CN110293120A - 一种修复重金属污染土壤的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及土壤修复领域，针对现有重金属污染土壤的修复方法容易对环境造成二次影响的问题，提供了一种修复重金属污染土壤的方法，该技术方案如下：包括以下步骤：S1、破碎土壤；S2、加入重金属洗脱剂以及氨水洗脱；S3、调节pH并打捞悬浮物；S4、滤去金属洗脱剂，并将土壤晾干，即完成土壤的修复；其中，重金属洗脱剂包括以下质量份数的组分：壳聚糖50‑55份；水60‑65份；聚丙烯酸钠15‑20份；芦荟纤维粉10‑15份。重金属洗脱剂的各组成成分均无毒无害，来源天然，因而不容易对环境产生影响，同时，将重金属沉淀物打捞起来以集中处理，使得从土壤中洗脱出来的重金属不容易重新排至环境中而对环境造成影响。
Description
技术领域
本发明涉及土壤修复领域，更具体地说，它涉及一种修复重金属污染土壤的方法。
背景技术
土壤重金属污染是由于废弃物中重金属在土壤中过量沉积而引起的土壤污染。污染土壤的重金属主要包括汞、镉、铅、铬和类金属砷等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的锌、铜、镍等元素。主要来自采矿废渣、农药、废水、污泥和大气沉降等，如汞主要来自含汞废水，镉、铅污染主要来自冶炼排放和汽车废气沉降，砷则被大量用作杀虫剂、杀菌剂、杀鼠剂和除草剂。过量重金属可引起植物生理功能紊乱、营养失调，镉、汞等元素在作物籽实中富集系数较高，即使超过食品卫生标准，也不影响作物生长、发育和产量，此外，汞、砷能减弱和抑制土壤中硝化、氨化细菌活动，影响氮素供应。重金属污染物在土壤中移动性很小，不易随水淋滤，不为微生物降解，通过食物链进入人体后，潜在危害极大，因此，修复重金属污染土壤极为重要。
目前，对重金属污染土壤的修复技术主要是采用金属螯合淋洗剂EDTA淋洗土壤，但是，金属螯合淋洗剂容易对环境造成二次污染，因此，仍有改进的空间。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种修复重金属污染土壤的方法，具有不容易对环境造成污染的优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：
S1、将一块干涸的受重金属污染的水田进行破碎，然后将破碎的土壤开挖起来；
S2、往开挖起来的土壤中加入重金属洗脱剂，再加入氨水调节pH至5-6，搅拌均匀，并将漂浮在水面上的悬浮物打捞起来以除去；
S3、边搅拌边加入氨水调节pH，使得土壤与重金属洗脱剂混合溶液的pH值缓慢上升至11-12，同时，边调节pH值边将漂浮在水面上的悬浮物打捞起来以除去，当土壤与重金属洗脱剂混合溶液中不再出现悬浮物时，停止加入氨水；
S4、滤去金属洗脱剂，并将土壤晾干，即完成土壤的修复；
其中，重金属洗脱剂包括以下质量份数的组分：
壳聚糖50-55份；
水60-65份；
聚丙烯酸钠15-20份；
芦荟纤维粉10-15份。
采用上述技术方案，通过加入氨水调节pH，并同时采用重金属洗脱剂协同配合，有利于土壤中的重金属与氢氧根结合形成固体沉淀以被除去，同时，重金属洗脱剂的各组成成分均无毒无害，来源天然，因而不容易对环境产生影响，同时，将重金属沉淀物打捞起来以集中处理，使得从土壤中洗脱出来的重金属不容易重新排至环境中而对环境造成影响；
另外，使得重金属的洗脱操作只需加入重金属洗脱剂，再将洗脱后的土壤滤出即可完成土壤修复，操作简便；
不同重金属的氢氧化物完全沉淀所需的pH值环境不同，通过采用氨水逐步调节pH，有利于土壤中的不同重金属均沉淀更加完全，从而有利于土壤中的重金属被去除得更加完全，使得土壤的修复效果更好；同时，采用氨水调节pH，有利于为土壤提供丰富的N元素，从而有利于提高土壤的营养物质含量，进而使得土壤修复后更便于重新利用于农业上；另外，当土壤的重复利用无需富含营养物质时，通过对土壤加热即可将土壤中的氨水挥发以除去，从而有利于土壤保持洁净度，进而使得土壤更便于根据实际使用情况进行处理，进而使得土壤重复利用的适用范围扩大，有利于提高土壤的重复利用率，有利于节约资源；
通过采用壳聚糖、聚丙烯酸钠与芦荟纤维粉的协同配合，有利于重金属洗脱剂更好地吸附重金属氢氧化物沉淀，同时有利于重金属氢氧化物与重金属洗脱剂结合后并漂浮于液面上，从而便于重金属集中至漂浮物中并被打捞起来以集中处理，使得重金属不容易重新对环境造成污染，有利于提高重金属污染土壤修复的环保性能；同时，重金属洗脱剂还容易吸附残余的重金属离子，使得土壤中更加不容易存在重金属，有利于提高土壤的修复效果。
本发明进一步设置为：所述步骤S1中，将土壤破碎成粒径为3-5mm的碎土粒。
采用上述技术方案，通过将土壤破碎成粒径为3-5mm的碎土粒，有利于土壤与重金属洗脱剂以及氨水更充分地接触，从而有利于土壤中的重金属更好地被洗脱出来，使得土壤中更加不容易存在重金属，有利于提高土壤的修复效果。
本发明进一步设置为：所述步骤S2中，往土壤中加入金属洗脱剂至金属洗脱剂完全浸泡土壤。
采用上述技术方案，通过往土壤中加入金属洗脱剂至金属洗脱剂完全浸泡土壤，有利于土壤与重金属洗脱剂以及氨水接触更加充分，从而有利于土壤中的重金属更好地被洗脱出来，进而使得土壤中更加不容易存在重金属，有利于提高土壤修复的效果。
本发明进一步设置为：所述重金属洗脱剂还包括以下质量份数的组分：
凹凸棒土5-10份；
高岭土1-3份。
采用上述技术方案，通过加入凹凸棒土与高岭土协同配合，有利于增强重金属洗脱剂对重金属的吸附效果，从而有利于土壤中的重金属被去除更加完全，进而使得土壤中不容易存在重金属，有利于提高土壤修复的效果。
本发明进一步设置为：所述重金属洗脱剂还包括以下质量份数的组分：
氯化钠15-20份。
采用上述技术方案，通过加入氯化钠，有利于提高重金属洗脱剂的溶液密度，从而使得重金属洗脱剂与土壤中的重金属或重金属氢氧化物沉淀结合后更容易浮起来，从而便于重金属的集中收集以及集中处理，使得土壤中更加不容易存在重金属，有利于提高土壤修复的效果。
本发明进一步设置为：所述重金属洗脱剂还包括以下质量份数的组分：
柠檬酸1-2份。
采用上述技术方案，通过加入柠檬酸，有利于增强重金属洗脱剂对重金属的吸附能力以及对重金属氢氧化物沉淀的吸附能力，使得土壤经重金属洗脱剂处理后更加不容易存在重金属，有利于提高土壤的修复效果。
本发明进一步设置为：所述重金属洗脱剂还包括以下质量份数的组分：
活性炭0.5-1份。
采用上述技术方案，通过加入活性炭，有利于对土壤中的杂质以及异味进行吸附，有利于提高经重金属洗脱剂处理后的土壤的洁净度，从而有利于土壤的重复利用，使得土壤的重复利用的适用范围扩大，有利于提高土壤的重复利用率。
本发明进一步设置为：所述重金属洗脱剂还包括以下质量份数的组分：
竹纤维0.1-0.5份。
采用上述技术方案，通过加入竹纤维，有利于提高经重金属洗脱剂处理后的土壤的透气性以及抑菌性，使得土壤中不容易滋生细菌，从而有利于提高土壤的洁净度，使得土壤的重复利用的适用范围扩大，有利于提高土壤的重复利用率。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.重金属洗脱剂的各组成成分均无毒无害，来源天然，因而不容易对环境产生影响，同时，将重金属沉淀物打捞起来以集中处理，使得从土壤中洗脱出来的重金属不容易重新排至环境中而对环境造成影响；
2.通过加入氨水调节pH，并同时采用重金属洗脱剂协同配合，有利于土壤中的重金属与氢氧根结合形成固体沉淀以被除去，使得重金属的洗脱操作只需加入重金属洗脱剂，再将洗脱后的土壤滤出即可完成土壤修复，操作简便；
3.通过采用氨水逐步调节pH，有利于土壤中的不同重金属均沉淀更加完全，从而有利于土壤中的重金属被去除得更加完全，使得土壤的修复效果更好；
4.通过采用氨水调节pH，有利于提高土壤的营养物质含量，使得土壤修复后更便于重新利用于农业上，当土壤的重复利用无需富含营养物质时，通过对土壤加热即可将土壤中的氨水挥发以除去，使得土壤更便于根据实际使用情况进行处理，有利于提高土壤的重复利用率；
5.通过采用壳聚糖、聚丙烯酸钠与芦荟纤维粉的协同配合，有利于重金属氢氧化物与重金属洗脱剂结合后并漂浮于液面上，便于重金属集中至漂浮物中并被打捞起来以集中处理，使得重金属不容易重新对环境造成污染。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明作进一步详细说明。
以下实施例中，壳聚糖采用郑州大田化工产品有限公司的货号为19020669的壳聚糖。
以下实施例中，聚丙烯酸钠采用郑州万搏化工产品有限公司的货号为3047的聚丙烯酸钠。
以下实施例中，芦荟纤维粉采用湖州珠力纳米材料科技开发有限公司的芦荟纤维粉。
以下实施例中，凹凸棒土采用灵寿县风岳矿产加工厂的货号为0109的凹凸棒土粉。
以下实施例中，高岭土采用济南鸿博化工有限公司的货号为516的高岭土。
实施例1
一种修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：
S1、将一块干涸的受重金属污染的水田进行破碎，并控制土壤破碎后的碎土粒的粒径为3mm，然后将破碎的土壤开挖起来。
S2、将开挖起来的土壤加入搅拌釜中，并往搅拌釜中加入重金属洗脱剂至重金属洗脱剂完全浸泡土壤，以250r/min的转速进行搅拌，边搅拌边加入氨水调节pH至5，同时将漂浮在水面上的悬浮物打捞起来以除去。
S3、边搅拌边加入氨水调节pH，使得土壤与重金属洗脱剂混合溶液的pH值缓慢上升至11，同时，边调节pH值边将不断产生的漂浮在水面上的悬浮物打捞起来以除去，当土壤与重金属洗脱剂混合溶液中不再出现悬浮物时，停止加入氨水。
S4、滤去金属洗脱剂，并将土壤晾干，即完成土壤的修复。
其中，重金属洗脱剂包括以下质量份数的组分：
壳聚糖50kg；水65kg；聚丙烯酸钠17.5kg；芦荟纤维粉15kg。
重金属洗脱剂的制备方法如下：在200L的搅拌釜中加入水65kg，以300r/min的转速进行搅拌，边搅拌边加入壳聚糖50kg、聚丙烯酸钠17.5kg、芦荟纤维粉15kg，搅拌混合均匀后，即得重金属洗脱剂。
实施例2
一种修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：
S1、将一块干涸的受重金属污染的水田进行破碎，并控制土壤破碎后的碎土粒的粒径为4mm，然后将破碎的土壤开挖起来。
S2、将开挖起来的土壤加入搅拌釜中，并往搅拌釜中加入重金属洗脱剂至重金属洗脱剂完全浸泡土壤，以250r/min的转速进行搅拌，边搅拌边加入氨水调节pH至5.5，同时将漂浮在水面上的悬浮物打捞起来以除去。
S3、边搅拌边加入氨水调节pH，使得土壤与重金属洗脱剂混合溶液的pH值缓慢上升至11.5，同时，边调节pH值边将不断产生的漂浮在水面上的悬浮物打捞起来以除去，当土壤与重金属洗脱剂混合溶液中不再出现悬浮物时，停止加入氨水。
S4、滤去金属洗脱剂，并将土壤晾干，即完成土壤的修复。
其中，重金属洗脱剂包括以下质量份数的组分：
壳聚糖52.5kg；水60kg；聚丙烯酸钠20kg；芦荟纤维粉10kg。
重金属洗脱剂的制备方法如下：在200L的搅拌釜中加入水60kg，以300r/min的转速进行搅拌，边搅拌边加入壳聚糖52.5kg、聚丙烯酸钠20kg、芦荟纤维粉10kg，搅拌混合均匀后，即得重金属洗脱剂。
实施例3
一种修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：
S1、将一块干涸的受重金属污染的水田进行破碎，并控制土壤破碎后的碎土粒的粒径为5mm，然后将破碎的土壤开挖起来。
S2、将开挖起来的土壤加入搅拌釜中，并往搅拌釜中加入重金属洗脱剂至重金属洗脱剂完全浸泡土壤，以250r/min的转速进行搅拌，边搅拌边加入氨水调节pH至6，同时将漂浮在水面上的悬浮物打捞起来以除去。
S3、边搅拌边加入氨水调节pH，使得土壤与重金属洗脱剂混合溶液的pH值缓慢上升至12，同时，边调节pH值边将不断产生的漂浮在水面上的悬浮物打捞起来以除去，当土壤与重金属洗脱剂混合溶液中不再出现悬浮物时，停止加入氨水。
S4、滤去金属洗脱剂，并将土壤晾干，即完成土壤的修复。
其中，重金属洗脱剂包括以下质量份数的组分：
壳聚糖55kg；水62.5kg；聚丙烯酸钠15kg；芦荟纤维粉12.5kg。
重金属洗脱剂的制备方法如下：在200L的搅拌釜中加入水62.5kg，以300r/min的转速进行搅拌，边搅拌边加入壳聚糖55kg、聚丙烯酸钠15kg、芦荟纤维粉12.5kg，搅拌混合均匀后，即得重金属洗脱剂。
实施例4
与实施例3的区别在于：
重金属洗脱剂还包括以下质量份数的组分：
凹凸棒土5kg；高岭土3kg。
重金属洗脱剂的制备方法如下：在200L的搅拌釜中加入水62.5kg，以300r/min的转速进行搅拌，边搅拌边加入壳聚糖55kg、聚丙烯酸钠15kg、芦荟纤维粉12.5kg、凹凸棒土5kg、高岭土3kg，搅拌混合均匀后，即得重金属洗脱剂。
实施例5
与实施例3的区别在于：
重金属洗脱剂还包括以下质量份数的组分：
凹凸棒土10kg；高岭土1kg。
重金属洗脱剂的制备方法如下：在200L的搅拌釜中加入水62.5kg，以300r/min的转速进行搅拌，边搅拌边加入壳聚糖55kg、聚丙烯酸钠15kg、芦荟纤维粉12.5kg、凹凸棒土10kg、高岭土1kg，搅拌混合均匀后，即得重金属洗脱剂。
实施例6
与实施例3的区别在于：
重金属洗脱剂还包括以下质量份数的组分：
高岭土1kg。
重金属洗脱剂的制备方法如下：在200L的搅拌釜中加入水62.5kg，以300r/min的转速进行搅拌，边搅拌边加入壳聚糖55kg、聚丙烯酸钠15kg、芦荟纤维粉12.5kg、高岭土1kg，搅拌混合均匀后，即得重金属洗脱剂。
实施例7
与实施例3的区别在于：
重金属洗脱剂还包括以下质量份数的组分：
凹凸棒土10kg。
重金属洗脱剂的制备方法如下：在200L的搅拌釜中加入水62.5kg，以300r/min的转速进行搅拌，边搅拌边加入壳聚糖55kg、聚丙烯酸钠15kg、芦荟纤维粉12.5kg、凹凸棒土10kg，搅拌混合均匀后，即得重金属洗脱剂。
实施例8
与实施例3的区别在于：
重金属洗脱剂还包括以下质量份数的组分：
凹凸棒土5kg；高岭土2kg；氯化钠20kg；活性炭1.5kg；竹纤维1kg。
重金属洗脱剂的制备方法如下：在200L的搅拌釜中加入水62.5kg，以300r/min的转速进行搅拌，边搅拌边加入壳聚糖55kg、聚丙烯酸钠15kg、芦荟纤维粉12.5kg、凹凸棒土5kg、高岭土2kg、氯化钠20kg、活性炭1.5kg、竹纤维1kg，搅拌混合均匀后，即得重金属洗脱剂。
实施例9
与实施例3的区别在于：
重金属洗脱剂还包括以下质量份数的组分：
凹凸棒土7.5kg；高岭土3kg；氯化钠17.5kg；活性炭1kg；竹纤维0.5kg。
重金属洗脱剂的制备方法如下：在200L的搅拌釜中加入水62.5kg，以300r/min的转速进行搅拌，边搅拌边加入壳聚糖55kg、聚丙烯酸钠15kg、芦荟纤维粉12.5kg、凹凸棒土7.5kg、高岭土3kg、氯化钠17.5kg、活性炭1kg、竹纤维0.5kg，搅拌混合均匀后，即得重金属洗脱剂。
实施例10
与实施例3的区别在于：
重金属洗脱剂还包括以下质量份数的组分：
凹凸棒土10kg；高岭土1kg；氯化钠15kg；活性炭2kg；竹纤维0.75kg。
重金属洗脱剂的制备方法如下：在200L的搅拌釜中加入水62.5kg，以300r/min的转速进行搅拌，边搅拌边加入壳聚糖55kg、聚丙烯酸钠15kg、芦荟纤维粉12.5kg、凹凸棒土10kg、高岭土1kg、氯化钠15kg、活性炭2kg、竹纤维0.75kg，搅拌混合均匀后，即得重金属洗脱剂。
比较例1
与实施例1的区别在于：重金属洗脱剂中缺少组分壳聚糖。
比较例2
与实施例1的区别在于：重金属洗脱剂中缺少组分聚丙烯酸钠。
比较例3
与实施例1的区别在于：重金属洗脱剂中缺少组分芦荟纤维粉。
实验1
根据GB/T17136-1997《土壤质量总汞的测定冷原子吸收分光光度法》检测土壤处理前的汞含量(mg/kg)以及经重金属洗脱剂处理后的汞含量(mg/kg)，并计算汞的去除率(％)。
实验2
根据GB/T17141-1997《土壤质量铅、镉的测定石墨炉原子吸收分光光度法》检测土壤处理前的铅含量(mg/kg)和镉含量(mg/kg)，并检测土壤经重金属洗脱剂处理后的铅含量(mg/kg)和镉含量(mg/kg)，计算铅的去除率(％)和镉的去除率(％)。
以上实验的检测数据见表1。
表1
根据表1中实施例1-10的数据可得，通过加入重金属洗脱剂对土壤进行处理，处理后的土壤的汞含量均低于土壤环境质量标准值0.15mg/kg，铅含量均低于土壤环境质量标准值35mg/kg，镉含量均低于土壤环境质量标准值0.2mg/kg，说明通过采用氨水配合重金属洗脱剂对土壤中的重金属进行洗脱，再将重金属滤去即可完成重金属污染土壤的修复，操作简便。
根据表1中实施例1-3与比较例1-3的数据对比可得，实施例1-3均采用壳聚糖、聚丙烯酸钠以及芦荟纤维粉协同配合以制备重金属洗脱剂，比较例1中缺少组分壳聚糖，比较例2中缺少组分聚丙烯酸钠，比较例3中缺少组分芦荟纤维粉，而实施例1-3的汞去除率、铅去除率以及镉去除率均远高于比较例1-3的，说明通过采用壳聚糖、聚丙烯酸钠以及芦荟纤维粉的协同配合，有利于增强重金属洗脱剂的吸附作用，使得土壤中的重金属以及重金属氢氧化物沉淀更容易被重金属洗脱剂吸附并漂浮在水面上以除去，从而有利于降低经重金属洗脱剂处理后的土壤的重金属含量，使得土壤修复的效果更好；同时，说明了只有当壳聚糖、聚丙烯酸钠以及芦荟纤维粉共同协同配合时，才能更好地增强重金属洗脱剂的修复效果，缺少了任一组分均容易对重金属洗脱剂的修复效果产生影响。
根据表1中实施例1-3与实施例4-5的数据对比可得，实施例4-5比实施例1-3新增了组分凹凸棒土以及高岭土，实施例4-5的汞去除率、铅去除率以及镉去除率均高于实施例1-3的，说明通过采用凹凸棒土与高岭土协同配合，有利于增强重金属洗脱剂的吸附效果，使得经处理后的土壤中更加不容易存在重金属，从而有利于提高重金属洗脱剂的修复效果，使得土壤中的重金属含量更低。
根据表1中实施例4-5与实施例6-7的数据对比可得，实施例4-5均采用凹凸棒土以及高岭土协同配合，实施例6中缺少了组分凹凸棒土，实施例7中缺少了组分高岭土，而实施例4-5的汞去除率、铅去除率以及镉去除率均高于实施例6-7的，说明只有当凹凸棒土以及高岭土互相协同配合时，才能更好地提高重金属洗脱剂的吸附作用，使得重金属洗脱剂对土壤的修复效果更好，缺少了任一组分，均容易对重金属洗脱剂的修复效果产生影响。
根据表1中实施例4-5与实施例8-10的数据对比可得，实施例8-10比实施例4-5新增了组分氯化钠、活性炭以及竹纤维，实施例8-10的汞去除率、铅去除率以及镉去除率均高于实施例4-5的，说明通过加入氯化钠、活性炭以及竹纤维，有利于吸附重金属以及重金属氢氧化物后的重金属洗脱剂更好地漂浮在水面上，从而有利于土壤中的重金属更好地被集中处理，进而有利于降低土壤中的重金属含量，还使得重金属更加不容易对环境造成二次污染，还有利于重金属洗脱剂更好地吸附土壤中的杂质和异味。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种修复重金属污染土壤的方法，其特征是：包括以下步骤：
S1、将一块干涸的受重金属污染的水田进行破碎，然后将破碎的土壤开挖起来；
S2、往开挖起来的土壤中加入重金属洗脱剂，再加入氨水调节pH至5-6，搅拌均匀，并将漂浮在水面上的悬浮物打捞起来以除去；
S3、边搅拌边加入氨水调节pH，使得土壤与重金属洗脱剂混合溶液的pH值缓慢上升至11-12，同时，边调节pH值边将漂浮在水面上的悬浮物打捞起来以除去，当土壤与重金属洗脱剂混合溶液中不再出现悬浮物时，停止加入氨水；
S4、滤去金属洗脱剂，并将土壤晾干，即完成土壤的修复；
其中，重金属洗脱剂包括以下质量份数的组分：
壳聚糖50-55份；
水60-65份；
聚丙烯酸钠15-20份；
芦荟纤维粉10-15份。
2.根据权利要求1所述的修复重金属污染土壤的方法，其特征是：所述步骤S1中，将土壤破碎成粒径为3-5mm的碎土粒。
3.根据权利要求1所述的修复重金属污染土壤的方法，其特征是：所述步骤S2中，往土壤中加入金属洗脱剂至金属洗脱剂完全浸泡土壤。
4.根据权利要求1-3任一所述的修复重金属污染土壤的方法，其特征是：所述重金属洗脱剂还包括以下质量份数的组分：
凹凸棒土5-10份；
高岭土1-3份。
5.根据权利要求1-3任一所述的修复重金属污染土壤的方法，其特征是：所述重金属洗脱剂还包括以下质量份数的组分：
氯化钠15-20份。
6.根据权利要求1-3任一所述的修复重金属污染土壤的方法，其特征是：所述重金属洗脱剂还包括以下质量份数的组分：
柠檬酸1-2份。
7.根据权利要求1-3任一所述的修复重金属污染土壤的方法，其特征是：所述重金属洗脱剂还包括以下质量份数的组分：
活性炭0.5-1份。
8.根据权利要求1-3任一所述的修复重金属污染土壤的方法，其特征是：所述重金属洗脱剂还包括以下质量份数的组分：
竹纤维0.1-0.5份。
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2019
- 2019-07-10 CN CN201910622098.7A patent/CN110293120A/zh active Pending
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