CN113145632A - 基于磷回收产物的土壤修复剂制备方法及土壤修复方法 - Google Patents

Abstract

一种基于磷回收产物的土壤修复剂制备方法及土壤修复方法，该土壤修复方法包括如下步骤：a.向含磷废水中投入氮源和镁源，或投入钾源和镁源，并调节废水pH值为碱性，沉淀反应后收集沉淀物，干燥后得到磷回收产物；其中，按摩尔比满足N或K:P:Mg＝10:1:1；b.将所述磷回收产物与草木灰掺入到含水的重金属污染土壤中，混合均匀，经过重金属钝化过程后完成土壤修复。利用该磷回收产物作为土壤重金属钝化剂，有利于增加钝化剂在污染土壤中的阳离子交换容量，促进磷元素的释放，降低土壤中重金属的活性，同时，该磷回收产物具有较低的溶解度，利用其代替可溶性磷酸盐，可减少施用时带来的土壤酸化问题并且能够降低磷浸出，减少地表水体的富营养化。

Description

基于磷回收产物的土壤修复剂制备方法及土壤修复方法

技术领域

本发明属于土壤修复的技术领域，特别涉及一种基于磷回收产物的土壤修复剂制备方法及土壤修复方法。

背景技术

土壤重金属污染是指由于人类活动，土壤中的微量有害元素在土壤中的含量超过背景值，过量沉积而引起的含量过高，统称为土壤重金属污染。土壤重金属污染通常来自于采矿、冶炼等工矿企业排放的废水、废渣的不当处置和不达标废水的农田灌溉，通过地表径流，淋溶和植物吸收经食物链富集到人体,危害健康。土壤中的重金属污染具有隐藏性、长期性和不可逆性的特点，对食品安全、土壤健康产生了严重的危害。分析发现，日常接触到的土壤重金属主要有镉、铅、汞、铬和砷。目前，全国耕地重金属污染面积在16％以上，每年有1200万吨粮食受影响，造成损失达200亿元。因此，及时采取合理措施对重金属污染土壤进行修复已成为土壤学和环境领域的重要课题。

土壤重金属污染的治理思路主要有两种，一是改变重金属在土壤中的存在形态，使其固定，降低其在环境中的迁移性和生物可利用性；二是从土壤中去除重金属。目前，土壤重金属污染修复大致可分为：①将重金属从污染土壤中直接去除，该法可直接降低土壤中重金属总量，但成本也高；②利用防渗材料将污染土壤与未污染土壤或水体分开，以减少污染物扩散，但该法对防渗材料和施工技术要求较高。

另一方面，通过吸附、沉淀(共沉淀)及络合等作用将重金属固定在土壤中，降低其在环境中的迁移性和生物可利用性，从而降低重金属污染的环境风险是一种良好的土壤重金属修复方法。该技术投入较低、操作简便、环境友好，对大面积中低浓度重金属污染土壤修复有明显优势。磷化合物易与重金属形成磷酸盐沉淀，当土壤中存有Cl–、F–等卤素离子时，可以形成非常稳定的磷矿类物质。但是，易溶性磷酸盐(如磷酸、磷酸氢二铵等)的施用会造成土壤酸化，过量的磷浸出又可能成为地表水富营养化的潜在来源。而不溶性磷酸盐(如磷酸三钙和磷灰石等)的使用会带来大量磷灰石类矿物的沉淀，对土壤结构造成不利影响。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的主要目的在于克服上述背景技术的缺陷，提供一种基于磷回收产物的土壤修复剂制备方法及土壤修复方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于磷回收产物的土壤修复方法，包括如下步骤：

a.向含磷废水中投入氮源和镁源，或投入钾源和镁源，并调节废水pH值为碱性，沉淀反应后收集沉淀物，干燥后得到磷回收产物；其中，按摩尔比满足N或K:P:Mg＝10:1:1；

b.将所述磷回收产物与草木灰掺入到含水的重金属污染土壤中，混合均匀，经过重金属钝化过程后完成土壤修复。

进一步地：

步骤a中还向所述含磷废水中投入钙源，按摩尔比满足N或K:P:Mg:Ca＝10:1:1:0～10:1:1:0.5。

步骤a中调节废水pH值为9。

步骤a中所得到的磷回收产物为磷酸铵镁、磷酸钾镁、羟基磷石灰中的一种或几种。

步骤b中将重金属污染土壤的pH值控制在7.1～8.2。

步骤b中将重金属污染土壤的含水率调至40％。

步骤b中，所述草木灰与所述磷回收产物的质量比为3:1。

步骤b中，投加到所述重金属污染土壤中的所述磷回收产物的质量分数为土壤质量的1％～5％。

步骤b中，Ca的比例分数由0增加到0.5时，对应的所述磷回收产物相对于土壤质量的质量分数由1％增加至5％。

一种基于磷回收产物的土壤修复剂制备方法，包括所述的土壤修复方法中的步骤a。

本发明具有如下有益效果：

本发明提供一种基于磷回收产物的土壤修复剂制备方法及土壤修复方法，与传统的磷酸盐类钝化剂相比，本发明对含磷废水进行处理，利用得到的磷回收产物作为土壤重金属钝化剂，有利于增加钝化剂在污染土壤中的阳离子交换容量，促进磷元素的释放，降低土壤中重金属的活性，同时，该磷回收产物具有较低的溶解度，利用其代替可溶性磷酸盐，可减少施用时带来的土壤酸化问题并且能够降低磷浸出，减少地表水体的富营养化。

本发明利用处理含磷废水得到的磷回收产物作为污染土壤的重金属钝化剂，以草木灰为辅料，能够降低污染土壤中重金属的活性。其中，草木灰呈碱性，掺入土壤中可提供OH^-，促使废水磷回收产物释放磷酸根，与重金属形成磷酸盐沉淀，使污染土壤中的重金属由酸溶性组分转化为可还原性组分或残渣态，能够改善土壤重金属污染状况。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式做详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明实施例提供一种基于磷回收产物的土壤修复方法，包括如下步骤：

步骤a.向含磷废水中投入氮源和镁源，或投入钾源和镁源，并调节废水pH值为碱性，沉淀反应后收集沉淀物，干燥后得到磷回收产物；其中，按摩尔比满足N或K:P:Mg＝10:1:1；

步骤b.将所述磷回收产物与草木灰掺入到含水的重金属污染土壤中，混合均匀，经过重金属钝化过程后完成土壤修复。

在一些优选的实施例中，步骤a中，利用磷酸铵镁沉淀法，通过投入添加剂，保证废水中各类元素的比值为N或K:P:Mg:Ca＝10:1:1:0～10:1:1:0.5，调节废水pH为9，得到磷回收产物磷酸铵镁、磷酸钾镁、羟基磷石灰等其中的一种或几种。由上述方法制得的磷回收产物的纯度范围为1％～5％。步骤b中，重金属污染土壤的修复过程：调节土壤含水量为40％、pH为7.1～8.2，投加1％～5％的废水磷回收产物于土壤中，并按照磷回收产物与草木灰的质量之比为1:3的比例加入草木灰，充分混合均匀，10天后重金属钝化过程基本完成。废水磷回收产物所修复的污染土壤中的重金属多为铬、铅。

本发明实施例以处理含磷废水得到的磷回收产物作为污染土壤的重金属钝化剂，由草木灰促使废水磷回收产物释放磷酸根，与重金属形成磷酸盐沉淀，使污染土壤中的重金属由酸溶性组分转化为可还原性组分或残渣态，能够显著改善土壤重金属污染状况。与传统的磷酸盐类钝化剂相比，本发明有利于增加重金属钝化剂在污染土壤中的阳离子交换容量，促进磷元素的释放，降低土壤中重金属的活性，同时，该磷回收产物具有较低的溶解度，利用其代替可溶性磷酸盐，可减少施用时带来的土壤酸化问题并且能够降低磷浸出，减少地表水体的富营养化。

实施例1

一种基于废水磷回收产物的土壤修复剂制备方法，包括：

处理含磷废水时，向其加入氮源和镁源，使各元素组成比为N:P:Mg＝10:1:1，使用NaOH溶液调节pH为9，沉淀反应30分钟后结束，静置30分钟，收集沉淀物，并干燥12小时，留存备用。此过程制备的废水磷回收产物组成可能为纯度较高的磷酸铵镁。

一种采用如上所述修复剂修复重金属污染土壤的修复方法，包括：

对含重金属铬、铅的污染土壤进行修复，调节重金属污染土壤的含水量为40％，使用碱溶液调节pH为7.1，将上述磷回收产物掺入到重金属污染土壤中，废水磷回收产物的质量分数为土壤质量的1％，加入草木灰且草木灰与废水磷回收产物的质量比为3:1，充分混合均匀。

土壤修复测试结果

该污染土壤中重金属的浓度分别为1.76mg Cr/kg、1.33mg Pb/kg，经上述制得的废水磷回收产物修复10天后，Cr、Pb的去除率分别达97.2％、91％。

实施例2

一种基于废水磷回收产物的土壤修复剂制备方法，包括：

处理含磷废水时，向其加入氮源、镁源和钙源，使各元素组成比为N:P:Mg:Ca＝10:1:1:0.5，使用NaOH溶液调节pH为9，沉淀反应30分钟后结束，静置30分钟，收集沉淀物，并干燥12小时，留存备用。此过程制备的废水磷回收产物组成可能为磷酸铵镁和羟基磷石灰。

一种采用如上所述修复剂修复重金属污染土壤的修复方法，包括：

对含重金属铬、铅的污染土壤进行修复，调节重金属污染土壤的含水量为40％，使用碱溶液调节pH为7.1，将上述磷回收产物掺入到重金属污染土壤中，废水磷回收产物的质量分数为土壤质量的5％，加入草木灰且草木灰与废水磷回收产物的质量比为3:1，充分混合均匀。

土壤修复测试结果

该污染土壤中重金属的浓度分别为1.76mg Cr/kg、1.33mg Pb/kg，经上述制得的废水磷回收产物修复10天后，Cr、Pb的去除率分别达98.8％、93.2％。

实施例3

一种基于废水磷回收产物的土壤修复剂制备方法，包括：

处理含磷废水时，向其加入镁源和钾源，使各元素组成比为K:P:Mg＝10:1:1，使用NaOH溶液调节pH为9，沉淀反应30分钟后结束，静置30分钟，收集沉淀物，并干燥12小时，留存备用。此过程制备的废水磷回收产物组成可能为纯度较高的磷酸钾镁。

一种采用如上所述修复剂修复重金属污染土壤的修复方法，包括：

对含重金属铬、铅的污染土壤进行修复，调节重金属污染土壤的含水量为40％，使用碱溶液调节pH为7.1，将上述磷回收产物掺入到重金属污染土壤中，废水磷回收产物的质量分数为土壤质量的1％，加入草木灰且草木灰与废水磷回收产物的质量比为3:1，充分混合均匀。

土壤修复测试结果

该污染土壤中重金属的浓度分别为1.76mg Cr/kg、1.33mg Pb/kg，经上述制得的废水磷回收产物修复10天后，Cr、Pb的去除率分别达97.8％、92.9％。

本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (10)

1.一种基于磷回收产物的土壤修复方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.向含磷废水中投入氮源和镁源，或投入钾源和镁源，并调节废水pH值为碱性，沉淀反应后收集沉淀物，干燥后得到磷回收产物；其中，按摩尔比满足N或K:P:Mg＝10:1:1；

b.将所述磷回收产物与草木灰掺入到含水的重金属污染土壤中，混合均匀，经过重金属钝化过程后完成土壤修复。

2.如权利要求1所述的基于磷回收产物的土壤修复方法，其特征在于，步骤a中还向所述含磷废水中投入钙源，按摩尔比满足N或K:P:Mg:Ca＝10:1:1:0～10:1:1:0.5。

3.如权利要求1或2所述的基于磷回收产物的土壤修复方法，其特征在于，步骤a中调节废水pH值为9。

4.如权利要求1至3任一项所述的基于磷回收产物的土壤修复方法，其特征在于，步骤a中所得到的磷回收产物为磷酸铵镁、磷酸钾镁、羟基磷石灰中的一种或几种。

5.如权利要求1至4任一项所述的基于磷回收产物的土壤修复方法，其特征在于，步骤b中将重金属污染土壤的pH值控制在7.1～8.2。

6.如权利要求1至5任一项所述的基于磷回收产物的土壤修复方法，其特征在于，步骤b中将重金属污染土壤的含水率调至40％。

7.如权利要求1至6任一项所述的基于磷回收产物的土壤修复方法，其特征在于，步骤b中，所述草木灰与所述磷回收产物的质量比为3:1。

8.如权利要求1至7任一项所述的基于磷回收产物的土壤修复方法，其特征在于，步骤b中，投加到所述重金属污染土壤中的所述磷回收产物的质量分数为土壤质量的1％～5％。

9.如权利要求2所述的基于磷回收产物的土壤修复方法，其特征在于，步骤b中，Ca的摩尔比例分数由0增加到0.5时，对应的所述磷回收产物相对于土壤质量的质量分数由1％增加至5％。

10.一种基于磷回收产物的土壤修复剂制备方法，其特征在于，包括如权利要求1至4任一项所述的土壤修复方法中的步骤a。