CN110479756B - 一种土壤修复工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土壤修复工艺，属于土壤修复技术领域。本发明将待修复土壤，阴离子表面活性剂，水，混合后，超声分散，再经冷冻压榨，解冻，得解冻泥浆，将解冻泥浆，(N‑脒基)十二烷基丙烯酰胺，聚乙二醇磷酸酯，增粘剂，聚氧化乙烯，混合后，高粘捏合，出料，得捏合料，将捏合料与电场作用下处理2～4h后，转入混料机，于搅拌状态下通入快速干燥二氧化碳气体，直至混料机中物料含水率降至5％以下，再将混料机中物料旋风分离，去除细颗粒，即可完成对土壤的修复。本发明解决了目前常见对重金属污染土壤修复工艺的修复效果不佳，并难以破坏土壤中的重金属‑胶体稳态，不能改善土壤的结构的问题。

Description

一种土壤修复工艺

技术领域

本发明属于土壤修复技术领域，具体涉及一种土壤修复工艺。

背景技术

土壤是人类赖以生存的自然环境和农业生存的重要资源，全球面临的粮食、资源和环境问题与土壤密切相关。

土壤污染物大致可分为无机污染物和有机污染物两大类。无机污染物主要包括酸、碱、重金属，盐类、放射性元素铯、锶的化合物、含砷、硒、氟的化合物等。有机污染物主要包括有机农药、酚类、氰化物、石油、合成洗涤剂、3，4-苯并芘以及由城市污水、污泥及厩肥带来的有害微生物等。重金属造成的土壤污染，危害大，处理难度大。因此，针对重金属污染土壤的修复技术的研究逐渐成为我国研究的热点之一。

目前，对于土壤重金属的治理方法，主要有物理、化学-物化和生物等方法。开发一种既能去除土壤重金属污染物又能提高土壤养分的土壤修复方法具有重要意义。

专利201711376507.7公布了一种土壤修复方法，修复方法为：土壤修复剂与待处理的土壤混合均匀，保持含水量，静置后，得到一级处理土壤；微生物组合物与所述一级处理土壤混合均匀，静置后，完成土壤修，该土壤修复方法结合了化学修复和生物修复，共同对污染土壤起作用，降低土壤中重金属污染物的含量，但对土壤结构的改善效果不佳。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决目前常见对重金属污染土壤修复工艺的修复效果不佳，并难以破坏土壤中的金属-胶体稳态，不能改善土壤的结构的问题，而提出一种土壤修复工艺。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种土壤修复工艺，具体修复步骤为：

(1)按重量份数计，依次取800～1000份待修复土壤，8～10份阴离子表面活性剂，800～1200份水，混合后，超声分散，再经冷冻压榨，解冻，得解冻泥浆；

(2)按重量份数计，依次取800～1000份解冻泥浆，8～10份(N-脒基)十二烷基丙烯酰胺，0.3～0.5份聚乙二醇磷酸酯，8～10份增粘剂，40～60份聚氧化乙烯，混合后，高粘捏合，出料，得捏合料；

(3)将捏合料与电场作用下处理2～4h后，转入混料机，于搅拌状态下通入快速干燥二氧化碳气体，直至混料机中物料含水率降至5％以下；

(4)再将混料机中物料旋风分离，去除细颗粒，即可完成对土壤的修复；

所述快速通入干燥二氧化碳气体为：以600～800L/min速率向混料机中通入干燥二氧化碳气体。

进一步的，步骤(1)所述阴离子表面活性剂为：阴离子聚丙烯酰胺，高级脂肪酸盐，十二烷基苯磺酸钠，木质素磺酸钠，烷基酚聚氧乙烯醚中的任意一种。

进一步的，步骤(1)所述冷冻压榨为：于温度为-80～-120℃，压力为10～20MPa条件下，保压压榨10～20min。

进一步的，步骤(2)所述增粘剂为：羧甲基纤维素钠，淀粉，环糊精中的任意一种。

进一步的，步骤(2)所述高粘粘合为：于搅拌机中，搅拌捏合4～6h。

进一步的，步骤(3)所述电场作用下处理为：将捏合料置于容器中，并在捏合料中插入两根石墨电极，并接入电流为2～5A，电压为48～100V的直流电。

进一步的，步骤(4)所述细颗粒为平均粒径为10～20μm的颗粒。

进一步的，步骤(1)所述待修复土壤为预处理待修复土壤，所述预处理过程为：将待修复土壤于马弗炉中，于温度为400～600℃条件下，加热煅烧3～5h后，随炉冷却至室温，出料，得预处理待修复土壤。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

首先，利用物理手段对修复土壤进行处理，采用阴离子表面活性剂与待修复土壤超声分散，两者相互配合，可有效拓宽土壤中层状硅酸盐的层间距，并使其中吸附固定的重金属离子逐渐暴露或解离，随后在冷冻压榨过程中，层间的水分快速凝结形成冰晶，并在压榨作用力下，冰晶碎裂，碎裂的过程中，破坏土壤中的金属-胶体稳态，使层状硅酸盐进一步解离细化，并使吸附的重金属离子充分暴露；

其次，以(N-脒基)十二烷基丙烯酰胺这一特殊成分为单体，聚乙二醇磷酸酯为大分子引发剂，增粘剂调节体系粘度，在高粘粘合过程中，利用高粘捏合使单体和引发剂分子链直接发生相互作用，而形成含有脒基团的共聚物，由于该共聚物分子结构中同时含有亲水基团和疏水基团，因此可在高粘粘合过程中形成空心球体，在后续二氧化碳作用下，与脒基团作用使脒基团带电并吸附重金属离子，且由于空心球体密度小，在旋风分离过程中容易随细颗粒共同被去除；

再者，本申请加入聚氧化乙烯，在高粘捏合过程中，利用聚氧化乙烯分子链段的运动传递暴露出的重金属离子，且由于上述高粘捏合逐步形成具有双亲性的空心球体，而聚氧化乙烯分子结构中大分子链可与共聚物良好相容，因此，聚氧化乙烯更容易在高粘捏合过程中将重金属离子传递到共聚物球体表面，而在电场作用下更是强化了离子的传输过程；

本申请通过利用物理-化学手段的结合，并配合固-液-气的三相联合，有效实现了对土壤中重金属离子的去除，实现了对土壤的良好修复。

具体实施方式

将待修复土壤转入马弗炉中，以8～10℃/min速率升温至400～600℃，保温煅烧3～5h后，随炉冷却至室温，出料，得预处理待修复土壤；按重量份数计，依次取800～1000份预处理待修复土壤，8～10份阴离子表面活性剂，800～1200份水，倒入混料机中，混合后，于超声频率为55～65kHz条件下超声分散40～60min，得分散浆料，再将所得分散浆料于温度为-80℃～-120℃，压力为10～20MPa条件下，冷冻压榨10～20min，得压榨料，再将所得压榨料于室温条件下解冻6～8h，得解冻泥浆；按重量份数计，依次取800～1000份解冻泥浆，8～10份(N-脒基)十二烷基丙烯酰胺，0.3～0.5份聚乙二醇磷酸酯，8～10份增粘剂，40～60份聚氧化乙烯，混合倒入搅拌机中，搅拌捏合4～6h后，出料，得捏合料；取一对石墨电极，并将两根石墨电极的一端分别插入捏合料中，再用导线连接石墨电极，随后施加电流为2～5A，电压为48～100V的直流电，于电场作用下，处理2～4h后，将电场处理后的捏合料转入混料机中，开启搅拌器，于转速为400～600r/min状态下，以600～800L/min速率向混料机盛放的捏合料中快速通入干燥二氧化碳气体，直至混料机中物料含水率将至5％以下，得干燥料；再以空气为输送气体，将干燥料输送至旋风分离器中，调节压力和进气速率，去除平均粒径为10～20μm的细颗粒，收集大颗粒，即可完成对土壤的修复。所述阴离子表面活性剂为：阴离子聚丙烯酰胺，高级脂肪酸盐，十二烷基苯磺酸钠，木质素磺酸钠，烷基酚聚氧乙烯醚中的任意一种。所述增粘剂为：羧甲基纤维素钠，淀粉，环糊精中的任意一种。

下面将结合本发明实施例，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。

为了更清楚的说明本发明提供的方法通过以下实施例进行详细说明，在以下实施例中对待修复土壤和各修复过的土壤分别进行重金属浓度检测和土壤养分检测的各指标测试方法如下：

检测方法：土壤养分以其碳氮比进行表征(通常15～20表征土壤养分状况良好)。

实施例1

将待修复土壤转入马弗炉中，以8℃/min速率升温至400℃，保温煅烧3h后，随炉冷却至室温，出料，得预处理待修复土壤；按重量份数计，依次取800份预处理待修复土壤，8份阴离子表面活性剂，800份水，倒入混料机中，混合后，于超声频率为55kHz条件下超声分散40min，得分散浆料，再将所得分散浆料于温度为-80℃，压力为10MPa条件下，冷冻压榨10min，得压榨料，再将所得压榨料于室温条件下解冻6h，得解冻泥浆；按重量份数计，依次取800份解冻泥浆，8份(N-脒基)十二烷基丙烯酰胺，0.3份聚乙二醇磷酸酯，8份增粘剂，40份聚氧化乙烯，混合倒入搅拌机中，搅拌捏合4h后，出料，得捏合料；取一对石墨电极，并将两根石墨电极的一端分别插入捏合料中，再用导线连接石墨电极，随后施加电流为2～5A，电压为48V的直流电，于电场作用下，处理2h后，将电场处理后的捏合料转入混料机中，开启搅拌器，于转速为400r/min状态下，以600L/min速率向混料机盛放的捏合料中快速通入干燥二氧化碳气体，直至混料机中物料含水率将至5％以下，得干燥料；再以空气为输送气体，将干燥料输送至旋风分离器中，调节压力和进气速率，去除平均粒径为10μm的细颗粒，收集大颗粒，即可完成对土壤的修复。所述阴离子表面活性剂为：阴离子聚丙烯酰胺。所述增粘剂为：羧甲基纤维素钠。

实施例2

将待修复土壤转入马弗炉中，以10℃/min速率升温至600℃，保温煅烧5h后，随炉冷却至室温，出料，得预处理待修复土壤；按重量份数计，依次取1000份预处理待修复土壤，10份阴离子表面活性剂，1200份水，倒入混料机中，混合后，于超声频率为65kHz条件下超声分散60min，得分散浆料，再将所得分散浆料于温度为-120℃，压力为20MPa条件下，冷冻压榨20min，得压榨料，再将所得压榨料于室温条件下解冻8h，得解冻泥浆；按重量份数计，依次取1000份解冻泥浆，10份(N-脒基)十二烷基丙烯酰胺，0.5份聚乙二醇磷酸酯，8～10份增粘剂，60份聚氧化乙烯，混合倒入搅拌机中，搅拌捏合6h后，出料，得捏合料；取一对石墨电极，并将两根石墨电极的一端分别插入捏合料中，再用导线连接石墨电极，随后施加电流为5A，电压为100V的直流电，于电场作用下，处理4h后，将电场处理后的捏合料转入混料机中，开启搅拌器，于转速为600r/min状态下，以800L/min速率向混料机盛放的捏合料中快速通入干燥二氧化碳气体，直至混料机中物料含水率将至5％以下，得干燥料；再以空气为输送气体，将干燥料输送至旋风分离器中，调节压力和进气速率，去除平均粒径为20μm的细颗粒，收集大颗粒，即可完成对土壤的修复。所述阴离子表面活性剂为：十二烷基苯磺酸钠。所述增粘剂为：淀粉。

实施例3

将待修复土壤转入马弗炉中，以9℃/min速率升温至550℃，保温煅烧4.1h后，随炉冷却至室温，出料，得预处理待修复土壤；按重量份数计，依次取950份预处理待修复土壤，9份阴离子表面活性剂，900份水，倒入混料机中，混合后，于超声频率为57kHz条件下超声分散56min，得分散浆料，再将所得分散浆料于温度为-110℃，压力为15MPa条件下，冷冻压榨16min，得压榨料，再将所得压榨料于室温条件下解冻7h，得解冻泥浆；按重量份数计，依次取950份解冻泥浆，9份(N-脒基)十二烷基丙烯酰胺，0.4份聚乙二醇磷酸酯，9份增粘剂，55份聚氧化乙烯，混合倒入搅拌机中，搅拌捏合5h后，出料，得捏合料；取一对石墨电极，并将两根石墨电极的一端分别插入捏合料中，再用导线连接石墨电极，随后施加电流为3A，电压为58V的直流电，于电场作用下，处理3h后，将电场处理后的捏合料转入混料机中，开启搅拌器，于转速为520r/min状态下，以680L/min速率向混料机盛放的捏合料中快速通入干燥二氧化碳气体，直至混料机中物料含水率将至5％以下，得干燥料；再以空气为输送气体，将干燥料输送至旋风分离器中，调节压力和进气速率，去除平均粒径为12μm的细颗粒，收集大颗粒，即可完成对土壤的修复。所述阴离子表面活性剂为：木质素磺酸钠。所述增粘剂为：环糊精。

对比例1：与实施例3的制备工艺基本相同，唯有不同的是缺少阴离子表面活性剂。

对比例2：与实施例3的制备工艺基本相同，唯有不同的是缺少超声处理。

对比例3：与实施例3的制备工艺基本相同，唯有不同的是缺少(N-脒基)十二烷基丙烯酰胺。

对比例4：与实施例3的制备工艺基本相同，唯有不同的是缺少聚乙二醇磷酸酯。

对比例5：与实施例3的制备工艺基本相同，唯有不同的是缺少聚氧化乙烯。

对比例6：根据专利201711376507.7公布的技术方案中实施例1的方法。

对比例7：苏州市某科技公司提供公布的电动力学土壤修复技术。

测试结果如下表1所示。

由表1可知实施例3为实施例1～3中的最佳，并且较对比例6、对比例7具有更好的金属脱除及提高土壤养分的作用，具有很好的应用前景，由对比例1可知缺少阴离子表面活性剂相较实施例3，对土壤中重金属离子的脱除及土壤修复效果均有不同程度上的下降，由对比例2可知缺少超声处理，使得修复效果得以下降，由对比例3可知，如若本工艺缺少(N-脒基)十二烷基丙烯酰胺，则所得效果大幅度降低，由对比例4可知缺少聚乙二醇磷酸酯，修复效果也有所降低，由对比例5可知缺少聚氧化乙烯，修复效果也会显著降低，并且下降的幅度为：对比例3>对比例5>对比例2>对比例1>对比例4。

综上所述，本发明对重金属污染土壤的修复效果显著，具有很好的应用前景。

以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种土壤修复工艺，其特征在于，具体修复步骤为：

（1）按重量份数计，依次取800～1000份待修复土壤，8～10份阴离子表面活性剂，800～1200份水，混合后，超声分散，再经冷冻压榨，解冻，得解冻泥浆；

（2）按重量份数计，依次取800～1000份解冻泥浆，8～10份（N-脒基）十二烷基丙烯酰胺，0.3～0.5份聚乙二醇磷酸酯，8～10份增粘剂，40～60份聚氧化乙烯，混合后，高粘捏合，出料，得捏合料；

（3）将捏合料于电场作用下处理2～4h后，转入混料机，于搅拌状态下快速通入干燥二氧化碳气体，直至混料机中物料含水率降至5%以下；

（4）再将混料机中物料旋风分离，去除细颗粒，即可完成对土壤的修复；

所述快速通入干燥二氧化碳气体为：以600～800L/min速率向混料机中通入干燥二氧化碳气体。

2.根据权利要求1所述的一种土壤修复工艺，其特征在于：步骤（1）所述阴离子表面活性剂为：阴离子聚丙烯酰胺，高级脂肪酸盐，十二烷基苯磺酸钠，木质素磺酸钠，烷基酚聚氧乙烯醚中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的一种土壤修复工艺，其特征在于：步骤（1）所述冷冻压榨为：于温度为-80～-120℃，压力为10～20MPa条件下，保压压榨10～20min。

4.根据权利要求1所述的一种土壤修复工艺，其特征在于：步骤（2）所述增粘剂为：羧甲基纤维素钠，淀粉，环糊精中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种土壤修复工艺，其特征在于：步骤（2）所述高粘粘合为：于搅拌机中，搅拌捏合4～6h。

6.根据权利要求1所述的一种土壤修复工艺，其特征在于：步骤（3）所述电场作用下处理为：将捏合料置于容器中，并在捏合料中插入两根石墨电极，并接入电流为2～5A，电压为48～100V的直流电。

7.根据权利要求1所述的一种土壤修复工艺，其特征在于：步骤（4）所述细颗粒为平均粒径为10～20μm的颗粒。

8.根据权利要求1所述的一种土壤修复工艺，其特征在于：步骤（1）所述待修复土壤为预处理待修复土壤，所述预处理过程为：将待修复土壤于马弗炉中，于温度为400～600℃条件下，加热煅烧3～5h后，随炉冷却至室温，出料，得预处理待修复土壤。