CN109909284A - 一种修复受重金属锌污染土壤和利用的方法 - Google Patents

一种修复受重金属锌污染土壤和利用的方法 Download PDF

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杨云峰
刘红光
王光明
张宝贤
王伟男
李敬忠
侯祥英
谭德云
崔晓莹
张良波
孙慧博
刘婷婷
毕海燕
姜婷婷
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Abstract

本发明公开了一种修复受重金属锌污染土壤和利用的方法，S1、根据重金属污染土地所在地区气候条件选择适宜的蓖麻品种，S2、第1年将S1中选取的蓖麻品种按一定行株距种植，加强田间管理，促进蓖麻生长，果实成熟后采收晒干脱粒，植株地上部分收割后晒干存放，犁地，捡拾出蓖麻根晒干存放，涉及土壤修复技术领域。该修复受重金属锌污染土壤和利用的方法，利用蓖麻修复受重金属Zn污染的土壤，成本低、污染少、不破坏土壤本身结构，利用蓖麻修复土壤的同时可以产生一定的经济效益，前景可观，锌酸钠回收率高，回收到的锌酸钠可用于镀锌锡合金，利用蓖麻修复达到标准的土地，土壤结构等得到改良，可以选种多种作物。

Description

一种修复受重金属锌污染土壤和利用的方法
技术领域
本发明涉及土壤修复技术领域，具体为一种修复受重金属锌污染土壤和利用的方法。
背景技术
蓖麻为多年生木质草本植物。蓖麻适应性强、根系发达、生长速度快、生物量大，对Zn有较强的吸收和积累作用，重金属锌是部分地区由于锌矿开采、“三废”排放、城市污泥堆肥农用以及含锌垃圾不合理排放等造成的远超土壤环境容量的重金属Zn，对动植物构成威胁，严重影响人类健康。
当前针对受锌污染的土壤采用的主要修复方法诸如物理/化学修复、微生物修复等，存在投资大、设备复杂，对环境扰动性大等缺点，采用植物修复法，存在对植物残体不处置或处置不当造成二次污染等问题。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种修复受重金属锌污染土壤和利用的方法，解决了现有的受锌污染的土壤修复方法投资大、设备复杂，对环境扰动性大的问题，同时对植物残体合理处置利用，从根本上杜绝了二次污染。
(二)技术方案
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出一种修复受重金属锌污染土壤和利用的方法，包括如下步骤：
S1、根据重金属污染土地所在地区气候条件选择适宜的蓖麻品种；
S2、第1年将S1中选取的蓖麻品种按一定行株距种植，加强田间管理，促进蓖麻生长，果实成熟后采收晒干脱粒，植株地上部分收割后晒干存放，犁地，捡拾出蓖麻根晒干存放；
S3、第2年十字交叉方向旋耕土地，继续种植S1中选取的蓖麻品种，错行错株种植，果实成熟后采收晒干脱粒，植株地上部分收割后晒干存放，犁地，捡拾出蓖麻根晒干存放，收获后检测土壤重金属Zn含量，如果达不到安全指标，第三年继续种植，直到检测结果达到安全指标；
S4、将S2和S3中的蓖麻秸秆和根经加工制成秸秆颗粒生物质燃料，秸秆颗粒定向供应，专做燃料用途，燃烧后得炭渣；
S5、选取S4中制得的适量炭渣放在蒙福炉中，490-560℃灰化1h，至样品呈灰白色，得到灰分；
S6、选取S5中制得的灰分中加入蒸馏水，70℃恒温水浴振荡浸泡1h后，振荡19-23min，9000r/min条件下离心7-13min，得到灰分提取液备用；
S7、过滤S6中制得的灰分提取液，得到滤液A和滤渣B；
S8、将S7中制得的滤渣B进行烘干，烘干后，加入20％丙酮溶液，PbO溶于丙酮中，恒温水浴浸泡1h，振荡17-23min，在9000r/min条件下离心8-12min，得到溶液C；
S9、将S8制得的溶液C进行过滤，得到滤渣D，滤渣D经蒸馏水冲洗、烘干后加入5％稀盐酸，恒温水浴浸泡0.4-0.6h，振荡16-25min，在9000r/min条件下离心5-15min，过滤，得到滤液E和滤渣F，滤渣F为SiO2；
S10、将S9中制得的滤液E中加入过量H2S，待反应充分后，振荡19-21min，在9000r/min条件下离心7-13min，过滤，得滤液G和滤渣J；
S11、将S10中制得的滤液G中加入10％NaOH溶液，调PH值至3.6-3.8，析出Fe(OH)3，在9000r/min条件下离心8-11min，过滤，得滤液H；
S12、将S11中制得的滤液H加入过量的10％NaOH溶液，在9000r/min条件下离心6-12min，过滤，得滤液I；
S13、将S12中制得的滤液I,经蒸发浓缩冷却结晶得到锌酸钠。
重金属主要集中在蓖麻根部，不会对果实造成污染，因此以其为原料制得的蓖麻油不会被重金属污染，蓖麻油作为重要的化工原料和生物能源，用途广泛，经济价值高。
蓖麻对重金属锌的富集，是土壤中的重金属Zn被蓖麻根系吸收，在蒸腾作用下通过木质部运输到蓖麻茎叶中，蓖麻对重金属的转运能力较差，积累主要集中在根部，在土壤Zn浓度为2000mg/kg时，检测到根、茎、叶对Zn的积累量分别达到9686.8mg/kg，3748mg/kg，2042.5mg/kg。
优选的，所述步骤S13中，滤液I经蒸发浓缩冷却得到的结晶即为锌酸钠，可用于镀锌锡合金。
优选的，所述步骤S6中蒸馏水添加的份量为灰分重量的4-8倍。
优选的，所述步骤S7中滤液A中含有K2O、Na2O和CaO，滤液A中的K2O、Na2O和CaO溶于水分别形成的KOH、NaOH和Ca(OH)2。
优选的，所述步骤S5中灰分主要含有Ca、Mg、K、Na、Si、Fe、Al等元素，大部分金属和硅元素以氧化物形式存在于灰分中，利用蓖麻修复受Zn污染的土壤，蓖麻植株富集Zn元素，灰分中含有一定量的ZnO。
(三)有益效果
本发明提供了一种修复受重金属锌污染土壤和利用的方法。具备以下有益效果：
(1)、修复受重金属锌污染土壤和利用的方法，通过S1、根据重金属污染土地所在地区气候条件选择适宜的蓖麻品种，S2、第1年将S1中选取的蓖麻品种按一定行株距种植，S3、第2年十字交叉方向旋耕土地，继续种植S1中选取的蓖麻品种，S4、将S2和S3中的蓖麻秸秆和根经加工制成秸秆颗粒生物质燃料，利用蓖麻修复受重金属Zn污染的土壤，成本低、污染少、不破坏土壤本身结构，利用蓖麻修复土壤的同时可以产生一定的经济效益，前景可观，以蓖麻秸秆制作生物质燃料，可以废物利用，增加经济效益，符合国家农林废弃物利用政策。
(2)、修复受重金属锌污染土壤和利用的方法，通过S5、选取S4中制得的适量炭渣放在蒙福炉中，S6、选取S5中制得的灰分中加入蒸馏水，S7、过滤S6中制得的灰分提取液，S8、将S7中制得的滤渣B进行烘干，S9、将S8制得的溶液C进行过滤，S10、将S9中制得的滤液E中加入过量H2S，S11、将S10中制得的滤液G中加入10％NaOH溶液，S12、将S11中制得的滤液H加入过量的10％NaOH溶液，S13、将S12中制得的滤液I,经蒸发浓缩冷却结晶得到锌酸钠，可实现对植物残体中重金属的回收利用，使得锌酸钠回收率高，回收到的锌酸钠可用于镀锌锡合金，利用蓖麻修复达到标准的土地，土壤结构等得到改良，可以选种多种作物，增加经济收益，同时具有较好的生态效益。
附图说明
图1为本发明灰分制备的流程图；
图2为本发明锌酸钠制备的流程图。
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。
本发明实施例提供三种技术方案：一种修复受重金属锌污染土壤和利用的方法，具体包括以下实施例：
实施例1
S1、根据重金属污染土地所在地区气候条件选择适宜的蓖麻品种；
S2、第1年将S1中选取的蓖麻品种按一定行株距种植，加强田间管理，促进蓖麻生长，果实成熟后采收晒干脱粒，植株地上部分收割后晒干存放，犁地，捡拾出蓖麻根晒干存放；
S3、第2年十字交叉方向旋耕土地，继续种植S1中选取的蓖麻品种，错行错株种植，果实成熟后采收晒干脱粒，植株地上部分收割后晒干存放，犁地，捡拾出蓖麻根晒干存放，收获后检测土壤重金属Zn含量，如果达不到安全指标，第三年继续种植，直到检测结果达到安全指标；
S4、将S2和S3中的蓖麻秸秆和根经加工制成秸秆颗粒生物质燃料，秸秆颗粒定向供应，专做燃料用途，燃烧后得炭渣；
S5、选取S4中制得的适量炭渣放在蒙福炉中，490℃灰化1h，至样品呈灰白色，得到灰分；
S6、选取S5中制得的灰分中加入蒸馏水，蒸馏水添加的份量为灰分重量的4倍,70℃恒温水浴振荡浸泡1h后，振荡19min，9000r/min条件下离心7min，得到灰分提取液备用；
S7、过滤S6中制得的灰分提取液，得到滤液A和滤渣B；
S8、将S7中制得的滤渣B进行烘干，烘干后，加入20％丙酮溶液，PbO溶于丙酮中，恒温水浴浸泡1h，振荡17min，在9000r/min条件下离心8min，得到溶液C；
S9、将S8制得的溶液C进行过滤，得到滤渣D，滤渣D经蒸馏水冲洗、烘干后加入5％稀盐酸，恒温水浴浸泡0.4h，振荡16-25min，在9000r/min条件下离心5min，过滤，得到滤液E和滤渣F，滤渣F为SiO2；
S10、将S9中制得的滤液E中加入过量H2S，待反应充分后，振荡19min，在9000r/min条件下离心7min，过滤，得滤液G和滤渣J；
S11、将S10中制得的滤液G中加入10％NaOH溶液，调PH值至3.6，析出Fe(OH)3，在9000r/min条件下离心8min，过滤，得滤液H；
S12、将S11中制得的滤液H加入过量的10％NaOH溶液，在9000r/min条件下离心6min，过滤，得滤液I；
S13、将S12中制得的滤液I,经蒸发浓缩冷却结晶得到锌酸钠。
实施例2
S1、根据重金属污染土地所在地区气候条件选择适宜的蓖麻品种；
S2、第1年将S1中选取的蓖麻品种按一定行株距种植，加强田间管理，促进蓖麻生长，果实成熟后采收晒干脱粒，植株地上部分收割后晒干存放，犁地，捡拾出蓖麻根晒干存放；
S3、第2年十字交叉方向旋耕土地，继续种植S1中选取的蓖麻品种，错行错株种植，果实成熟后采收晒干脱粒，植株地上部分收割后晒干存放，犁地，捡拾出蓖麻根晒干存放，收获后检测土壤重金属Zn含量，如果达不到安全指标，第三年继续种植，直到检测结果达到安全指标；
S4、将S2和S3中的蓖麻秸秆和根经加工制成秸秆颗粒生物质燃料，秸秆颗粒定向供应，专做燃料用途，燃烧后得炭渣；
S5、选取S4中制得的适量炭渣放在蒙福炉中，525℃灰化1h，至样品呈灰白色，得到灰分；
S6、选取S5中制得的灰分中加入蒸馏水，蒸馏水添加的份量为灰分重量的6倍,70℃恒温水浴振荡浸泡1h后，振荡20min，9000r/min条件下离心10min，得到灰分提取液备用；
S7、过滤S6中制得的灰分提取液，得到滤液A和滤渣B；
S8、将S7中制得的滤渣B进行烘干，烘干后，加入20％丙酮溶液，PbO溶于丙酮中，恒温水浴浸泡1h，振荡20min，在9000r/min条件下离心10min，得到溶液C；
S9、将S8制得的溶液C进行过滤，得到滤渣D，滤渣D经蒸馏水冲洗、烘干后加入5％稀盐酸，恒温水浴浸泡0.5h，振荡20min，在9000r/min条件下离心10min，过滤，得到滤液E和滤渣F，滤渣F为SiO2；
S10、将S9中制得的滤液E中加入过量H2S，待反应充分后，振荡19-21min，在9000r/min条件下离心10min，过滤，得滤液G和滤渣J；
S11、将S10中制得的滤液G中加入10％NaOH溶液，调PH值至3.7，析出Fe(OH)3，在9000r/min条件下离心10min，过滤，得滤液H；
S12、将S11中制得的滤液H加入过量的10％NaOH溶液，在9000r/min条件下离心10min，过滤，得滤液I；
S13、将S12中制得的滤液I,经蒸发浓缩冷却结晶得到锌酸钠。
实施例3
S1、根据重金属污染土地所在地区气候条件选择适宜的蓖麻品种；
S2、第1年将S1中选取的蓖麻品种按一定行株距种植，加强田间管理，促进蓖麻生长，果实成熟后采收晒干脱粒，植株地上部分收割后晒干存放，犁地，捡拾出蓖麻根晒干存放；
S3、第2年十字交叉方向旋耕土地，继续种植S1中选取的蓖麻品种，错行错株种植，果实成熟后采收晒干脱粒，植株地上部分收割后晒干存放，犁地，捡拾出蓖麻根晒干存放，收获后检测土壤重金属Zn含量，如果达不到安全指标，第三年继续种植，直到检测结果达到安全指标；
S4、将S2和S3中的蓖麻秸秆和根经加工制成秸秆颗粒生物质燃料，秸秆颗粒定向供应，专做燃料用途，燃烧后得炭渣；
S5、选取S4中制得的适量炭渣放在蒙福炉中，560℃灰化1h，至样品呈灰白色，得到灰分；
S6、选取S5中制得的灰分中加入蒸馏水，蒸馏水添加的份量为灰分重量的8倍,70℃恒温水浴振荡浸泡1h后，振荡23min，9000r/min条件下离心13min，得到灰分提取液备用；
S7、过滤S6中制得的灰分提取液，得到滤液A和滤渣B；
S8、将S7中制得的滤渣B进行烘干，烘干后，加入20％丙酮溶液，PbO溶于丙酮中，恒温水浴浸泡1h，振荡23min，在9000r/min条件下离心12min，得到溶液C；
S9、将S8制得的溶液C进行过滤，得到滤渣D，滤渣D经蒸馏水冲洗、烘干后加入5％稀盐酸，恒温水浴浸泡0.6h，振荡25min，在9000r/min条件下离心15min，过滤，得到滤液E和滤渣F，滤渣F为SiO2；
S10、将S9中制得的滤液E中加入过量H2S，待反应充分后，振荡21min，在9000r/min条件下离心3min，过滤，得滤液G和滤渣J；
S11、将S10中制得的滤液G中加入10％NaOH溶液，调PH值至3.8，析出Fe(OH)3，在9000r/min条件下离心11min，过滤，得滤液H；
S12、将S11中制得的滤液H加入过量的10％NaOH溶液，在9000r/min条件下离心12min，过滤，得滤液I；
S13、将S12中制得的滤液I,经蒸发浓缩冷却结晶得到锌酸钠。
效果实施例
某华东地区农作物用地，土壤内含有大量重金属Zn，选取其中三块同等污染程度，同等面积的耕地分别采用实施例1-3中的治理方法对重金属Zn进行修复和重新利用，两年后，经检测三块耕地内重金属Zn含量均符合安全指标，但采用实施例2方法中制得的锌酸钠份量明显比用实施例1和用实施例3中制得的锌酸钠份量多，综上所述得出实施例2中修复受重金属锌污染土壤和利用的方法最佳。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种修复受重金属锌污染土壤和利用的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、根据重金属污染土地所在地区气候条件选择适宜的蓖麻品种；
S2、第1年将S1中选取的蓖麻品种按一定行株距种植，加强田间管理，促进蓖麻生长，果实成熟后采收晒干脱粒，植株地上部分收割后晒干存放，犁地，捡拾出蓖麻根晒干存放；
S3、第2年十字交叉方向旋耕土地，继续种植S1中选取的蓖麻品种，错行错株种植，果实成熟后采收晒干脱粒，植株地上部分收割后晒干存放，犁地，捡拾出蓖麻根晒干存放，收获后检测土壤重金属Zn含量，如果达不到安全指标，第三年继续种植，直到检测结果达到安全指标；
S4、将S2和S3中的蓖麻秸秆和根经加工制成秸秆颗粒生物质燃料，秸秆颗粒定向供应，专做燃料用途，燃烧后得炭渣；
S5、选取S4中制得的适量炭渣放在蒙福炉中，490-560℃灰化1h，至样品呈灰白色，得到灰分；
S6、选取S5中制得的灰分中加入蒸馏水，70℃恒温水浴振荡浸泡1h后，振荡19-23min，9000r/min条件下离心7-13min，得到灰分提取液备用；
S7、过滤S6中制得的灰分提取液，得到滤液A和滤渣B；
S8、将S7中制得的滤渣B进行烘干，烘干后，加入20％丙酮溶液，PbO溶于丙酮中，恒温水浴浸泡1h，振荡17-23min，在9000r/min条件下离心8-12min，得到溶液C；
S9、将S8制得的溶液C进行过滤，去除PbO，得到滤渣D，滤渣D经蒸馏水冲洗、烘干后加入5％稀盐酸，恒温水浴浸泡0.4-0.6h，振荡16-25min，在9000r/min条件下离心5-15min，过滤，得到滤液E和滤渣F，滤渣F为SiO2；
S10、将S9中制得的滤液E中加入过量H2S，待反应充分后，振荡19-21min，在9000r/min条件下离心7-13min，过滤，得滤液G和滤渣J；
S11、将S10中制得的滤液G中加入10％NaOH溶液，调PH值至3.6-3.8，析出Fe(OH)3，在9000r/min条件下离心8-11min，过滤，得滤液H；
S12、将S11中制得的滤液H加入过量的10％NaOH溶液，在9000r/min条件下离心6-12min，过滤，得滤液I；
S13、将S12中制得的滤液I,经蒸发浓缩冷却结晶得到锌酸钠。
2.根据权利要求1所述的一种修复受重金属锌污染土壤和利用的方法，其特征在于：所述步骤S13中滤液I经蒸发浓缩冷却得到的结晶即为锌酸钠，可用于镀锌锡合金。
3.根据权利要求1所述的一种修复受重金属锌污染土壤和利用的方法，其特征在于：所述步骤S6中蒸馏水添加的份量为灰分重量的4-8倍。
4.根据权利要求1所述的一种修复受重金属锌污染土壤和利用的方法，其特征在于：所述步骤S7中滤液A中含有K2O、Na2O和CaO，滤液A中的K2O、Na2O和CaO溶于水分别形成的KOH、NaOH和Ca(OH)2。
5.根据权利要求1所述的一种修复受重金属锌污染土壤和利用的方法，其特征在于：所述步骤S5中灰分主要含有Ca、Mg、K、Na、Si、Fe、Al等元素，大部分金属和硅元素以氧化物形式存在于灰分中，利用蓖麻修复受Zn污染的土壤，蓖麻植株富集Zn元素，灰分中含有一定量的ZnO。
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