CN114806585A - 一种土壤淋洗剂、土壤修复方法及制备有机营养土的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种土壤淋洗剂、土壤修复方法及制备有机营养土的方法，其中用于砷污染土壤的淋洗剂，包括以下重量份数的组分：0.5mol/L的草酸溶液10份，椰油酰胺丙基甜菜碱1份和Tween‑80 1份。本发明可以有效降低土壤中的砷含量，有效洗脱吸附于土壤颗粒表面的重金属，具有高效和实用的优点，且对周边环境影响轻微，淋洗废液的处理避免了二次污染，处理后的水循环利用节约了成本；土壤稳定化处理能够确保残留于土壤中的砷有效态含量降低，最终结合有机废弃物进行微生物降解，在发酵完成后制备成适合即刻资源化种植的营养土，从而解决了有机固废资源难以应用的问题，实现了资源化循环利用。

Description

一种土壤淋洗剂、土壤修复方法及制备有机营养土的方法
技术领域
本发明涉及土壤修复技术领域，尤其涉及一种砷污染土壤的淋洗剂、砷污染土壤的清洗修复方法以及利用清洗修复后的砷污染土壤和易腐有机废弃物为原料制备有机营养土的方法。
背景技术
砷广泛存在于自然界，人类对砷的认识由来已久，诸如古代对雄黄、雌黄等砷矿物的开采和使用。近代以来，砷广泛应用于除草剂、防腐剂等农业生产中以及冶炼开采活动，导致大量的土壤砷污染。
我国在不同土地利用类型土壤的环境质状况调查中，耕地、林地、草地的主要污染物皆包括砷，在典型地块及其周边土壤污染状况中，工业废弃地、工业园区、采矿区、污水灌溉区、干线公路两侧都存在砷污染现象。砷污染治理刻不容缓。
目前国内外砷污染土壤修复治理技术发展迅速，对砷污染土壤常用的处理技术有：物理修复技术，包括客土法、玻璃化法和电动修复法；化学修复技术，包括固化/稳定化法和土壤淋洗法；生物修复技术，包括动物修复、微生物修复、植物修复。
常用砷污染土壤修复技术中，生物修复周期长，效率低，植物修复需要找到适宜种植的超累积植物；物理修复法中，客土法在实际应用中常由于土方量的限定而不宜应用，玻璃化法和电动修复法成本高、修复效率低；化学修复技术中，固化/稳定化法和淋洗法是修复砷污染土壤的有效方法，其操作简单，修复周期短，其中，淋洗法能够彻底去除土壤中的污染物，是当前污染场地修复领域的研究热点，其为土壤污染治理提供了一个很好的示范。
在淋洗法中，淋洗剂的选择是淋洗修复的关键，单一的淋洗剂往往很难达到很好的修复效果，但是组合不同淋洗剂的差异修复效果和机理，即采用复合淋洗修复技术，则可以有效地提高污染土壤的修复效果，其具有良好的开发潜力与应用前景。
另一方面，传统的易腐有机废弃物处理方法有卫生填埋、干化焚烧等。由于温室气体排放和垃圾填埋场的限制，填埋已被禁止；易腐有机废弃物中的水分含量高，焚烧会浪费大量能源并且可能产生二噁英。
根据今年来关于土壤修复和固废处置的政策导向，为适应社会迅速发展，开发适合我国国情的污染土壤修复和固废处置技术已经迫在眉睫，意义重大。而易腐有机废弃物以餐厨垃圾、果皮、菜叶、农林废弃物等物料为主，其主要成分以粗蛋白、粗脂肪，还含有纤维素、淀粉、糖类等碳源，是微生物的理想培养基。由此推断，将污染土壤修复与易腐有机废弃物处置相结合，可以高效、互利的解决两个环保问题，二者结合，协同制备有机营养土，可快速实现修复土壤还田、还林、还种植，以及固废处置和资源化。但是，传统的土壤修复和有机固废处置都是单独开展的。
因此，亟需提供一种将土壤修复与有机固废处置相结合，以制备出清洁、高腐殖质含量的营养土的方法。
发明内容
本发明目的是提供一种土壤淋洗剂、土壤修复方法及制备有机营养土的方法用于解决上述问题。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
一种用于砷污染土壤的淋洗剂，包括以下重量份数的组分：0.5mol/L的草酸溶液10份，椰油酰胺丙基甜菜碱1份和Tween-80 1份。
本发明解决技术问题还采用如下技术方案：
一种砷污染土壤修复方法，包括以下步骤：
S10、砷污染土壤预处理：将砷污染土壤风干，去除大颗粒和石子，研磨后过60目筛，备用；
S20、制备淋洗剂：取按质量份数计的0.5mol/L的草酸溶液10份，椰油酰胺丙基甜菜碱1份和Tween-80 1份混合，得到淋洗剂；将淋洗剂加入步骤S10 中预处理后的砷污染土壤中，淋洗剂与土壤的质量比为12:100；
S30、热洗：将步骤S20中得到的混合物中加80℃的水，在80℃的温度下，搅拌2h，其中，水的重量：混合物中土壤的重量＝7:1；
S40、固液分离：将步骤S30中热洗后的混合物进行固液分离，得到修复后的砷污染土壤；
S50、淋洗废液处理：按比例向步骤S40中分离出的废液中加入DTC重金属离子捕捉剂，搅拌絮凝后，沉淀30min，去除絮凝物。
进一步，步骤S40中，通过离心机或板框压滤机对混合物进行固液分离。
进一步，步骤S50中，DTC重金属离子捕捉剂与废液的体积比为18:1000。
本发明解决技术问题还采用如下技术方案：
一种稳定剂，包括以下重量份数的成分：海泡石4份，硅藻土4份，蛭石1份和木屑碳1份。
本发明解决技术问题还采用如下技术方案：
一种对修复后的砷污染土壤进行稳定化处理的方法，包括以下步骤：
S60、将修复后的砷污染土壤的pH值调至6；
S70、取按重量份计的海泡石4份，硅藻土4份，蛭石1份和木屑碳1份，按比例混合均匀，制备稳定剂；
S80、取按重量份计的步骤S70中制备的稳定剂1份和步骤S60中的pH值为6的修复后的砷污染土壤50份，按比例混合均匀，并静置14天，最终得到稳定化处理后的土壤。
本发明解决技术问题还采用如下技术方案：
一种制备有机营养土的方法，采用易腐有机废弃物和稳定化处理后的土壤进行制备，具体包括以下步骤：
S90、取按质量份计的步骤S80中得到的稳定化处理后的土壤2份和易腐有机废弃物8份，按比例混合，投入好氧发酵搅拌装置中，并接入复配有真菌、细菌、放线菌的菌剂，设置温度为35℃～50℃，通风搅拌3天后，调节温度至50℃～55℃，继续通风搅拌7天，完成一次降解；
S100、将完成一次降解的物料转运至室内场地进行静置，添加土壤重量1％的N元素和土壤重量1％的P元素后进行二次堆肥，堆肥周期为30天，每隔2 天进行一次翻堆，使空气通入，待腐熟干燥、降温后，过筛，得到有机营养土。
进一步，易腐有机废弃物包括但不限于餐厨垃圾、果皮、菜叶和农林废弃物。
进一步，在二次堆肥时，堆体的体积为10m×6m×1.5m。
本发明具有如下有益效果：本发明可以有效降低土壤中的砷含量，有效洗脱吸附于土壤颗粒表面的重金属，具有高效和实用的优点，且对周边环境影响轻微，淋洗废液的处理避免了二次污染，处理后的水循环利用节约了成本；土壤稳定化处理能够确保残留于土壤中的砷有效态降低，最终结合有机废弃物进行微生物降解，在发酵完成后制备成适合即刻资源化种植的营养土，从而解决了有机固废资源难以应用的问题，实现了资源化循环利用。
附图说明
图1为本发明中制备有机营养土的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
实施例1
本实施例提供了一种用于砷污染土壤的淋洗剂，包括以下重量份数的组分：0.5mol/L的草酸溶液10份，椰油酰胺丙基甜菜碱(CAPB)1份和Tween-80 1 份。
利用上述淋洗液对砷污染土壤进行修复的修复方法，包括以下步骤：
S10、砷污染土壤预处理：将砷污染土壤风干，去除大颗粒和石子，研磨后过60目筛，备用；
S20、制备淋洗剂：取按质量份数计的0.5mol/L的草酸溶液10份，椰油酰胺丙基甜菜碱1份和Tween-80 1份混合，得到淋洗剂；将淋洗剂加入步骤S10 中预处理后的砷污染土壤中，淋洗剂与土壤的质量比为12:100；
S30、热洗：将步骤S20中得到的混合物中加80℃的水，在80℃的温度下，搅拌2h，其中，水与混合物中土壤的重量比为7:1；
在本实施例中，当预处理后的砷污染土壤的质量为100g时，需要淋洗剂的质量为12g,其中，草酸10g，椰油酰胺丙基甜菜碱1g，Tween-80 1g，在土壤和淋洗剂混合均匀后，需要添加的水的体积为700g。
S40、固液分离：将步骤S30中热洗后的混合物进行固液分离，得到修复后的砷污染土壤；
在本实施例中，可以通过离心机或板框压滤机对混合物进行固液分离。
S50、淋洗废液处理：按比例向步骤S40中分离出的废液中加入DTC重金属离子捕捉剂，搅拌絮凝后，沉淀30min，去除絮凝物。
本实施例中，按每1L废液中添加18ml的比例向废液中加入DTC重金属离子捕捉剂，处理后的淋洗液经检测达标后，可以排至城市污水处理系统，也可以进行循环热洗。
经过淋洗液修复的砷污染土壤，土壤中的绝大多数重金属会被清洗排出，但是也会有少数的重金属会残留在土壤中，残留在土壤中的重金属以有效态和残渣态的形式存在，为了防止有效态的重金属释放出来造成污染，可以通过稳定化处理将其固定在土壤中。
具体地，本实施例提供一种稳定剂，用于对修复后的砷污染土壤进行稳定化处理，包括以下重量份数的成分：海泡石4份，硅藻土4份，蛭石1份和木屑碳1份。
利用上述稳定剂对修复后的砷污染土壤进行稳定化处理的方法，包括以下步骤：
S60、将修复后的砷污染土壤的pH值调至6；
S70、取按重量份计的海泡石4份，硅藻土4份，蛭石1份和木屑碳1份，按比例混合均匀，制备稳定剂；
S80、取按重量份计的步骤S70中制备的稳定剂1份和步骤S60中的pH值为6的修复后的砷污染土壤50份，按比例混合均匀，并静置14天，最终得到稳定化处理后的土壤。
本实施例还提供了一种制备有机营养土的方法，采用易腐有机废弃物和稳定化处理后的土壤进行制备，具体包括以下步骤：
S90、取按质量份计的步骤S80中得到的稳定化处理后的土壤2份和易腐有机废弃物8份，按比例混合，投入好氧发酵搅拌装置中，并接入复配有真菌、细菌、放线菌的菌剂，设置温度为35℃～50℃，通风搅拌3天后，调节温度至 50℃～55℃，继续通风搅拌7天，完成一次降解；
S100、将完成一次降解的物料转运至室内场地进行静置，添加土壤重量1％的N元素和土壤重量1％的P元素后进行二次堆肥，堆肥周期为30天，每隔2 天进行一次翻堆，使空气通入，待腐熟干燥、降温后，过筛，得到有机营养土。
在本实施例中，添加N元素、P元素可以通过分别添加含有N元素、P元素的化合物的方式进行，如尿素、五氧化二磷；在二次堆肥时，堆体的体积为10 m×6m×1.5m；制备的有机营养土中富含有机质和腐殖质，能够用于种植花卉以及园林绿化。
本发明针对砷污染土壤，提供了一种土壤淋洗剂，其结合热洗技术可以有效降低土壤中的砷含量，有效洗脱吸附于土壤颗粒表面的重金属，具有高效和实用的优点，且对周边环境影响轻微，淋洗废液的处理避免了二次污染，处理后的水循环利用节约了成本；土壤稳定化处理能够确保残留于土壤中的砷有效态降低，最终结合有机废弃物进行微生物降解，在发酵完成后制备成适合即刻资源化种植的营养土，从而解决了有机固废资源难以应用的问题，实现了资源化循环利用。
实施例2
我国江苏某废弃化肥厂因生产工艺和固体废弃物堆放等因素造成该场地土壤砷污染严重，供试用土采集自江苏省泰兴经济开发区滨江镇。场地内约污染土壤面积约23433m2，体积约51699m3。经现场踏勘，该区域存在固体废物与石料堆存，堆场内固体废物包括磷石膏、钛石膏、硫铁尾、矿渣和石料等。除钛石膏堆体区域外，其余固体废物无明显防渗措施。该污染地块采用土壤评价标准为《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 36600-2018))第二类用地筛选值进行评价，对115份土壤样品进行检测，其中16份样品砷含量超过筛选值，超标率为13.9％，最大超标倍数20倍，9份样品砷含量超管制值，超标率为7.8％，最大超标倍数8.2倍。该地块土壤砷污染浓度最高为3785mg/kg。以该场地为例，砷污染土壤修复流程如下：
1.土壤背景值如下，土壤pH值为7.14，有机质含量为20.70g/kg，全 N为1.67g/kg，全P为1.20g/kg，全K为16.01g/kg，碱解氮为257.23 mg/kg，速效磷为47.00mg/kg，速效钾为135.78mg/kg，全As为3785mg/kg。
2.配制用于砷污染土壤的淋洗剂，包括以下重量份数的组分：0.5mol/L 的草酸溶液10份、椰油酰胺丙基甜菜碱1份、Tween-80 1份，淋洗剂与土壤的质量比为12:100，即在100g土壤中加入10g草酸、1g椰油酰胺丙基甜菜碱和1g Tween-80，混合均匀后，按水土比7:1的比例，将称量好的100g受污染土壤和复配淋洗剂放置于1L烧杯中，再加入700g温度为80℃的水，混匀并使淋洗剂充分溶解；
3.混合后按以下热洗步骤进行搅拌：
(1)水浴锅温度设置为80℃，搅拌器时间设置为2h，固定好搅拌装置，待水浴锅温度升至80℃，放入烧杯，开始物理搅拌。搅拌头应尽量沉到泥土里进行充分翻搅，不应只搅拌液体。
(2)结束搅拌后，将烧杯中的水土混合物全部倒入离心机中，在4000r/s、的转速下离心10min，然后上层液体和下层泥土分别保存样品，土壤按原子荧光法GB/T 22105.2-2008进行测定总砷含量，水中总砷含量按原子荧光法HJ 694-2014进行测定。
(3)对淋洗废液处理后再测定水中的砷含量。按每1L水添加18ml的量往废液中加入DTC重金属离子捕捉剂，搅拌絮凝后，沉淀30min，处理完毕后再次测定废液中砷含量。
4.使用淋洗剂进行一遍热洗后，与原土样对照相比，土壤总砷含量为1006 mg/kg，显著降低了73.4％；完成热洗后的废液总砷含量为2339mg/kg，经过处理后的废液总砷含量显著降低了81.3％。
5.将上述修复后的砷污染土壤的pH值调节至6。
6.将海泡石4份、硅藻土3份、蛭石1份、木屑碳1份按重量比例混合均匀，制备稳定剂。
7.取上述制备的稳定剂1份和pH值为6的修复后的砷污染土壤50份，按重量比例混合均匀，并静置14d。土壤样品用ICP-MS法测定土壤中砷金属形态含量。
8.稳定化处理显著降低土壤中砷的弱酸提取态和可还原态的含量，增加可氧化态与残渣态的含量，显著降低处理后土壤砷有效态含量。
9.将上述稳定化处理后的土壤2份、易腐有机废弃物8份，按重量比例混合，投入好氧发酵搅拌装置中，并接入复配有真菌、细菌、放线菌的菌剂，设置温度为35℃～50℃，通风搅拌3d之后，调节温度至50℃～55℃，继续通风搅拌7d，完成一次降解。
10.完成一次降解后，将物料转运至室内场地进行静置，添加1％N元素和 1％P元素后进行二次堆肥，堆体体积一般为10m×6m×1.5m，堆肥周期为30 d，每隔2d进行一次翻堆，使空气通入，待腐熟干燥、降温后，过筛，得到有机营养土。
11.将上述方法制备的营养土用于浙江樟苗木种植，同时用普通土壤种植浙江樟苗木设置为对照组。30d后采集植物样品检测植株内砷含量、及氮(N) 磷(P)钾(K)含量。结果表明，本发明中制备的营养土种植的浙江樟植株内砷含量并无显著增加，P含量显著增加，N与K含量无显著影响。这表明上述该方法制备的营养土可应用于观赏植物、园林绿化的种植。
以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种用于砷污染土壤的淋洗剂，其特征在于，包括以下重量份数的组分：0.5mol/L的草酸溶液10份，椰油酰胺丙基甜菜碱1份和Tween-80 1份。
2.一种砷污染土壤修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10、砷污染土壤预处理：将砷污染土壤风干，去除大颗粒和石子，研磨后过60目筛，备用；
S20、制备淋洗剂：取按质量份数计的0.5mol/L的草酸溶液10份，椰油酰胺丙基甜菜碱1份和Tween-80 1份混合，得到淋洗剂；将淋洗剂加入步骤S10中预处理后的砷污染土壤中，淋洗剂与土壤的质量比为12:100；
S30、热洗：将步骤S20中得到的混合物中加80℃的水，在80℃的温度下，搅拌2h，其中，水的重量：混合物中土壤的重量＝7:1；
S40、固液分离：将步骤S30中热洗后的混合物进行固液分离，得到修复后的砷污染土壤；
S50、淋洗废液处理：按比例向步骤S40中分离出的废液中加入DTC重金属离子捕捉剂，搅拌絮凝后，沉淀30min，去除絮凝物。
3.根据权利要求2所述的砷污染土壤修复方法，其特征在于，步骤S40中，通过离心机或板框压滤机对混合物进行固液分离。
4.根据权利要求2所述的砷污染土壤修复方法，其特征在于，步骤S50中，DTC重金属离子捕捉剂与废液的体积比为18:1000。
5.一种稳定剂，用于对权利要求2中得到的修复后的砷污染土壤进行稳定化处理，其特征在于，包括以下重量份数的成分：海泡石4份，硅藻土4份，蛭石1份和木屑碳1份。
6.一种土壤稳定化处理的方法，用于对权利要求2中得到的修复后的砷污染土壤进行稳定化处理，其特征在于，包括以下步骤：
S60、将修复后的砷污染土壤的pH值调至6；
S70、取按重量份计的海泡石4份，硅藻土4份，蛭石1份和木屑碳1份，按比例混合均匀，制备稳定剂；
S80、取按重量份计的步骤S70中制备的稳定剂1份和步骤S60中的pH值为6的修复后的砷污染土壤50份，按比例混合均匀，并静置14天，最终得到稳定化处理后的土壤。
7.一种制备有机营养土的方法，采用易腐有机废弃物和权利要求6中稳定化处理后的土壤进行制备，具体包括以下步骤：
S90、取按质量份计的步骤S80中得到的稳定化处理后的土壤2份和易腐有机废弃物8份，按比例混合，投入好氧发酵搅拌装置中，并接入复配有真菌、细菌、放线菌的菌剂，设置温度为35℃～50℃，通风搅拌3天后，调节温度至50℃～55℃，继续通风搅拌7天，完成一次降解；
S100、将完成一次降解的物料转运至室内场地进行静置，添加土壤重量1％的N元素和土壤重量1％的P元素后进行二次堆肥，堆肥周期为30天，每隔2天进行一次翻堆，使空气通入，待腐熟干燥、降温后，过筛，得到有机营养土。
8.根据权利要求7所述的制备有机营养土的方法，其特征在于，易腐有机废弃物包括但不限于餐厨垃圾、果皮、菜叶和农林废弃物。
9.根据权利要求7所述的制备有机营养土的方法，其特征在于，在二次堆肥时，堆体的体积为10m×6m×1.5m。
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