以活性汙泥為原料的汙染土壤頂層修復材料及其製備方法
2023-05-09 19:44:46
以活性汙泥為原料的汙染土壤頂層修復材料及其製備方法
【專利摘要】一種以活性汙泥為原料的汙染土壤頂層修復材料，包括粉煤灰、活性汙泥、蚯蚓糞、緩衝劑、蛭石，其中粉煤灰、活性汙泥、蚯蚓糞、緩衝劑、蛭石佔原料總重量的重量百分比分別為20-40%、35-55%、20-40%、0.2-10%、4-5%。上述修復材料的製備方法：（1）將不同粒徑的粉煤灰進行混合，之後添加配方量的蛭石並充分混合；（2）將步驟（1）中得到的混合物與配方量的汙泥、蚯蚓糞和緩衝劑混合，在混合過程中添加水；（3）將步驟（2）中得到的混合物中加入水進行發酵處理；（4）將發酵後所得的混合物磨細過篩，形成與壤土組成粒徑相似的材料。本發明製得的產品成本低、效果好，工藝簡單，適合於大面積的汙染土壤的修復和改良。
【專利說明】以活性汙泥為原料的汙染土壤頂層修復材料及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種汙染土壤頂層修復材料的配製原料和配製方法，屬於環境修復領域。
【背景技術】
[0002]汙染土壤頂層修復材料是指在汙染土壤的頂層鋪設5-10cm的修復材料，在修復材料中種植特定植物，通過修復材料中化學元素、微生物以及植物的吸附作用，將汙染土壤中的重金屬、有機物等有害物質鈍化、去除，以達到修復汙染土壤的目的。汙染土壤頂層修復材料中不僅富含確保植物生長的水、肥、氣等因子，而且含有能鈍化汙染土壤重金屬生物有效性的作用，在進行修復的過程中，能利用植物的富集作用去除重金屬，同時可以鈍化汙染土壤中游離的重金屬元素，使有害物質不進入到人和動物的代謝圈。
[0003]在環境修複方面，我國已有一定程度的研究，但是總體上修複方式和修復效果有待於進一步完善。目前汙染土壤的修復主要有物理方法、化學方法和生物方法。
[0004]物理方法:包括排土克土法和電動修復發。因為土壤中重金屬主要集中在表層中，採用排土 (挖去汙染土壤)、客土 (用非汙染土壤覆蓋於汙染土壤之上)，可以獲取理想的改良效果。但此方法耗費大量的勞動力，並需要找到大量的客土來源，排出的汙染土壤還需要妥善處理，以防止造成二次汙染，因此這種方法只適於小面積的汙染土地。電動修復法指的是在土壤上施加直流電壓，導致土壤中的汙染物在電場作用下進行電遷移、電滲流和電泳等，通過電場在電極附近由溶液導出汙染物，並與離子交換、生物降解等方法結合，以實現汙染土壤的修復。但是這 種方法只能去除離子態和膠體態的重金屬離子，效果不佳，同時需要耗費大量的資源，修復費用高，不適用於大面積的土壤汙染。
[0005]化學方法:化學修復是通過向土壤中加入固化劑、有機質、化學試劑等，改變土壤的PH和Eh等理化性質，經還原、沉澱、吸附、螯合絡合等作用來使汙染物毒性去除或降低的修復技術。化學方法可以改變有毒物質在土壤中的遷移方向，，使其被淋洗或轉化為難溶物質，減少被作物析出的機會。這種方法能在較短的時間內取得效果，但是因為加入一些化學物質，有可能造成二次汙染，而且這種方法只能將有害物質鈍化，很難將其去除，此外隨著外界環境的變化，其穩定有待於進一步考證。
[0006]生物方法:生物修復是利用生物的生命代謝活動減少土壤環境中有毒有害物質濃度或使其無害化，從而使汙染了的土壤環境能夠部分或完全的恢復到原始狀態的過程。通常包括植物吸附、微生物降解、動物降解等。生物方法因為其取得效果好，且經濟、綠色、清潔及不會造成二次汙染，受到人們的青睞，但是生物修復所需要的周期較長。
[0007]因此，需要一種新的汙染土壤頂層修復材料。
【發明內容】
[0008]本發明的目的提供一種以活性汙泥為原料的汙染土壤頂層修復材料及其製備方法，本發明將物理方法、化學方法、生物方法有效的結合起來，配製一種汙染土壤的頂層修復材料，利用當地的粉煤灰和汙泥等廢棄物，結合理化性質非常優良的蚯蚓糞進行不同比例的混合，同時加入一定量的緩衝劑，之後保持一定的含水率和溫度範圍進行發酵，最終配製成與成熟土壤理化性質相似、適合植物生長、具有土壤修復功能的新型材料，綜合修復汙染土壤，以達到去除、鈍化有害物質的目的，配製過程簡便，修復成本低。
[0009]本發明的目的是通過以下技術方案實現的，一種以活性汙泥為原料的汙染土壤頂層修復材料，包括粉煤灰、活性汙泥、蚯蚓糞、緩衝劑、蛭石，其中粉煤灰、活性汙泥、蚯蚓糞、緩衝劑、蛭石佔粉煤灰、活性汙泥、蚯蚓糞、緩衝劑、蛭石總重量的重量百分比分別為20-40%、35-55%、20-40%、0.2_10%、4_5%。
[0010]上述以活性汙泥為原料的汙染土壤頂層修復材料的製備方法，包括如下步驟:
(1)將不同粒徑的粉煤灰進行混合，之後添加配方量的蛭石並充分混合；
(2)將步驟(1)中得到的混合物與配方量的活性汙泥、蚯蚓糞和緩衝劑混合，在混合過程中添加水，並在混合的過程中用力擠壓使其充分混勻；
(3)將步驟(2)中得到的混合物中加入水，保持含水率在50-80%之間，保持溫度在15-40°C之間，進行發酵處理，發酵時間為30-60天；
(4)將發酵後所得的混合物磨細過篩，形成與壤土組成粒徑相似的材料，最終形成與成熟土壤理化性質相似的汙染土壤頂層修復材料。
[0011]進一步地，步驟(1)所述粉煤灰的粒徑為l_5mm。
[0012]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
①蚯蚓糞理化性質優良，可顯著增強修復效果。蚯蚓糞的顆粒均勻、無味衛生、保水透氣能力比一般土壤高3倍，其中包含18種胺基酸，含有機質42.2%，有益菌達每克20萬~2億個。蚯蚓在消解禽畜糞便的過程中會分泌出大量的酶類物質，有益菌與酶類物質的共同作用會有效的分解汙染土壤中難以分解的有毒物質，且消解速度也會有相應的提高。因此，蚯蚓糞的加入使修復材料的性能大大提升，修復效果和修復速度也顯著提高。
[0013]②具有成熟壤土的機械結構，易於汙染修復。土壤中是由粘粒、粉粒和砂粒組成的，並根據三種粒徑的不同比例組成不同質地的土壤。汙泥屬於粘粒，粉煤灰根據不同的粒徑有粉粒和砂粒兩種粒徑，本發明根據壤土的機械組成進行不同原料的配比，使修復材料具有壤土的機械組成。這樣，修復材料更易與汙染土壤進行擴撒和融合，更好的鈍化和吸附汙染土壤中的有毒物質，使汙染土壤更快的得以修復。
[0014]③粉煤灰具有很好的空隙結構，為微生物的大量繁殖提供場所。粉煤灰內部疏鬆多孔，是一種比表面積很大的材料，在井陘原材料的混合時，用力擠壓，汙泥中的粘粒充分與粉煤灰結合起來，汙泥中大量的微生物進入到粉煤灰的孔徑中去，這就為微生物的大量繁殖提供了有力的場所。微生物的大量繁殖，為鈍化、吸收汙染土壤中的有毒物質具有積極作用，提高修復效果。
[0015]④新型修復材料具有很強的緩衝性能。本發明中加入了一定量的緩衝劑，一方面可以緩解粉煤灰的鹼性對修復植物的抑制，一方面可以增加新型修復材料的緩衝性能，使其能適應較大酸鹼範圍汙染土壤的修復。汙染土壤可能是酸性的也可能是鹼性的，緩衝劑的加入可以使其具有 更廣泛的應用範圍，在不同酸鹼度的土壤上發揮更大的中作用。同時，可以緩解降水、酸雨等對土壤酸鹼度的衝擊，增強修復效果和應用範圍。
[0016]⑤養分全面,安全穩定。汙染土壤頂層修復材料中具有成熟土壤是理化性質，富含植物生長所需的各種營養物質，滿足植物生長所需的水、肥、氣、熱等條件，確保植物能穩定生長。同時，粉煤灰具有固定汙泥中重金屬元素的功能，兩者經過較長時間的發酵後，已形成了按全穩定的環境修復材料，其可被生物利用的重金屬含量已經降低到農用標準值以下，因此新型材料的安全性完全可靠。
[0017]⑥加強固體廢棄物的資源化利用。粉煤灰和汙泥都是發電廠和汙水處理廠的主要副產物，每年都要排放出大量粉煤灰和汙泥。據不完全統計，2009年中國產生的粉煤灰達3.75億噸，相當於目前中國城市生活垃圾總量的兩倍多，是中國工業固體廢物的最大單一排放源，對我國的環境治理形成了極大的挑戰。同時，近年來汙泥每年的排放量為550~600萬噸，並且還在快速增長，在一些大、中型城市汙泥的出路問題已經十分突出。關於粉煤灰和汙泥的資源化利用途徑也進行了不同領域的研究，但是其資源化利用水平與國外相差甚遠，且利用途徑中的消解量也受到制約。本發明將兩種廢棄物綜合起來利用，不僅能提供兩種廢棄物資源新型的利用途徑，而且能大量消解兩種廢棄物，提供了其有效資源化利用的去向。因此，本發明技術能較好的將廢棄物資源化利用。
[0018]⑦養分全面，安全穩定。汙染土壤頂層修復材料中具有成熟土壤是理化性質，富含植物生長所需的各種營養物質，滿足植物生長所需的水、肥、氣、熱等條件，確保植物能穩定生長。同時，粉煤灰具有固定汙泥中重金屬元素的功能，兩者經過較長時間的發酵後，已形成了安全穩定的環境修復材料，其可被生物利用的重金屬含量已經降低到農用標準值以下，因此新型材料的安全性完全可靠。
[0019]⑧因地制宜，綜合修復汙染土壤。在使用汙染土壤頂層修復材料時，可根據原來土壤的性質，進行原材料不同配比，得到適合當地土壤性質的頂層修復材料，真正實現因地制宜。使用時，將汙染土壤修復材料鋪在汙染土壤上，厚度為5-lOcm左右，在修復材料上種植上具有特定吸附作用的草類植物，所種植物為園藝植物，不進入食物鏈。汙染土壤頂層修復材料中富含多種微生物和化學元素，因此新材料綜合土壤修復的物理方法、化學方法和生物方法，利用微生物和化學物質將有害物質鈍化，轉化為穩定狀態，使其不隨著降雨而進入到水環境中，利用植物的富集作用，將有害物質轉移到植物體內，再通過植株處理將土壤中的有害物質徹底清除。這樣通過鈍化和去除將汙染土壤進行改良修復，效果顯著。
[0020]⑨配製過程簡便，修復成本低。汙染土壤頂層修復材料利用固體廢棄物資源——粉煤灰和汙泥，其廉價易得，且數量巨大。蚯蚓糞可利用蚯蚓處理禽畜糞便產生，既可以消除禽畜糞便的二次汙染的作用，也可以的得到一種養分充足、富含有益微生物、疏鬆多孔的綠色肥料，也是一種廣泛是肥料資源。在配製和發酵過程中，工藝簡單，且基本上能實現無動力發酵。因此，汙染土壤頂層修復材料成本低、效果好，適合於大面積的汙染土壤的修復和改良。
【具體實施方式】
[0021]一種以活性汙泥為原料的汙染土壤頂層修復材料，包括粉煤灰、活性汙泥、蛭石，其中粉煤灰、活性汙泥、蚯蚓糞、緩衝劑、蛭石佔粉煤灰、活性汙泥、蚯蚓糞、緩衝劑、蛭石總重量的重量百分比分別為 20-40%、35-55%、20-40%、0.2_10%、4_5%。
[0022]上述以活性汙泥為原料的汙染土壤頂層修復材料的製備方法，包括如下步驟:
(I)將不同粒徑的粉煤灰進行混合，之後添加配方量的蛭石並充分混合；(2)將步驟(1)中得到的混合物與配方量的汙泥、蚯蚓糞和緩衝劑混合，在混合過程中添加水，並在混合的過程中用力擠壓使其充分混勻；
(3)將步驟(2)中得到的混合物中加入水，保持含水率在50-80%之間，保持溫度在15-40°C之間，進行發酵處理，發酵時間為30-60天；
(4)將發酵後所得的混合物磨細過篩，形成與壤土組成粒徑相似的材料，最終形成與成熟土壤理化性質相似的汙染土壤頂層修復材料。
[0023]步驟(1)粉煤灰的粒徑為l_5mm。
[0024]實施例一 I材料與方法
1.1實驗設計
實驗於2013年7月18日一2013年10月30日在揚州大學環境學院實驗室進行。試驗中所用的材料為汙泥、粉煤灰和蛭石，汙泥取自湯汪汙水處理廠，粉煤灰取自揚州華電發電廠，蛭石買自石家莊靈壽縣。按照成熟土壤的機械組成進行試驗方案的配比，具體的試驗配比如下表1和表2。
[0025]表1粉煤灰的配比組成
【權利要求】
1.一種以活性汙泥為原料的汙染土壤頂層修復材料，其特徵是，包括粉煤灰、活性汙泥、蚯蚓糞、蛭石，其中粉煤灰、活性汙泥、蚯蚓糞、緩衝劑、蛭石佔粉煤灰、活性汙泥、蚯蚓糞、緩衝劑、蛭石總重量的重量百分比分別為20-40%、35-55%、20-40%、0.2_10%、4_5%。
2.如權利要求1所述的以活性汙泥為原料的汙染土壤頂層修復材料的製備方法，其特徵是，包括如下步驟: (1)將不同粒徑的粉煤灰進行混合，之後添加配方量的蛭石並充分混合； (2)將步驟(1)中得到的混合物與配方量的汙泥、蚯蚓糞和緩衝劑混合，在混合過程中添加水，並在混合的過程中用力擠壓使其充分混勻； (3)將步驟(2)中得到的混合物中加入水，保持含水率在50-80%之間，保持溫度在15-40°C之間，進行發酵處理，發酵時間為30-60天； (4)將發酵後所得的混合物磨細過篩，形成與壤土組成粒徑相似的材料，最終形成與成熟土壤理化性質相似的汙染土壤頂層修復材料。
3.根據權利要求2所述的以活性汙泥為原料的汙染土壤頂層修復材料的製備方法，其特徵是，步驟(1)所述粉煤 灰的粒徑為l_5mm。
【文檔編號】B09C1/08GK103788958SQ201410027518
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月22日 優先權日:2014年1月22日
【發明者】高亞娟, 姚粉霞, 錢曉晴, 王凌瑋, 叢瑋瑋, 錢禕 申請人:揚州紅碩環境與生物工程研究有限公司