、微生物菌剂混合反应制备土壤修复剂；
喷洒模块，与中央控制模块连接，用于通过喷洒器将土壤修复剂均匀的撒在待修复土壤表面，厚度为1-4厘米，其中土壤修复剂的用量为土壤质量的6％-10％，接着喷雾洒水，喷雾洒水所用水的质量为土壤修复剂质量的70％-80％；
翻土模块，与中央控制模块连接，用于通过翻土机进行翻土，将修复剂和土壤混合均匀；
显示模块，与中央控制模块连接，用于通过显示器显示采集的遥感图像信息。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述铅锌矿尾矿库及相邻土壤复合重金属污染修复方法的信息数据处理终端。
本发明的优点及积极效果为：本发明首先有机肥投加模块向土壤中投加有机肥，重金属离子通过与有机肥料中的元素产生耦合反应，萃取之后通过重金属检测模块对土壤中的重金属含量和形态进行检测，通过混合模块将硫铝酸盐水泥、硅灰、生物质、微生物菌剂混合反应制备土壤修复剂，通过喷洒模块对土壤进行喷洒修复剂，对土壤进行修复，再通过翻土将土壤进行混合，有效将土壤中的重金属元素进行彻底的清除，避免了传统处理方法中重金属元素的再次恢复及对土壤环境造成一定的破坏，对环境和人们的生活造成更严重的危害。
本发明采用无机固化剂与微生物联合使用，一方面能够通过无机固化剂硫铝酸盐水泥对重金属离子进行快速高效的固定；另一方面，由于加入了生物质和微生物菌剂，微生物菌剂可深入土壤的内部，有利于降低重金属的浸出浓度，改善重金属污染的土壤，同时改善土壤团粒结构，消除板结现象；同时减少固定化的重金属重新浸出的现象。
附图说明
图1是本发明铅锌矿尾矿库及相邻土壤复合重金属污染修复方法的流程示意图。
图2是本发明实施例提供的铅锌矿尾矿库及相邻土壤复合重金属污染修复系统结构示意图；
图中：1、中央控制模块；2、重金属检测模块；3、有机肥投加模块；4、混合模块；5、喷洒模块；6、翻土模块；7、显示模块。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的铅锌矿尾矿库及相邻土壤复合重金属污染修复方法，具体包括以下步骤：
S101:通过向污染土壤中注入多种萃取溶剂对土壤中的重金属元素进行萃取，获得含有重金属离子的土壤上清液，对上清液通过检测仪器进行重金属元素的种类及含量的测定，确定污染土壤中所含的重金属元素；
S102:根据确定的重金属元素，添加磷肥及有机肥对铅锌矿相邻的土壤进行改良，对土壤中的重金属离子进行固定处理；
S103:土壤中的重金属固定处理后，根据污染源中主要重金属粒子不同，利用喷洒器将不同组合份数的土壤修复剂均匀的撒在待修复土壤表面对土壤表面进行修复处理，厚度为1-4厘米；
S104:通过翻土机进行翻土，将修复剂和土壤混合均匀，即可；且修复系统通过显示器显示采集到的工作全过程的遥感图像信息。
步骤S101中，本发明实施例提供的萃取剂为柠檬酸、Na2-EDTA；
步骤S101中，本发明实施例提供的萃取包含化学萃取，具体的化学萃取方法为：
(1)将一部分需要萃取的土壤放入高密度聚乙烯箱中，分别加入柠檬酸、Na2-EDTA，通过高速搅拌器进行搅拌；
(2)搅拌完成后，将土壤中的液体部分放入高速离心机上进行离心30min，取分离的上清液，制得含有重金属离子的上清液，备用。
步骤S103中，本发明实施例提供的重金属为Pb、Cu、Zn、Mn的一种或两种及以上。
步骤S103中，本发明实施例提供的土壤修复剂按照质量份数由硫铝酸盐水泥20～40份、硅灰10～20份、生物质28～38份、微生物菌剂8～16份组成。
步骤S103中，本发明实施例提供的微生物菌剂为固氮菌菌剂、硅酸盐微生物菌剂、有机物料腐熟剂、生物修复菌剂一种或两种及以上。
步骤S103中，本发明实施例提供的土壤修复剂通用制备方法的步骤如下：
1)将生物质用搅碎机搅碎，过100-200目筛，将得到的生物质粉末暴晒，利用反应釜将生物质粉末与微生物菌剂混合均匀，得到混合物1；
2)将硫铝酸盐水泥与硅灰混合均匀得到混合物2；
3)将混合物1和2充分混合后，得到本发明的土壤修复剂。
步骤S103中，本发明实施例提供的土壤修复剂的用量为土壤质量的6％-10％，接着喷雾洒水，喷雾洒水所用水的质量为土壤修复剂质量的70％-80％。
本发明实施例提供的选矿业液中重金属存在的测定方法为：
(1)选取所使用的选矿液，添加活性炭进行金属离子的吸附；
(2)洗脱活性炭获得被吸附的金属离子；
(3)对获得金属离子进一步确定是否为重金属离子。
本发明实施例提供的土壤中重金属存在形态的测定方法如下：
(1)取1g土壤样品加入8ml的氯化镁或者醋酸钠，在室温振荡1h；
(2)在室温下加入8ml1M的醋酸钠进行提取，提取前用醋酸调节PH至5.0，连续振荡8h；
(3)将以上处理后的残余物种加入20ml0.04M的NH2OH-HCl，在100℃下，体积分数为20％的醋酸中提取；
(4)将提取后的物质中加入3ml0.02M硝酸，5ml30％过氧化氢，用硝酸调节PH＝2，加热至85℃，保温2小时，振荡几次后，再加入3ml30％过氧化氢，用硝酸调节PH＝2，在85℃下加热3h，振荡，冷却后加入5ml3.2M醋酸铵和体积分数为20％的硝酸，稀释至20ml，振荡30min；
(5)通过HF-HClO4进行分解处理。
本发明实施例提供的每克土壤中溶解的重金属质量的计算方法为：
萃取去除百分率为：
式中：Mediss为萃取液中溶解的重金属；
Metotal为土壤中含有的重金属。
如图2所示，本发明提供的铅锌矿尾矿库及相邻土壤复合重金属污染修复系统包括：中央控制模块1、重金属检测模块2、有机肥投加模块3、混合模块4、喷洒模块5、翻土模块6、显示模块7。
中央控制模块1，与重金属检测模块2、有机肥投加模块3、混合模块4、喷洒模块5、翻土模块6、显示模块7连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；
重金属检测模块2，与中央控制模块1和显示模块7连接，用于多种检测仪器对土壤中的重金属元素的种类及含量进行检测，并将检测结果通过显示屏进行显示；
有机肥投加模块3，与中央控制模块1连接，用于向土壤中通过添加磷肥及各种有机肥对土壤进行改良，对土壤中的重金属离子进行固定；
混合模块4，与中央控制模块1连接，用于通过反应釜将硫铝酸盐水泥、硅灰、生物质、微生物菌剂混合反应制备土壤修复剂；
喷洒模块5，与中央控制模块1连接，用于通过喷洒器将土壤修复剂均匀的撒在待修复土壤表面，厚度为1-4厘米，其中土壤修复剂的用量为土壤质量的6％-10％，接着喷雾洒水，喷雾洒水所用水的质量为土壤修复剂质量的70％-80％；
翻土模块6，与中央控制模块1连接，用于通过翻土机进行翻土，将修复剂和土壤混合均匀；
显示模块7，与中央控制模块1连接，用于通过显示器显示采集的遥感图像信息。
本发明实施例提供的工作原理部分：
本发明修复时，首先，通过有机肥投加模块3向土壤中投加有机肥，通过有机肥能够对土壤中剩余的重金属元素进行固定，萃取之后通过重金属检测模块2对土壤中的重金属含量和形态进行检测，将检测结构通过显示模块5进行显示，通过混合模块4利用反应釜将硫铝酸盐水泥、硅灰、生物质、微生物菌剂混合反应制备土壤修复剂；然后，通过喷洒模块5利用喷洒器将土壤修复剂均匀的撒在待修复土壤表面，厚度为1-4厘米，其中土壤修复剂的用量为土壤质量的6％-10％，接着喷雾洒水，喷雾洒水所用水的质量为土壤修复剂质量的70％-80％；通过翻土模块6利用翻土机进行翻土，将修复剂和土壤混合均匀；最后，通过重金属检测模块2对修复的土壤进行重金属含量检测，并将检测结构通过显示模块7进行显示。
下面结合具体实施例对本发明的应用原理进行进一步说明；
实施例1；
本发明实施例提供的土壤修复剂按照质量份数由硫铝酸盐水泥20份、硅灰10份、生物质28份、微生物菌剂8份组成。
实施例2；
本发明实施例提供的土壤修复剂按照质量份数由硫铝酸盐水泥40份、硅灰20份、生物质38份、微生物菌剂16份组成。
实施例3；
本发明实施例提供的土壤修复剂按照质量份数由硫铝酸盐水泥30份、硅灰15份、生物质33份、微生物菌剂12份组成。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种铅锌矿尾矿库及相邻土壤复合重金属污染修复方法，其特征在于，所述的铅锌矿尾矿库及相邻土壤复合重金属污染修复方法包括：
步骤一，通过向污染土壤中注入多种萃取溶剂对土壤中的重金属元素进行萃取，获得含有重金属离子的土壤上清液，对上清液通过检测仪器进行重金属元素的种类及含量的测定，确定污染土壤中所含的重金属元素；
步骤二，根据确定的重金属元素，添加磷肥及有机肥对铅锌矿相邻的土壤进行改良，对土壤中的重金属离子进行固定处理；
步骤三，土壤中的重金属固定处理后，根据污染源中主要重金属粒子不同，利用喷洒器将不同组合份数的土壤修复剂均匀的撒在待修复土壤表面对土壤表面进行修复处理，厚度为1-4厘米；
步骤四，通过翻土机进行翻土，将修复剂和土壤混合均匀，即可；且修复系统通过显示器显示采集到的工作全过程的遥感图像信息。
2.如权利要求1所述的铅锌矿尾矿库及相邻土壤复合重金属污染修复方法，其特征在于，所述步骤一中，萃取剂为柠檬酸、Na2-EDTA。
3.如权利要求1所述的铅锌矿尾矿库及相邻土壤复合重金属污染修复方法，其特征在于，所述步骤一中，萃取包含化学萃取，具体的化学萃取方法为：
(1)将一部分需要萃取的土壤放入高密度聚乙烯箱中，分别加入柠檬酸、Na2-EDTA，通过高速搅拌器进行搅拌；
(2)搅拌完成后，将土壤中的液体部分放入高速离心机上进行离心30min，取分离的上清液，制得含有重金属离子的上清液，备用。
4.如权利要求1所述的铅锌矿尾矿库及相邻土壤复合重金属污染修复方法，其特征在于，所述步骤三中，重金属为Pb、Cu、Zn、Mn的一种或两种及以上。
5.如权利要求1所述的铅锌矿尾矿库及相邻土壤复合重金属污染修复方法，其特征在于，所述步骤三中，土壤修复剂按照质量份数由硫铝酸盐水泥20～40份、硅灰10～20份、生物质28～38份、微生物菌剂8～16份组成。
6.如权利要求1所述的铅锌矿尾矿库及相邻土壤复合重金属污染修复方法，其特征在于，所述步骤三中，微生物菌剂为固氮菌菌剂、硅酸盐微生物菌剂、有机物料腐熟剂、生物修复菌剂一种或两种及以上。
7.如权利要求1所述的铅锌矿尾矿库及相邻土壤复合重金属污染修复方法，其特征在于，所述步骤三中，土壤修复剂通用制备方法的步骤如下：
1)将生物质用搅碎机搅碎，过100-200目筛，将得到的生物质粉末暴晒，利用反应釜将生物质粉末与微生物菌剂混合均匀，得到混合物1；
2)将硫铝酸盐水泥与硅灰混合均匀得到混合物2；
3)将混合物1和2充分混合后，得到本发明的土壤修复剂。
8.如权利要求1所述的铅锌矿尾矿库及相邻土壤复合重金属污染修复方法，其特征在于，所述步骤三中，土壤修复剂的用量为土壤质量的6％-10％，接着喷雾洒水，喷雾洒水所用水的质量为土壤修复剂质量的70％-80％；
所述土壤中重金属存在形态的测定方法如下：
(1)取1g土壤样品加入8ml的氯化镁或者醋酸钠，在室温振荡1h；
(2)在室温下加入8ml1M的醋酸钠进行提取，提取前用醋酸调节PH至5.0，连续振荡8h；
(3)将以上处理后的残余物种加入20ml0.04M的NH2OH-HCl，在100℃下，体积分数为20％的醋酸中提取；
(4)将提取后的物质中加入3ml0.02M硝酸，5ml30％过氧化氢，用硝酸调节PH＝2，加热至85℃，保温2小时，振荡几次后，再加入3ml30％过氧化氢，用硝酸调节pH＝2，在85℃下加热3h，振荡，冷却后加入5ml3.2M醋酸铵和体积分数为20％的硝酸，稀释至20ml，振荡30min；
(5)通过HF-HClO4进行分解处理；
所述每克土壤中溶解的重金属质量的计算方法为：
萃取去除百分率为：
式中：Mediss为萃取液中溶解的重金属；
Metotal为土壤中含有的重金属。
9.一种实现权利要求1所述铅锌矿尾矿库及相邻土壤复合重金属污染修复方法的铅锌矿尾矿库及相邻土壤复合重金属污染修复系统，其特征在于，所述铅锌矿尾矿库及相邻土壤复合重金属污染修复系统包括：
中央控制模块，与重金属检测模块、有机肥投加模块、混合模块、喷洒模块、翻土模块、显示模块连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；
重金属检测模块，与中央控制模块和显示模块连接，用于多种检测仪器对土壤中的重金属元素的种类及含量进行检测，并将检测结果通过显示屏进行显示；
有机肥投加模块，与中央控制模块连接，用于向土壤中通过添加磷肥及各种有机肥对土壤进行改良，对土壤中的重金属离子进行固定；
混合模块，与中央控制模块连接，用于通过反应釜将硫铝酸盐水泥、硅灰、生物质、微生物菌剂混合反应制备土壤修复剂；
喷洒模块，与中央控制模块连接，用于通过喷洒器将土壤修复剂均匀的撒在待修复土壤表面，厚度为1-4厘米，其中土壤修复剂的用量为土壤质量的6％-10％，接着喷雾洒水，喷雾洒水所用水的质量为土壤修复剂质量的70％-80％；
翻土模块，与中央控制模块连接，用于通过翻土机进行翻土，将修复剂和土壤混合均匀；
显示模块，与中央控制模块连接，用于通过显示器显示采集的遥感图像信息。
10.一种应用权利要求1～8任意一项所述铅锌矿尾矿库及相邻土壤复合重金属污染修复方法的信息数据处理终端。
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| CN112122332A (zh) * | 2020-09-03 | 2020-12-25 | 常德鑫芙蓉环保有限公司 | 废弃矿山的土壤生态修复方法 |
| CN115885777A (zh) * | 2022-09-28 | 2023-04-04 | 四川农业大学 | 一种针对废弃铅锌矿山的生态修复方法 |
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