CN110835538A - 一种高效可回收土壤修复剂及其制备方法和使用方法 - Google Patents

一种高效可回收土壤修复剂及其制备方法和使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高效可回收土壤修复剂及其制备方法和使用方法，属于生活污泥处理技术领域。本发明将花生壳粉、木屑、粉煤灰、气化渣、生活污泥与FeCl3合成制得高效可回收土壤修复剂，该方法具有成本低、原料易得、操作无风险的特点。与未施加土壤修复剂的土壤相比，配施土壤不但降低了土壤重金属含量及其生物有效性，还可以修复土壤破损的结构、改善土壤贫瘠状况，具有修复效果稳定、无使用风险的特点。此外，使用过的土壤修复剂因其具有磁性方便回收，且具有可再生性。本发明实现了工业、产业废弃物的变废为宝，遏制了矿区土的恶化以及风沙土的蔓延；通过所栽植物的新陈代谢调节土壤，最终达到土壤修复、生态恢复的目的。

Description

一种高效可回收土壤修复剂及其制备方法和使用方法
技术领域
本发明属于生活污泥处理技术领域，特别是涉及一种高效可回收土壤修复剂及其制备方法和使用方法。
背景技术
随着人们环保意识的日益加强及资源短缺的日渐加重，废弃物处理与资源化利用已成为全世界关注的课题。生活污泥主要来源于人们的生产生活排放，随着人民生活水平的提高，生活污泥的排放量也急剧上升，严重地威胁到了人们的健康，污泥的无害化处理和资源化利用刻不容缓。研究表明，生活污泥中含有丰富的营养元素和大量的有机质，非常适合土壤改良应用。然而，生活污泥存在水分含量高、黏度大、以及病原菌、重金属污染等问题，严重地限制了生活污泥的土地利用。
因此，若想进行生活污泥利用，首先必须对污泥进行无害化处理，使重金属、病原菌微生物不会经由污泥进入生态系统中，然后再使污泥最大化利用。目前常用的污泥无害化资源化处理方法有化学法、生物法、热处理法、物理法以及这些方法的组合。陈华菊利用市政污泥焚烧后残留的灰渣进行土壤改良，研究显示污泥灰中含有较高的活性磷，且没有病原微生物传播风险(陈华菊.污泥灰修复农田重金属污染土的养分特性[J].科学技术与工程,2019,19(25):374-378.)。牛花朋等以粉煤灰和污泥混合物为主要添加剂改良石灰岩质退化土壤，并对玉米生长发育的影响进行了研究，发现该修复剂可有效改善玉米的生长，同时重金属分析结果显示，粉煤灰污泥混合物的添加未提高重金属污染风险(牛花朋等,粉煤灰污泥混料改良对重金属在植物体内的迁移及其生物有效性的影响研究[J].地球与环境,2011,39(3):371-375.)。
上述研究充分证明了生活污泥土地利用的潜质，但也存在一定的问题，如风险考虑的不全面、或污泥资源化潜质开发不充分、或修复效果不稳定等。因此如何将生活污泥的利用潜质充分发挥，并能降低成本投入，是亟待解决的重要技术问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高效可回收土壤修复剂及其制备方法和使用方法，该制备方法原料低廉、无风险；经过该方法制备得到的土壤修复剂，一方面可以补充土壤养分，另一方面可以改善土壤污染现状，同时还便于回收，不会对土壤产生二次污染，具有高效可回收的特点。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种高效可回收土壤修复剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将FeCl3、花生壳粉、木屑、粉煤灰、气化渣、剩余污泥和水均匀混合得到混合物，对混合物进行老化处理后抽滤，得到固体A；
2)将固体A与硫酸铁溶液混合，得到混合液，将混合液过滤得到固体B，对固体B进行热处理得到热处理产物，将热处理产物冷却、清洗、干燥，然后粉碎得到固体粉末C；
3)将固体粉末C、花生壳粉、木屑和剩余污泥混合，在45～53℃放置3～5天，期间每隔1h搅拌10min，得到混合物，然后将所得混合物清洗并冷却，再将清洗后的混合物进行热处理，所得热处理产物冷却后经清洗、干燥、粉碎，制得高效可回收土壤修复剂。
优选地，步骤1)中，FeCl3、花生壳粉、木屑、粉煤灰、气化渣、剩余污泥和水混合的投料比为(8～13)g：(13～15)g：(16～20)g：(21～26)g：(18～23)g：(330～480)mL：200mL；所用花生壳粉、木屑、粉煤灰和气化渣，均经过40目过筛处理。
优选地，步骤1)中，采用磁力搅拌均匀混合，搅拌1.5～1.8h；步骤1)中，老化处理在恒温箱中进行，温度为88～92℃，时间为3.3～4.1h。
优选地，步骤2)中，所用硫酸铁溶液的质量百分比为3％～7％，硫酸铁溶液和固体A的反应投料比为500mL：50g，混合采用搅拌处理，搅拌时间为1.5～2.2h；所述热处理在微波炉中进行，温度为580～660℃，时间为0.9～1.4h；热处理产物冷却后用去离子水清洗5～8次后进行干燥，干燥温度为70～85℃，时间为1.7～2h。
优选地，步骤3)中，固体粉末C、花生壳粉、木屑和剩余污泥的质量比为(1.5～2)：1：1：4；所用花生壳粉和木屑均经过40目过筛处理。
优选地，步骤3)中，热处理在微波炉中进行，温度为440～520℃，时间为0.5～0.9h；热处理产物用去离子水清洗后进行干燥，干燥温度为60～72℃，时间为2～2.4h。
本发明还公开了一种采用上述制备方法制得的高效可回收土壤修复剂。
本发明还公开了上述高效可回收土壤修复剂的使用方法为：使用时，将高效可回收土壤修复剂与风沙土或矿区土进行配施，高效可回收土壤修复剂占风沙土或矿区土质量的3.7％～10.5％。
上述高效可回收土壤修复剂的使用方法为：使用时，将高效可回收土壤修复剂与所栽植物进行配施，高效可回收土壤修复剂占所栽植物质量的0.8％～3.2％；
将高效可回收土壤修复剂置于所栽植物主根系的0°、90°、180°、270°四个方位，作为配施点，与植物主根系的距离为5～50cm。
优选地，高效可回收土壤修复剂配施使用时以六个月为一个使用周期；一个使用周期期满后，利用磁铁将配施使用的高效可回收土壤修复剂回收，将回收的土壤修复剂与花生壳粉、木屑和剩余污泥以质量比为(1.5～2)：1：1：4混合，并将混合物在45～53℃放置3～5天，中间每隔1h搅拌一次，得到混合物，然后将混合物清洗并冷却，再将清洗后的混合物进行热处理，所得热处理产物冷却后经清洗、干燥，最后粉碎，实现土壤修复剂的可回收再生。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种高效可回收土壤修复剂的制备方法，通过将花生壳粉、木屑、粉煤灰、气化渣、生活污泥与FeCl3混合制得，实现了城市污泥、花生壳粉、木屑、粉煤灰、气化渣等生活污泥、废弃物的变废为宝，有效降低制备成本。该制备方法通过老化和热处理等操作，实现将花生壳粉、木屑、粉煤灰、气化渣、生活污泥等废弃物中的有害物质杀灭、固化或转移，降低混合物体系中有害物质对环境的干扰和影响，提高产物的环境友好度，并将其中的有用资源有效激发并充分利用，实现生活污泥的充分开发。通过向混合体系中添加FeCl3引入具有铁磁性的含铁物质，实现最终得到的土壤修复剂具有铁磁性，利用该铁磁性进而实现对使用后的土壤修复剂的回收处理。通过使用硫酸铁溶液，起到调节pH值的作用，使最终得到的土壤修复剂对重金属的去除效率增加。
进一步地，通过对步骤1)中混合物在88～92℃，进行老化处理3.3～4.1h，能够将混合物中的有害物料相互形成热稳定性更好的晶体，同时加速混合物中有益成分的溶解和扩散。
进一步地，通过对步骤2)中固体B在580～660℃，进行热处理0.9～1.4h，能够增加最终所得土壤修复剂的孔隙和比表面积，强化土壤修复剂的稳定性。
进一步地，通过对步骤3)中混合物在440～520℃，进行热处理0.5～0.9h，能够增加土壤修复剂中生物炭含量，使土壤修复剂具有促进植物生长的功能。
本发明通过上述方法制得的高效可回收土壤修复剂，配施于矿区土壤及风沙土壤中，不但能够降低土壤重金属含量及其生物有效性，还能够修复土壤破损的结构、改善土壤贫瘠状况，遏制了矿区土的恶化以及风沙土的蔓延；同时，该修复剂中的有用成分能够提供植物生长所必须的养分，再通过植物的新陈代谢反过来调节土壤，最终达到土壤修复、生态恢复的目的。该高效可回收土壤修复剂的使用有效降低了土壤重金属的污染，并显著改善了土壤养分，促使该土壤修复剂体系具有持续的修复效果。同时，该修复剂具有磁性，利用磁铁可以将其方便回收，不会因为长期施加土壤造成土壤重金属富集、或土壤板结及物化性质的恶化，极大程度地避免了使用土壤修复剂对地区土质造成风险的可能性，使得该修复剂可放心施用。
该高效可回收土壤修复剂使用方法简便易实施，通过与风沙土或矿区土直接按照质量比例计算后混合，实现该修复剂的配施使用。
该高效可回收土壤修复剂还能够通过植株质量计算配施量，然后配施于植物附近的配施点，实现该修复剂的使用。
进一步地，高效可回收土壤修复剂配施使用时以六个月为一个使用周期，期满后利用磁铁回收配施使用的土壤修复剂，经过一定处理后可以实现土壤修复剂的可回收再生利用，在充分发挥生活污泥、废弃物的利用价值的同时，也保障了该土壤修复剂修复效果的稳定。
附图说明
图1为本发明实施例1中配施土壤修复剂的土壤和未配施土壤修复剂的土壤中骆驼刺的生长情况对照图；
图2为本发明实施例1中经过回收再生的土壤修复剂和未配施土壤修复剂的土壤中骆驼刺的生长情况对照图；
图3为本发明实施例2中配施土壤修复剂的土壤和未配施土壤修复剂的土壤中骆驼刺的生长情况对照图；
图4为本发明实施例2中经过回收再生的土壤修复剂和未配施土壤修复剂的土壤中骆驼刺的生长情况对照图；
图5为本发明实施例3中配施土壤修复剂的土壤和未配施土壤修复剂的土壤中骆驼刺的生长情况对照图；
图6为本发明实施例3中经过回收再生的土壤修复剂和未配施土壤修复剂的土壤中骆驼刺的生长情况对照图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中提到的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明公开的高效可回收土壤修复剂的制备方法，包括如下步骤：
1)准备1000mL的容量瓶，向其中依次加入8～13g FeCl3、过40目筛的花生壳粉13～15g、过40目筛的木屑16～20g、过40目筛的粉煤灰21～26g、过40目筛的气化渣18～23g、以及剩余污泥330～480mL，然后向瓶中加入200mL去离子水，应用磁力搅拌器搅拌1.5～1.8h，然后将混合物置于88～92℃恒温箱中老化3.3～4.1h，老化结束进行抽滤，得固体A。
2)配制3％～7％(质量百分浓度)的硫酸铁溶液500mL，将步骤1)中所得固体A浸于硫酸铁溶液中，硫酸铁溶液和固体A的投料比为500mL：50g，充分搅拌1.5～2.2h，过滤得固体B，将固体B放于微波炉中，在580～660℃温度下加热0.9～1.4h，然后将固体B冷却至室温，并用去离子水冲洗5～8次，然后在70～85℃干燥1.7～2h，粉碎得固体粉末C。
3)将固体粉末C与过40目筛的花生壳粉、过40目筛的木屑、及剩余污泥按照质量比(1.5～2):1:1:4置于容量瓶中并充分混合，将该容量瓶在45～53℃放置3～5天，中间每隔1h搅拌10min；然后将混合物用去离子水冲洗至室温，再将冲洗后的混合物放于微波炉中，在440～520℃温度下加热0.5～0.9h，然后将混合物自然冷却至室温，再次用去离子水冲洗，最后在60～72℃干燥2～2.4h，所得固体进行粉碎得高效可回收土壤修复剂。
本发明还公开了上述的高效可回收土壤修复剂的使用方法：
a)将高效可回收土壤修复剂与风沙土或矿区土按质量比3.7％～10.5％的比例进行配施；或者将高效可回收土壤修复剂与所栽植物按照质量比0.8％～3.2％的比例配施。
b)将高效可回收土壤修复剂置于所作用植物主根系的0°、90°、180°、270°四个方位，并距离植物主根系5～50cm的位置，在配施点做好标记。
c)将植物于自然光照下生长90天，观察植物生长情况及土质变化；
优选地，上述高效可回收土壤修复剂的可回收再生：
高效可回收土壤修复剂配施使用时以六个月为一个使用周期；一个使用周期期满后，利用磁铁回收配施使用的土壤修复剂，通过将回收的土壤修复剂与花生壳粉、木屑和剩余污泥以质量比为(1.5～2)：1：1：4混合，将混合物在45～53℃放置3～5天，中间每隔1h搅拌一次，然后将混合物清洗并冷却，再将清洗后的混合物进行热处理，所得热处理产物冷却后经清洗、干燥，然后粉碎，实现土壤修复剂的可回收再生利用。
本发明技术方法中主要利用废弃物与FeCl3制备新型高效可回收土壤修复剂，配施于重金属污染或贫瘠土壤，可改善土壤物化组成与结构、固化重金属并降低其生物有效性、促进植物生长，最终达到土壤修复、生态恢复、环境绿化的目的，具有环保、新颖、独特、成本低、易回收再生等特点。
下面通过具体的实施例并结合附图、附表，对本发明进行详细描述。
实施例1
(1)取样：
剩余污泥取自城市污水处理厂、木屑取自当地家具厂、粉煤灰与气化渣取自神府煤矿区，土壤取自周边矿区；分析纯FeCl3购置于化学试剂厂。
(2)高效可回收土壤修复剂的制备：
1)准备1000mL的容量瓶，向其中依次加入8g FeCl3、过40目筛的花生壳粉13g、过40目筛的木屑16g、过40目筛的粉煤灰21g、过40目筛的气化渣18g、以及剩余污泥330mL，然后向瓶中加入200mL去离子水，应用磁力搅拌器搅拌1.5h，然后将混合物置于88℃恒温箱中老化3.3h，老化结束进行抽滤，得固体A。
2)配制质量百分浓度为3％的硫酸铁溶液500mL，将步骤1)中所得固体A浸于硫酸铁溶液中，硫酸铁溶液和固体A的投料比为500mL：50g，充分搅拌1.5h，过滤得固体B，将固体B放于微波炉中，在580℃温度下加热0.9h，取出固体B冷却至室温，并用去离子水冲洗5次，然后在70℃干燥1.7h，粉碎得固体粉末C。
3)将粉末C与过40目筛的花生壳粉、过40目筛的木屑、及剩余污泥按照质量比1.5:1:1:4置于容量瓶中并充分混合，将该容量瓶在45℃放置3天，中间每隔1h搅拌10min；然后将混合物用去离子水冲洗至室温，再将冲洗后的混合物放于微波炉中，在440℃温度下加热0.5h，然后将混合物自然冷却至室温，再次用去离子水冲洗，最后在60℃干燥2h，所得固体进行粉碎得高效可回收土壤修复剂。
(3)高效可回收土壤修复剂的使用和再生：
将高效可回收土壤修复剂与风沙土或矿区土按质量比为3.7％进行配施，或者将高效可回收土壤修复剂与所栽植物(以骆驼刺为例)按照质量比为0.8％进行配施。将修复剂置于所作用植物主根系的0°、90°、180°、270°四个方位，并距离植物主根系5cm的位置，在配施点做好标记。将植物于自然光照下生长90天。观察植物生长情况及土质变化。
每六个月用磁铁回收高效可回收土壤修复剂，回收后将其重复上述土壤修复剂制备中的步骤3)过程进行再生，回收的土壤修复剂按照固体C的用量即可。
(4)植物生长情况：
参见图1，对比于未施加土壤修复剂的对照组，添加高效可回收土壤修复剂的一组中植物的株高、冠宽、鲜重、干重均高出很多。
表1-1配施土壤中重金属含量
通过表1-1数据可知配施前土壤重金属Cu、Cd和Pb含量超出了国标GB15618-2018标准；高效可回收土壤修复剂配施后土壤中的重金属Cu、Cd和Pb含量依然超出了国标GB15618-2018，其中Cu、Pb略有减低，Cd略有增加。
表1-2在高效可回收土壤修复剂作用下骆驼刺种植前后土壤中Cu、Cd和Pb赋存形态变化
Figure BDA0002281830360000092
Figure BDA0002281830360000101
由表1-2可知，植物种植后，添加高效可回收土壤修复剂的土壤植物根系土中Cu、Cd和Pb的残渣态增加明显，这表明高效可回收土壤修复剂可有效降低土壤中Cu、Cd和Pb的生物有效性。
因此，本发明公开的高效可回收土壤修复剂不存在土壤安全隐患。
表1-3修复前后土壤营养成分变化
Figure BDA0002281830360000102
由表1-3数据可知，修复后的土壤营养成分含量增加，种植植物后，土壤稳定性得到了进一步保障，通过植物的新陈代谢，土壤的土质将进入良性循环。因此该技术可有效实现土壤的修复，遏制重金属污染的恶化。
使用过的修复剂可应用磁分离方法从土壤中分离，然后经过部分制备过程再生而继续应用。通过图2可知，回收再生后的修复剂对植物的生长具有明显作用。同时通过表1-4、1-5及1-6可知，再生后的修复剂相关作用保持良好。
表1-4配施土壤中重金属含量
Figure BDA0002281830360000111
表1-5在修复剂作用下骆驼刺种植前后土壤中Cu、Cd和Pb赋存形态变化
Figure BDA0002281830360000112
表1-6修复前后土壤营养成分变化
实施例2
(1)取样：
剩余污泥、木屑、粉煤灰、气化渣、FeCl3的取样同实施例1。
(2)高效可回收土壤修复剂的制备：
1)准备1000mL的容量瓶，向其中依次加入9g FeCl3、过40目筛的花生壳粉13.5g、过40目筛的木屑17g、过40目筛的粉煤灰22g、过40目筛的气化渣19g、以及剩余污泥360mL，然后向瓶中加入200mL去离子水，应用磁力搅拌器搅拌1.6h，然后将混合物置于89℃恒温箱中老化3.5h，老化结束进行抽滤，得固体A。
2)配制质量百分浓度为4％的硫酸铁溶液500mL，将步骤1)中所得固体A浸于硫酸铁溶液中，硫酸铁溶液和固体A的投料比为500mL：50g，充分搅拌1.6h，过滤得固体B，将固体B放于微波炉中，在590℃温度下加热1.0h，取出固体B冷却至室温，并用去离子水冲洗6次，然后在74℃干燥1.8h，粉碎得固体粉末C。
3)将粉末C与过40目筛的花生壳粉、过40目筛的木屑、及剩余污泥按照质量比1.6:1:1:4置于容量瓶中并充分混合，将该容量瓶在47℃放置3.5天，中间每隔1h搅拌10min；然后将混合物用去离子水冲洗至室温，再将冲洗后的混合物放于微波炉中，在460℃温度下加热0.6h，然后将混合物自然冷却至室温，再次用去离子水冲洗，最后在64℃干燥2.1h，所得固体进行粉碎得高效可回收土壤修复剂。
(3)高效可回收土壤修复剂使用和再生：
将高效可回收土壤修复剂与风沙土或矿区土按质量比为4.0％进行配施，或者将高效可回收修复剂与所栽植物(以骆驼刺为例)按照质量比为1.0％进行配施。将修复剂置于所作用植物主根系的0°、90°、180°、270°四个方位，并距离植物主根系15cm的位置，在配施点做好标记。将植物于自然光照下生长90天。观察植物生长情况及土质变化。
每六个月用磁铁回收高效可回收土壤修复剂，回收后将其重复上述土壤修复剂制备中的步骤3)过程进行再生，回收的土壤修复剂按照固体C的用量即可。
(4)植物生长情况：
参见图3，对比于未施加土壤修复剂的对照组，添加高效可回收土壤修复剂的一组中植物的株高、冠宽、鲜重、干重均高出很多。
表2-1配施土壤中重金属含量
通过表2-1数据可知配施前土壤重金属Cu、Cd和Pb含量超出了国标GB15618-2018标准；土壤修复剂配施后土壤中的重金属Cu、Cd和Pb含量依然超出了国标GB15618-2018，其中Cu、Pb略有减低，Cd略有增加。
表2-2在高效可回收土壤修复剂作用下骆驼刺种植前后土壤中Cu、Cd和Pb赋存形态变化
Figure BDA0002281830360000132
由表2-2可知，植物种植后，添加高效可回收土壤修复剂的土壤植物根系土中Cu、Cd和Pb的残渣态增加明显，这表明高效可回收土壤修复剂可有效降低土壤中Cu、Cd和Pb的生物有效性。
因此，本发明公开的高效可回收土壤修复剂不存在土壤安全隐患。
表2-3修复前后土壤营养成分变化
Figure BDA0002281830360000141
由表2-3数据可知，修复后的土壤营养成分含量增加，种植植物后，土壤稳定性进一步得到了保障，通过植物的新陈代谢，土壤的土质将进入良性循环。因此该技术可有效实现土壤的修复，遏制重金属污染的恶化。
使用过的高效可回收土壤修复剂可应用磁分离方法从土壤中分离，然后经过部分制备过程可再生继续使用。通过图4可知，回收再生后的修复剂对植物的生长具有明显作用。同时通过表2-4、2-5及2-6可知，再生后的修复剂相关作用保持良好。
表2-4配施土壤中重金属含量
Figure BDA0002281830360000142
表2-5在修复剂作用下骆驼刺种植前后土壤中Cu、Cd和Pb赋存形态变化
Figure BDA0002281830360000143
Figure BDA0002281830360000151
表2-6修复前后土壤营养成分变化
Figure BDA0002281830360000152
实施例3
(1)取样：
剩余污泥、木屑、粉煤灰、气化渣、FeCl3的取样同实施例1。
(2)修复剂的制备：
1)准备1000mL的容量瓶，向其中依次加入10gFeCl3、过40目筛的花生壳粉14g、过40目筛的木屑18g、过40目筛的粉煤灰23g、过40目筛的气化渣20g、以及剩余污泥400mL，然后向瓶中加入200mL去离子水，应用磁力搅拌器搅拌1.7h，然后将混合物置于90℃恒温箱中老化3.6h，老化结束进行抽滤，得固体A。
2)配制质量比为5％的硫酸铁溶液500mL，将步骤1)中所得固体A浸于硫酸铁溶液中，硫酸铁溶液和固体A的投料比为500mL：50g，充分搅拌1.7h，过滤得固体B，将固体B放于微波炉中，在610℃温度下加热1.1h，取出固体B冷却至室温，并用去离子水冲洗7次，然后在78℃干燥1.9h，粉碎得固体粉末C。
3)，将粉末C与过40目筛的花生壳粉、过40目筛的木屑、及剩余污泥按照质量比1.7:1:1:4置于容量瓶中并充分混合，将该容量瓶在50℃放置4天，中间每隔1h搅拌10min；然后将混合物用去离子水冲洗至室温，再将冲洗后的混合物放于微波炉中，在480℃温度下加热0.7h，然后将混合物自然冷却至室温，再次用去离子水冲洗，最后在68℃干燥2.2h，所得固体进行粉碎得高效可回收土壤修复剂。
(3)高效可回收修复剂使用和再生：
将高效可回收土壤修复剂与风沙土或矿区土按质量比为6.0％进行配施，或者将高效可回收土壤修复剂与所栽植物(以骆驼刺为例)按照质量比为2.0％进行配施。将修复剂置于所作用植物主根系的0°、90°、180°、270°四个方位，并距离植物主根系30cm的位置，在配施点做好标记。将植物于自然光照下生长90天。观察植物生长情况及土质变化。
每六个月用磁铁回收高效可回收土壤修复剂，回收后将其重复上述制备中的步骤3)进行再生，回收的土壤修复剂按照固体C的用量即可。
(4)植物生长情况：
参见图5，对比于未施加土壤修复剂的对照组，添加高效可回收土壤修复剂的一组中植物的株高、冠宽、鲜重、干重均高出很多。
表3-1配施土壤中重金属含量
Figure BDA0002281830360000161
通过表3-1数据可知配施前土壤重金属Cu、Cd和Pb含量超出了国标GB15618-2018标准；高效可回收修复剂配施后土壤中的重金属Cu、Cd和Pb含量依然超出了国标GB15618-2018，其中Cu、Pb略有减低，Cd稍有增加。
表3-2在高效可回收修复剂作用下骆驼刺种植前后土壤中Cu、Cd和Pb赋存形态变化
Figure BDA0002281830360000171
由表3-2可知，植物种植后，添加高效可回收修复剂的土壤植物根系土中Cu、Cd和Pb的残渣态增加明显，这表明高效可回收修复剂可有效降低土壤中Cu、Cd和Pb的生物有效性。
因此，本发明高效可回收修复剂不存在土壤安全隐患。
表3-3修复前后土壤营养成分变化
Figure BDA0002281830360000172
由表3-3数据可知，修复后的土壤营养成分含量增加，种植植物后，土壤稳定性进一步得到了保障，通过植物的新陈代谢，土壤的土质将进入良性循环。因此该技术可有效实现土壤的修复，遏制重金属污染的恶化。
使用过的高效可回收土壤修复剂可应用磁分离方法从土壤中分离，然后经过部分制备过程可再生继续使用。通过图6可知，回收再生后的修复剂对植物的生长具有明显作用。同时通过表3-4、3-5及3-6可知，再生后的修复剂相关作用保持良好。
表3-4配施土壤中重金属含量
Figure BDA0002281830360000181
表3-5在修复剂作用下骆驼刺种植前后土壤中Cu、Cd和Pb赋存形态变化
Figure BDA0002281830360000182
表3-6修复前后土壤营养成分变化
Figure BDA0002281830360000191
实施列4
(1)取样：
剩余污泥、木屑、粉煤灰、气化渣、FeCl3的取样同实施例1。
(2)高效可回收土壤修复剂的制备：
1)准备1000mL的容量瓶，向其中依次加入12gFeCl3、过40目筛的花生壳粉14.5g、过40目筛的木屑19g、过40目筛的粉煤灰25g、过40目筛的气化渣22g、以及剩余污泥440mL，然后向瓶中加入200mL去离子水，应用磁力搅拌器搅拌1.75h，然后将混合物置于91℃恒温箱中老化3.8h，老化结束进行抽滤，得固体A。
2)然后，配制质量比为6％的硫酸铁溶液500mL，将步骤(1)中所得固体A浸于硫酸铁溶液中，硫酸铁溶液和固体A的投料比为500mL：50g，充分搅拌2.0h，过滤得固体B，将固体B放于微波炉中，在630℃温度下加热1.2h，取出固体B冷却至室温，并用去离子水冲洗7次，然后在82℃干燥1.9h，粉碎得固体粉末C。
3)将粉末C与过40目筛的花生壳粉、过40目筛的木屑、及剩余污泥按照质量比1.8:1:1:4置于容量瓶中并充分混合，将该容量瓶在51℃放置4.5天，中间每隔1h搅拌10min；然后将混合物用去离子水冲洗至室温，再将冲洗后的混合物放于微波炉中，在500℃温度下加热0.8h，然后将混合物自然冷却至室温，再次用去离子水冲洗，最后在70℃干燥2.3h，所得固体进行粉碎得高效可回收土壤修复剂。
(3)高效可回收土壤修复剂使用和再生：
将高效可回收土壤修复剂与风沙土或矿区土按质量比为8.0％进行配施，或者将高效可回收修复剂与所栽植物(以骆驼刺为例)按照质量比为2.5％进行配施。将高效可回收修复剂置于所作用植物主根系的0°、90°、180°、270°四个方位，并距离植物主根系40cm的位置，在配施点做好标记。将植物于自然光照下生长90天。观察植物生长情况及土质变化，并做好记录。
每六个月用磁铁回收高效可回收土壤修复剂，回收后的高效可回收土壤修复剂重复上述制备中的步骤3)过程进行再生，回收的土壤修复剂按照固体C的用量即可。
实施列5
(1)取样：
剩余污泥、木屑、粉煤灰、气化渣、FeCl3的取样同实施例1。
(2)高效可回收土壤修复剂的制备：
1)准备1000mL的容量瓶，向其中依次加入13gFeCl3、过40目筛的花生壳粉15g、过40目筛的木屑20g、过40目筛的粉煤灰26g、过40目筛的气化渣23g、以及剩余污泥480mL，然后向瓶中加入200mL去离子水，应用磁力搅拌器搅拌1.8h，然后将混合物置于92℃恒温箱中老化4.1h，老化结束进行抽滤，得固体A。
2)然后，配制质量比为7％的硫酸铁溶液500mL，将步骤(1)中所得固体A浸于硫酸铁溶液中，硫酸铁溶液和固体A的投料比为500mL：50g，充分搅拌2.2h，过滤得固体B，将固体B放于微波炉中，在660℃温度下加热1.4h，取出固体B冷却至室温，并用去离子水冲洗8次，然后在85℃干燥2h，粉碎得固体粉末C。
3)将粉末C与过40目筛的花生壳粉、过40目筛的木屑、及剩余污泥按照质量比2:1:1:4置于容量瓶中并充分混合，将该容量瓶在53℃放置5天，中间每隔1h搅拌10min；然后将混合物用去离子水冲洗至室温，再将冲洗后的混合物放于微波炉中，在520℃温度下加热0.98h，然后将混合物自然冷却至室温，再次用去离子水冲洗，最后在72℃干燥2.4h，所得固体进行粉碎得高效可回收土壤修复剂。
(3)高效可回收土壤修复剂使用和再生：
将高效可回收修复剂与风沙土或矿区土按质量比为10.5％进行配施，或者将高效可回收土壤修复剂与所栽植物(以骆驼刺为例)按照质量比为3.2％进行配施。将修复剂置于所作用植物主根系的0°、90°、180°、270°四个方位，并距离植物主根系50cm的位置，在配施点做好标记。将植物于自然光照下生长90天。观察植物生长情况及土质变化，并做好记录。
每六个月用磁铁回收高效可回收土壤修复剂，回收后将其重复上述土壤修复剂制备中的步骤3)过程进行再生，回收的土壤修复剂按照固体C的用量即可。
上述修复剂的制备既实现了剩余污泥、木屑、粉煤灰、气化渣等废弃物的资源化利用，又降低了土壤重金属Cu、Cd和Pb的生物有效性，改善了土壤的土质，提高了土壤的养分含量，达到了污染及贫瘠土壤的修复。该方法不存在安全隐患、成本低、新颖且独特、绿色环保，制备的修复剂容易回收并再生，可循环利用，对土壤不会造成二次污染，有效促进了植物的生长，实现了土壤生态的修复和废弃物的无害化与资源化利用。
以上述及内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高效可回收土壤修复剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将FeCl3、花生壳粉、木屑、粉煤灰、气化渣、剩余污泥和水均匀混合得到混合物，对混合物进行老化处理后抽滤，得到固体A；
2)将固体A与硫酸铁溶液混合，得到混合液，将混合液过滤得到固体B，对固体B进行热处理得到热处理产物，将热处理产物冷却、清洗、干燥，然后粉碎得到固体粉末C；
3)将固体粉末C、花生壳粉、木屑和剩余污泥混合，在45～53℃放置3～5天，期间每隔1h搅拌10min，得到混合物，然后将所得混合物清洗并冷却，再将清洗后的混合物进行热处理，所得热处理产物冷却后经清洗、干燥、粉碎，制得高效可回收土壤修复剂。
2.根据权利要求1所述的高效可回收土壤修复剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中，FeCl3、花生壳粉、木屑、粉煤灰、气化渣、剩余污泥和水混合的投料比为(8～13)g：(13～15)g：(16～20)g：(21～26)g：(18～23)g：(330～480)mL：200mL；所用花生壳粉、木屑、粉煤灰和气化渣，均经过40目过筛处理。
3.根据权利要求1所述的高效可回收土壤修复剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中，采用磁力搅拌均匀混合，搅拌1.5～1.8h；步骤1)中，老化处理在恒温箱中进行，温度为88～92℃，时间为3.3～4.1h。
4.根据权利要求1所述的高效可回收土壤修复剂的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所用硫酸铁溶液的质量百分比为3％～7％，硫酸铁溶液和固体A的反应投料比为500mL：50g，混合采用搅拌处理，搅拌时间为1.5～2.2h；所述热处理在微波炉中进行，温度为580～660℃，时间为0.9～1.4h；热处理产物冷却后用去离子水清洗5～8次后进行干燥，干燥温度为70～85℃，时间为1.7～2h。
5.根据权利要求1所述的高效可回收土壤修复剂的制备方法，其特征在于，步骤3)中，固体粉末C、花生壳粉、木屑和剩余污泥的质量比为(1.5～2)：1：1：4；所用花生壳粉和木屑均经过40目过筛处理。
6.根据权利要求1所述的高效可回收土壤修复剂的制备方法，其特征在于，步骤3)中，热处理在微波炉中进行，温度为440～520℃，时间为0.5～0.9h；热处理产物用去离子水清洗后进行干燥，干燥温度为60～72℃，时间为2～2.4h。
7.采用权利要求1～6中任意一项所述的制备方法制得的高效可回收土壤修复剂。
8.权利要求7所述的高效可回收土壤修复剂的使用方法，其特征在于，使用时，将高效可回收土壤修复剂与风沙土或矿区土进行配施，高效可回收土壤修复剂占风沙土或矿区土质量的3.7％～10.5％。
9.权利要求7所述的高效可回收土壤修复剂的使用方法，其特征在于，
使用时，将高效可回收土壤修复剂与所栽植物进行配施，高效可回收土壤修复剂占所栽植物质量的0.8％～3.2％；
将高效可回收土壤修复剂置于所栽植物主根系的0°、90°、180°、270°四个方位，作为配施点，与植物主根系的距离为5～50cm。
10.如权利要求8或9所述的高效可回收土壤修复剂的使用方法，其特征在于，高效可回收土壤修复剂配施使用时以六个月为一个使用周期；一个使用周期期满后，利用磁铁将配施使用的高效可回收土壤修复剂回收，将回收的土壤修复剂与花生壳粉、木屑和剩余污泥以质量比为(1.5～2)：1：1：4混合，并将混合物在45～53℃放置3～5天，中间每隔1h搅拌一次，得到混合物，然后将混合物清洗并冷却，再将清洗后的混合物进行热处理，所得热处理产物冷却后经清洗、干燥，最后粉碎，实现土壤修复剂的可回收再生。
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