一種原位治理土壤重金屬汙染的固定劑的製作方法
2023-05-26 23:29:16 1
專利名稱：一種原位治理土壤重金屬汙染的固定劑的製作方法
技術領域：
本發明涉及汙染土壤原位修復技術，具體地說是一種原位治理土壤重金屬汙染的固定劑，運用這種合成的化學物質原位鈍化汙染土壤中重金屬，降低其在土壤環境中的生物有效性。
背景技術：
重金屬元素在土壤中的累積達到一定量並超過土壤環境容量和質量標準時容易造成土壤重金屬汙染。土壤中重金屬汙染物主要來源於人類的工業活動(如礦山開採、冶煉、金屬加工、電鍍、製革等)和農業活動(如農藥、化肥等)，同時一些特殊土地利用(如垃圾填埋場、軍事基地)方式也存在土壤汙染。土壤中重金屬的汙染和有機汙染物汙染有著很大的區別，絕大多數重金屬在土壤環境中並不經歷微生物或化學降解的過程，殘留在土壤中的重金屬元素將滲漏進入地下水，或者是通過不同的途徑進入食物鏈，在食物鏈的營養級中累積放大，這些重金屬元素不但對土壤生態環境和農產品質量產生威脅，也將極大地影響人類和動物的健康。
一般說來，土壤重金屬汙染治理方法可以歸納為熱力學、生物學、農業工程學和物理化學處理四種方法。玻璃化是土壤重金屬汙染熱處理中的一種典型方法，在土壤中擦入電極，通過電流和形成的電場固定重金屬並降低其移動性。生物修復包括植物修復和菌根，微生物修復。植物修復是通過一些非食用性植物提取收穫達到去除土壤中重金屬的目的，菌根和微生物修復是通過特殊微生物物質的吸收和固定從而降低重金屬的生物毒性。治理土壤重金屬汙染常用的兩種農業耕作方法是客土和深耕。物理化學處理包括浸提、淋洗和固定等方面。每種方法都存在其優劣性，熱處理方法局限於較低的修復效率和高的經濟投入，同時伴隨著有毒氣體的排放和土壤基本性狀的改變。在植物修復過程中，植物的篩選、目標植物的生物量和修復的時間都將成為首當其衝的問題。同時由於汙染的伴生性，對複合汙染的修復效率及農用土壤的修復都將受到極大的束縛。深耕和客土都將破壞土壤的自然性狀，同時還可能影響到地下水的安全。事實上，針對不同土壤重金屬汙染的類型，人們也在選擇不同的治理方法，在現有的這些方法中都要經歷修復成本和修復效率這樣兩個瓶頸，同時要接受二次汙染環境風險的考驗。在大多數情況下，原位修復(例如固定、淋洗、生化降解和稀釋等)更能顯示出其修復效率和成本上的優越性。人們也急需一種低投入快速原位修復重金屬汙染土壤的方法。尤其對於農業活動中所造成的面源汙染，高效靈便的原位修複方法依然是土壤汙染治理的首要選擇。在所有的這些原位修複方法中，通過添加外源物質原位固定土壤中重金屬元素的革新工藝方法能更好的滿足要求。外源添加物(如有機質、沸石和磷酸鹽等)通過修飾和改變重金屬在土壤中的物理化學性質，並使其產生沉澱、吸附、離子交換、腐殖化和氧化還原等一系列反應，降低其在土壤中的生物有效性和可遷移性，從而減少這些重金屬元素對動植物的毒性。
傳統的固定物質中主要以磷酸鹽、石灰和生物固體為材料，成本較高，在修復過程中對單一重金屬汙染土壤修復效果比較顯著，而對於幾種元素伴生的汙染現象處理效果並不突出。傳統的固定劑組分單一，在土壤中的緩衝性能較差，在土壤條件改變時穩定性受到影響。同時在修復過程中不能及時補充土壤養分。
發明內容
本發明的目的為提供一種成本低、效果好、應用範圍廣、無二次汙染的用於重金屬汙染土壤原位修復的固定劑。
為實現上述目的，本發明採用的技術方案為一種原位治理土壤重金屬汙染的固定劑，可按如下過程製備獲得，首先將農業生產中產生的秸杆自然焚燒後採用人工過篩(1～3mm)分檢的方法除去其中的殘留草根、樹枝、石塊等，備用；1)按重量比1∶1～5混合(NH4)2HPO4與桔杆灰；2)在上述混合物中加入鹼液鹼化，充分攪拌，調節pH＝5～12，在80～100℃條件下熱處理至衡重，碾碎後過篩即得成品。
鹼化的目的是用來中和秸杆灰中的氫離子，鹼液與上述混合物的重量比為2～3∶1，鹼液的濃度為0.05-0.5M；其中鹼可為NaOH、Ca(OH)2和/或KOH；所述秸杆多以一年生草本植物為主，例如玉米、小麥或水稻等等一年生作物，選材隨區域變化；選用磷酸鹽與秸杆灰混合，其修復的原理在於固定劑中的組分能和重金屬離子發生物理化學反應，並產生沉澱或重金屬離子難以解離的物質；處理的目的為充分混勻組分，並使其組分之間的結構和配比穩定化，攪拌時間通常為2-24h，熱處理後產品通常過2-5mm的篩。
本發明具有如下優點1.修復效果好。本發明為一種添加到汙染土壤中以降低土壤重金屬生物有效性的外源物質；具體的說為重金屬汙染土壤原位修復技術中，為降低金屬離子在土壤中的遷移性，減少其對生物毒害的一種固定劑。外源添加劑投入土壤中以後，一方面能通過對土壤環境中pH值的影響，改變金屬離子的遷移活化性能；另一方面通過固定劑本身的物理化學性能，能從土壤環境中俘獲游離的金屬離子，把金屬離子吸附固定在添加物中並產生新的構象。從而達到鈍化金屬離子活動性，減少其從土壤環境向植物和地下水系統遷移的修復效果；對廣大農業土壤汙染的面源汙染具有良好的效果。
2.成本低。本發明採用人工合成的方法，以有機和無機材料為載體，通過改性後產生的一種混合物。本發明所生產的固定劑合成成本低，材料來源廣泛、容易獲取，製備過程穩定可靠，適用不同類型的重金屬汙染土壤的處理；投入低。
3.適用範圍廣。本發明固定劑主要運用於重金屬汙染土壤的原位修復過程中，能大面積的農業土壤中運用，對由不同重金屬元素引起得複合汙染具有顯著效果，同時具有價格低廉，不存在二次汙染、對環境友好等特點。
4.修復效率高。本發明固定劑對各種重金屬離子吸附容量較大、運用環境範圍廣，特別是對於多種金屬離子具有同時固定的效果；農業秸杆作為固定劑的有機載體，同時能在修復過程中作為輔助吸附固定的作用，並能及時為土壤補充大量的養分，為土壤環境補充肥力。
圖1為本發明固定劑吸附效率曲線圖；圖2為本發明固定劑固定效率曲線圖。
具體實施例方式
實施例1將天然焚燒的玉米秸杆灰用人工分檢的方法除去其中的石礫等殘體，按2∶1的重量比例混合(NH4)2HPO4，按2∶1的水土(鹼液與秸杆灰+(NH4)2HPO4)重量比加入0.1M的NaOH，其pH＝7.54，攪拌24h後在90℃條件下熱處理至衡中，碾碎後過2mm篩備用。
批處理實驗(檢測參數)1)吸附實驗50ml的100ppm鎘、1500ppm鉛、2000ppm銅和2000ppm鋅溶液與1g不同的固定物質混合振蕩24h，通過測定溶液中重金屬離子濃度變化來確定不同物質的吸附量，其結果參見圖1所示，其中固定劑為本發明實施例1所製得的固定劑產品。計算公式如下K=1-CeCi---(a)]]>
上式中K＝固定效率；Ce＝固定平衡後溶液中金屬元素的濃度(mg/L)；Ci＝固定前溶液中重金屬元素的濃度(mg/L)。
2)固定實驗已知重金屬濃度的汙染土壤和一定劑量的固定劑混合後培養一個月，用0.1M的HOAc浸提，計算經過處理的土壤中可溶出重金屬元素的含量，其結果參見圖2所示，其中固定劑為本發明實施例1所製得的固定劑產品。計算公式為K=1-CeCi---(b)]]>上式中K＝固定效率；Ce＝汙染土壤固定平衡後單一金屬元素的可溶出濃度(mg/L)；Ci＝汙染土壤固定前單一金屬元素的可溶出濃度(mg/L)實施例2將天然焚燒的小麥秸杆灰用人工分檢的方法除去其中的石礫等殘體，按5∶1的重量比例混合(NH4)2HPO4，按2.5∶1的水土(鹼液與秸杆灰+(NH4)2HPO4)重量比加入0.5M的Ca(OH)2，其pH＝8.13，攪拌4h後在80℃條件下熱處理至衡中，碾碎後過4mm篩備用。
實施例3將天然焚燒的水稻秸杆灰用人工分檢的方法除去其中的石礫等殘體，按4∶1的重量比例混合(NH4)2HPO4，按3∶1的水土(鹼液與秸杆灰+(NH4)2HPO4)重量比加入0.05M的KOH，其pH＝8.25，攪拌12h後在98℃條件下熱處理至衡中，碾碎後過3mm篩備用。
權利要求
1.一種原位治理土壤重金屬汙染的固定劑，其特徵在於可按如下過程製備獲得，1)按重量比1∶1～5混合(NH4)2HPO4與桔杆灰；2)在上述混合物中加入鹼液鹼化，充分攪拌，調節 pH＝6～12，在80～100℃條件下熱處理至衡重，碾碎後過篩即得成品。
2.按照權利要求1所述原位治理土壤重金屬汙染的固定劑，其特徵在於所述鹼液與上述混合物的重量比為2～3∶1，鹼液的濃度為0.05-0.5M。
3.按照權利要求1所述原位治理土壤重金屬汙染的固定劑，其特徵在於所述鹼為NaOH、Ca(OH)2和/或KOH。
4.按照權利要求1所述原位治理土壤重金屬汙染的固定劑，其特徵在於所述秸杆為一年生草本植物。
5.按照權利要求1所述原位治理土壤重金屬汙染的固定劑，其特徵在於所述草本植物為玉米、小麥或水稻。
全文摘要
本發明涉及汙染土壤原位修復技術，具體地說是一種原位治理土壤重金屬汙染的固定劑，可按如下過程製備獲得1)按重量比1∶1～5混合(NH
文檔編號B09C1/00GK1788868SQ20041008297
公開日2006年6月21日 申請日期2004年12月15日 優先權日2004年12月15日
發明者郭觀林, 周啟星 申請人:中國科學院瀋陽應用生態研究所