CN113293003B - 一种矿山污染土壤的修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种修复矿山污染土壤的吸附颗粒的制备方法以及使用上述吸附颗粒修复矿山污染土壤的修复方法，其利用蛭石粉末、木屑粉末提升重金属离子吸附能力，利用砾石粉末提升吸附颗粒的强度，配合高岭石粉末的吸水膨胀性，能提高吸附颗粒使用后的有效分离，同时本发明所用络合剂为绿色环保型络合剂，与传统的EDTA相比，降解速度快、降解产物无毒无害，对环境无不良后续影响。
Description
技术领域
本发明涉及土壤修复领域，尤其涉及一种矿山污染土壤的修复方法。
背景技术
矿山土壤一般重金属污染严重，导致废弃矿山土地难以再利用。矿山土壤重金属污染各不相同，如铅、汞、镍、钴、镉等。这些重金属污染土壤不加以修复，对环境、动植物、人体均存在巨大的隐患。为防止这些重金属通过生态链和食物链影响生态环境和人体健康，我们有必要对其进行净化处理。
现有技术中对于重金属污染土地的修复技术主要包括微生物吸附法、化学药剂洗涤法、物理吸附法、电场迁移法等。但大量的方法还处于实验室研究阶段，现场实施较困难，实际应用中，难以解决大片矿山污染土壤的修复问题，如微生物吸附法在高浓度重金属污染中微生物生长慢、效率低，净化周期极长；化学药剂洗涤法虽然处理效果好，但需要翻土后使用大量的化学药剂进行洗涤，对大型矿山极不适用；电场迁移法需要翻土制成溶液体系然后导电使重金属离子迁移，同样对大型矿山极不适用；物理吸附法以其成本较低、处理周期短、处理效果好的优势在实际应用应用较多。
但物理吸附法如CN109504389B中公开的土壤修复剂，其主要为原位修复技术，重金属被土壤修复剂稳定吸附后依然留存于土壤中，只是降低了重金属离子的活性，并未根除重金属离子，其中如氨三乙酸钠、改性壳聚糖等具有水溶性的物质，如不能在耦合吸附重金属离子后进行有效分离，随着时间延长水解或降解发生，则吸附的重金属离子重新解离。这样的结果是治标不治本，需要重复添加土壤修复剂。
所以，本发明开发了一种矿山污染土壤的修复方法，其成本低、处理周期短、处理效果好，同时易于分离，对铅、汞、镍、钴、镉等重金属离子均有效。
发明内容
本发明公开了一种矿山污染土壤的修复方法，其成本低、处理周期短、处理效果好，同时易于分离，对铅、汞、镍、钴、镉等重金属离子均有效。
一种修复矿山污染土壤的吸附颗粒，所述吸附颗粒的制备方法具体如下：
(1)原料混合
将蛭石研磨成蛭石粉末，将砾石研磨成砾石粉末，按照蛭石粉末:砾石粉末:木屑粉末:高岭石粉末质量比为3～5:2～3:1～2:1～2混合粉料，然后加入混合粉料总质量30％～40％的10％水玻璃溶液和混合粉料总质量3％～5％的硅烷偶联剂，混合均匀后，制成粒径为2mm～5mm的颗粒，然后进行500℃～600℃烧结，制成膨胀基材；
(2)表面改性
在0.1％的醋酸溶液中加入溶液质量2％～3％的壳聚糖，溶解完成后加入溶液质量5％～10％的络合剂，以及溶液质量3％～5％的硅烷偶联剂，分散完成后，制得喷淋液，并迅速喷淋于第(1)步制得的膨胀基材表面，喷淋液固比保持为0.1～0.2L/kg；烘干后制得修复矿山污染土壤的吸附颗粒。
使用上述吸附颗粒修复矿山污染土壤的方法，所述方法为：将吸附颗粒混耕入矿山污染土壤，所用比例为3～5kg/m2，然后喷水淋湿土壤，持续1～2周后滤出吸附颗粒。
进一步的，蛭石粉末优选为50～70目的粉末。
进一步的，砾石粉末优选为100～200目的粉末。
进一步的，木屑粉末优选为80～100目的粉末。
进一步的，高岭石粉末优选为100～200目的微晶高岭石粉末。
进一步的，水玻璃模数优选为2～3。
进一步的，硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570中的一种或多种。
进一步的，络合剂为甲基甘氨酸二乙酸三钠、谷氨酸二乙酸四钠中的一种或多种。
进一步的，使用后滤出的吸附颗粒可使用酸液浸出吸附的重金属离子，然后进行第(2)步表面改性后重复使用。
本发明的优点：
1、本发明利用砾石粉末稳固膨胀基材并固定高岭石粉末，使制得的吸附颗粒具有较好的强度，不易破裂；
2、本发明利用蛭石粉末的加热膨胀性能提高了吸附颗粒的比表面积和内部孔隙率，提升了吸附能力；
3、木屑粉末的添加提高了烧结后膨胀基材的内部孔隙率，残留的木炭提高了吸附颗粒的吸附能力和对络合剂的固定能力；
4、本发明利用高岭石粉末可使吸附颗粒在使用时吸水后进一步膨胀，粘附泥土后颗粒更大，有利于后续吸附颗粒的滤出分离；
5、本发明所用络合剂为绿色环保型络合剂，与传统的EDTA相比，降解速度快、降解产物无毒无害，对环境无不良后续影响；
6、本发明利用壳聚糖的易成膜性和防腐杀菌性能，可有效降低络合剂在使用过程中的溶出，并降低络合剂的降解速度，提升了吸附颗粒对重金属离子的吸附稳定性。
具体实施方式
实施例1
一种修复矿山污染土壤的吸附颗粒，所述吸附颗粒的制备方法具体如下：
(1)原料混合
将蛭石研磨成蛭石粉末，将砾石研磨成砾石粉末，按照蛭石粉末:砾石粉末:木屑粉末:高岭石粉末质量比为3:2:1:2混合粉料，然后加入混合粉料总质量30％的10％水玻璃溶液和混合粉料总质量5％的硅烷偶联剂，混合均匀后，制成粒径为2mm的颗粒，然后进行500℃烧结，制成膨胀基材；
(2)表面改性
在0.1％的醋酸溶液中加入溶液质量2％的壳聚糖，溶解完成后加入溶液质量5％的络合剂，以及溶液质量3％的硅烷偶联剂，分散完成后，制得喷淋液，并迅速喷淋于第(1)步制得的膨胀基材表面，喷淋液固比保持为0.1L/kg；烘干后制得修复矿山污染土壤的吸附颗粒。
蛭石粉末为70目的粉末。
砾石粉末为100目的粉末。
木屑粉末为100目的粉末。
高岭石粉末为100目的微晶高岭石粉末。
水玻璃模数为2.2。
硅烷偶联剂为KH550。
络合剂为甲基甘氨酸二乙酸三钠。
实施例2
一种修复矿山污染土壤的吸附颗粒，所述吸附颗粒的制备方法具体如下：
(1)原料混合
将蛭石研磨成蛭石粉末，将砾石研磨成砾石粉末，按照蛭石粉末:砾石粉末:木屑粉末:高岭石粉末质量比为4:3:2:2混合粉料，然后加入混合粉料总质量40％的10％水玻璃溶液和混合粉料总质量5％的硅烷偶联剂，混合均匀后，制成粒径为3mm的颗粒，然后进行500℃烧结，制成膨胀基材；
(2)表面改性
在0.1％的醋酸溶液中加入溶液质量3％的壳聚糖，溶解完成后加入溶液质量8％的络合剂，以及溶液质量4％的硅烷偶联剂，分散完成后，制得喷淋液，并迅速喷淋于第(1)步制得的膨胀基材表面，喷淋液固比保持为0.12L/kg；烘干后制得修复矿山污染土壤的吸附颗粒。
蛭石粉末为50目的粉末。
砾石粉末为150目的粉末。
木屑粉末为80目的粉末。
高岭石粉末为200目的微晶高岭石粉末。
水玻璃模数为2.6。
硅烷偶联剂为KH560。
络合剂为谷氨酸二乙酸四钠。
实施例3
一种修复矿山污染土壤的吸附颗粒，所述吸附颗粒的制备方法具体如下：
(1)原料混合
将蛭石研磨成蛭石粉末，将砾石研磨成砾石粉末，按照蛭石粉末:砾石粉末:木屑粉末:高岭石粉末质量比为5:3:2:1混合粉料，然后加入混合粉料总质量40％的10％水玻璃溶液和混合粉料总质量3％的硅烷偶联剂，混合均匀后，制成粒径为5mm的颗粒，然后进行600℃烧结，制成膨胀基材；
(2)表面改性
在0.1％的醋酸溶液中加入溶液质量3％的壳聚糖，溶解完成后加入溶液质量10％的络合剂，以及溶液质量5％的硅烷偶联剂，分散完成后，制得喷淋液，并迅速喷淋于第(1)步制得的膨胀基材表面，喷淋液固比保持为0.2L/kg；烘干后制得修复矿山污染土壤的吸附颗粒。
蛭石粉末为50目的粉末。
砾石粉末为200目的粉末。
木屑粉末为80目的粉末。
高岭石粉末为200目的微晶高岭石粉末。
水玻璃模数为3.1。
硅烷偶联剂为KH570。
络合剂为谷氨酸二乙酸四钠。
对比例1
一种修复矿山污染土壤的吸附颗粒，所述吸附颗粒未加入蛭石粉末，其余同实施例2。
对比例2
一种修复矿山污染土壤的吸附颗粒，所述吸附颗粒未加入砾石粉末，其余同实施例2。
对比例3
一种修复矿山污染土壤的吸附颗粒，所述吸附颗粒未加入木屑粉末，其余同实施例2。
对比例4
一种修复矿山污染土壤的吸附颗粒，所述吸附颗粒未加入高岭石粉末，其余同实施例2。
对比例5
一种修复矿山污染土壤的吸附颗粒，所述第(2)步表面改性未加入壳聚糖，其余同实施例2。
对比例6
一种修复矿山污染土壤的吸附颗粒，所用膨胀基材为粒径为3mm的沸石经500℃烧结制成，其余同实施例2。
效果比较：
1、以废弃铅矿山进行小范围实验，各取10m2对应一试样，并检测未处理时Pb、Cd含量，然后将对应试样制得的吸附颗粒混耕入矿山污染土壤，所用比例统一为5kg/m2，然后喷水淋湿土壤，持续1周后滤出吸附颗粒，然后检测处理后Pb、Cd含量，结果见表1；
2、检测各实施例和对比例制得吸附颗粒的粒径，并在吸收30％水分后再检测吸水后粒径，同时以握拳法紧握吸附颗粒，观察吸附颗粒的破碎程度，少量破碎记为“2”，较多破碎记为“1”，破碎且碎成粉末状记为“0”，结果见表2。
表1
表2
| 试样 | 吸附颗粒粒径(mm) | 吸水后粒径(mm) | 破碎程度 |
| 实施例1 | 6.5 | 7.9 | 2 |
| 实施例2 | 8.8 | 10.7 | 2 |
| 实施例3 | 11.2 | 12.6 | 2 |
| 对比例1 | 3.3 | 3.7 | 1 |
| 对比例2 | 15.6 | 17.7 | 0 |
| 对比例3 | 8.9 | 10.7 | 2 |
| 对比例4 | 8.9 | 9.0 | 1 |
| 对比例5 | 8.7 | 10.4 | 1 |
| 对比例6 | 5.9 | 5.9 | 0 |
本发明利用砾石粉末稳固膨胀基材并固定高岭石粉末，使制得的吸附颗粒具有较好的强度，易于重新翻土滤出、不易破裂；蛭石粉末和木屑粉末均能提高吸附颗粒的比表面积和内部孔隙率，提升了吸附能力；高岭石粉末可使吸附颗粒在使用时吸水后进一步膨胀，有利于后续吸附颗粒的滤出分离；壳聚糖的易成膜性和防腐杀菌性能，可有效固定络合剂并降低络合剂的降解速度，提升了吸附稳定性。
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种矿山污染土壤的修复方法，其特征在于：所述修复方法为：将吸附颗粒混耕入矿山污染土壤，所用比例为3～5kg/m2，然后喷水淋湿土壤，持续1～2周后滤出吸附颗粒；
所述吸附颗粒的制备方法具体如下：
（1）原料混合
将蛭石研磨成蛭石粉末，将砾石研磨成砾石粉末，按照蛭石粉末:砾石粉末:木屑粉末:高岭石粉末质量比为4:3:2:2混合粉料，然后加入混合粉料总质量40%的10%水玻璃溶液和混合粉料总质量5%的硅烷偶联剂，混合均匀后，制成粒径为3mm的颗粒，然后进行500℃烧结，制成膨胀基材；
所述蛭石粉末为50目的粉末，所述砾石粉末为150目的粉末，所述木屑粉末为80目的粉末，所述高岭石粉末为200目的微晶高岭石粉末；所述水玻璃模数为2.6；
（2）表面改性
在0.1%的醋酸溶液中加入溶液质量3%的壳聚糖，溶解完成后加入溶液质量8%的络合剂，以及溶液质量4%的硅烷偶联剂，分散完成后，制得喷淋液，并迅速喷淋于第（1）步制得的膨胀基材表面，喷淋液固比保持为0.12L/kg；烘干后制得修复矿山污染土壤的吸附颗粒；
所述络合剂为谷氨酸二乙酸四钠，所述硅烷偶联剂为KH560；
使用后滤出的吸附颗粒可使用酸液浸出吸附的重金属离子，然后进行第（2）步表面改性后重复使用。
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| CN113293003A CN113293003A (zh) | 2021-08-24 |
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