CN111701995B - 一种重金属土壤深层二段式修复回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重金属土壤深层二段式修复回收方法，属于土壤修复技术领域，可以实现通过在待修复重金属土壤内预埋二段修复棒的方式，从土壤深层靠近地下水的区域以以水为载体吸收重金属，然后通过加热蒸发的形式完成重金属和载体水的分离，重金属集中截留收集等待回收，而水蒸气则沿着二段修复棒上升至土壤表层种植重金属富集植物的区域，供重金属富集植物的根系直接吸水同时避免重金属的泄漏扩散，综合采取物理、化学和生物修复的方式，对待修复重金属土壤实现二段式原位修复，显著提高对污染土壤尤其是深层土壤的修复效果，且修复成本较低并可以对重金属进行回收。

Description

一种重金属土壤深层二段式修复回收方法

技术领域

本发明涉及土壤修复技术领域，更具体地说，涉及一种重金属土壤深层二段式修复回收方法。

背景技术

土壤修复是使遭受污染的土壤恢复正常功能的技术措施。在土壤修复行业，已有的土壤修复技术达到一百多种，常用技术也有十多种，大致可分为物理、化学和生物三种方法。20世纪80年代以来，世界上许多国家特别是发达国家均制定并开展了污染土壤治理与修复计划，因此也形成了一个新兴的土壤修复行业。

土壤是人类赖以生存的最基本的物质基础之一，又是各种污染物的最终归宿，世界上90%的污染物最终滞留在土壤内。由于重金属污染物在土壤中移动性差、滞留时间长、不能被微生物降解，并可经水、植物等介质最终影响人类健康，所以采取措施对重金属污染土壤进行修复是必要的，现阶段土壤重金属污染修复主要有物理法、化学法和生物法三大类。

采用物理法治理土壤重金属污染效果较好、效率很高，但是往往存在着不能完全解决重金属污染，仅仅是转移污染，还需要进行再次处理的问题。采用化学法治理土壤重金属污染，需要选择合适的处理方法，处理效率较高，但处理成本也较高，并可能带来二次污染。如果采用原地淋洗的方法还必须搞清地下水的流向，以免对地下水造成污染。采用生物法进行土壤重金属污染治理，成本较低，不会带来二次污染，还能够在治理重金属的同时修复土壤的生态系统，但是其重金属治理效率较低、效果较差，还不能高效地完成土壤重金属污染的治理。

尤其是针对土壤深层的重金属修复问题目前还没有行之有效的低成本修复方法，导致一般的重金属土壤修复只针对表层土壤，难以深入到深层靠近地下水的区域，作为重金属污染的源头即使表层土壤重金属含量下降，随着时间的推移污染仍会扩散，因此目前的深层土壤修复问题一方面难以有效针对性修复，另一方面很难回收重金属做到资源的回收利用。

发明内容

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种重金属土壤深层二段式修复回收方法，它可以实现通过在待修复重金属土壤内预埋二段修复棒的方式，从土壤深层靠近地下水的区域以以水为载体吸收重金属，然后通过加热蒸发的形式完成重金属和载体水的分离，重金属集中截留收集等待回收，而水蒸气则沿着二段修复棒上升至土壤表层种植重金属富集植物的区域，供重金属富集植物的根系直接吸水同时避免重金属的泄漏扩散，综合采取物理、化学和生物修复的方式，对待修复重金属土壤实现二段式原位修复，显著提高对污染土壤尤其是深层土壤的修复效果，且修复成本较低并可以对重金属进行回收。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种重金属土壤深层二段式修复回收方法，包括以下步骤：

S1、勘探待修复重金属土壤的面积的地下水深度，制作相应数量及尺寸的二段修复棒；

S2、在待修复重金属土壤上钻出若干深孔并埋下二段修复棒，回填上土壤后在二段修复棒上种植重金属富集植物；

S3、向待修复重金属土壤上泼洒石灰水来调节酸碱度至合适值，然后定期泼洒螯合剂；

S4、二段修复棒以水为载体开始吸收深层地下水处的重金属，并通过蒸发的形式完成分离，载体水向上到达重金属富集植物，重金属截留下等待回收；

S5、定期取样检测土壤中的重金属含量，若达到标准，则回收二段修复棒，若仍不达标，则重复上述步骤。

进一步的，所述二段修复棒包括上下分布的表层修复半球和深层修复球，所述表层修复半球与深层修复球之间固定连通有过渡管和走线管，且重金属富集植物种植于表层修复半球中，表层修复半球用来实现对土壤表层的修复，过渡管用来实现对土壤深层的修复，而过渡管则起到过渡连通的作用，走线管提供走线空间，整体协作实现土壤的二段式修复。

进一步的，所述深层修复球外端固定连接有若干一体成型的外防护管，所述外防护管内插设有扩散吸水丝，所述深层修复球内填充有分离球壳，外防护管起到保护扩散吸水丝的作用，保障其在土壤内可以笔直的向四周扩散，分离球壳用来分离载体水和重金属。

进一步的，所述分离球壳包括上下分布的上半截留部和下半保水部，且扩散吸水丝与下半保水部之间连接，所述下半保水部内镶嵌安装有若干均匀分布的电加热丝，上半截留部利用其吸附性能起到辅助截留重金属的作用，防止重金属过多的上升至表层一方面影响回收效率，另一方面增大了重金属富集植物的修复负荷强度，下半保水部作为收集地则起到储存吸收来的水，利用扩散吸水丝的加热来使水分蒸发，重金属留在下半保水部内完成分离回收，同时利用下半保水部和扩散吸水丝的含水浓度差，来持续不断的吸收从扩散吸水丝运输来的水。

进一步的，所述上半截留部采用多孔吸附材料制成，所述下半保水部采用高分子吸水树脂和吸水纤维混合制成，上半截留部既要有优异的吸附性能来截留重金属，同时也要满足水蒸气的流通上升，下半保水部具有极强的吸水性能和保水性能，同时在加热蒸发水分后可以持续的恢复吸水性。

进一步的，所述电加热丝电性连接有安装在地面上的蓄电池，所述蓄电池电性连接有太阳能发电组件，利用太阳能发电来提供扩散吸水丝的日常用电所需，十分环保，同时还可以减少平时的日常维护和充电等操作。

进一步的，所述表层修复半球内固定连接有隔离壳，所述隔离壳与表层修复半球之间留设有弧形分布腔，所述隔离壳上开设有若干均匀分布的冷凝微孔，可以使得蒸发后的水蒸气可以均匀的在表层修复半球内分布，充分与土壤接触冷凝并被其吸收，同时还能利用水蒸气的冲击来提供表层修复半球内土壤的疏松多孔性，促进重金属富集植物的根系呼吸作用，保障其可以充分成长并进行重金属的吸收，还可以避免水蒸气过于集中导致土壤升温过快影响冷凝效果和重金属富集植物的生长。

进一步的，所述表层修复半球内的土壤上插设有若干定点投放管，所述定点投放管用来定点添加适量的重金属离子捕捉剂，定点投放管可以用来配合表层修复半球和周围土壤一定程度上进行隔离，定点向重金属富集植物根系的土壤添加重金属离子捕捉剂或者所需肥料，重金属离子捕捉剂是通过布置重金属离子形成难溶性沉淀的方式来阻断重金属污染的扩散，而直接施加在土壤内就会影响到二段修复棒的吸收和回收，而肥料定点施加可以提高重金属富集植物的生长效果，避免浪费。

进一步的，所述步骤S2中回填土壤时引入蚯蚓，并向回填的土壤内施加有机肥，蚯蚓对重金属有很强的耐受能力和富集能力，还能够和周围的微生物、重金属富集植物协同富集重金属，并在其中起到一种类似“催化剂”的作用，蚯蚓在土中的生长、穿插等活动，能够大大加快微生物向污染土壤的转移速度，从而促进微生物对土壤修复的作用，并且蚯蚓能够把土壤中的有机物分解转化为有机酸，使土壤中的重金属钝化并失去毒性。

进一步的，所述重金属富集植物包括苋科植物、半卡马菊、印度芥菜、蜈蚣草和东南景天中的任意一种或多种，重金属富集植物可以超量吸收重金属并将其运移到地上部积累，生态无污染，并且可以针对性的对不同种类的重金属污染进行富集。

3．有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本方案可以实现通过在待修复重金属土壤内预埋二段修复棒的方式，从土壤深层靠近地下水的区域以以水为载体吸收重金属，然后通过加热蒸发的形式完成重金属和载体水的分离，重金属集中截留收集等待回收，而水蒸气则沿着二段修复棒上升至土壤表层种植重金属富集植物的区域，供重金属富集植物的根系直接吸水同时避免重金属的泄漏扩散，综合采取物理、化学和生物修复的方式，对待修复重金属土壤实现二段式原位修复，显著提高对污染土壤尤其是深层土壤的修复效果，且修复成本较低并可以对重金属进行回收。

（2）二段修复棒包括上下分布的表层修复半球和深层修复球，表层修复半球与深层修复球之间固定连通有过渡管和走线管，且重金属富集植物种植于表层修复半球中，表层修复半球用来实现对土壤表层的修复，过渡管用来实现对土壤深层的修复，而过渡管则起到过渡连通的作用，走线管提供走线空间，整体协作实现土壤的二段式修复。

（3）深层修复球外端固定连接有若干一体成型的外防护管，外防护管内插设有扩散吸水丝，深层修复球内填充有分离球壳，外防护管起到保护扩散吸水丝的作用，保障其在土壤内可以笔直的向四周扩散，分离球壳用来分离载体水和重金属。

（4）分离球壳包括上下分布的上半截留部和下半保水部，且扩散吸水丝与下半保水部之间连接，下半保水部内镶嵌安装有若干均匀分布的电加热丝，上半截留部利用其吸附性能起到辅助截留重金属的作用，防止重金属过多的上升至表层一方面影响回收效率，另一方面增大了重金属富集植物的修复负荷强度，下半保水部作为收集地则起到储存吸收来的水，利用扩散吸水丝的加热来使水分蒸发，重金属留在下半保水部内完成分离回收，同时利用下半保水部和扩散吸水丝的含水浓度差，来持续不断的吸收从扩散吸水丝运输来的水。

（5）上半截留部采用多孔吸附材料制成，下半保水部采用高分子吸水树脂和吸水纤维混合制成，上半截留部既要有优异的吸附性能来截留重金属，同时也要满足水蒸气的流通上升，下半保水部具有极强的吸水性能和保水性能，同时在加热蒸发水分后可以持续的恢复吸水性。

（6）电加热丝电性连接有安装在地面上的蓄电池，蓄电池电性连接有太阳能发电组件，利用太阳能发电来提供扩散吸水丝的日常用电所需，十分环保，同时还可以减少平时的日常维护和充电等操作。

（7）表层修复半球内固定连接有隔离壳，隔离壳与表层修复半球之间留设有弧形分布腔，隔离壳上开设有若干均匀分布的冷凝微孔，可以使得蒸发后的水蒸气可以均匀的在表层修复半球内分布，充分与土壤接触冷凝并被其吸收，同时还能利用水蒸气的冲击来提供表层修复半球内土壤的疏松多孔性，促进重金属富集植物的根系呼吸作用，保障其可以充分成长并进行重金属的吸收，还可以避免水蒸气过于集中导致土壤升温过快影响冷凝效果和重金属富集植物的生长。

（8）表层修复半球内的土壤上插设有若干定点投放管，定点投放管用来定点添加适量的重金属离子捕捉剂，定点投放管可以用来配合表层修复半球和周围土壤一定程度上进行隔离，定点向重金属富集植物根系的土壤添加重金属离子捕捉剂或者所需肥料，重金属离子捕捉剂是通过布置重金属离子形成难溶性沉淀的方式来阻断重金属污染的扩散，而直接施加在土壤内就会影响到二段修复棒的吸收和回收，而肥料定点施加可以提高重金属富集植物的生长效果，避免浪费。

（9）本发明回填土壤时引入蚯蚓，并向回填的土壤内施加有机肥，蚯蚓对重金属有很强的耐受能力和富集能力，还能够和周围的微生物、重金属富集植物协同富集重金属，并在其中起到一种类似“催化剂”的作用，蚯蚓在土中的生长、穿插等活动，能够大大加快微生物向污染土壤的转移速度，从而促进微生物对土壤修复的作用，并且蚯蚓能够把土壤中的有机物分解转化为有机酸，使土壤中的重金属钝化并失去毒性。

（10）重金属富集植物包括苋科植物、半卡马菊、印度芥菜、蜈蚣草和东南景天中的任意一种或多种，重金属富集植物可以超量吸收重金属并将其运移到地上部积累，生态无污染，并且可以针对性的对不同种类的重金属污染进行富集。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为本发明预埋二段修复棒的结构示意图；

图3为本发明二段修复棒的结构示意图；

图4为本发明深层修复球的结构示意图；

图5为本发明表层修复半球的结构示意图。

图中标号说明：

1二段修复棒、101表层修复半球、102深层修复球、103过渡管、104走线管、2重金属富集植物、3蓄电池、4太阳能发电组件、5外防护管、6分离球壳、601上半截留部、602下半保水部、7扩散吸水丝、8电加热丝、9隔离壳、10弧形分布腔、11冷凝微孔、12定点投放管。

具体实施方式

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-2，一种重金属土壤深层二段式修复回收方法，包括以下步骤：

S1、勘探待修复重金属土壤的面积的地下水深度，制作相应数量及尺寸的二段修复棒1；

S2、在待修复重金属土壤上钻出若干深孔并埋下二段修复棒1，回填上土壤后在二段修复棒1上种植重金属富集植物2；

S3、向待修复重金属土壤上泼洒石灰水来调节酸碱度至合适值，然后定期泼洒螯合剂；

S4、二段修复棒1以水为载体开始吸收深层地下水处的重金属，并通过蒸发的形式完成分离，载体水向上到达重金属富集植物，重金属截留下等待回收；

S5、定期取样检测土壤中的重金属含量，若达到标准，则回收二段修复棒1，若仍不达标，则重复上述步骤。

螯合剂首先可以增加土壤溶液中重金属含量，其次促进重金属在重金属富集植物2体内运输，螯合剂和金属的亲和力是重金属富集植物2金属积累效率提升最相关的因素，另外土壤溶液中重金属含量提高可以间接提高深层修复球102的修复效率，在水中吸收分离到绝大部分的重金属。

请参阅图3，二段修复棒1包括上下分布的表层修复半球101和深层修复球102，表层修复半球101与深层修复球102之间固定连通有过渡管103和走线管104，且重金属富集植物2种植于表层修复半球101中，表层修复半球101用来实现对土壤表层的修复，过渡管103用来实现对土壤深层的修复，而过渡管103则起到过渡连通的作用，走线管104提供走线空间，整体协作实现土壤的二段式修复，表层修复半球101内的土壤上插设有若干定点投放管12，定点投放管12用来定点添加适量的重金属离子捕捉剂，定点投放管12可以用来配合表层修复半球101和周围土壤一定程度上进行隔离，定点向重金属富集植物2根系的土壤添加重金属离子捕捉剂或者所需肥料，重金属离子捕捉剂是通过布置重金属离子形成难溶性沉淀的方式来阻断重金属污染的扩散，而直接施加在土壤内就会影响到二段修复棒1的吸收和回收，而肥料定点施加可以提高重金属富集植物2的生长效果，避免浪费。

请参阅图4，深层修复球102外端固定连接有若干一体成型的外防护管5，外防护管5内插设有扩散吸水丝7，深层修复球102内填充有分离球壳6，外防护管5起到保护扩散吸水丝7的作用，保障其在土壤内可以笔直的向四周扩散，分离球壳6用来分离载体水和重金属，分离球壳6包括上下分布的上半截留部601和下半保水部602，且扩散吸水丝7与下半保水部602之间连接，下半保水部602内镶嵌安装有若干均匀分布的电加热丝8，上半截留部601利用其吸附性能起到辅助截留重金属的作用，防止重金属过多的上升至表层一方面影响回收效率，另一方面增大了重金属富集植物2的修复负荷强度，下半保水部602作为收集地则起到储存吸收来的水，利用扩散吸水丝7的加热来使水分蒸发，重金属留在下半保水部602内完成分离回收，同时利用下半保水部602和扩散吸水丝7的含水浓度差，来持续不断的吸收从扩散吸水丝7运输来的水。

上半截留部601采用多孔吸附材料制成，下半保水部602采用高分子吸水树脂和吸水纤维混合制成，上半截留部601既要有优异的吸附性能来截留重金属，同时也要满足水蒸气的流通上升，下半保水部602具有极强的吸水性能和保水性能，同时在加热蒸发水分后可以持续的恢复吸水性。

请参阅图2，电加热丝8电性连接有安装在地面上的蓄电池3，蓄电池3电性连接有太阳能发电组件4，利用太阳能发电来提供扩散吸水丝7的日常用电所需，十分环保，同时还可以减少平时的日常维护和充电等操作，值得注意的是，电加热丝8不用24小时一直启动加热，特定时段定期加热即可，且雨天可以停止修复，晴天可以延长时间修复，因为要根据重金属富集植物2的生长特性和深层修复球102的吸收回收效率进行调节。

请参阅图5，表层修复半球101内固定连接有隔离壳9，隔离壳9与表层修复半球101之间留设有弧形分布腔10，隔离壳9上开设有若干均匀分布的冷凝微孔11，可以使得蒸发后的水蒸气可以均匀的在表层修复半球101内分布，充分与土壤接触冷凝并被其吸收，同时还能利用水蒸气的冲击来提供表层修复半球101内土壤的疏松多孔性，促进重金属富集植物2的根系呼吸作用，保障其可以充分成长并进行重金属的吸收，还可以避免水蒸气过于集中导致土壤升温过快影响冷凝效果和重金属富集植物2的生长。

步骤S2中回填土壤时引入蚯蚓，并向回填的土壤内施加有机肥，蚯蚓对重金属有很强的耐受能力和富集能力，还能够和周围的微生物、重金属富集植物2协同富集重金属，并在其中起到一种类似“催化剂”的作用，蚯蚓在土中的生长、穿插等活动，能够大大加快微生物向污染土壤的转移速度，从而促进微生物对土壤修复的作用，并且蚯蚓能够把土壤中的有机物分解转化为有机酸，使土壤中的重金属钝化并失去毒性。

重金属富集植物2包括苋科植物、半卡马菊、印度芥菜、蜈蚣草和东南景天中的任意一种或多种，重金属富集植物可以超量吸收重金属并将其运移到地上部积累，生态无污染，并且可以针对性的对不同种类的重金属污染进行富集。

本发明可以实现通过在待修复重金属土壤内预埋二段修复棒1的方式，从土壤深层靠近地下水的区域以以水为载体吸收重金属，然后通过加热蒸发的形式完成重金属和载体水的分离，重金属集中截留收集等待回收，而水蒸气则沿着二段修复棒1上升至土壤表层种植重金属富集植物2的区域，供重金属富集植物2的根系直接吸水同时避免重金属的泄漏扩散，综合采取物理、化学和生物修复的方式，对待修复重金属土壤实现二段式原位修复，显著提高对污染土壤尤其是深层土壤的修复效果，且修复成本较低并可以对重金属进行回收。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种重金属土壤深层二段式修复回收方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、勘探待修复重金属土壤的面积的地下水深度，制作相应数量及尺寸的二段修复棒(1)；

S2、在待修复重金属土壤上钻出若干深孔并埋下二段修复棒(1)，回填上土壤后在二段修复棒(1)上种植重金属富集植物(2)，所述二段修复棒(1)包括上下分布的表层修复半球(101)和深层修复球(102)，所述表层修复半球(101)与深层修复球(102)之间固定连通有过渡管(103)和走线管(104)，且重金属富集植物(2)种植于表层修复半球(101)中；

S3、向待修复重金属土壤上泼洒石灰水来调节酸碱度至合适值，然后定期泼洒螯合剂；

S4、二段修复棒(1)以水为载体开始吸收深层地下水处的重金属，并通过蒸发的形式完成分离，载体水向上到达重金属富集植物，重金属截留下等待回收；

S5、定期取样检测土壤中的重金属含量，若达到标准，则回收二段修复棒(1)，若仍不达标，则重复上述步骤。

2.根据权利要求1所述的一种重金属土壤深层二段式修复回收方法，其特征在于：所述深层修复球(102)外端固定连接有若干一体成型的外防护管(5)，所述外防护管(5)内插设有扩散吸水丝(7)，所述深层修复球(102)内填充有分离球壳(6)。

3.根据权利要求2所述的一种重金属土壤深层二段式修复回收方法，其特征在于：所述分离球壳(6)包括上下分布的上半截留部(601)和下半保水部(602)，且扩散吸水丝(7)与下半保水部(602)之间连接，所述下半保水部(602)内镶嵌安装有若干均匀分布的电加热丝(8)。

4.根据权利要求3所述的一种重金属土壤深层二段式修复回收方法，其特征在于：所述上半截留部(601)采用多孔吸附材料制成，所述下半保水部(602)采用高分子吸水树脂和吸水纤维混合制成。

5.根据权利要求3所述的一种重金属土壤深层二段式修复回收方法，其特征在于：所述电加热丝(8)电性连接有安装在地面上的蓄电池(3)，所述蓄电池(3)电性连接有太阳能发电组件(4)。

6.根据权利要求1所述的一种重金属土壤深层二段式修复回收方法，其特征在于：所述表层修复半球(101)内固定连接有隔离壳(9)，所述隔离壳(9)与表层修复半球(101)之间留设有弧形分布腔(10)，所述隔离壳(9)上开设有若干均匀分布的冷凝微孔(11)。

7.根据权利要求1所述的一种重金属土壤深层二段式修复回收方法，其特征在于：所述表层修复半球(101)内的土壤上插设有若干定点投放管(12)，所述定点投放管(12)用来定点添加适量的重金属离子捕捉剂。

8.根据权利要求1所述的一种重金属土壤深层二段式修复回收方法，其特征在于：所述步骤S2中回填土壤时引入蚯蚓，并向回填的土壤内施加有机肥。

9.根据权利要求1所述的一种重金属土壤深层二段式修复回收方法，其特征在于：所述重金属富集植物(2)包括苋科植物、半卡马菊、印度芥菜、蜈蚣草和东南景天中的任意一种或多种。

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