CN114309029A - 一种改性生物炭协同原尾虫修复污染土壤的方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
一种改性生物炭协同原尾虫修复污染土壤的方法及其应用，涉及环境治理技术领域；包括以下步骤：S1，取油茶果壳，干燥，破碎后，得到油茶果壳粉；S2，将油茶果壳粉加入磷酸溶液浸渍，水洗，得到活化油茶果壳粉；S3，将所述活化油茶果壳粉中加入铁盐溶液中混合，煅烧，得到改性生物炭；S4，将所述改性生物炭和原尾虫与污染土壤混合均匀进行土壤的修复。本发明以油茶果壳为原料制备生物炭，加入含铁盐进行改性，充分混合均匀，形成的改性生物炭，可对多环芳烃等有机污染物和重金属进行净化处理。原尾虫能有效降低土壤pH值，提高改性生物炭的吸附效率，改性生物炭协同原尾虫可以降低土壤中有机污染物和重金属含量，实现污染土壤的修复。
Description
技术领域
本发明涉及环境治理技术领域，具体涉及一种改性生物炭协同原尾虫修复污染土壤的方法及其应用。
背景技术
土壤重金属和有机污染物污染已对生态环境、食品安全和农业可持续发展构成威胁。由于土壤污染具有长期性、隐蔽性和不可逆性等特点，一旦受到污染就很难治理。重金属主要是指汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重元素。挥发性有机污染物主要有苯、甲苯、二甲苯、乙苯、三氯乙烯等，半挥发性有机污染物主要有多环芳烃、多氯联苯、有机农药类等。重金属和有机物非常难以被生物降解，相反却能在食物链的生物放大作用下，成千百倍地富集，最后进入人体。重金属和有机物在人体内能和蛋白质及酶等发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体的某些器官中累积，造成慢性中毒。
目前，重金属和有机物污染土壤的修复主要依照以下两种途径：一种是将重金属和有机物从土壤中去除，或者降低其浓度至土壤背景值以下，如客土法、植物修复法等；另一种是改变重金属和有机物在土壤中的存在价态以及形态，如化学还原法、生物还原法等，以降低其在土壤～植物以及土壤～地下水中的迁移性、生物毒性及生物有效性；此途径因不破坏土壤结构、成本低且操作简便，适用于较大污染面积土壤的修复而受到重视并逐渐在行业内得到应用。活性炭吸附的重金属具有处理效果好、无二次污染、操作简单的特点，在活性炭表面有丰富的官能团，以金属铬为例，这些官能团能够与铬离子在活性炭表面以分子间氢键或者是配位键作用，促进了活性炭对铬离子的吸附，从而实现金属铬吸附去除，但是普通的活性炭的比表面积较低，吸附能力弱，尤其是当土壤的pH值大于9时，其吸附能力明显下降，土壤的修复难度大。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种改性生物炭协同原尾虫修复污染土壤的方法，其能有效降低壤中重金属和有机物含量，并降低土壤的pH值。
本发明的目的之二还提供一种上述改性生物炭协同原尾虫修复污染土壤的方法的应用。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种改性生物炭协同原尾虫修复污染土壤的方法，包括以下步骤：
S1，取油茶果壳，干燥，破碎后，得到油茶果壳粉；
S2，将油茶果壳粉加入磷酸溶液浸渍，水洗，得到活化油茶果壳粉；
S3，将所述活化油茶果壳粉中加入铁盐溶液中混合，过滤，干燥，在绝氧条件下煅烧，得到改性生物炭；
S4，将所述改性生物炭和原尾虫与污染土壤混合均匀进行土壤的修复。
进一步地，步骤S1中，干燥温度为100～110℃，破碎至粒径为0.1～10mm。
进一步地，步骤S2中，所述改性生物炭与磷酸溶液的体积比为1:2～5，所述磷酸溶液的质量分数为55～65％，浸渍时间为9～12h，水洗至pH值为6～7。
进一步地，步骤S3中，所述活化油茶果壳粉与铁盐溶液的体积比为1:3～10，所述铁盐溶液浓度为0.3～1.5mol/L。
进一步地，步骤S3中，铁盐为硝酸铁、硫酸铁、氯化铁和柠檬酸铁中的至少一种。
进一步地，步骤S3中，所述干燥的温度为80～110℃；煅烧温度为600～800℃。
进一步地，步骤S4中，所述改性生物炭的投放量为0.5～3g/kg，所述原尾虫的的投放量为1～5g/kg。
进一步地，步骤S4中，修复时间为15～30d，土壤湿度为25～40％，温度为15～25℃。
进一步地，步骤S4中，所述原尾虫与腐殖质按质量比1:0.8～1.5混合后投放于污染土壤中。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种所述的改性生物炭协同原尾虫修复污染土壤的方法的应用，将其应用于修复含有的重金属和/或有机污染物污染土壤，所述污染土的pH值为3～10；所述重金属包括铅元素、铬元素、汞元素、镉元素、砷元素、铜元素的至少一种，有机污染物包括多氯联苯，多环芳烃，多溴联苯醚的至少一种。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明一种改性生物炭协同原尾虫修复污染土壤的方法，以油茶果壳为原料制备生物炭，并加入磷酸溶液进行活化，提高油茶果壳活性炭孔隙的发育，形成发达的的微孔结构，提高比表面积；在制备过程中，加入含铁盐进行改性，充分混合均匀，形成的改性生物炭，其结构稳定，对土壤无害，对植物和农作物无毒作用；改性生物炭对具有良好的还原性和离子交换能力，可对重金属和有机物进行吸附、还原和固定处理。原尾虫作为一种土壤动物，其活动时能有效降低土壤pH值，提高改性生物炭的吸附效率，原尾虫可消耗土壤缝隙渗入的溶解氧，提高改性生物炭的稳定性，改性生物炭协同原尾虫可以降低土壤中多氯联苯，多环芳烃，多溴联苯醚等有机污染物和重金属含量，实现污染土壤的修复。
本发明应用于修复含有重金属和有机物污染土壤，通过具有较大的比表面积和强还原性改性生物炭和原尾虫的协同作用，降低重金属和有机物在土壤中的迁移性，尤其对pH值偏高的污染土壤具有良好的修复效果。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案，这些实例并不是对本发明内容的限定。本领域内的技术人员应理解，对本发明内容所做的等同替换，或相应的改进，仍属于本发明的保护范围之内。
实施例1
一种改性生物炭协同原尾虫修复污染土壤的方法，包括以下步骤：
S1，取油茶果壳，干燥，破碎后，得到油茶果壳粉；其中，干燥温度为100～℃，破碎至粒径为0.1～3mm；
S2，将油茶果壳粉加入磷酸溶液浸渍，水洗，得到活化油茶果壳粉；所述改性生物炭与磷酸溶液的体积比为1：3，所述磷酸溶液的质量分数为58％，浸渍时间为10h，水洗至pH值为7；
S3，将所述活化油茶果壳粉中加入铁盐溶液中混合，过滤，干燥，干燥的温度为80℃，在绝氧条件下煅烧，煅烧温度为700℃，得到改性生物炭；其中，所述活化油茶果壳粉与铁盐溶液的体积比为1:5，铁盐为硝酸铁，所述铁盐溶液浓度为1mol/L；
S4，所述原尾虫与腐殖质按质量比1：1混合后，将所述改性生物炭和原尾虫与污染土壤混合均匀进行土壤的修复；其中，所述改性生物炭的投放量为1.5g/kg，所述原尾虫的的投放量为2g/kg，修复的条件为：土壤湿度为30％，温度为20℃；所述腐殖质为落叶的陈腐物，腐殖质中包括有机质为50～65％，腐殖酸10～15％。
本实施例通过改性生物炭协同原尾虫降低土壤中重金属含量，实现污染土壤的修复；改性生物炭对具有良好的还原性，可对重金属进行吸附、还原和固定处理。原尾虫作为一种土壤动物，其活动时能有效降低土壤pH值，提高改性生物炭的吸附效率，原尾虫可消耗土壤缝隙渗入的溶解氧，提高改性生物炭的稳定性，腐殖质富含腐殖酸作为土壤调理剂可改善土质，调节pH值，并为植物和微生物提供营养，同时为原尾虫提高适宜的生存环境。
实施例2
一种改性生物炭协同原尾虫修复污染土壤的方法，包括以下步骤：
S1，取油茶果壳，干燥，破碎后，得到油茶果壳粉；其中，干燥温度为110℃，破碎至粒径为5～10mm；
S2，将油茶果壳粉加入磷酸溶液浸渍，水洗，得到活化油茶果壳粉；所述改性生物炭与磷酸溶液的体积比为1:5，所述磷酸溶液的质量分数为65％，浸渍时间为12h，水洗至pH值为7；
S3，将所述活化油茶果壳粉中加入铁盐溶液中混合，过滤，干燥，干燥的温度为110℃，在绝氧条件下煅烧，煅烧温度为800℃，得到改性生物炭；其中，所述活化油茶果壳粉与铁盐溶液的体积比为1:3～10，铁盐为氯化铁，所述铁盐溶液浓度为1.5mol/L；
S4，将所述改性生物炭和原尾虫与污染土壤混合均匀进行土壤的修复；其中，所述改性生物炭的投放量为3g/kg，所述原尾虫的的投放量为5g/kg；修复的条件为：土壤湿度为40％，温度为25℃。
实施例3
一种改性生物炭协同原尾虫修复污染土壤的方法，包括以下步骤：
S1，取油茶果壳，干燥，破碎后，得到油茶果壳粉；其中，干燥温度为100℃，破碎至粒径为0.1～3mm；
S2，将油茶果壳粉加入磷酸溶液浸渍，水洗，得到活化油茶果壳粉；所述改性生物炭与磷酸溶液的体积比为1:2，所述磷酸溶液的质量分数为55％，浸渍时间为9h，水洗至pH值为6；
S3，将所述活化油茶果壳粉中加入铁盐溶液中混合，过滤，干燥，干燥的温度为80℃，在绝氧条件下煅烧，煅烧温度为600℃，得到改性生物炭；其中，所述活化油茶果壳粉与铁盐溶液的体积比为1:3，铁盐为柠檬酸铁，所述铁盐溶液浓度为0.3mol/L；
S4，将所述改性生物炭和原尾虫与污染土壤混合均匀进行土壤的修复；其中，所述改性生物炭的投放量为0.5g/kg，所述原尾虫的投放量为1g/kg；修复的条件为：土壤湿度为25％，温度为15℃。
对比例1
与实施例1不同的是，对比例1的一种改性生物炭协同原尾虫修复污染土壤的方法，包括以下步骤：
S1，取油茶果壳，干燥，破碎后，得到油茶果壳粉；其中，干燥温度为100～℃，破碎至粒径为0.1～3mm；
S2，将油茶果壳粉加入磷酸溶液浸渍，水洗，得到活化油茶果壳粉；所述改性生物炭与磷酸溶液的体积比为1:3，所述磷酸溶液的质量分数为58％，浸渍时间为10h，水洗至pH值为7；
S3，将所述活化油茶果壳粉中加入铁盐溶液中混合，过滤，干燥，干燥的温度为80℃，在绝氧条件下煅烧，煅烧温度为700℃，得到改性生物炭；其中，所述活化油茶果壳粉与铁盐溶液的体积比为1:5，铁盐为硝酸铁，所述铁盐溶液浓度为1mol/L；
S4，将所述改性生物炭与污染土壤混合均匀进行土壤的修复；其中，所述改性生物炭的投放量为1.5g/kg，所述原尾虫的的投放量为2g/kg，修复的条件为：土壤湿度为30％，温度为20℃。
对比例2
与实施例1不同的是，对比例2的一种改性生物炭协同原尾虫修复污染土壤的方法，包括以下步骤：
S1，取油茶果壳，干燥，破碎后，得到油茶果壳粉；其中，干燥温度为100～℃，破碎至粒径为0.1～3mm；
S2，将所述油茶果壳粉中加入铁盐溶液中混合，过滤，干燥，干燥的温度为80℃，在绝氧条件下煅烧，煅烧温度为700℃，得到改性生物炭；其中，所述活化油茶果壳粉与铁盐溶液的体积比为1:5，铁盐为硝酸铁，所述铁盐溶液浓度为1mol/L；
S3，所述原尾虫与腐殖质按质量比1:1混合后，将所述改性生物炭和原尾虫与污染土壤混合均匀进行土壤的修复；其中，所述改性生物炭的投放量为1.5g/kg，所述原尾虫的的投放量为2g/kg，修复的条件为：土壤湿度为30％，温度为20℃。
性能测试
1、分别取镉和铬污染的土壤进行测试；其中，镉污染土壤的pH值为10，镉污染土壤中镉浓度为200mg/kg，铬污染土壤中铬浓度为200mg/kg，结果如表1所示。
表1
如表1所示，本发明的改性生物炭协同原尾虫修复污染土壤的方法，有效降低镉和铬的含量，其中铬的含量降低44.5％，镉的含量降低43％；同时可有效降低碱性土壤的pH值。
2、重金属污染的修复效果测试
取重金属污染的工业废弃淤泥，通过实施例1～3和对比例1～2的方法进行处理，修复时间为21d，结果如表2所示。
表2
如表1所示，本发明实施例1～3的改性生物炭协同原尾虫修复污染土壤的方法，对重金属污染的土壤具有较好的修复效果。对比例1的方法中不添加原尾虫，其修复效果明显下降；对比例2的方法中未添加磷酸溶液进行扩孔，其吸附能力下降，修复效果较差。
3、有机污染物去除测试
采用实施例1～3和对比例1～2的一种改性生物炭协同原尾虫修复污染土壤的方法对含有机污染物的土壤进行处理，所述有机污染物包括多氯联苯，多环芳烃，多溴联苯醚，修复时间为20d，结果如表3所示。
表3
如表3所示，本发明实施例1～3的改性生物炭协同原尾虫修复污染土壤的方法，对有机污染的土壤具有较好的修复效果。对比例1的方法中不添加原尾虫，其去除效果明显下降；对比例2的方法中未添加磷酸溶液进行扩孔，其吸附去除能力下降，修复效果较差。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种改性生物炭协同原尾虫修复污染土壤的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，取油茶果壳，干燥，破碎后，得到油茶果壳粉；
S2，将油茶果壳粉加入磷酸溶液浸渍，水洗，得到活化油茶果壳粉；
S3，将所述活化油茶果壳粉中加入铁盐溶液中混合，过滤，干燥，在绝氧条件下煅烧，得到改性生物炭；
S4，将所述改性生物炭和原尾虫与污染土壤混合均匀进行土壤的修复。
2.如权利要求1所述的改性生物炭协同原尾虫修复污染土壤的方法，其特征在于，步骤S1中，干燥温度为100～110℃，破碎至粒径为0.1～10mm。
3.如权利要求1所述的改性生物炭协同原尾虫修复污染土壤的方法，其特征在于，步骤S2中，所述改性生物炭与磷酸溶液的体积比为1:2～5，所述磷酸溶液的质量分数为55～65％，浸渍时间为9～12h，水洗至pH值为6～7。
4.如权利要求1所述的改性生物炭协同原尾虫修复污染土壤的方法，其特征在于，步骤S3中，所述活化油茶果壳粉与铁盐溶液的体积比为1:3～10，所述铁盐溶液浓度为0.3～1.5mol/L。
5.如权利要求1或4所述的改性生物炭协同原尾虫修复污染土壤的方法，其特征在于，步骤S3中，铁盐为硝酸铁、硫酸铁、氯化铁和柠檬酸铁中的至少一种。
6.如权利要求5所述的改性生物炭协同原尾虫修复污染土壤的方法，其特征在于，步骤S3中，所述干燥的温度为80～110℃；煅烧温度为600～800℃。
7.如权利要求1所述的改性生物炭协同原尾虫修复污染土壤的方法，其特征在于，步骤S4中，所述改性生物炭的投放量为0.5～3g/kg，所述原尾虫的的投放量为1～5g/kg。
8.如权利要求1所述的改性生物炭协同原尾虫修复污染土壤的方法，其特征在于，步骤S4中，修复时间为15～30d，土壤湿度为25～40％，温度为15～25℃。
9.如权利要求1所述的改性生物炭协同原尾虫修复污染土壤的方法，其特征在于，步骤S4中，所述原尾虫与腐殖质按质量比1:0.8～1.5混合后投放于污染土壤中。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的改性生物炭协同原尾虫修复污染土壤的方法的应用，其特征在于，将其应用于修复含有的重金属和/或有机污染物污染土壤，所述污染土的pH值为3～10；所述重金属包括铅元素、铬元素、汞元素、镉元素、砷元素、铜元素中的至少一种，有机污染物包括多氯联苯，多环芳烃，多溴联苯醚中的至少一种。
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