CN113231461A - 重金属污染土壤的淋洗液及其制备方法和一种淋洗装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种重金属污染土壤的淋洗液的制备方法，包括：将硫酸亚铁溶液滴加于聚丙烯酸钠溶液中，待搅拌均匀后，向混合溶液中滴加硫化钠溶液，生成聚丙烯酸钠分散纳米硫化亚铁淋洗液。本发明还公开了一种重金属污染土壤的淋洗液，采用上述制备方法制得。本发明另外还公开了一种重金属污染土壤的淋洗装置，包括淋洗液制备单元、喷洒单元、罐体、多孔阻隔板单元、吸附单元，所述淋洗液制备单元用于制备上述的淋洗液。本发明提出的重金属污染土壤的淋洗液及其制备方法和一种淋洗装置，工艺简单，可以减少土壤中多种重金属混合污染与淋洗液可能造成的二次污染。
Description
技术领域
本发明涉及土壤污染修复技术领域，尤其涉及一种重金属污染土壤的淋洗液及其制备方法和一种淋洗装置。
背景技术
土壤淋洗是通过向土壤中喷洒或者渗入淋洗液，使得其流经需要修复的土壤层，解析或者固定土壤中的污染物，再对含有污染物的冲洗液进行浓缩回用的过程。土壤淋洗的原理是淋洗液中有效态物质通过络合作用与土壤中重金属结合或者形成溶解性重金属离子。一般是将土壤中重金属离子转移至淋洗液中，能够减少土壤的处理量，实现固相向液相转移。可以通过选择不同淋洗液实现土壤中重金属离子的高效固定，降低其迁移风险，进而实现廉价和高效处理污染土壤的目的。但是目前进行土壤淋洗的过程中工艺较复杂，一般选择的淋洗液为酸性液体，主要由于重金属容易溶于酸性液体中，但是酸性液体的引入可能造成土壤理化性质和微生物群落结果发生巨大改变，进而破坏土壤原有的生态平衡；同时酸性物质淋洗可能会造成二次污染。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种重金属污染土壤的淋洗液及其制备方法和一种淋洗装置，工艺简单，可以减少土壤中多种重金属混合污染与淋洗液可能造成的二次污染。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
在一个实施例中，一种重金属污染土壤的淋洗液的制备方法，包括：将硫酸亚铁溶液滴加于聚丙烯酸钠溶液中，待搅拌均匀后，向混合溶液中滴加硫化钠溶液，生成聚丙烯酸钠分散纳米硫化亚铁淋洗液。
在一个实施例中，一种重金属污染土壤的淋洗液，采用上述的制备方法制得。
在一个实施例中，一种重金属污染土壤的淋洗装置，包括淋洗液制备单元、喷洒单元、罐体、多孔阻隔板单元、吸附单元，所述淋洗液制备单元用于制备上述的淋洗液，所述淋洗液制备单元连接所述喷洒单元，所述喷洒单元设置在所述罐体的上端口的上方以将所述淋洗液向所述罐体内喷洒，所述重金属污染土壤和所述吸附单元分别装载在所述罐体内，所述吸附单元设置在所述重金属污染土壤的下方，所述多孔阻隔板单元至少部分设置在所述吸附单元的下方以承托所述重金属污染土壤和所述吸附单元，所述罐体在所述多孔阻隔板单元的下方处设有下端口以输出流经所述重金属污染土壤和所述吸附单元的淋洗液。
优选地，所述多孔阻隔板单元包括第一多孔阻隔板、第二多孔阻隔板和第三多孔阻隔板，所述第一多孔阻隔板设置在所述重金属污染土壤的上方，所述第二多孔阻隔板设置在所述吸附单元和所述重金属污染土壤之间，所述第三多孔阻隔板设置在所述吸附单元的下方。
优选地，所述的淋洗装置还包括均布水单元，所述均布水单元设置在所述重金属污染土壤的上方。
优选地，所述均布水单元由海绵体组成。
优选地，所述的淋洗装置还包括固液分离单元，所述固液分离单元设置在所述重金属污染土壤与所述吸附单元之间。
优选地，所述固液分离单元包括由上至下依次设置的沙石、海绵体和滤纸。
优选地，所述吸附单元包括多孔载体和纳米复合材料，所述纳米复合材料附着在所述多孔载体上。
优选地，所述多孔载体采用纤维球滤料，所述纳米复合材料是通过共沉淀反应制备而成的硝酸型层状双氢氧化物和改性层状双氢氧化物。
优选地，所述的淋洗装置还包括水样收集单元，所述水样收集单元连接所述罐体的下端口。
优选地，所述多孔阻隔板单元包括至少一个透明塑料材质制成的多孔阻隔板，所述多孔阻隔板上设有多个微孔形通道。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提出的重金属污染土壤的淋洗液及其制备方法通过制备聚丙烯酸钠分散纳米硫化亚铁溶剂态复合材料，实现纳米硫化亚铁在溶液中均匀分散，通过有机物交联形成溶液状纳米颗粒淋洗液，增强其对重金属固定性能和抗氧化能力。通过硫化亚铁释放硫化氢自由基，能够与重金属溶液形成硫化物沉淀，例如CdS、CuS和As2S3；同时硫化亚铁具有较强的还原性，能够将土壤中高价态和高毒性的Cr(VI)还原成低毒性Cr(III)，降低重金属毒性。
在进一步的方案中，本发明提出的重金属污染土壤的淋洗装置，至少还具有以下一个优点：
(1)通过简单工艺制备高效复合材料，通过溶液态复合材料淋洗液来淋洗重金属污染土壤，实现土壤中阴阳离子同步固定。
(2)选择廉价和无二次污染的复合材料，实现土壤重金属固化作用，不产生淋洗液等污染物，工艺简单，适用范围广。
(3)选择多孔氧化吸附剂对淋洗液进行处理，减少淋洗液可能造成的二次污染。
附图说明
图1是本发明优选实施例的一种重金属污染土壤的淋洗装置示意图；
图2为图1中的吸附单元的多孔氧化吸附剂的示意图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。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电路/信号连通作用。
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。
如图1所示，本发明优选实施例提出一种重金属污染土壤的淋洗装置，包括淋洗液制备单元10、喷洒单元20、罐体30、多孔阻隔板单元40和吸附单元50，淋洗液制备单元10用于制备淋洗液，淋洗液制备单元10连接喷洒单元20，喷洒单元20设置在罐体30的上端口的上方以将淋洗液向罐体30内喷洒，重金属污染土壤90和吸附单元50分别装载在罐体30内，吸附单元50设置在重金属污染土壤90的下方，多孔阻隔板单元30至少部分设置在吸附单元50的下方以承托重金属污染土壤90和吸附单元50，罐体30在多孔阻隔板单元50的下方处设有下端口以输出流经重金属污染土壤90和吸附单元50的淋洗液。
淋洗液制备单元10主要生成土壤淋洗液，先将硫酸亚铁溶液滴加于聚丙烯酸钠溶液中，将亚铁离子分散于聚丙烯酸钠溶液中，防止制备硫化亚铁过程中纳米颗粒团聚和被氧化，待搅拌均匀后，向混合溶液中滴加硫化钠溶液，进而生成聚丙烯酸钠分散纳米硫化亚铁淋洗液(淋洗液)，用于污染土壤淋洗，通过橡胶管运输至喷洒单元20。通过该聚丙烯酸钠分散纳米硫化亚铁制备溶剂态复合材料，可以提高硫化亚铁的抗氧化能力和减少其团聚，高效固定土壤中的金属阴阳离子。
喷洒单元20位于整个罐体30的顶部，用于淋洗液均匀分布；本实施例中喷洒单元20是采用微孔形喷头进行淋洗液喷洒，使得均匀布水，防止土壤出现区域流失的现象。
罐体30是整个反应装置重要组成部分，是通过硬质塑料制备而成的圆柱形垂直装置；本实施例中，罐体30选择塑料型材质，可以根据处理土壤重量选择罐体直径和更换材质，可以将装置整体扩大，罐体底部设置为圆锥形，且在圆锥底端连接橡胶管，输出处理后的淋洗液。
多孔阻隔板单元40包括第一多孔阻隔板41、第二多孔阻隔板42和第三多孔阻隔板43，第一多孔阻隔板41设置重金属污染土壤90的上方，第二多孔阻隔板42设置在吸附单元50和重金属污染土壤90之间，第三多孔阻隔板43设置在在吸附单元50的下方。进一步地，该重金属污染土壤的淋洗装置进一步还包括均布水单元60、固液分离单元70，均布水单元60设置在第一多孔阻隔板41和重金属污染土壤90之间，固液分离单元70设置在重金属污染土壤90和第二多孔阻隔板42之间。因此，多孔阻隔板单元40中的第一多孔阻隔板41位于罐体30的顶部，喷洒单元20的下方；第二多孔阻隔板42位于固液分离单元70的下方与吸附单元50的上方，第三多孔阻隔板43位于吸附单元50的下方和罐体30的最低端；其中三个多孔阻隔板均可以选用透明塑料材质，隔板上设有许多微孔形通道，主要目的是使得淋洗液均匀分布和承托土壤与多孔氧化吸附剂等作用。
均布水单元60和固液分离单元70分别位于重金属污染土壤90的上下两端，重金属污染土壤90是位于罐体30的上部，通过均布水单元60和固液分离单元70与其他装置分隔开来。其中，均布水单元60由海绵体组成，主要起到均匀布水的作用，固液分离单元70包括由上至下依次设置的沙石、海绵体和滤纸，以阻止土壤流失，实现固液分离的作用。
吸附单元50由多孔氧化吸附剂组成，位于整个装置的最低端，通过第二多孔阻隔板42和第三多孔阻隔板43与其他装置分开；如图2所示，多孔氧化吸附剂是由多孔载体和复合材料组成，多孔载体选用纤维球滤料，为纳米复合材料提供附着位点，纳米复合材料是通过共沉淀反应制备而成的硝酸型层状双氢氧化物和改性层状双氢氧化物，能够将土壤中淋洗出来的重金属离子、剩余硫化亚铁进行吸附，也能构建类芬顿体系降解淋洗液中有机物，此装置实现淋洗液的处理与处置，通过淋洗液淋洗重金属污染土壤不会造成二次污染，具有广阔应用前景。
进一步地，该重金属污染土壤的淋洗装置进一步还包括水样收集单元80，水样收集单元80连接罐体30的下端口。水样收集单元80是通过罐体30最低端输出流经土壤的淋洗液，通过蠕动泵对淋洗液进行回收测定；水样收集单元80可以通过定期测定出水水质，进而调节淋洗液流速和替换多孔氧化吸附剂。
本发明优选实施例为一种分散硫化亚铁溶液强化重金属污染土壤淋洗装置，是通过聚丙烯酸钠分散硫化亚铁溶液为淋洗液固定土壤中重金属离子，同时通过多孔载体负载氧化吸附剂实现重金属污染土壤和土壤淋洗液的共同处理，减少二次污染。系统使用时，首先对纳米材料载体进行纳米颗粒吸附和固定。之后组装淋洗装置，通过检测水质来控制淋洗液流速和多孔氧化吸附剂的用量。
硫化亚铁能够实现重金属固定和还原，然而单纯硫化亚铁纳米颗粒为黑色固体粉末状，容易被氧化，而且难以与土壤进行均匀混合，由此本发明优选实施例中通过聚丙烯酸钠分散作用制备一种胶体状态高效纳米型复合材料，实现纳米颗粒的胶体化，加强复合材料对重金属的固定效率和吸附容量，实现重金属在土壤中的高效淋洗与固定，铁氧化物能够实现土壤中磷素的持留，减少土壤磷肥的损失，实现重金属污染土壤的边生产边修复。同时构建淋洗装置，对土壤淋洗液进行进一步处理，对流进土壤的淋洗液进行进一步处理，避免淋洗液造成二次污染，实现重金属污染土壤的高效处理。
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，而不是由其他人描述现有技术。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。此外，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，在不脱离由所附权利要求限定的范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。
Claims (10)
1.一种重金属污染土壤的淋洗液的制备方法，其特征在于，包括：将硫酸亚铁溶液滴加于聚丙烯酸钠溶液中，待搅拌均匀后，向混合溶液中滴加硫化钠溶液，生成聚丙烯酸钠分散纳米硫化亚铁淋洗液。
2.一种重金属污染土壤的淋洗液，其特征在于，采用权利要求1所述的制备方法制得。
3.一种重金属污染土壤的淋洗装置，其特征在于，包括淋洗液制备单元、喷洒单元、罐体、多孔阻隔板单元、吸附单元，所述淋洗液制备单元用于制备权利要求2所述的淋洗液，所述淋洗液制备单元连接所述喷洒单元，所述喷洒单元设置在所述罐体的上端口的上方以将所述淋洗液向所述罐体内喷洒，所述重金属污染土壤和所述吸附单元分别装载在所述罐体内，所述吸附单元设置在所述重金属污染土壤的下方，所述多孔阻隔板单元至少部分设置在所述吸附单元的下方以承托所述重金属污染土壤和所述吸附单元，所述罐体在所述多孔阻隔板单元的下方处设有下端口以输出流经所述重金属污染土壤和所述吸附单元的淋洗液。
4.根据权利要求3所述的淋洗装置，其特征在于，所述多孔阻隔板单元包括第一多孔阻隔板、第二多孔阻隔板和第三多孔阻隔板，所述第一多孔阻隔板设置在所述重金属污染土壤的上方，所述第二多孔阻隔板设置在所述吸附单元和所述重金属污染土壤之间，所述第三多孔阻隔板设置在所述吸附单元的下方。
5.根据权利要求3所述的淋洗装置，其特征在于，还包括均布水单元，所述均布水单元设置在所述重金属污染土壤的上方，所述均布水单元由海绵体组成。
6.根据权利要求3所述的淋洗装置，其特征在于，还包括固液分离单元，所述固液分离单元设置在所述重金属污染土壤与所述吸附单元之间，所述固液分离单元包括由上至下依次设置的沙石、海绵体和滤纸。
7.根据权利要求3所述的淋洗装置，其特征在于，所述吸附单元包括多孔载体和纳米复合材料，所述纳米复合材料附着在所述多孔载体上。
8.根据权利要求7所述的淋洗装置，其特征在于，所述多孔载体采用纤维球滤料，所述纳米复合材料是通过共沉淀反应制备而成的硝酸型层状双氢氧化物和改性层状双氢氧化物。
9.根据权利要求3所述的淋洗装置，其特征在于，还包括水样收集单元，所述水样收集单元连接所述罐体的下端口。
10.根据权利要求3所述的淋洗装置，其特征在于，所述多孔阻隔板单元包括至少一个透明塑料材质制成的多孔阻隔板，所述多孔阻隔板上设有多个微孔形通道。
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