CN108296273A - 一种基于磁性吸引的重金属污染土壤高效修复方法 - Google Patents

一种基于磁性吸引的重金属污染土壤高效修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于土壤修复技术领域，特别涉及一种基于磁性吸引的重金属污染土壤高效修复方法，包括凹土改性、土壤修复剂层填充、淋洗液淋洗的步骤，通过在土壤修复剂层设置的磁性金属网对淋洗液中磁性纳米粒子的吸引，使得对重金属离子有吸附作用的淋洗液在吸附重金属离子的同时，快速穿过被污染土壤，进入土壤修复剂层，最快84小时即可完成修复，高效便捷；淋洗液中的有效成分，壳聚糖/四氧化三铁磁性纳米粒子可通过磁性金属网进行回收和再生；磁性金属网设置在土壤修复剂层内部，避免壳聚糖/四氧化三铁磁性纳米粒子和重金属离子渗入下层土壤。

Description

一种基于磁性吸引的重金属污染土壤高效修复方法
技术领域
本发明属于土壤修复技术领域，特别涉及一种基于磁性吸引的重金属污染土壤高效修复方法。
背景技术
在土壤修复行业，已有的土壤修复技术达到一百多种，常用技术也有十多种，大致可分为物理、化学和生物三种方法。从根本上说，污染土壤修复的技术原理可包括为：(1)改变污染物在土壤中的存在形态或同土壤的结合方式，降低其在环境中的可迁移性与生物可利用性；(2)降低土壤中有害物质的浓度。
中国专利CN201610293140.1公开了一种利用多孔介质颗粒对重金属污染的土壤进行修复的方法，该方法利用多孔介质颗粒作为土壤修复剂，在土壤表层以下一定深度位置加入该土壤修复剂，形成土壤修复剂层，用于吸附来自上层土壤内水分携带来的重金属元素。由于修复剂的集中层状放置，相比于分散放置方式，不仅阻断了重金属元素向土壤深部输运的途径，且便于后续将土壤修复剂从土壤中集中取出，降低了吸附重金属后的多孔介质原料的处理难度。但该方法主要借助灌溉或者自然降雨将镉离子向土壤修复剂层转移，土壤修复需要的时间较长，效率较低。
发明内容
本发明解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种基于磁性吸引的重金属污染土壤高效修复方法。
为解决上述问题，本发明的技术方案如下：
一种基于磁性吸引的重金属污染土壤高效修复方法，包括以下步骤，
S1、取凹土原料，粉碎成大小为500-1000微米的颗粒，加入聚乙烯吡咯烷酮和硼氢化钠溶液，升温至60-70℃，搅拌5-8小时后，过滤，在醋酸锌溶液中浸泡12-18小时，过滤除去液体后，在340-380℃条件下煅烧8-12小时后，冷却，制成大小为2000-6000微米的颗粒，在质量分数为0.6-1.8％的海藻酸钠溶液中浸泡24小时以上，除去液体，制成土壤修复剂；
S2、在土壤表层以下200-500mm深度位置，平铺厚度为20-50mm的土壤修复剂层，在所述土壤修复剂层之上平铺磁性金属网，在磁性金属网之上平铺厚度为50-80mm的土壤修复剂层；
S3、对土壤修复剂层以上的土壤层用淋洗液进行浇灌，所述淋洗液为壳聚糖/四氧化三铁磁性纳米粒子的水溶液，实现土壤中的重金属元素向土壤修复剂层的迁移。
优选地，所述磁性金属网之上的土壤修复剂颗粒为4000-6000微米。
优选地，所述磁性金属网之下的土壤修复剂颗粒为2000-4000微米。
优选地，所述壳聚糖/四氧化三铁磁性纳米粒子的粒径为7-14纳米。
优选地，所述淋洗液中壳聚糖/四氧化三铁磁性纳米粒子的质量分数为1.5-2.5％。
优选地，所述淋洗液的使用方法为：每次浇灌1000-1500mL/m3,共浇灌7-10次，两次浇灌间隔12小时以上。
优选地，当土壤修复剂层上部土壤重金属含量降低至要求值后，将土壤修复剂层及其上下10～50mm的土壤层、磁性金属网取出，实现对土壤的修复。
优选地，步骤1所述凹土原料、聚乙烯吡咯烷酮溶液、硼氢化钠溶液的质量比为
4:10-14:14-16；聚乙烯吡咯烷酮溶液、硼氢化钠溶液的加入量过多或多少影响改性凹土的性能，从而影响土壤修复剂层的吸附、阻隔性能。
优选地，步骤1所述醋酸锌溶液的质量分数为0.15-0.35％。
相对于现有技术，本发明的优点如下，
本发明重金属污染土壤的高效修复方法，通过在土壤修复剂层设置的磁性金属网对淋洗液中磁性纳米粒子的吸引，使得对重金属离子有吸附作用的淋洗液在吸附重金属离子的同时，快速穿过被污染土壤，进入土壤修复剂层，最快84小时即可完成修复，高效便捷；淋洗液中的有效成分，壳聚糖/四氧化三铁磁性纳米粒子可通过磁性金属网进行回收和再生；磁性金属网设置在土壤修复剂层内部，避免壳聚糖/四氧化三铁磁性纳米粒子和重金属离子渗入下层土壤。
具体实施方式
实施例1：
一种基于磁性吸引的重金属污染土壤高效修复方法，包括以下步骤，
S1、取凹土原料，粉碎成大小为500-1000微米的颗粒，加入聚乙烯吡咯烷酮和硼氢化钠溶液，所述凹土原料、聚乙烯吡咯烷酮溶液、硼氢化钠溶液的质量比为4:10-14:14-16；升温至60-70℃，搅拌5-8小时后，过滤，在质量分数为0.15-0.35％醋酸锌溶液中浸泡12-18小时，过滤除去液体后，在340-380℃条件下煅烧8-12小时后，冷却，制成大小为2000-6000微米的颗粒，在质量分数为1.2％的海藻酸钠溶液中浸泡24小时以上，除去液体，制成土壤修复剂；
S2、在土壤表层以下200-500mm深度位置，平铺厚度为30mm、土壤修复剂颗粒为2000-4000微米的土壤修复剂层，在所述土壤修复剂层之上平铺磁性金属网，在磁性金属网之上平铺厚度为70mm、土壤修复剂颗粒为4000-6000微米的土壤修复剂层；
S3、对土壤修复剂层以上的土壤层用淋洗液进行浇灌，所述淋洗液为质量分数为2％壳聚糖/四氧化三铁磁性纳米粒子(粒径为7-14纳米)的水溶液，每次浇灌1200mL/m3,共浇灌9次，两次浇灌间隔12小时；实现土壤中的重金属元素向土壤修复剂层的迁移；当土壤修复剂层上部土壤重金属含量降低至要求值后，将土壤修复剂层及其上下10～50mm的土壤层、磁性金属网取出，实现对土壤的修复。
实施例2：
同实施例1，仅修改步骤1海藻酸钠溶液的浓度和步骤3淋洗液的浓度为：
实施例3：
同实施例1，仅修改步骤2磁性金属网上、下方土壤修复剂层的厚度：
实施例4：
同实施例1，仅修改步骤3淋洗液的使用方法：
组别 浇灌次数 每次浇灌量mL/m3 两次浇灌间隔时间小时
A组 3 3500 24
B组 7 1500 12
C组 9 1200 6
D组 10 1000 18
对比例1：
一种重金属污染土壤的高效修复方法，包括以下步骤，
S1、取凹土原料，粉碎成大小为2000-6000微米的土壤修复剂；
S2、在土壤表层以下200-500mm深度位置，平铺厚度为100mm的土壤修复剂层；
S3、对土壤修复剂层以上的土壤层用淋洗液进行浇灌，所述淋洗液为质量分数为2％壳聚糖/四氧化三铁磁性纳米粒子(粒径为7-14纳米)的水溶液，每次浇灌1200mL/m3,共浇灌9次，两次浇灌间隔12小时。
实施例5：
上述实施例和对比例均采用相同的土壤(镉含量为1.1mg/kg)和其他实验条件；修复完成后，分别对土壤修复剂层的上层土壤和下层土壤的镉含量进行检测，结果如表1所示：
表1
组别 上层土壤镉含量mg/kg 下层土壤镉含量mg/kg
实施例1 0.03 未检出
实施例2-A组 0.11 未检出
实施例2-B组 0.03 未检出
实施例2-C组 0.97 0.04
实施例2-D组 0.02 未检出
实施例2-E组 0.08 未检出
实施例3-A组 0.03 0.11
实施例3-B组 0.02 未检出
实施例3-C组 0.03 未检出
实施例4-A组 0.23 未检出
实施例4-B组 0.03 未检出
实施例4-C组 0.09 未检出
实施例4-D组 0.02 未检出
对比例1 0.79 0.07
由表1可知，若省略海藻酸钠浸泡的步骤(实施例2-A组)，降低上层土壤重金属离子的去除效果；若采用纯水作为淋洗液(实施例2-C组)，重金属离子的去除效果大大降低；海藻酸钠溶液和淋洗液的浓度过高(实施例2-E组)，淋洗液容易在上层土壤中产生残留，导致部分吸了镉的纳米粒子残留在土壤中，无法回收；实施例3-A、B、C组的实验结果表面，将磁性金属网安装在土壤修复剂层内部，有利于避免重金属离子渗入深层土壤；淋洗液的两次浇灌间隔时间应大于12小时，否则，降低修复效果(实施例4)；若为采用普通多孔介质颗粒作为土壤修复剂层(对比例1)，短时间内的修复效果远远低于本发明，且深层土壤检出一定量的重金属离子。
需要说明的是上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，在上述基础上做出的等同替换或者替代均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于磁性吸引的重金属污染土壤高效修复方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1、取凹土原料，粉碎成大小为500-1000微米的颗粒，加入聚乙烯吡咯烷酮和硼氢化钠溶液，升温至60-70℃，搅拌5-8小时后，过滤，在醋酸锌溶液中浸泡12-18小时，过滤除去液体后，在340-380℃条件下煅烧8-12小时后，冷却，制成大小为2000-6000微米的颗粒，在质量分数为0.6-1.8％的海藻酸钠溶液中浸泡24小时以上，除去液体，制成土壤修复剂；
S2、在土壤表层以下200-500mm深度位置，平铺厚度为20-50mm的土壤修复剂层，在所述土壤修复剂层之上平铺磁性金属网，在磁性金属网之上平铺厚度为50-80mm的土壤修复剂层；
S3、对土壤修复剂层以上的土壤层用淋洗液进行浇灌，所述淋洗液为壳聚糖/四氧化三铁磁性纳米粒子的水溶液。
2.如权利要求1所述的基于磁性吸引的重金属污染土壤高效修复方法，其特征在于，所述磁性金属网之上的土壤修复剂颗粒为4000-6000微米。
3.如权利要求1所述的基于磁性吸引的重金属污染土壤高效修复方法，其特征在于，所述磁性金属网之下的土壤修复剂颗粒为2000-4000微米。
4.如权利要求1所述的基于磁性吸引的重金属污染土壤高效修复方法，其特征在于，所述壳聚糖/四氧化三铁磁性纳米粒子的粒径为7-14纳米。
5.如权利要求1所述的基于磁性吸引的重金属污染土壤高效修复方法，其特征在于，所述淋洗液中壳聚糖/四氧化三铁磁性纳米粒子的质量分数为1.5-2.5％。
6.如权利要求1所述的基于磁性吸引的重金属污染土壤高效修复方法，其特征在于，所述淋洗液的使用方法为：每次浇灌1000-1500mL/m3,共浇灌7-10次，两次浇灌间隔12小时以上。
7.如权利要求1所述的基于磁性吸引的重金属污染土壤高效修复方法，其特征在于，当土壤修复剂层上部土壤重金属含量降低至要求值后，将土壤修复剂层及其上下10～50mm的土壤层、磁性金属网取出，实现对土壤的修复。
8.如权利要求1所述的基于磁性吸引的重金属污染土壤高效修复方法，其特征在于，步骤1所述凹土原料、聚乙烯吡咯烷酮溶液、硼氢化钠溶液的质量比为4:10-14:14-16。
9.如权利要求1所述的基于磁性吸引的重金属污染土壤高效修复方法，其特征在于，步骤1所述醋酸锌溶液的质量分数为0.15-0.35％。
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