CN110899314A - 一种用于污染土壤净化的淋洗液的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
一种用于土壤净化的淋洗液的制备方法,包括以下步骤:(1)以挥发性固体含量计,按照湿垃圾:污水厂剩余活性污泥=(1~3):1装入厌氧发酵罐中,并添加氯化铁水溶液;(2)添加超纯水至体系含固率在5%~10%,搅拌并超声反应5~15min;(3)向厌氧发酵罐内通入氮气5~15min,再置于50~55℃振荡培养箱中反应48~72h;(4)冷却至20~35℃下,取液相和上层固液混合体系进行离心分离,收集分离后的清液;再向清液中添加表面活性剂,即可得到本发明的用于土壤净化的淋洗液。本发明的淋洗液对土壤中的重金属和部分有机污染物均具有淋洗效果,去除效果优良,以废治废,实现污染土壤的稳定化和无害化。
Description
技术领域
本发明属于土壤修复技术领域,具体涉及一种用于重金属和有机污染土壤净化的淋洗液的制备方法及应用。
背景技术
近年来随着我国工业化进程的不断加快,大量工厂生产排放或拆迁造成的土地污染问题日益突出,同时土壤中的污染物可在雨水的淋溶作用下迁移至地下水,造成污染的扩散。目前针对污染土壤的治理方法主要包括土壤淋洗、化学氧化还原等化学修复、固化/稳定化等物理化学修复以及利用植物和微生物等生物修复。传统的重金属污染土壤修复主要以固化/稳定化为主,但随着国家生态环保建设要求的不断提高,这种粗放型的修复技术已逐渐不再适用。土壤淋洗目前还不成熟,主要是通过添加柠檬酸、草酸等有机酸溶剂对污染土壤中重金属进行洗脱,是重金属修复技术未来主要发展的方向。添加柠檬酸、草酸等有机酸作为淋洗液虽然可以实现一定的金属去除率,但是所用试剂仍存在二次污染控制难、处理费用高等问题,无法实现绿色修复。而针对有机污染土壤的淋洗则更为贫乏。
《上海市生活垃圾管理条例》于2019年7月1日起施行,在上海已经进行了数月,已逐步实现干湿垃圾分类分离,以厨余垃圾(或易腐垃圾)为主的湿垃圾产量较大。湿垃圾中的易生物降解部分在厌氧环境下将发生一系列水解发酵反应,大分子有机物在水解酸化阶段将逐步被分解为小分子有机物并生成各种挥发性脂肪酸。城市污水处理厂剩余污泥的减量化和资源化同样是一大难题,而污泥发酵与垃圾类似,其厌氧发酵产酸可包括乙酸型发酵、丁酸型发酵、混合酸型发酵等。这些有机酸对于重金属和部分有机物具有一定的增容和洗脱作用。
单一底物的厌氧发酵往往存在C/N比例不均、系统缓冲能力不足、发酵效率较低等问题,中国专利文献(申请号:201610838079.4)就为如上的例子。而不同有机物体系共消化因可有效解决以上问题、且大幅度地提高固体废物消纳率、实现以废治废,目前已逐步成为相关领域研究的主流。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于重金属和有机污染土壤净化的淋洗液制备方法及应用,以解决现有技术存在的重金属和有机污染土壤淋洗剂成本较高、环境足迹(碳排放)较大等问题。
为实现以上目的,本发明所采用的技术方案是:
一种用于土壤净化的淋洗液的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)以挥发性固体含量计,按照湿垃圾:污水厂剩余活性污泥=(1~3):1装入厌氧发酵罐中,并添加氯化铁(FeCl3)水溶液;
(2)添加超纯水至体系含固率在5%~10%,搅拌并超声反应5~15min;
(3)向厌氧发酵罐内通入氮气5~15min,再置于50~55℃振荡培养箱中反应48~72h;
(4)冷却至20~35℃下,取液相和上层固液混合体系进行离心分离,收集分离后的清液;再向清液中添加表面活性剂,即可得到本发明的用于土壤净化的淋洗液;
本发明所述的挥发性固体是指总固体中能在600℃以上的高温下挥发的那部分固体,反映了湿垃圾和剩余活性污泥中有机物的含量;
所述氯化铁水溶液的浓度为0.01~2mg/L,添加体积量为湿垃圾和污水厂剩余活性污泥总体积的10%~40%;
所述表面活性剂为阴离子或非离子类型的表面活性剂,其浓度为0.25~4g/L,添加体积量为所述清液体积的10%,例如美国陶氏化学公司生产的非离子型表面活性剂triton X-100;
所述污水厂剩余活性污泥为市政污水处理厂净化污水后剩余的活性污泥,含水率为97.4%~98.5%;所述湿垃圾为上海市定义的日常生活垃圾产生的容易腐烂的生物质废弃物,主要为厨余垃圾,其中固体含量为16%~19%。
本发明的第二个目的是提供一种所述的用于污染土壤净化的淋洗液的应用方法,其特征在于,根据污染土壤的种类,分别采用以下两种淋洗方法中的一种或两种,包括以下步骤:
方法A(去除重金属):向1Kg污染土壤中添加10~30L的淋洗液,搅拌2~6h后静置1~2h;
方法B(去除有机污染):将1Kg污染土壤填入淋洗柱,从柱体上部注入10~30L的淋洗液淋洗,淋洗液与土壤中的有机物发生反应;收集柱体底部排出的淋洗液并循环返回柱体上部;循环淋洗反应2~6h。
进一步地,所述方法B中,淋洗反应温度为15~40℃。
本发明与现有技术相比,具有以下优点:
(1)现有土壤淋洗液基本为使用市售有机酸以不同比例调配制成,成本较高。本发明利用湿垃圾和污水厂剩余活性污泥这两种废弃物厌氧消化过程产生的有机酸消化液,建立一种Fe2+强化活性污泥-湿垃圾共消化厌氧产酸体系,原料易获取,且可在污泥、湿垃圾共消纳的同时以废治废,实现污染土壤的稳定化和无害化;生产过程基本无需添加外加能源,使用经济;剩余的消化固体经脱水后残渣可作为化肥等其他物料使用,无二次污染问题,符合绿色可持续修复理念。
(2)本发明经优化的一种可用于污染土壤净化的淋洗液,对重金属和部分有机污染物均具有一定的淋洗效果,去除效果优良,是一种具有较好实用性的污染土壤淋洗液。
附图说明
图1不同固液比对土壤中重金属的淋洗去除效率。
图2不同固液比对土壤中有机物菲的淋洗去除效率。
具体实施方式
下面在实施例中具体描述本发明,本实施例是对本发明的进一步说明,而不限制本发明的范围。
实施例1
(1)湿垃圾选用上海某高校食堂厨余垃圾(固体含量为19%),污泥选用上海市某水厂剩余活性污泥(含水率为98.5%),按照挥发性固体含量质量比3:1混合放入自制厌氧发酵罐中,并按照混合物总体积的20%添加浓度为0.1mg/L的FeCl3水溶液,搅拌均匀;
(2)添加超纯水至体系含固率在10%,使用搅拌桨搅拌均匀,于并超声提取器中加盖超声反应5min;
(3)连接罐口与氮气瓶持续通高纯氮气5min后,封闭罐口,将发酵罐置于55℃立式震荡培养床中以50rpm的速度振荡反应72h;
(4)冷却至35℃下,抽取液相和上层固液混合体系于3000rpm离心分离机离心处理5min,合并收集分离后的清液;再向清液中添加浓度为1g/L的表面活性剂triton X-100,其添加体积量为清液体积的10%,得到本发明的用于土壤净化的淋洗液。
实施例2
(1)湿垃圾选用上海某高校食堂厨余垃圾(固体含量为16%),污泥选用上海市某水厂剩余活性污泥(含水率为97.5%),按照挥发性固体含量质量比1:1混合放入自制厌氧发酵罐中,并按照混合物总体积的20%添加浓度为0.1mg/L的FeCl3水溶液,搅拌均匀;
(2)添加超纯水至体系含固率在7%,使用搅拌桨搅拌均匀,于并超声提取器中加盖超声反应15min;
(3)连接罐口与氮气瓶持续通高纯氮气13min后,封闭罐口,将发酵罐置于50℃立式震荡培养床中以50rpm的速度振荡反应60h;
(4)冷却至25℃下,抽取液相和上层固液混合体系于3000rpm离心分离机离心处理5min,合并收集分离后的清液;再向清液中添加浓度为1g/L的表面活性剂triton X-100,其添加体积量为清液体积的10%,得到本发明的用于土壤净化的淋洗液。
应用实施例1~3
测定实施例1得到的用于土壤净化的淋洗液的重金属含量作为背景值C1。
采集上海某污染场地重金属污染土壤,经检测,该土壤污染浓度如下:
表1重金属污染土壤污染物检出值(mg/kg)
检出因子 | 锑 | 砷 | 铅 | 锌 |
检出限 | 0.3 | 0.8 | 0.1 | 0.5 |
检出浓度 | 183 | 134 | 445 | 1553 |
向污染土壤中添加一定体积的淋洗液(实施例1~3中,污染土壤和淋洗液的比例分别为1g/10mL、1g/20mL和1g/30mL),使用电动搅拌桨搅拌4h后静置2h。
收集上层液相并经离心固液分离后,测定上清液中重金属含量C2,C2-C1即为洗脱重金属的浓度。使用该浓度乘以添加的淋洗液总量得出本次实施例中洗脱污染物总量,该量除以土壤中总的重金属全量即为本次实施例中土壤淋洗液的重金属去除效率η。实施例1~3的重金属污染土壤淋洗去除效率η,见图1所示。
应用实施例4~6
按照实施例2得到用于土壤净化的淋洗液,用于除去污染土壤中的有机物菲,经检测,该土壤中菲浓度约为550mg/kg。测定淋洗液中的有机物菲含量作为背景值C3。
将1Kg污染土壤填入有机玻璃淋洗柱,在30℃下,从柱体上部注入淋洗液淋洗,实施例4~6中,污染土壤和淋洗液的比例分别为1g/10mL、1g/20mL和1g/30mL,淋洗液与土壤中的有机物发生反应;收集柱体底部排出的淋洗液并使用循环泵将淋洗液循环返回柱体上部;循环淋洗反应4h。
收集柱体底部输液管和储液瓶中的淋洗液进行检测,测定有机物菲的含量C4,C4-C3即为洗脱有机物菲的浓度。
使用实施例1中的计算方法计算出本实施例中土壤淋洗液的菲去除效率η。不同批次的菲污染土壤淋洗去除效率η,见图2所示。
Claims (6)
1.一种用于土壤净化的淋洗液的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)以挥发性固体含量计,按照湿垃圾:污水厂剩余活性污泥=(1~3):1装入厌氧发酵罐中,并添加氯化铁水溶液;
(2)添加超纯水至体系含固率在5%~10%,搅拌并超声反应5~15min;
(3)向厌氧发酵罐内通入氮气5~15min,再置于50~55℃振荡培养箱中反应48~72h;
(4)冷却至20~35℃下,取液相和上层固液混合体系进行离心分离,收集分离后的清液;再向清液中添加表面活性剂,即可得到本发明的用于土壤净化的淋洗液。
2.根据权利要求1所述的用于土壤净化的淋洗液的制备方法,其特征在于,所述氯化铁水溶液的浓度为0.01~2 mg/L,添加体积量为湿垃圾和污水厂剩余活性污泥总体积的10%~40%。
3.根据权利要求1所述的用于土壤净化的淋洗液的制备方法,其特征在于,所述表面活性剂为阴离子或非离子类型的表面活性剂,其浓度为0.25~4g/L,添加体积量为所述清液体积的10%。
4.根据权利要求1所述的用于土壤净化的淋洗液的制备方法,其特征在于,所述污水厂剩余活性污泥的含水率为97.4~98.5%;所述湿垃圾的固体含量为16%~19%。
5.一种如权利要求1~4任一所述的用于污染土壤净化的淋洗液的应用方法,其特征在于,根据污染土壤的种类,分别采用以下两种淋洗方法中的一种或两种,包括以下步骤:
方法A(去除重金属):向1Kg污染土壤中添加10~30 L的淋洗液,搅拌2~6 h后静置1~2 h;
方法B(去除有机污染):将1Kg污染土壤填入淋洗柱,从柱体上部注入10~30 L的淋洗液淋洗,淋洗液与土壤中的有机物发生反应;收集柱体底部排出的淋洗液并循环返回柱体上部;循环淋洗反应2~6 h。
6.根据权利要求5所述的淋洗液的应用方法,其特征在于,所述方法B中,淋洗反应温度为15~40℃。
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