一種利用亞微米鐵氧化物和汙泥裂解液修復有機‑重金屬複合汙染土壤的方法與流程
2023-06-05 01:54:56 1
本發明屬於環境工程土壤修復技術領域，涉及一種利用亞微米鐵氧化物和汙泥裂解液修復有機-重金屬複合汙染土壤的方法。
背景技術：
隨著工農業的快速發展，產生了大量的有毒難降解有機物,如農藥、多環芳烴、滷代有機物等。這些化合物被廣泛應用於人們生產和生活中並經過多種途徑進入土壤中，呈現長期殘留性和高毒性等特點，其中的一些持久性有機汙染物具有「三致」效應。而且，這些汙染土壤中除難降解有機物之外，重金屬是最常見的共汙染物之一，有機-重金屬複合汙染已成為農田和場地土壤汙染的普遍現象，嚴重威脅到人類的生命安全。因此，對這些複合汙染土壤的修復具有重要理論和現實意義。
目前，複合汙染土壤的修復技術主要有物理、化學和生物法。對於物理修復技術(如熱脫附)，其成本高，對土壤生態破壞性大。在化學法修復中(如表面活性劑強化淋洗工藝)，添加表面活性劑雖然可提高汙染土壤中有機汙染物的溶解性和重金屬的解吸，但人工合成的表面活性劑成本高，且對土壤生物有毒性，對環境易造成二次汙染。生物法包括植物修復和微生物修復兩種，具有操作簡單、運行成本低，無二次汙染，環境相容性好等優點，因此，生物法是複合汙染土壤的首選修復技術。其中，生物強化工藝是修復土壤中複合汙染最有效的方法之一。
在目前的生物強化修復工藝中，其存在的主要問題是：工藝實施過程中使用的共代謝基質，營養物質，生物表面活性劑以及菌劑的成本均較高，而且對土壤中重金屬修復效率低，嚴重限制了生物強化技術在有機-重金屬複合汙染土壤修復中的大規模應用。鐵氧化物雖然作為穩定劑已被應用到土壤重金屬汙染修復中，但傳統鐵氧化物的粒徑大，在土壤介質中不易分散，降低了汙染物的修復性能。納米級鐵氧化物雖然具有良好的反應性和分散性，但其對土壤環境具有潛在的生態風險。
技術實現要素：
本發明的目的是針對有機-重金屬複合汙染土壤生物強化修復中運行成本偏高以及重金屬修復效率低的技術瓶徑，為複合汙染土壤提供一種經濟高效的生物強化修複方法。
本發明的技術解決方案是採用剩餘汙泥裂解液綠色製備亞微米鐵氧化物，並將亞微米鐵氧化物與汙泥裂解液施於有機-重金屬複合汙染土壤，同時實現土壤中有機汙染物的生物強化降解以及重金屬的穩定化修復。
本發明的技術方案：
一種利用亞微米鐵氧化物和汙泥裂解液修復有機-重金屬複合汙染土壤的方法，步驟如下：
步驟1.汙泥裂解液製備
取城市汙水處理廠剩餘汙泥，調節剩餘汙泥濃度為10-25g/l，加入氫氧化鉀控制初始ph為10-12；在70-100℃的溫度條件下裂解0.1-2小時，得到汙泥裂解物；將上述得到的汙泥裂解物在6000-10000r/min離心5-30分鐘，回收沉澱物，並收集汙泥裂解上清液，向汙泥裂解上清液中加水或步驟3得到的上清液，使汙泥裂解上清液codcr為1000-5000mg/l，即為汙泥裂解液；
步驟2.硫酸亞鐵溶液製備
配製濃度為0.05-0.5mol/l硫酸亞鐵溶液；
步驟3.亞微米鐵氧化物製備
取步驟1得到的汙泥裂解液，在攪拌速度為300-800r/min下逐滴加入步驟2得到的亞鐵溶液，控制亞鐵溶液與汙泥裂解液體積比為1:2-1:8；用氫氧化鉀調節混合液ph為8-9，在300-800r/min下攪拌1h，得到亞微米鐵氧化物懸浮液；在8000-12000r/min下離心5-20min，收集上清液，沉澱物冷凍乾燥，即得到亞微米鐵氧化物，其粒徑為0.2-0.8μm；
步驟4.有機-重金屬複合汙染土壤修復
將步驟3得到的亞微米鐵氧化物加入到有機-重金屬複合汙染土壤中，亞微米鐵氧化物與土壤的質量比為0.001-0.02，再加入步驟1得到的汙泥裂解液，控制土壤溼度為40-70％，混合後在靜置條件下修復20-45d，修復期間每隔2天翻土一次。
本發明的有益效果：
(1)修復劑製備工藝簡單，成本低，用於複合汙染土壤修復時無二次汙染。
(2)可以有效地克服有機-重金屬汙染土壤生物強化修復中運行成本偏高和重金屬修復效率低的技術瓶徑。
(3)為剩餘汙泥資源化和減量化提供新途徑。
附圖說明
圖1是本發明提供的亞微米鐵氧化物和汙泥裂解液修復四溴雙酚a-鎘複合汙染土壤的柱狀圖。
圖中：縱坐標表示四溴雙酚a去除率或鎘固定率，單位為％；橫坐標中1代表自來水對照，2代表複合修復劑。白色柱代表四溴雙酚a；黑色柱代表鎘。圖中表明亞微米鐵氧化物和汙泥裂解液聯合修復四溴雙酚a-鎘複合汙染土壤30天後，四溴雙酚a去除率可以達到88.6％，鎘固定率可以達到80.3％。
具體實施方式
下面結合技術方案和附圖對本發明作進一步說明，但本發明並不限於下述實施例。
實施例1
(1)汙泥裂解液製備
取城市汙水處理廠剩餘汙泥，調節剩餘汙泥濃度為20g/l，加入氫氧化鉀控制初始ph為11；在80℃的溫度條件下裂解1.5小時，得到汙泥裂解物；將上述得到的汙泥裂解物在8000r/min離心10分鐘，回收沉澱物，並收集汙泥裂解上清液，加水或步驟3得到的上清液，使汙泥裂解上清液codcr為2000mg/l，即為汙泥裂解液；
(2)硫酸亞鐵溶液製備
配製濃度為0.1mol/l硫酸亞鐵溶液；
(3)亞微米鐵氧化物製備
取步驟(1)得到的汙泥裂解液，在攪拌速度為600r/min下逐滴加入步驟(2)得到的亞鐵溶液，控制亞鐵溶液與汙泥裂解液體積比為1:4；用氫氧化鉀調節混合液ph為8.5，在600r/min下攪拌1h，得到亞微米鐵氧化物懸浮液；在10000r/min下離心15min，收集上清液，沉澱物冷凍乾燥，即得到亞微米鐵氧化物，其粒徑為0.5-0.7μm；
(4)有機-重金屬複合汙染土壤修復
將步驟(3)得到的亞微米鐵氧化物加入到四溴雙酚a-鎘複合汙染土壤中，亞微米鐵氧化物與土壤的質量比為0.002，四溴雙酚a平均濃度為30mg/kg土壤，鎘平均濃度為5mg/kg，再加入步驟(1)得到的汙泥裂解液，控制土壤溼度為50-55％，混合後在靜置條件下修復30d，修復期間每隔2天翻土一次。
實施例2
(1)汙泥裂解液製備
取城市汙水處理廠剩餘汙泥，調節剩餘汙泥濃度為20g/l，加入氫氧化鉀控制初始ph為11；在90℃的溫度條件下裂解1小時，得到汙泥裂解物；將上述得到的汙泥裂解物在10000r/min離心5分鐘，回收沉澱物，並收集汙泥裂解上清液，加水或步驟3得到的上清液，使汙泥裂解上清液codcr為3000mg/l，即為汙泥裂解液；
(2)硫酸亞鐵溶液製備
配製濃度為0.1mol/l硫酸亞鐵溶液；
(3)亞微米鐵氧化物製備
取步驟(1)得到的汙泥裂解液，在攪拌速度為500r/min下逐滴加入步驟(2)得到的亞鐵溶液，控制亞鐵溶液與汙泥裂解液體積比為1:3；用氫氧化鉀調節混合液ph為8.5，在500r/min下攪拌1h，得到亞微米鐵氧化物懸浮液；在10000r/min下離心15min，收集上清液，沉澱物冷凍乾燥，即得到亞微米鐵氧化物，其粒徑為0.55-0.75μm；
(4)有機-重金屬複合汙染土壤修復
將步驟(3)得到的亞微米鐵氧化物加入到多環芳烴-鉛複合汙染土壤中，亞微米鐵氧化物與土壤的質量比為0.005，多環芳烴平均濃度為360mg/kg土壤，鉛平均濃度為135mg/kg，再加入步驟(1)得到的汙泥裂解液，控制土壤溼度為50-55％，混合後在靜置條件下修復40d，修復期間每隔2天翻土一次。