CN102319725A - 去除土壤中重金属的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种去除土壤中重金属的方法，属污染土壤治理领域。该方法包括以下步骤：调节所处理土壤的含水率为8％～12％；向调节含水率后的土壤中均匀投加磁性吸附材料，磁性吸附材料的投加量为每1kg土壤中投加10～50g；对投加磁性吸附材料后的土壤定期调节其含水率，保持土壤的含水率为8％～12％，并定期对土壤进行一次搅拌均匀；对经过上述处理一定周期后的土壤以磁选的方式收集出土壤中的磁性吸附材料，即完成去除土壤中的重金属。该方法操作简单，对重金属污染后的土壤可实现高效、低成本的处理，具有低耗能及环境友好的优点，并且该方法可以常用的植物修复重金属污染土壤技术相结合使用，具有良好的推广应用价值。

Description

去除土壤中重金属的方法

技术领域

本发明涉及污染土壤治理领域，特别是涉及一种去除土壤中重金属的方法。

背景技术

土壤重金属污染是土壤环境典型的污染物类型，其典型代表如镉、汞、铅、砷等普遍具有分布广、隐蔽性强和危害严重的特点，屡次发生相关的土壤重金属中毒事件，如痛痛病、水俣病等。因此，对其进行治理与去除是近年环境土壤领域的重点关注和研究内容。目前常用的重金属污染土壤修复技术主要有植物修复技术、电动修复技术和化学淋洗技术，以植物修复技术为例，其一年的重金属去除效率一般仅在10％～15％左右，其他修复技术的应用也总体上还存在一定的问题。因此，开发新型高效、低耗的污染土壤重金属治理技术，尤其是着眼于在规模的推广应用具有重要的意义和价值。

发明内容

本发明实施方式的目的是提供一种去除土壤中重金属的方法，是一种高效、快速、易操作、易推广的重金属污染土壤修复方法，可与植物修复等其他重金属污染土壤修复技术联合，达到兼顾环境友好性和进一步降低成本。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供一种去除土壤中重金属的方法，该方法包括以下步骤：

调节所处理土壤的含水率为8％～12％；

向调节含水率后的土壤中均匀投加磁性吸附材料，磁性吸附材料的投加量为每1kg土壤投加10～50g；

对投加磁性吸附材料后的土壤定期调节其含水率，保持土壤的含水率为8％～12％，并定期对土壤进行一次搅拌均匀；

对经过上述处理一定周期后的土壤以磁选的方式收集出土壤中的磁性吸附材料，即完成去除土壤中的重金属。

上述方法中，所述在调节所处理土壤的含水率为8％～12％之后，还包括：

将所处理土壤的pH值调节为5～6。

上述方法中，所述在对经过上述处理一定周期后的土壤以磁选的方式收集出土壤中的磁性吸附材料之后，还包括通过以下方式确定对土壤重金属去除效率的步骤：

根据修复前、后土壤中的重金属含量，以下式计算土壤重金属的去除效率：

$E=\frac{C_0-C}{C_0}\×100$

式中E为土壤中重金属的去除效率，单位％；

C₀为土壤中原有重金属的浓度，单位mg/kg；

C为土壤中原有重金属的浓度，单位mg/kg；

100为换算系数。

上述方法中，所述向调节含水率后的土壤中均匀投加的磁性吸附材料采用：

磁化活性炭、磁化吸附材料CuFe₂O₄、活性炭氧化铁复合吸附材料中的任一种或任意几种。

上述方法中，所述对投加磁性吸附材料后的土壤定期调节其含水率是：每周1～2次调节土壤的含水率。

上述方法中，所述定期对土壤进行一次搅拌均匀是：每3天对土壤进行一次搅拌均匀。

上述方法中，所述方法中，对经过上述处理一定周期后的土壤以磁选的方式收集出土壤中的磁性吸附材料是：

对经过上述处理1至3个周期(每个周期为2周时间)的土壤，再进行以磁选的方式收集出土壤中的磁性吸附材料。

上述方法中，所述以磁选的方式收集出土壤中的磁性吸附材料为：采用滚筒式磁选机收集出土壤中的磁性吸附材料。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施方式中通过调节所处理土壤的含水率后，向土壤中投加磁性吸附材料吸附土壤中的重金属，并定期对土壤进行含水率调节、均匀搅拌处理，提高了磁性吸附材料吸附土壤中的重金属的效果，处理2周后去除效率最高可达24.6％左右，通过磁选方式可以有效回收磁性吸附材料，达到磁性吸附材料重复利用的目的。该方法操作简单，对重金属污染后的土壤可实现高效、低成本的处理，具有低耗能及环境友好的优点，并且该方法可以常用的植物修复重金属污染土壤技术相结合使用，具有良好的推广应用价值。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明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，都属于本发明的保护范围。

本发明的要点在于：通过磁化活性炭等高磁性吸附材料对土壤中的重金属污染物进行吸附与富集，再利用磁选的方法收集磁化活性炭，将重金属移到土壤体系之外，实现去除土壤中的重金属，达到净化土壤的目的。该方法可用于土壤体系中镉、砷、汞、铅等多种重金属的去除。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

本实施例提供一种去除土壤中重金属的方法，是一种对重金属污染土壤的治理方法，该方法包括以下步骤：

A、土壤性质调节：调节所处理土壤的含水率为8％～12％；

由于土壤中重金属的活性和溶解性要求适宜的水分条件，故应把土壤含水率调节为10％左右，同时调节含水率有利于土壤颗粒适度分散，可加强重金属元素与活性炭吸附材料的充分接触，增大吸附面积；另一方面，大部分重金属在酸性条件下更易溶解和迁移，故应针对目标重金属污染物的特点；

可选的，也可以对所处理土壤的pH值进行调节，一般将土壤pH值调至5～6；

B、投加磁性吸附材料(即高吸附容量的磁性材料)：对步骤A调节混匀的土壤中，投加高吸附容量的磁性吸附材料，磁性吸附材料的投加量为每1kg土壤投加10～50g；磁性吸附材料可采用磁化活性炭、磁化吸附材料CuFe₂O₄、活性炭氧化铁复合吸附材料等中的任一种或任意几种。如以磁化活性炭作为磁性吸附材料为例，投加量为每1kg土壤可投加20g的磁化活性炭。

C、土壤中的重金属的吸附与富集：对加入活性炭磁性吸附材料的土壤体系，定期(每周1-2次)调节含水率，使其保持基本稳定在8～12％，并在每3天将土壤搅拌均匀一次；

D、吸附重金属后磁性吸附材料的收集：应用磁选方法(如用滚筒式磁选机磁选)，对处理1-3个周期(每个周期为2周时间)后的土壤体系进行吸附剂的收集；收集磁性吸附材料后基本完成对土壤中重金属的去除。

在上述方法之后，可通过下述步骤确定对土壤重金属的去除效率，包括：

土壤重金属去除效率评价：根据修复前后土壤中的重金属含量，以下式计算土壤重金属的去除效果。

$E=\frac{C_0-C}{C_0}\×100$

式中E为土壤中重金属的去除效率，％；

C0为土壤中原有重金属的浓度，mg/kg；

C为土壤中原有重金属的浓度，mg/kg；

100为换算系数。

上述方法中，对修复前、后土壤的重金属含量可利用微波消解-ICP法进行测定。

上述方法步骤B投加的磁性吸附材料，可采用浸渍吸附法制备得到，如以浸渍吸附法制备磁化活性炭为例，其具体方法如下：

以Fe³⁺∶Fe²⁺的摩尔比为2.0∶1.1的比例将FeSO₄和FeCl₃进行快速搅拌溶解，缓慢升温到80～90℃，保持40min，以形成纳米级Fe₃O₄颗粒沉淀。后向上述混合体系中缓慢滴加适量油酸，保持温度30min。之后用磁铁分离，经氨水、去离子水反复清洗，得到黑色块状磁性Fe₃O₄凝胶。将上述黑色块状磁性Fe₃O₄凝胶5g均匀分散到100mL正己烷中形成正己烷基磁性溶液，将10g粒状活性炭于100mL磁性溶液中浸渍吸附40～60min。将负载后的活性炭以正己烷浸泡在500W的功率下超声洗涤，去除表面和内部吸附不牢固的磁性组分。收集活性炭颗粒，在40℃下缓慢烘干挥发掉多余的正己烷。此时，为使吸附的磁性组分稳定负载，将上述产物在N₂气氛中400～500℃下于马弗炉中烧结40～60min，取出恒温冷却至室温，即为磁化活性炭。

下面通过对土壤中重金属的去除过程，对上述方法作进一步说明。

试剂配制

(1)硝酸溶液：将分析纯浓硝酸稀释为0.5mol/L的硝酸溶液。

(2)氢氧化钠溶液：将分析纯氢氧化钠粉末溶解到去离子水中，配成0.5mol/L的氢氧化钠溶液。

(3)硝酸铅溶液：将分析纯硝酸铅粉末溶于去离子水中配成0.5mol/L的硝酸铅溶液。

操作步骤

1)土壤基本理化性质测定：取洁净土壤样品，测定其含水率和pH值，结果为土壤含水率5.2％，pH值为7.1；

2)土壤基本性质调节：每份取4kg洁净土壤，分别装入不锈钢盆中，分别以上述配制的0.5mol/L的硝酸溶液、0.5mol/L的氢氧化钠溶液将2份土壤样品的pH值调至6和9.0，另一土壤样品为原pH值不变，含水率调至10％；

3)重金属铅投加：将硝酸铅溶液均匀加入上述土壤体系，将铅的浓度分别调节为500mg/kg干土和900mg/kg，3种pH值2个重金属浓度范围，共6种处理，其中铅浓度500mg/kg酸性土壤为1号、铅浓度900mg/kg酸性土壤为2号、铅浓度500mg/kg中性土壤为3号、铅浓度900mg/kg中性土壤为4号、铅浓度500mg/kg碱性土壤为5号、铅浓度900mg/kg碱性土壤为6号；

4)投加高吸附容量的磁性吸附材料：对上述3种为酸性、中性和碱性的土壤体系，分别按每1kg土壤投加20g磁化活性炭的量投加，每盆土壤质量为2kg，即每盆各投加40g磁化活性炭。

5)土壤中的重金属的吸附与富集：对加入活性炭磁性吸附材料的土壤体系，定期每周2次调节含水率，使其保持基本稳定在10％；每3天将土壤搅拌均匀一次，使活性炭可以均匀与土壤及重金属接触，过程持续2周；

6)吸附重金属后磁性吸附材料的收集：应用磁选方法，以磁铁对处理2周后的土壤体系，回收磁性吸附材料，完成将重金属移除出土壤体系。

7)土壤重金属测定：利用微波消解-ICP法对土壤修复前后的铅含量进行测定和分析(以mg/kg表示)，结果如下表所示：

8)土壤重金属去除效果评价：根据修复前后土壤中的重金属含量，以下式计算土壤重金属的去除效果。不同处理的计算结果如下表所示。

$E=\frac{C_0-C}{C_0}\×100$

式中E为土壤中重金属的去除效率，％；

C0为土壤中原有重金属的浓度，mg/kg；

C为土壤中原有重金属的浓度，mg/kg；

100为换算系数。

效果评价：根据修复前后土壤中的重金属含量，以下式计算土壤重金属的去除效果。不同处理的计算结果如表1所示。

9)土壤重金属污染去除二次评价：重复上述步骤4)至8)，对已经去除过一遍重金属的土壤体系进行二次处理，评价多次处理的效果和可能性。结果亦如表1所示。

表1不同处理重金属污染土壤中铅的去除效果

由上述的研究和表中数据可见，以高磁性吸附材料吸附并去除土壤中的重金属效率较高，在酸性条件下，2周的土壤铅去除率可达到24.6％，与植物修复等传统去除方法相比其去除效果明显。随着土壤pH值的上升，土壤中重金属的去除效率有所下降，中性条件下为18％-20％，而强碱性条件下(本研究的pH值调到9.0)重金属的去除率则较低。

对比二次处理的数据可见，以此种方法可以对重金属污染土壤持续多次处理，其处理率基本可以保证，酸性条件下可达21％-22％。但由于活性重金属比例的降低，可能整体处理效率可能会有所下降。

综上，本发明开展的以高磁性吸附材料(活性炭)来吸附并以磁选方法移除出土壤体系的土壤重金属处理方法可以方便、高效的去除土壤中的重金属污染，且其操作设备简单，效率高、成本低，可借助磁选等工艺及设备，可以快速、高效去除土壤中的重金属污染物，具有良好的推广应用前景。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种去除土壤中重金属的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

调节所处理土壤的含水率为8％～12％；

向调节含水率后的土壤中均匀投加磁性吸附材料，磁性吸附材料的投加量为每1kg土壤投加10～50g；

对投加磁性吸附材料后的土壤定期调节其含水率，保持土壤的含水率为8％～12％，并定期对土壤进行一次搅拌均匀；

对经过上述处理一定周期后的土壤以磁选的方式收集出土壤中的磁性吸附材料，即完成去除土壤中的重金属。

2.根据权利要求1所述的去除土壤中重金属的方法，其特征在于，所述在调节所处理土壤的含水率为8％～12％之后，还包括：

将所处理土壤的pH值调节为5～6。

3.根据权利要求1所述的去除土壤中重金属的方法，其特征在于，所述在对经过上述处理一定周期后的土壤以磁选的方式收集出土壤中的磁性吸附材料之后，还包括通过以下方式确定对土壤重金属去除效率的步骤：

根据修复前、后土壤中的重金属含量，以下式计算土壤重金属的去除效率：

$E=\frac{C_0-C}{C_0}\×100$

式中E为土壤中重金属的去除效率，单位％；

C₀为土壤中原有重金属的浓度，单位mg/kg；

C为土壤中原有重金属的浓度，单位mg/kg；

100为换算系数。

4.根据权利要求1所述的去除土壤中重金属的方法，其特征在于，所述向调节含水率后的土壤中均匀投加的磁性吸附材料采用：

磁化活性炭、磁化吸附材料CuFe₂O₄、活性炭氧化铁复合吸附材料中的任一种或任意几种。

5.根据权利要求1、2或3所述的去除土壤中重金属的方法，其特征在于，所述对投加磁性吸附材料后的土壤定期调节其含水率是：每周1～2次调节土壤的含水率。

6.根据权利要求1、2或3所述的去除土壤中重金属的方法，其特征在于，所述定期对土壤进行一次搅拌均匀是：每3天对土壤进行一次搅拌均匀。

7.根据权利要求1、2或3所述的去除土壤中重金属的方法，其特征在于，所述方法中，对经过上述处理一定周期后的土壤以磁选的方式收集出土壤中的磁性吸附材料是：

对经过上述处理1至3个周期的土壤，再进行以磁选的方式收集出土壤中的磁性吸附材料；其中每个周期为2周。

8.根据权利要求1、2或3所述的去除土壤中重金属的方法，其特征在于，所述以磁选的方式收集出土壤中的磁性吸附材料为：采用滚筒式磁选机收集出土壤中的磁性吸附材料。