CN113664032A - 一种混合生物炭的重金属污染土壤修复方法 - Google Patents

一种混合生物炭的重金属污染土壤修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混合生物炭的重金属污染土壤修复方法，具体包括以下步骤：(1)将热裂解生物炭与硅藻土复合物混合均匀，得到土壤修复剂A；(2)将水热生物炭与腐熟鸡粪混合均匀，得到土壤修复剂B；(3)先将土壤修复剂A施用到土壤中，并与土壤混合均匀，3‑5天后将土壤修复剂B施用到土壤中，并与土壤混合均匀，最后进行喷水养护。本发明土壤修复剂A和土壤修复剂B对重金属污染土壤具有良好的修复效果，且稳定性强，不容易被微生物降解，具有长期稳定性，综合效益较好；修复方法操作简单，费用相对较低。

Description

一种混合生物炭的重金属污染土壤修复方法
技术领域
本发明涉及土壤修复技术领域，更具体的说是涉及一种混合生物炭的重金属污染土壤修复方法。
背景技术
土壤中重金属来源广泛。首先，农业方面，利用重金属超标的水源进行灌溉、施用含有重金属超标的有机肥会使土壤受到污染；其次，在工业方面，矿物的开采冶炼及加工过程，会释放一些重金属到环境中，这些重金属有些直接进入土壤，有些进入大气或者水体中，而后通过自然沉降、降水等过程最终污染土壤；另外，城市生产生活过程中也会产生重金属污染，如生活垃圾填埋过程产生的含有重金属的渗滤液，交通运输过程排放含铅的汽车尾气；等等。
土壤中重金属的处理技术主要有土壤淋洗技术、电动修复技术、微生物修复技术、固化-稳定化技术等。其中，土壤淋洗技术容易造成污染范围扩散并产生二次污染；电动修复技术只适用于小范围的区域且不适于酸性条件；微生物修复技术效率低，不能修复重污染土壤；而固化-稳定化技术是将污染物在污染介质中固定，使其处于长期稳定状态，可有效的用于土壤重金属污染的快速控制修复，对同时处理多种重金属复合污染及重度污染的土壤具有明显的优势，另外，固化-稳定化技术可对重金属污染的土壤进行原位修复，具有一定的商用价值。
但是，目前的固化-稳定化技术大多没有解决土壤中重金属污染的问题，而且工艺复杂，生产成本高。
因此，如何开发一种效果显著的重金属污染土壤修复方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种混合生物炭的重金属污染土壤修复方法，以解决现有技术中的不足。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种混合生物炭的重金属污染土壤修复方法，具体包括以下步骤：
(1)土壤修复剂A的制备：
将热裂解生物炭与硅藻土复合物混合均匀，得到土壤修复剂A；
(2)土壤修复剂B的制备：
将水热生物炭与腐熟鸡粪混合均匀，得到土壤修复剂B；
(3)土壤修复
先将土壤修复剂A施用到土壤中，并与土壤混合均匀，3-5天后将土壤修复剂B施用到土壤中，并与土壤混合均匀，最后进行喷水养护。
本发明的有益效果在于，一方面，利用土壤修复剂A中热解生物炭和硅藻土复合物的吸附性能，将土壤中的重金属离子进行固定，阻止其通过淋溶和径流迁移；另一方面，利用土壤修复剂B中水热生物炭的保水性，改善土壤的保水保肥及土壤孔隙度，利用腐熟鸡粪中的有机物，提高肥料和水分的利用率。
进一步，上述步骤(1)中，热裂解生物炭的制备方法为：
(11)将玉米秸秆或小麦秸秆晒干，粉碎，过筛，得到秸秆粉；
(12)将秸秆粉在氮气保护下炭化，得到秸秆炭；
(13)将秸秆炭与碳酸钾混合均匀后在氮气保护下高温活化，即得热裂解生物炭。
更进一步，上述步骤(11)中，过筛的筛网目数为100-200目；步骤(12)中，炭化的温度为500-600℃，时间为1-2h；步骤(13)中，秸秆炭与碳酸钾的质量比为1:(4-6)，活化的温度为700-900℃，时间为2-3h。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，本发明由玉米秸秆或小麦秸秆经炭化和活化后制得的热裂解生物炭具有较高的比表面积，具有良好的吸附性能。
进一步，上述步骤(1)中，硅藻土复合物由硅藻土粉末与壳聚糖按质量比(2-5):1混合制得。
进一步，上述步骤(1)中，热裂解生物炭与硅藻土复合物的质量比为1:(0.6-0.8)。
进一步，上述步骤(2)中，水热生物炭的制备方法为：
(21)将玉米秸秆或小麦秸秆晒干，粉碎，过筛，得到秸秆粉；
(22)将秸秆粉在氮气保护下炭化，得到秸秆炭；
(23)将秸秆炭与氢氧化钠溶液混合均匀后加入水热釜中密封水化，洗涤，烘干，即得所述水热生物炭。
进一步，上述步骤(21)中，过筛的筛网目数为100-200目；步骤(22)中，炭化的温度为500-600℃，时间为3-5h；步骤(33)中，氢氧化钠溶液的摩尔浓度为1-2mol/L，秸秆炭与氢氧化钠溶液的质量比为1:(10-20)，水化的温度为180-200℃，时间为6-10h。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，本发明由玉米秸秆或小麦秸秆经炭化和水化后制得的水热生物炭具有较高的比表面积，具有良好的保水性能。
进一步，上述步骤(2)中，水热生物炭与腐熟鸡粪的质量比为1:(0.2-0.4)。
进一步，上述步骤(3)中，土壤修复剂A和土壤修复剂B的施用量均为80-120kg/亩。
进一步，上述步骤(3)中，喷水至土壤湿度为80％-90％，养护的时间为10-15天。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明土壤修复剂A和土壤修复剂B对重金属污染土壤具有良好的修复效果，且稳定性强，不容易被微生物降解，具有长期稳定性，综合效益较好；修复方法操作简单，费用相对较低。
具体实施方式
下面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。
实施例1
混合生物炭的重金属污染土壤修复方法，具体包括以下步骤：
(1)土壤修复剂A的制备：
将1kg热裂解生物炭与0.7kg硅藻土复合物混合均匀，得到土壤修复剂A；
其中，热裂解生物炭的制备方法为：
(11)将玉米秸秆晒干，粉碎，过150目筛，得到秸秆粉；
(12)将秸秆粉在氮气保护下升温至550℃炭化1.5h，得到秸秆炭；
(13)将1kg秸秆炭与5kg碳酸钾混合均匀后在氮气保护下升温至800℃活化2.5h，即得热裂解生物炭；
硅藻土复合物由硅藻土粉末与壳聚糖按质量比3:1混合制得；
(2)土壤修复剂B的制备：
将1kg水热生物炭与0.3kg腐熟鸡粪混合均匀，得到土壤修复剂B；
其中，水热生物炭的制备方法为：
(21)将玉米秸秆晒干，粉碎，过150目筛，得到秸秆粉；
(22)将秸秆粉在氮气保护下升温至550℃炭化4h，得到秸秆炭；
(23)将1kg秸秆炭与15kg摩尔浓度为1.5mol/L的氢氧化钠溶液混合均匀后加入水热釜中密封升温至180℃水化8h，洗涤，烘干，即得水热生物炭；
(3)土壤修复
先将土壤修复剂A施用到土壤中，施用量为100kg/亩，并与土壤混合均匀，4天后将土壤修复剂B施用到土壤中，施用量为100kg/亩，并与土壤混合均匀，最后喷水至土壤湿度为85％，养护15天。
实施例2
混合生物炭的重金属污染土壤修复方法，具体包括以下步骤：
(1)土壤修复剂A的制备：
将1kg热裂解生物炭与0.6kg硅藻土复合物混合均匀，得到土壤修复剂A；
其中，热裂解生物炭的制备方法为：
(11)将玉米秸秆晒干，粉碎，过100目筛，得到秸秆粉；
(12)将秸秆粉在氮气保护下升温至500℃炭化2h，得到秸秆炭；
(13)将1kg秸秆炭与4kg碳酸钾混合均匀后在氮气保护下升温至900℃活化2h，即得热裂解生物炭；
硅藻土复合物由硅藻土粉末与壳聚糖按质量比2:1混合制得；
(2)土壤修复剂B的制备：
将1kg水热生物炭与0.2kg腐熟鸡粪混合均匀，得到土壤修复剂B；
其中，水热生物炭的制备方法为：
(21)将玉米秸秆晒干，粉碎，过100目筛，得到秸秆粉；
(22)将秸秆粉在氮气保护下升温至500℃炭化5h，得到秸秆炭；
(23)将1kg秸秆炭与10kg摩尔浓度为2mol/L的氢氧化钠溶液混合均匀后加入水热釜中密封升温至180℃水化10h，洗涤，烘干，即得水热生物炭；
(3)土壤修复
先将土壤修复剂A施用到土壤中，施用量为80kg/亩，并与土壤混合均匀，3天后将土壤修复剂B施用到土壤中，施用量为120kg/亩，并与土壤混合均匀，最后喷水至土壤湿度为80％，养护15天。
实施例3
混合生物炭的重金属污染土壤修复方法，具体包括以下步骤：
(1)土壤修复剂A的制备：
将1kg热裂解生物炭与0.8kg硅藻土复合物混合均匀，得到土壤修复剂A；
其中，热裂解生物炭的制备方法为：
(11)将小麦秸秆晒干，粉碎，过200目筛，得到秸秆粉；
(12)将秸秆粉在氮气保护下升温至600℃炭化1h，得到秸秆炭；
(13)将1kg秸秆炭与6kg碳酸钾混合均匀后在氮气保护下升温至900℃活化2h，即得热裂解生物炭；
硅藻土复合物由硅藻土粉末与壳聚糖按质量比5:1混合制得；
(2)土壤修复剂B的制备：
将1kg水热生物炭与0.4kg腐熟鸡粪混合均匀，得到土壤修复剂B；
其中，水热生物炭的制备方法为：
(21)将小麦秸秆晒干，粉碎，过200目筛，得到秸秆粉；
(22)将秸秆粉在氮气保护下升温至600℃炭化3h，得到秸秆炭；
(23)将1kg秸秆炭与20kg摩尔浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液混合均匀后加入水热釜中密封升温至200℃水化6h，洗涤，烘干，即得水热生物炭；
(3)土壤修复
先将土壤修复剂A施用到土壤中，施用量为120kg/亩，并与土壤混合均匀，5天后将土壤修复剂B施用到土壤中，施用量为80kg/亩，并与土壤混合均匀，最后喷水至土壤湿度为90％，养护10天。
性能测试
选取济源市郊区一处重金属污染场地，平均分为四份，每份一亩，第1-3份分别按照实施例1-3修复方法进行处理，第4份不做任何处理，作为空白对照组。一个月后，取四份土地中的土样，分别采用碳分析仪测定土样中的总有机碳含量，采用氮分析仪测定土样中的氮含量，采用梯度薄膜扩散技术测定土样中的Pb含量、Cd含量和Hg含量。结果如表1所示。
表1实施例1-3和空白对照组对土壤性质的影响
测定项目 实施例1 实施例2 实施例3 空白对照组
有机碳含量(mg/kg) 232 228 225 118
氮含量(mg/kg) 29.6 29.2 28.7 15.2
Pb含量(mg/kg) 25 28 32 198
Cd含量(mg/kg) 1.8 1.6 1.9 6.2
Hg含量(mg/kg) 41 45 48 336
由表1可知，经过实施例1-3修复方法进行处理，能够显著提高土壤的有机碳含量和氮含量，并显著降低土壤的Pb含量、Cd含量和Hg含量。
以上试验说明，本发明土壤修复剂A和土壤修复剂B对重金属污染土壤具有良好的修复效果，且稳定性强，不容易被微生物降解，具有长期稳定性，综合效益较好；修复方法操作简单，费用相对较低。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种混合生物炭的重金属污染土壤修复方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)土壤修复剂A的制备：
将热裂解生物炭与硅藻土复合物混合均匀，得到土壤修复剂A；
(2)土壤修复剂B的制备：
将水热生物炭与腐熟鸡粪混合均匀，得到土壤修复剂B；
(3)土壤修复
先将土壤修复剂A施用到土壤中，并与土壤混合均匀，3-5天后将土壤修复剂B施用到土壤中，并与土壤混合均匀，最后进行喷水养护。
2.根据权利要求1所述的一种混合生物炭的重金属污染土壤修复方法，其特征在于，步骤(1)中，所述热裂解生物炭的制备方法为：
(11)将玉米秸秆或小麦秸秆晒干，粉碎，过筛，得到秸秆粉；
(12)将秸秆粉在氮气保护下炭化，得到秸秆炭；
(13)将秸秆炭与碳酸钾混合均匀后在氮气保护下高温活化，即得所述热裂解生物炭。
3.根据权利要求2所述的一种混合生物炭的重金属污染土壤修复方法，其特征在于，步骤(11)中，所述过筛的筛网目数为100-200目；
步骤(12)中，所述炭化的温度为500-600℃，时间为1-2h；
步骤(13)中，所述秸秆炭与碳酸钾的质量比为1:(4-6)，所述活化的温度为700-900℃，时间为2-3h。
4.根据权利要求1所述的一种混合生物炭的重金属污染土壤修复方法，其特征在于，步骤(1)中，所述硅藻土复合物由硅藻土粉末与壳聚糖按质量比(2-5):1混合制得。
5.根据权利要求1所述的一种混合生物炭的重金属污染土壤修复方法，其特征在于，步骤(1)中，所述热裂解生物炭与硅藻土复合物的质量比为1:(0.6-0.8)。
6.根据权利要求1所述的一种混合生物炭的重金属污染土壤修复方法，其特征在于，步骤(2)中，所述水热生物炭的制备方法为：
(21)将玉米秸秆或小麦秸秆晒干，粉碎，过筛，得到秸秆粉；
(22)将秸秆粉在氮气保护下炭化，得到秸秆炭；
(23)将秸秆炭与氢氧化钠溶液混合均匀后加入水热釜中密封水化，洗涤，烘干，即得所述水热生物炭。
7.根据权利要求6所述的一种混合生物炭的重金属污染土壤修复方法，其特征在于，步骤(21)中，所述过筛的筛网目数为100-200目；
步骤(22)中，所述炭化的温度为500-600℃，时间为3-5h；
步骤(33)中，所述氢氧化钠溶液的摩尔浓度为1-2mol/L，所述秸秆炭与氢氧化钠溶液的质量比为1:(10-20)，所述水化的温度为180-200℃，时间为6-10h。
8.根据权利要求1所述的一种混合生物炭的重金属污染土壤修复方法，其特征在于，步骤(2)中，所述水热生物炭与腐熟鸡粪的质量比为1:(0.2-0.4)。
9.根据权利要求1所述的一种混合生物炭的重金属污染土壤修复方法，其特征在于，步骤(3)中，所述土壤修复剂A和土壤修复剂B的施用量均为80-120kg/亩。
10.根据权利要求1所述的一种混合生物炭的重金属污染土壤修复方法，其特征在于，步骤(3)中，所述喷水至土壤湿度为80％-90％，所述养护的时间为10-15天。
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