CN110653246A - 一种去除土壤重金属Cd和多环芳烃复合污染的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种去除土壤重金属Cd和多环芳烃复合污染的方法，属于土壤修复技术领域。该方法具体为：将具有重金属Cd和多环芳烃复合污染的土壤风干后过筛，备用；将农作物秸秆风干，在300‑500℃下煅烧3h，制成生物炭，过80目筛备用；将生物炭负载Fe3O4；将负载Fe3O4的生物炭与过筛后的土壤以质量比1:20混合；混合后的土壤上种植小麦，1m2撒200g小麦种子，期间保持土壤含水量为土壤最大持水量的55%‑65%，处理15‑60天，培养周期结束后，将吸附土壤污染物的生物炭在磁场作用下从处理土壤中分离。该方法适用于修复目前既普遍存在又非常复杂的重金属和多环芳烃复合污染的土壤，可以同时去除难降解的重金属和多环芳烃复合污染土壤，使用范围广。
Description
技术领域
本发明属于土壤修复技术领域，特别涉及一种去除土壤重金属Cd和多环芳烃复合污染的方法。
背景技术
土壤重金属和 PAHs 复合污染具有明显的“三致”效应，可在土壤环境中累积，影响植物根和叶的发育，致使作物减产甚至死亡，并通过植物吸收进入食物链，对人类健康造成严重危害，破坏人体神经***、免疫***、骨骼***等，对人体器官造成严重损伤；同时，重金属和PAHs污染会导致土壤生物群落的功能、结构发生变化，进而致使生态***稳定性削弱或丧失，严重破坏自然生态***。近些年来国内外已相继开展了重金属-重金属以及有机物-有机物复合污染方面的研究工作，并已取得相应的理论和成果，可是对于重金属与多环芳烃复合污染的研究，由于其工作难度较大、耗时等原因，所以开展得相对较少。
目前重金属和多环芳烃污染土壤的修复方法主要有：物理修复、化学修复和生物修复，相较于传统修复方法将农业废弃物秸秆制备生物炭作为土壤修复技术的生态修复技术用于土壤修复领域备受关注，因为其可以有效实现作物秸秆的资源化循环利用，达到变废为宝的目的，又可以减轻秸秆焚烧造成的大气污染。生物炭添加土壤后能够提高土壤肥力，促进植物生长，并且能够有效吸附土壤污染物，固化重金属，减少土壤污染的风险。
目前，对于多环芳烃或重金属Cd污染的土壤可以利用生物炭的吸附降低多环芳烃或重金属Cd在土壤中的有效性，但是现有技术中均是对其中一种污染源利用生物炭进行处理，并且处理后吸附污染源的生物炭仍存在于土壤中，并不能达到直接去除的目的。为达到同时修复重金属Cd和多环芳烃污染土壤的目的，现有技术中利用焙烧土壤的方法将重金属Cd固定，多环芳烃在高温下挥发、分解。这种方法需要高温处理，耗能高，且有机物的挥发对环境造成严重危害。
发明内容
本发明的目的在于提供一种去除土壤重金属Cd和多环芳烃复合污染的方法，该方法对土壤中的重金属Cd和多环芳烃同时去除，工艺流程简单、成本低廉，可实现重金属和多环芳烃复合污染土壤的达标修复，环境和社会效益好。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种去除土壤重金属Cd和多环芳烃复合污染的方法，包括以下步骤：
将具有重金属Cd和多环芳烃复合污染的土壤风干后过筛，备用；
将农作物秸秆风干，在300-500℃下煅烧3h，制成生物炭，过80目筛备用；将生物炭加入水中，在搅拌、惰性气体保护的条件下加入FeSO4·7H2O，搅拌1h后将溶液加热至90-110℃；将KOH和KNO3配置成25-30g/L的水溶液并加入上述溶液中，混合完毕后在70-80℃下超声，然后离心、干燥，利用磁铁将负载Fe3O4的生物炭分离；
将负载Fe3O4的生物炭与过筛后的土壤以质量比1:20混合；
混合后的土壤上种植小麦，1m2撒200g小麦种子，期间保持土壤含水量为土壤最大持水量的55%-65%，处理15-60天，培养周期结束后，将吸附土壤污染物的生物炭在磁场作用下从处理土壤中分离。
进一步，所述农作物秸秆为茄子、大豆、玉米中的其中一种的秸秆。
进一步，所述FeSO4·7H2O与生物炭的质量比为1:3-6。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、上述修复方法适用于修复目前既普遍存在又非常复杂的重金属和多环芳烃复合污染的土壤，可以同时去除难降解的重金属和多环芳烃复合污染土壤，使用范围广。
2、上述修复方法利用农作物秸秆制备生物炭作为实验材料，缓解因秸秆燃烧引起的大气污染、改善大气环境质量，实现作物秸秆的资源化，变废为宝、以废治废。制备生物炭的原材料来源广泛，能够使农业废弃物变废为宝，处理方式对环境有益。
3、上述修复方法利用农作物秸秆生物炭作为媒介去除土壤中的污染物，其能够明显固化重金属，降低重金属活性，且表面具有大量孔隙和含氧官能团增加其吸附及去除污染物的能力，具有适应环境适应性强、受土壤复杂成分干扰和不良影响小，环境修复性好、无二次污染等特点。
4、上述修复方法利用农作物秸秆生物炭自身的物理性质改善土壤环境，投加到土壤中可有效改善土壤理化性质，改善和保持土壤肥力，有益于农作物生长。操作流程简单，可用于原位修复或异位修复，实施条件要求低，修复效果显著，其在农作物生长期可作为土壤改良剂，生长期结束，可将吸附污染物后的秸秆生物炭从土壤中分离出来，解决土壤修复剂回收困难问题，并能污染物达到二次去除。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
本实施例的去除土壤重金属Cd和多环芳烃复合污染的方法，包括以下步骤：
将具有重金属Cd和多环芳烃复合污染的土壤风干后过筛，备用；
将玉米秸秆风干，放入陶瓷坩埚中，在马弗炉中300℃下煅烧3h，自然冷却至室温，制成生物炭，过80目筛备用；将生物炭加入水中，在搅拌、氩气保护的条件下加入FeSO4·7H2O，FeSO4·7H2O与生物炭的质量比为1:3，搅拌1h后将溶液加热至90℃；将KOH和KNO3配置成25g/L的水溶液并加入上述溶液中，混合完毕后在70℃下超声，然后离心、70℃下干燥，利用磁铁将负载Fe3O4的玉米秸秆生物炭分离；
将负载Fe3O4的玉米秸秆生物炭与过筛后的土壤以质量比1:20混合；
混合后的土壤上种植小麦，1m2撒200g小麦种子，期间保持土壤含水量为土壤最大持水量的55%，处理15-60天，培养周期结束后，将吸附土壤污染物的生物炭在磁场作用下从处理土壤中分离。
本实施例土壤中重金属Cd的浓度为15-20mg/kg，多环芳烃芘为60-80mg/kg，经历15天的培养，小麦发芽率提高6.25%，养分有效磷含量提高8.7%；经历45天的培养，土壤中重金属镉和多环芳烃复合污染物的含量去除14%-16%，；经历60天的培养，生物炭固化作用的有效态Cd含量下降11.11%，土壤中重金属镉和多环芳烃复合污染物去除15-19%，对从土壤中分离出的玉米秸秆生物炭对重金属镉的吸附量为48.15mg/kg，对多环芳烃的吸附量为93.46mg/kg。
实施例2
本实施例的去除土壤重金属Cd和多环芳烃复合污染的方法，包括以下步骤：
将具有重金属Cd和多环芳烃复合污染的土壤风干后过筛，备用；
将大豆秸秆风干，放入陶瓷坩埚中，在马弗炉中400℃下煅烧3h，自然冷却至室温，制成生物炭，过80目筛备用；将生物炭加入水中，在搅拌、氩气保护的条件下加入FeSO4·7H2O，FeSO4·7H2O与生物炭的质量比为1:5，搅拌1h后将溶液加热至100℃；将KOH和KNO3配置成28g/L的水溶液并加入上述溶液中，混合完毕后在70℃下超声，然后离心、70℃下干燥，利用磁铁将负载Fe3O4的大豆秸秆生物炭分离；
将负载Fe3O4的大豆秸秆生物炭与过筛后的土壤以质量比1:20混合；
混合后的土壤上种植小麦，1m2撒200g小麦种子，期间保持土壤含水量为土壤最大持水量的60%，处理15-60天，培养周期结束后，将吸附土壤污染物的生物炭在磁场作用下从处理土壤中分离。
本实施例土壤中重金属Cd的浓度为15-20mg/kg，多环芳烃芘为60-80mg/kg，经历15天的培养，小麦发芽率提高25%，养分有效磷含量提高12.87%，经历45天的培养，土壤中重金属镉和多环芳烃复合污染物的含量下降13%-18%，；经历60天的培养，生物炭固化作用的有效态Cd含量下降11.46%，土壤中重金属镉和多环芳烃复合污染物的含量去除14%-22%，对从土壤中分离出的大豆秸秆生物炭对重金属镉的吸附量为44.03mg/kg，对多环芳烃的吸附量为96.58mg/kg。
实施例3
本实施例的去除土壤重金属Cd和多环芳烃复合污染的方法，包括以下步骤：
将具有重金属Cd和多环芳烃复合污染的土壤风干后过筛，备用；
将茄子秸秆风干，放入陶瓷坩埚中，在马弗炉中500℃下煅烧3h，自然冷却至室温，制成生物炭，过80目筛备用；将生物炭加入水中，在搅拌、氩气保护的条件下加入FeSO4·7H2O，FeSO4·7H2O与生物炭的质量比为1:6，搅拌1h后将溶液加热至110℃；将KOH和KNO3配置成30g/L的水溶液并加入上述溶液中，混合完毕后在70℃下超声，然后离心、70℃下干燥，利用磁铁将负载Fe3O4的茄子秸秆生物炭分离；
将负载Fe3O4的茄子秸秆生物炭与过筛后的土壤以质量比1:20混合；
混合后的土壤上种植小麦，1m2撒200g小麦种子，期间保持土壤含水量为土壤最大持水量的65%，处理15-60天，培养周期结束后，将吸附土壤污染物的生物炭在磁场作用下从处理土壤中分离。
本实施例土壤中重金属Cd的浓度为15-20mg/kg，多环芳烃芘为60-80mg/kg，培养周期结束后，将生物炭颗粒在磁场作用下分离出土壤进行二次去除。经历15天的培养，小麦发芽率提高12.5%，养分速效钾含量提高54.38%，经历45天的培养，土壤中重金属镉和多环芳烃复合污染物的含量去除18%-21%，；经历60天的培养，生物炭固化作用的有效态Cd含量下降16.34%，土壤中重金属镉和多环芳烃复合污染物的含量去除22%-24%，对从土壤中分离出的茄子秸秆生物炭对重金属镉的吸附量为69.57mg/kg，对多环芳烃的吸附量为104.62mg/kg。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (3)
1.一种去除土壤重金属Cd和多环芳烃复合污染的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将具有重金属Cd和多环芳烃复合污染的土壤风干后过筛，备用；
将农作物秸秆风干，在300-500℃下煅烧3h，制成生物炭，过80目筛备用；将生物炭加入水中，在搅拌、惰性气体保护的条件下加入FeSO4·7H2O，搅拌1h后将溶液加热至90-110℃；将KOH和KNO3配置成25-30g/L的水溶液并加入上述溶液中，混合完毕后在70-80℃下超声，然后离心、干燥，利用磁铁将负载Fe3O4的生物炭分离；
将负载Fe3O4的生物炭与过筛后的土壤以质量比1:20混合；
混合后的土壤上种植小麦，1m2撒200g小麦种子，期间保持土壤含水量为土壤最大持水量的55%-65%，处理15-60天，培养周期结束后，将吸附土壤污染物的生物炭在磁场作用下从处理土壤中分离。
2.根据权利要求1所述的去除土壤重金属Cd和多环芳烃复合污染的方法，其特征在于，所述农作物秸秆为茄子、大豆、玉米中的其中一种的秸秆。
3.根据权利要求1所述的去除土壤重金属Cd和多环芳烃复合污染的方法，其特征在于，所述FeSO4·7H2O与生物炭的质量比为1:3-6。
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