一种铜镉污染河道水体及底泥的磁性微球修复方法技术

一种铜镉污染河道水体及底泥的磁性微球修复方法，包括以下步骤：（1）制备铁酸锰/壳聚糖磁性复合微球；（2）利用磁性复合微球修复铜镉污染河道：①对河道污染水体的吸附处理，将铁酸锰/壳聚糖磁性复合微球置于网袋在污染河道中移动，吸附水体中的铜镉离子；②对河道污染底泥的修复处理：a．污染底泥原位处理，将磁性复合微球在封闭环境内完成吸附作业；b．污染底泥绞吸异位处理：当污染底泥不适用原位处理时，通过绞吸将污染底泥抽到岸边再进行处理；c．污染底泥异位固化处理：将吸附反应池排出的泥水进行污泥干化处理；（3）吸附饱和的磁性复合微球再生。本发明专利技术工艺简单、实用性强、治理效果好，原料易得，可再生，不产生二次污染。

A magnetic microsphere remediation method for copper and cadmium contaminated river water and sediment

A method for remediation of copper and cadmium polluted river water and sediment by magnetic microspheres includes the following steps: (1) preparation of manganese ferrite/chitosan magnetic composite microspheres; (2) remediation of copper and cadmium polluted river water by magnetic composite microspheres; (1) adsorption treatment of river polluted water by placing manganese ferrite/chitosan magnetic composite microspheres in net bags Moving in polluted rivers and adsorbing copper and cadmium ions in water body; 2. Rehabilitation treatment of polluted sediment in rivers: a. In situ treatment of polluted sediment, magnetic composite microspheres are used to complete adsorption in closed environment; B. Strand ectopic treatment of polluted sediment: When the polluted sediment is not suitable for in situ treatment, the polluted sediment is sucked by stranding. C. heterotopic solidification of contaminated sediment: sludge from the adsorption reaction tank is dried; (3) regeneration of magnetic composite microspheres saturated by adsorption. The invention has the advantages of simple process, strong practicability, good treatment effect, easy availability of raw materials, renewable, and no secondary pollution.

【技术实现步骤摘要】
一种铜镉污染河道水体及底泥的磁性微球修复方法
本专利技术涉及一种用于铜镉污染河道修复的铁酸锰/壳聚糖磁性复合微球的制备方法，属于重金属污染治理

技术介绍
当铜元素在生物体内积累到一定数量后，生物体就会出现受害症状，如生理受阻、发育停滞，甚至死亡，整个水生生态系统结构、功能受损，崩溃。镉是一种具有生物毒性的重金属，其化合物大多具有毒性。环境中的镉污染物的存在会干扰微生物的生长代谢活动，降低微生物的活性、减少微生物的种类和数量及改变微生物的群落结构。目前，水体重金属污染修复治理主要有两种途径。一是降低重金属在水体中的迁移能力和生物可利用性；二是将重金属从被污染水体中彻底清除。离子还原法适用范围有限，并且容易造成二次污染。电动力修复技术需利用电场迁移力将重金属移除水体，成本较高，不利于自然水体中重金属污染物的去除。壳聚糖由自然界广泛存在的甲壳素通过脱去乙酰作用形成，是仅次于纤维素的第二大天然有机化合物，主要来源于海洋中虾、螃蟹、贝壳等甲壳素类动物的外壳和一些真菌、藻类的细胞壁中。壳聚糖无毒无味，可生物降解，来源广泛，价格低廉，具有较高的吸附性能，属于可再生能源。CN107321326A公开一种阴离子聚合物接枝壳聚糖磁性复合微球及制备方法和应用，该复合物以壳聚糖磁性复合微球为核，以接枝的阴离子聚合物为刷。其制备方法，包括采用反向乳液交联法将壳聚糖与Fe3O4纳米颗粒制备成壳聚糖磁性复合微球，再将壳聚糖磁性复合微球与阴离子单体共聚反应生成阴离子聚合物接枝壳聚糖磁性复合微球。制备的阴离子聚合物接枝壳聚糖磁性复合微球可实现对阳离子染料的有效去除，且吸附容量大，在外磁场下易于分离，解吸后可多次重复利用且不影响吸附效果。CN104874366A公开的壳聚糖磁性吸附材料的制备及在吸附污水中Pb2+、As3+的应用，采用溶胶-凝胶法，将壳聚糖接枝在Fe3O4@SiO2磁性纳米粒子表面；由于壳聚糖的多孔性结构以及表面分布众多自由氨基、羟基，对金属离子有很好的吸附作用，与四氧化三铁相结合又大大提高了吸附材料比表面积以及吸附材料的稳定性与吸附分离性。制备的磁性纳米复合吸附剂对水溶液中的Pb2+、As3+有很好的吸附能力，可用于工业及生活废水中Pb2+、As3+的净化和处理。但是将壳聚糖磁性微球用于污染河道水体及底泥修复未见报道。对于铜镉污染河道水体及底泥亟需一种工艺简单、实用性强、治理效果好的修复方法。
技术实现思路
本专利技术针对现有河道重金属污染治理技术的不足，提供一种工艺简单、实用性强、治理效果好的铜镉污染河道水体及底泥的磁性微球修复方法。本专利技术铜镉污染河道水体及底泥的磁性微球修复方法，包括以下步骤：(1)制备铁酸锰/壳聚糖磁性复合微球：①将壳聚糖(CS)溶于体积分数为2-4％的稀醋酸溶液中，得到壳聚糖浓度为10-20mg/L的壳聚糖溶液；②将步骤①得到的壳聚糖按铁酸锰(MnFe2O4)与壳聚糖质量比为0.2-0.6:1加入铁酸锰，放入超声清洗仪中，35-45℃下80-120W超声处理10-20分钟，使铁酸锰在溶液中分散均匀，得到铁酸锰溶液；③将步骤②得到的铁酸锰溶液滴加到质量浓度为1-3％的NaOH溶液中，铁酸锰溶液与NaOH溶液体积比为0.2-0.3:1，NaOH溶液的pH为11-13，然后加入质量分数为20-30％的戊二醛溶液，NaOH溶液与戊二醛溶液的体积比为1:0.02-0.03，发生交联反应，静置10-14小时；④用磁铁分离步骤③中的产物(铁酸锰/壳聚糖(MnFe2O4/CS)磁性复合微球)，用无水乙醇清洗后，再用去离子水冲洗至中性，60℃烘箱中干燥11-13小时，得到铁酸锰/壳聚糖磁性复合微球；(2)利用铁酸锰/壳聚糖磁性复合微球修复铜镉污染河道：①对河道污染水体的吸附处理：对于铜镉污染的河道，将铁酸锰/壳聚糖磁性复合微球装入1000-1500目尼龙网袋中，将尼龙网袋在污染河道水体中移动，吸附水体中的铜镉离子，网袋内复合微球吸附饱和后，将其取出，并置换新的吸附材料，吸附饱和的材料再生后再用。具体可根据河道宽度及船只动力，将尼龙网袋以单排或多排的形式悬挂在浮板上，由船只带动浮板在河道水面移动，并在浮板上设置可调节网袋悬挂高度悬挂板。所述将铁酸锰/壳聚糖磁性复合微球装入1000-1500目尼龙网袋中,是指当河道水体铜浓度为0.01-1mg/L或镉浓度为0.001-0.01mg/L时，在每个尼龙网袋中加入40-100g磁性复合微球。②对河道污染底泥的修复处理：a.污染底泥原位处理：当铜或镉重金属污染底泥的厚度小于40cm且泥质松软(如细沙质或腐殖质为主)时，将铁酸锰/壳聚糖磁性复合微球在封闭环境内完成吸附作业。所述将铁酸锰/壳聚糖磁性复合微球在封闭环境内完成吸附作业，是将铁酸锰/壳聚糖磁性复合微球置于重金属吸附反应器中，所述重金属吸附反应器，包括筒体，筒体底部敞开，上部设置盖板，盖板上设置有电磁排气阀，筒体侧壁具有内层和外层(为有机玻璃结构)，内层和外层之间设有电磁铁，各电磁铁指向筒体外侧的磁性相同；筒体内部设置搅拌器。电磁排气阀的作用是，在反应器沉入水底的过程中起到排除筒体内空气的作用，在通电具有磁性的条件下打开；作业时，将磁性复合微球置于筒体内，筒体侧壁内的电磁铁通电加磁，使磁性复合微球吸附在筒体的内壁上，且电磁排气阀通电加磁打开，将筒体放入水体，直至落入底泥中；然后，电磁铁和电磁排气阀断电消磁，电磁排气阀锁闭，同时开启筒体内的搅拌装置，底泥在搅拌器的搅动作用下悬浮起来，与由筒体内壁脱落下来的磁性复合微球进行充分接触，底泥中铜或镉重金属污染物质则被磁性复合微球吸附，吸附反应在完全封闭的环境进行；当重金属的吸附反应结束时，降低搅拌器的搅拌速度，通电加磁，吸附了重金属的磁性复合微球则被吸附到筒体内壁上，然后，完全停止搅拌，静止1-5分钟后，电磁排气阀通电加磁打开，将筒体提升出水面；磁性复合微球尚未吸附饱和的，在下一点位开展作业，直至微球对重金属吸附饱和后，进行再生后再次使用或换入新鲜的磁性复合微球。b.污染底泥绞吸异位处理：当污染底泥不适用原位固化处理时，通过绞吸将污染底泥抽到岸边再进行处理；将绞吸上来的含重金属泥水(含水率99％以上)泵入到河岸边的底泥临时固化场地，临时固化场地的底部及四周进行防渗处理，在临时固化场地将疏浚底泥进行筛分处理后，去除2-5mm以上的砂石(可做建材)杂物，剩余泥水则排入装填有磁性复合微球的吸附反应池，在吸附反应池内进行吸附处理；具体过程是：吸附反应池的侧壁设有电磁铁，各电磁铁指向反应池外侧的磁性相同；吸附反应池内磁性复合微球的装填体积密度为1:4-6，吸附反应池的出口设闸门，闸门前设置二次微粒收集板，二次微粒收集板中设置有出水通道，出水通道之间设置二次收集电磁铁，吸附反应池中设置搅拌装置；作业时，电磁铁断电消磁，排入吸附反应池的泥水在搅拌器的作用下与磁性复合微球完全接触，发生吸附反应，在反应20-40分钟或泥水中重金属达到吸附平衡后，在闸门处放下二次微粒收集板，对二次微粒收集板电磁铁通电加磁，打开闸门，反应后泥水通过二次微粒收集板的出水通道的过程中，尚未被反应池侧壁吸附的磁性微粒被吸附在出水通道的侧壁上，磁性微粒吸附截留完全后的泥水则通过闸门排出；然后断电，去掉各电磁铁的磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜镉污染河道水体及底泥的磁性微球修复方法，其特征是，包括以下步骤：(1)制备铁酸锰/壳聚糖磁性复合微球：①将壳聚糖溶于体积分数为2‑4％的稀醋酸溶液中，得到壳聚糖浓度为10‑20mg/L的壳聚糖溶液；②将步骤①得到的壳聚糖按铁酸锰与壳聚糖质量比为0.2‑0.6:1加入铁酸锰，放入超声清洗仪中，35‑45℃下80‑120W超声处理10‑20分钟，使铁酸锰在溶液中分散均匀，得到铁酸锰溶液；③将步骤②得到的铁酸锰溶液滴加到质量浓度为1‑3％的NaOH溶液中，铁酸锰溶液与NaOH溶液体积比为0.2‑0.3:1，然后加入质量分数为20‑30％的戊二醛溶液，NaOH溶液与戊二醛溶液的体积比为1:0.02‑0.03，静置10‑14小时；④用磁铁分离步骤③中的产物，用无水乙醇清洗后，再用去离子水冲洗至中性，60℃烘箱中干燥11‑13小时，得到铁酸锰/壳聚糖磁性复合微球；(2)利用铁酸锰/壳聚糖磁性复合微球修复铜镉污染河道：①对河道污染水体的吸附处理：对于铜镉污染的河道水体，将铁酸锰/壳聚糖磁性复合微球装入1000‑1500目尼龙网袋中，将尼龙网袋在污染河道水体中移动，吸附水体中的铜镉离子；②对河道污染底泥的修复处理：a.污染底泥原位处理：当铜或镉重金属污染底泥的厚度小于40cm且泥质松软时，将铁酸锰/壳聚糖磁性复合微球在封闭环境内完成吸附作业；b.污染底泥绞吸异位处理：当污染底泥不适用原位固化处理时，通过绞吸将污染底泥抽到岸边再进行处理；将绞吸上来的含重金属泥水泵入到河岸边的底泥临时固化场地，临时固化场地的底部及四周进行防渗处理，在临时固化场地将疏浚底泥进行筛分处理后，去除2‑5mm以上的砂石杂物，剩余泥水则排入装填有磁性复合微球的吸附反应池，在吸附反应池内进行吸附处理。c.污染底泥异位固化处理：将吸附反应池排出的泥水在临时干化场地干化至含水率为20‑30％，向干化的底泥中按5‑20％的重量比例添加铁酸锰/壳聚糖磁性复合微球，并搅拌充分混合，固化后进行污泥干化处理；(3)吸附饱和的铁酸锰/壳聚糖磁性复合微球再生处理。...

【技术特征摘要】
1.一种铜镉污染河道水体及底泥的磁性微球修复方法，其特征是，包括以下步骤：(1)制备铁酸锰/壳聚糖磁性复合微球：①将壳聚糖溶于体积分数为2-4％的稀醋酸溶液中，得到壳聚糖浓度为10-20mg/L的壳聚糖溶液；②将步骤①得到的壳聚糖按铁酸锰与壳聚糖质量比为0.2-0.6:1加入铁酸锰，放入超声清洗仪中，35-45℃下80-120W超声处理10-20分钟，使铁酸锰在溶液中分散均匀，得到铁酸锰溶液；③将步骤②得到的铁酸锰溶液滴加到质量浓度为1-3％的NaOH溶液中，铁酸锰溶液与NaOH溶液体积比为0.2-0.3:1，然后加入质量分数为20-30％的戊二醛溶液，NaOH溶液与戊二醛溶液的体积比为1:0.02-0.03，静置10-14小时；④用磁铁分离步骤③中的产物，用无水乙醇清洗后，再用去离子水冲洗至中性，60℃烘箱中干燥11-13小时，得到铁酸锰/壳聚糖磁性复合微球；(2)利用铁酸锰/壳聚糖磁性复合微球修复铜镉污染河道：①对河道污染水体的吸附处理：对于铜镉污染的河道水体，将铁酸锰/壳聚糖磁性复合微球装入1000-1500目尼龙网袋中，将尼龙网袋在污染河道水体中移动，吸附水体中的铜镉离子；②对河道污染底泥的修复处理：a.污染底泥原位处理：当铜或镉重金属污染底泥的厚度小于40cm且泥质松软时，将铁酸锰/壳聚糖磁性复合微球在封闭环境内完成吸附作业；b.污染底泥绞吸异位处理：当污染底泥不适用原位固化处理时，通过绞吸将污染底泥抽到岸边再进行处理；将绞吸上来的含重金属泥水泵入到河岸边的底泥临时固化场地，临时固化场地的底部及四周进行防渗处理，在临时固化场地将疏浚底泥进行筛分处理后，去除2-5mm以上的砂石杂物，剩余泥水则排入装填有磁性复合微球的吸附反应池，在吸附反应池内进行吸附处理。c.污染底泥异位固化处理：将吸附反应池排出的泥水在临时干化场地干化至含水率为20-30％，向干化的底泥中按5-20％的重量比例添加铁酸锰/壳聚糖磁性复合微球，并搅拌充分混合，固化后进行污泥干化处理；(3)吸附饱和的铁酸锰/壳聚糖磁性复合微球再生处理。2.根据权利要求1所述的铜镉污染河道水体及底泥的磁性微球修复方法，其特征是，所述将铁酸锰/壳聚糖磁性复合微球装入1000-1500目尼龙网袋中，是指当河道水体铜浓度为0.01-1mg/L或镉浓度为0.001-0.01mg/L时，在每个尼龙网袋中加入40-100g磁性复合微球。3.根据权利要求1所述的铜镉污染河道水体及底泥的磁性微球修复方法，其特征是，所述将铁酸锰/壳聚糖磁性复合微球在封闭环境内完成吸附作业，是将...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彦浩，王宇辰，张志斌，曹国勋，夏四清，林建伟，朱广伟，孙翠珍，张向阳，
申请(专利权)人：山东建筑大学，
类型：发明
国别省市：山东,37