CN111925809A - 一种污染土壤修复制剂、制备方法、修复装置及应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于砷污染土壤的修复技术领域，公开了一种污染土壤修复制剂、制备方法、修复装置及应用，污染土壤修复制剂由活性污泥与金属镍制成，所述活性污泥与金属镍质量比为9:1；污染土壤修复制剂的制备方法包括：将活性污泥与金属镍按照9:1的比例通过化学药剂充分混合；再将活性污泥与金属镍的混合物通过模具制成球状；然后风干，再将风干后的球状混合物置于磁场中，筛选出内部含有金属镍的球状混合物，得所述固定化微生物球。本发明提供的砷污染土壤修复装置及修复制剂，设备智能化程度高，而且利用太阳能发电，解决了户外缺少电源的问题，同时还节能环保，将土壤中的砷通过水带入集水渠，集水渠中的水再经过砷污染处理井净化。

Description

一种污染土壤修复制剂、制备方法、修复装置及应用

技术领域

本发明属于砷污染土壤的修复技术领域，尤其涉及一种污染土壤修复制剂、制备方法、修复装置及应用。

背景技术

目前，砷及其化合物毒性较大，长期过量摄入，会对人体健康造成严重损害，导致慢性和急性中毒乃至癌症。

近年来，水环境砷污染事件频发，在个别地区也存在饮用水砷超标问题。土壤中的砷污染通常通过食物和地下水进入人体，故土壤的治理迫在眉睫。在一些工厂等排放的废气中含有大量砷，废气遇到雨水沉降到地面，导致土壤砷污染严重。

砷污染治理方法主要包括物理法、化学法和生物法等。物理法主要是采用一些工程措施来治理污染土壤。对于土壤砷污染，若污染严重但受污染面积不大，可采用换土或客土法，对换出土壤要妥善处理，防止二次污染。化学法主要包括土壤淋洗法、玻璃化法、电化学法等。生物法主要包括土壤动物修复、微生物修复、植物修复等。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：(1)现有技术中的采用土壤淋洗法，处理砷污染土壤的设备，其自动化程度不高，而且砷污染土壤的处理量不高。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种污染土壤修复制剂、制备方法、修复装置及应用。

本发明是这样实现的，一种污染土壤修复制剂的制备方法，所述污染土壤修复制剂的制备方法包括以下步骤：

步骤一，按所述重量份数配比称取各组分原料备用。

步骤二，将活性污泥与金属镍按照9:1的比例通过化学药剂充分混合；再将活性污泥与金属镍的混合物通过模具制成球状，风干。

步骤三，将步骤二得到的风干后的球状混合物置于磁场中，筛选出内部含有金属镍的球状混合物，得固定化微生物球。

步骤四，取海泡石，将海泡石浸没去离子水24～72h后捞取，在60～80℃下烘干后，加入浓度为4～8mol/L的盐酸或硝酸溶液，即可得到酸改性海泡石。

步骤五，取草炭土原料，将所述草炭土原料用水调节至湿度为40％～60％；加入发酵菌，然后进行堆肥发酵腐熟处理15～20天，即得腐熟草炭土。

步骤六，取蛭石，在600～800℃温度下对蛭石进行热处理4～8h，然后将热处理后的蛭石加入乙醇溶液中，超声20～40min，得混合物A。

步骤七，在混合物A中加入乳酸、羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖，于60～75℃下搅拌反应6～8h，反应结束后抽滤、无水乙醇洗涤，烘干后研磨成粉末，得到改性蛭石。

步骤八，按质量比20:1分别取秸秆和氧化钙，置于混料机中混匀后得混合物B；将混合物B在在体系压力为20～30kPa、热解温度为500～600℃的条件下真空热解30～40min，通过研磨处理即可得到固体生物质炭粉末。

步骤九，取天然蒙脱石粉和十六烷基三甲基氯化铵，置于混料机中以重量比30～55：1的比例混合，加入水中搅拌3～5h；得蒙脱石粉。

步骤十，将步骤九得到的蒙脱石粉过滤干燥，加入到含有5～10％氯化钠和3～5％的十二烷基硫酸钠的水溶液中搅拌4～6h，过滤，干燥，采用三段式梯度煅烧，煅烧结束后，自然冷却至室温，即得改性蒙脱石粉。

步骤十一，将得到的固定化微生物球、酸改性海泡石、矿物源腐殖酸、腐熟草炭土、改性蛭石份、生物质炭和改性蒙脱石粉分别利用紫外线进行充分消毒后，置于搅拌机中以360～720r/min、50～70℃混合搅拌25～30min，然后倒入粉碎机中粉碎为0.02～0.15mm的粉碎颗粒，并过2000～3000目筛。

步骤十二，配制重量百分浓度在80～95％的培养基溶液，然后将复合菌种倒入后，送入保温箱，温度控制在30～55℃培养15～30h。

步骤十三，将步骤十一得到的粉末倒入步骤十二得到的培养基中，混合均匀后送入圆盘造粒机或转鼓造粒机中，并配合加入适量的水蒸气造粒，粒度控制在120～150目，颗粒干燥后，即可得到污染土壤修复制剂。

进一步，步骤四中，所述酸处理时间12～24h，海泡石与酸的质量体积比在1:2～5g/ml之间。

进一步，步骤十中，所述具体煅烧操作为：(a)在500℃下进行煅烧30～60min；(b)以8～12℃/min的升温速率升温到800℃，并在该温度下保温煅烧30～60min；(c)以5-8℃/min的升温速率升温到1200℃，并在该温度下保温煅烧30～60min。

进一步，步骤十二中，所述复合菌种包括地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、哈茨木霉菌、淡紫拟青霉菌、巨大芽孢杆菌、木霉菌、光合细菌中的任意两种及以上的组合物。

进一步，步骤十二中，所述培养基选用牛肉汤、蛋白胨、氯化钠、葡萄糖进行混合配制而成的液体。

本发明的另一目的在于提供一种装载有所述的污染土壤修复制剂的污染土壤修复装置，所述砷污染土壤修复装置包括：

集水池；

所述集水池连通多条集水沟，所述集水沟修筑在土壤表面；

砷污染处理井从下到上依次为砂石层、人工基质层和修复制剂层；所述人工基质层是由活性氧化铝与活性炭组成；所述修复制剂层内投放有修复制剂；

太阳能发电装置包括太阳能电池板、用于储存电能的电瓶；

所述的砷污染处理井内设有液位传感器；管路上设有电磁阀，所述液位传感器、电磁阀连接控制器，所述控制器控制连接曝气发生装置，以及水泵；

所述集水池内连接有出水管，所述出水管连接砷污染处理井的砂石层，所述人工基质层与固定化微生物层之间设有过滤网，所述固定化微生物层内设有净水管，所述净水管连接水泵，所述水泵连接有出水管，所述出水管均匀分布在土壤表面。

进一步，所述集水沟的底部、集水池的底部及侧面、砷污染处理井的底部及侧面均铺设有防渗层；所述曝气发生装置包括气源，以及与气源通过管道连接的曝气环管，所述曝气发生装置由储存在电瓶内的电能提供动力；

所述修复制剂层内设置有污泥回收管，所述污泥回收管用于收集固定化微生物球和悬浮污泥，然后将回收的固定化微生物球分解得到金属镍，再将回收的悬浮污泥和金属镍通过化学试剂再重新制成固定化微生物球，然后定期将制成的固定化微生物球投入固定化微生物层内；所述污泥回收管通过泵将固定化微生物球吸出，用于固定化微生物球进行回收利用。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述的污染土壤修复制剂的制备方法制备得到的污染土壤修复制剂，所述污染土壤修复制剂由活性污泥与金属镍制成，所述活性污泥与金属镍质量比为9:1。

进一步，所述污染土壤修复制剂按质量份数计，还由酸改性海泡石20～35份、矿物源腐殖酸15～20份、腐熟草炭土12～15份、改性蛭石10～12份、生物质炭8～15份、改性蒙脱石粉6～10份、复合菌种3～5份组成。

本发明的另一目的在于提供一种所述污染土壤修复制剂在砷污染土壤修复中的应用。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的砷污染土壤修复制剂具有良好的吸附性，降低了水中砷的含量，污水再次经活性污泥中微生物处理，进一步处理水中剩余的砷；通过砷污染处理井净化后的水通过水泵和出水管喷淋到土壤中，将土壤中的砷通过水带入集水渠，集水渠中的水再经过砷污染处理井净化，修复制剂定期更换，这样不仅能够去除土壤中的砷，而且实现了水的循环使用，而且本发明可以完全依赖太阳能电池板进行发电对整体装置进行供电，而且设置各个传感器以及控制器后，其自动化程度高，在能够有效消除砷污染，还能够达到节能环保的要求。

本发明提供的砷污染土壤修复装置及修复制剂，设备智能化程度高，而且利用太阳能发电，解决了户外缺少电源的问题，同时还节能环保，将土壤中的砷通过水带入集水渠，集水渠中的水再经过砷污染处理井净化，修复制剂定期更换，这样不仅能够去除土壤中的砷，而且实现了水的循环使用，而且本发明可以完全依赖太阳能电池板进行发电对整体装置进行供电，而且设置各个传感器以及控制器后，其自动化程度高，在能够有效消除砷污染，还能够达到节能环保的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的污染土壤修复制剂的制备方法流程图。

图2是本发明实施例提供的改性蛭石的制备方法流程图。

图3是本发明实施例提供的固体生物质炭粉末的制备方法流程图。

图4是本发明实施例提供的改性蒙脱石粉的制备方法流程图。

图5是本发明实施例提供的污染土壤修复装置示意图；

图中：1、集水池；2、集水沟；3、砷污染处理井；4、修复制剂；5、曝气发生装置；6、水泵；7、出水管；8、太阳能发电装置；9、液位传感器；10、控制器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

现有技术中的采用土壤淋洗法，处理砷污染土壤的设备，其自动化程度不高，而且砷污染土壤的处理量不高。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种砷污染土壤修复制剂、制备方法、修复装置及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的污染土壤修复制剂的制备方法包括以下步骤：

S101，按所述重量份数配比称取各组分原料备用。

S102，将活性污泥与金属镍按照9:1的比例通过化学药剂充分混合；再将活性污泥与金属镍的混合物通过模具制成球状，风干。

S103，将S102得到的风干后的球状混合物置于磁场中，筛选出内部含有金属镍的球状混合物，得固定化微生物球。

S104，取海泡石，将海泡石浸没去离子水24～72h后捞取，在60～80℃下烘干后，加入浓度为4～8mol/L的盐酸或硝酸溶液，即可得到酸改性海泡石。

S105，取草炭土原料，将所述草炭土原料用水调节至湿度为40％～60％；加入发酵菌，然后进行堆肥发酵腐熟处理15～20天，即得腐熟草炭土。

S106，分别制备改性蛭石、固体生物质炭粉末以及改性蒙脱石粉，并将得到的固定化微生物球、酸改性海泡石、矿物源腐殖酸、腐熟草炭土、改性蛭石份、生物质炭和改性蒙脱石粉分别利用紫外线进行充分消毒。

S107，将消毒后的混合物置于搅拌机中以360～720r/min、50～70℃混合搅拌25～30min，然后倒入粉碎机中粉碎为0.02～0.15mm的粉碎颗粒，并过2000～3000目筛。

S108，配制重量百分浓度在80～95％的培养基溶液，然后将复合菌种倒入后，送入保温箱，温度控制在30～55℃培养15～30h。

S109，将S107得到的粉末倒入S108得到的培养基中，混合均匀后送入圆盘造粒机或转鼓造粒机中，并配合加入适量的水蒸气造粒，粒度控制在120～150目，颗粒干燥后，即可得到污染土壤修复制剂。

如图2所示，本发明实施例提供的改性蛭石的制备方法为：

S201，取蛭石，在600～800℃温度下对蛭石进行热处理4～8h，然后将热处理后的蛭石加入乙醇溶液中，超声20～40min，得混合物A。

S202，在混合物A中加入乳酸、羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖，于60～75℃下搅拌反应6～8h。

S203，反应结束后抽滤、无水乙醇洗涤，烘干后研磨成粉末，得到改性蛭石。

如图3所示，本发明实施例提供的固体生物质炭粉末的制备方法包括：

S301，按质量比20:1分别取秸秆和氧化钙，置于混料机中混匀后得混合物B。

S302，将混合物B在在体系压力为20～30kPa、热解温度为500～600℃的条件下真空热解30～40min，通过研磨处理即可得到固体生物质炭粉末。

如图4所示，本发明实施例提供的改性蒙脱石粉的制备方法为：

S401，取天然蒙脱石粉和十六烷基三甲基氯化铵，置于混料机中以重量比30～55：1的比例混合，加入水中搅拌3～5h；得蒙脱石粉。

S402，将S401得到的蒙脱石粉过滤干燥，加入到含有5～10％氯化钠和3～5％的十二烷基硫酸钠的水溶液中搅拌4～6h，过滤，干燥。

S403，采用三段式梯度煅烧，煅烧结束后，自然冷却至室温，即得改性蒙脱石粉。

如图5所示，本发明实施例提供的砷污染土壤修复装置，包括：集水池1、集水沟2、砷污染处理井3、修复制剂4、曝气发生装置5、水泵6、出水管7、太阳能发电装置8、液位传感器9以及控制器10。

所述集水池1连通多条集水沟2，所述集水沟2修筑在土壤表面。

所述砷污染处理井3从下到上依次为砂石层、人工基质层和修复制剂层。

所述人工基质层是由活性氧化铝与活性炭组成。

所述修复制剂层内投放有修复制剂。

所述太阳能发电装置8包括太阳能电池板，用于储存电能的电瓶。

所述的砷污染处理井3内设有液位传感器9；所述管路上设有电磁阀，所述液位传感器、电磁阀连接控制器，所述控制器10控制连接嚗气发生装置5，以及水泵6。

所述修复制剂4是由活性污泥与金属镍制成，活性污泥与金属镍按照9:1的比例通过化学药剂充分混合，再将活性污泥与金属镍的混合物通过模具制成球状，然后风干，再将风干后的球状混合物置于磁场之中，筛选出内部含有金属镍的球状混合物即得所述固定化微生物球。

所述集水池1内连接有出水管7，所述出水管7连接砷污染处理井的砂石层，所述人工基质层与固定化微生物层之间设有过滤网，所述固定化微生物层内设有净水管，所述净水管连接水泵，所述水泵连接有出水管，所述出水管均匀分布在土壤表面，所述集水沟的底部、集水池的底部及侧面、砷污染处理井的底部及侧面均铺设有防渗层。

所述曝气发生装置5包括气源，以及与气源通过管道连接的曝气环管，所述曝气发生装置由储存在电瓶内的电能提供动力。

所述修复制剂层内设置有污泥回收管，所述污泥回收管用于收集固定化微生物球和悬浮污泥，然后将回收的固定化微生物球分解得到金属镍，再将回收的悬浮污泥和金属镍通过化学试剂再重新制成固定化微生物球，然后定期将制成的固定化微生物球投入固定化微生物层内，所述污泥回收管通过泵将固定化微生物球吸出，实现固定化微生物球的回收利用。

本发明实施例提供的污染土壤修复制剂由活性污泥与金属镍制成，所述活性污泥与金属镍质量比为9:1。

本发明实施例提供的污染土壤修复制剂按质量份数计，还由酸改性海泡石20～35份、矿物源腐殖酸15～20份、腐熟草炭土12～15份、改性蛭石10～12份、生物质炭8～15份、改性蒙脱石粉6～10份、复合菌种3～5份组成。

如图5，利用商业分散的催化剂纳米颗粒悬浮液或将催化剂颗粒分散在溶液中，使用浸渍法将催化剂悬浮液涂敷在电极骨架表面，通过干燥的方法将溶剂蒸发，剩下均匀分散的催化剂颗粒。

本发明复合菌种包括地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、哈茨木霉菌、淡紫拟青霉菌、巨大芽孢杆菌、木霉菌、光合细菌中的任意两种及以上的组合物。地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、哈茨木霉菌、淡紫拟青霉菌、巨大芽孢杆菌、木霉菌、光合细菌均自淘宝商城采购。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种污染土壤修复制剂的制备方法，其特征在于，所述污染土壤修复制剂的制备方法包括以下步骤：

步骤一，按所述重量份数配比称取各组分原料备用；

步骤二，将活性污泥与金属镍按照9:1的比例通过化学药剂充分混合；再将活性污泥与金属镍的混合物通过模具制成球状，风干；

步骤三，将步骤二得到的风干后的球状混合物置于磁场中，筛选出内部含有金属镍的球状混合物，得固定化微生物球；

步骤四，取海泡石，将海泡石浸没去离子水24～72h后捞取，在60～80℃下烘干后，加入浓度为4～8mol/L的盐酸或硝酸溶液，即可得到酸改性海泡石；

步骤五，取草炭土原料，将所述草炭土原料用水调节至湿度为40％～60％；加入发酵菌，然后进行堆肥发酵腐熟处理15～20天，即得腐熟草炭土；

步骤六，取蛭石，在600～800℃温度下对蛭石进行热处理4～8h，然后将热处理后的蛭石加入乙醇溶液中，超声20～40min，得混合物A；

步骤七，在混合物A中加入乳酸、羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖，于60～75℃下搅拌反应6～8h，反应结束后抽滤、无水乙醇洗涤，烘干后研磨成粉末，得到改性蛭石；

步骤八，按质量比20:1分别取秸秆和氧化钙，置于混料机中混匀后得混合物B；将混合物B在在体系压力为20～30kPa、热解温度为500～600℃的条件下真空热解30～40min，通过研磨处理即可得到固体生物质炭粉末；

步骤九，取天然蒙脱石粉和十六烷基三甲基氯化铵，置于混料机中以重量比30～55：1的比例混合，加入水中搅拌3～5h；得蒙脱石粉；

步骤十，将步骤九得到的蒙脱石粉过滤干燥，加入到含有5～10％氯化钠和3～5％的十二烷基硫酸钠的水溶液中搅拌4～6h，过滤，干燥，采用三段式梯度煅烧，煅烧结束后，自然冷却至室温，即得改性蒙脱石粉；

步骤十一，将得到的固定化微生物球、酸改性海泡石、矿物源腐殖酸、腐熟草炭土、改性蛭石份、生物质炭和改性蒙脱石粉分别利用紫外线进行充分消毒后，置于搅拌机中以360～720r/min、50～70℃混合搅拌25～30min，然后倒入粉碎机中粉碎为0.02～0.15mm的粉碎颗粒，并过2000～3000目筛；

步骤十二，配制重量百分浓度在80～95％的培养基溶液，然后将复合菌种倒入后，送入保温箱，温度控制在30～55℃培养15～30h；

步骤十三，将步骤十一得到的粉末倒入步骤十二得到的培养基中，混合均匀后送入圆盘造粒机或转鼓造粒机中，并配合加入适量的水蒸气造粒，粒度控制在120～150目，颗粒干燥后，即可得到污染土壤修复制剂。

2.如权利要求1所述的污染土壤修复制剂的制备方法，其特征在于，步骤四中，所述酸处理时间12～24h，海泡石与酸的质量体积比在1:2～5g/ml之间。

3.如权利要求1所述的污染土壤修复制剂的制备方法，其特征在于，步骤十中，所述具体煅烧操作为：(a)在500℃下进行煅烧30～60min；(b)以8～12℃/min的升温速率升温到800℃，并在该温度下保温煅烧30～60min；(c)以5-8℃/min的升温速率升温到1200℃，并在该温度下保温煅烧30～60min。

4.如权利要求1所述的污染土壤修复制剂的制备方法，其特征在于，步骤十二中，所述复合菌种包括地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、哈茨木霉菌、淡紫拟青霉菌、巨大芽孢杆菌、木霉菌、光合细菌中的任意两种及以上的组合物。

5.如权利要求1所述的污染土壤修复制剂的制备方法，其特征在于，步骤十二中，所述培养基选用牛肉汤、蛋白胨、氯化钠、葡萄糖进行混合配制而成的液体。

6.一种装载有权利要求1～5任意一项所述的污染土壤修复制剂的污染土壤修复装置，其特征在于，所述砷污染土壤修复装置包括：

集水池；

所述集水池连通多条集水沟，所述集水沟修筑在土壤表面；

砷污染处理井从下到上依次为砂石层、人工基质层和修复制剂层；所述人工基质层是由活性氧化铝与活性炭组成；所述修复制剂层内投放有修复制剂；

太阳能发电装置包括太阳能电池板、用于储存电能的电瓶；

所述的砷污染处理井内设有液位传感器；管路上设有电磁阀，所述液位传感器、电磁阀连接控制器，所述控制器控制连接嚗气发生装置，以及水泵；

所述集水池内连接有出水管，所述出水管连接砷污染处理井的砂石层，所述人工基质层与固定化微生物层之间设有过滤网，所述固定化微生物层内设有净水管，所述净水管连接水泵，所述水泵连接有出水管，所述出水管均匀分布在土壤表面。

7.如权利要求6所述的污染土壤修复装置，其特征在于，所述集水沟的底部、集水池的底部及侧面、砷污染处理井的底部及侧面均铺设有防渗层；所述曝气发生装置包括气源，以及与气源通过管道连接的曝气环管，所述曝气发生装置由储存在电瓶内的电能提供动力；

所述修复制剂层内设置有污泥回收管，所述污泥回收管用于收集固定化微生物球和悬浮污泥，然后将回收的固定化微生物球分解得到金属镍，再将回收的悬浮污泥和金属镍通过化学试剂再重新制成固定化微生物球，然后定期将制成的固定化微生物球投入固定化微生物层内；所述污泥回收管通过泵将固定化微生物球吸出，用于固定化微生物球进行回收利用。

8.一种应用如权利要求1～5任意一项所述的污染土壤修复制剂的制备方法制备得到的污染土壤修复制剂，其特征在于，所述污染土壤修复制剂由活性污泥与金属镍制成，所述活性污泥与金属镍质量比为9:1。

9.如权利要求8所述的污染土壤修复制剂，其特征在于，所述污染土壤修复制剂按质量份数计，还由酸改性海泡石20～35份、矿物源腐殖酸15～20份、腐熟草炭土12～15份、改性蛭石10～12份、生物质炭8～15份、改性蒙脱石粉6～10份、复合菌种3～5份组成。

10.一种如权利要求8～9任意一项所述的污染土壤修复制剂在砷污染土壤修复中的应用。

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