一种绿色可循环处理重金属土壤污染的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种绿色可循环处理重金属土壤污染的方法。该方法包括：土壤中重金属浸出流程，活性炭吸附材料制备流程，二氧化碳制备流程。本发明专利技术还公开了一种用于上述方法的装置，所述装置包括：土壤中重金属浸出设备，活性炭吸附材料制备装置，二氧化碳制备装置。采用该方法及装置，通过地浸法与绿色溶浸剂“CO2+O2”来达到高效处理土壤重金属污染的目的。该方法具有操作性强，无二次污染的特点。采用秸秆制备活性炭可以充分利用自然资源提高农作物利用效率，土壤中重金属浸出流程中吸附饱和的活性炭进行富氧燃烧可以提供土壤中重金属浸出需要的二氧化碳，从而形成碳循环利用绿色环保的工艺过程。

A Green and Recyclable Treatment Method and Device for Heavy Metal Soil Pollution

【技术实现步骤摘要】
一种绿色可循环处理重金属土壤污染的方法及装置
本专利技术属于土壤污染治理
，具体涉及一种绿色可循环处理重金属土壤污染的方法及装置。
技术介绍
随着矿产资源的大量开发利用，工业生产的迅猛发展和各种化学产品、农药及化肥的广泛使用，含重金属的污染物通过各种途径进入环境，造成土壤，尤其是农田土壤重金属污染日益严重。目前，世界各国土壤存在不同程度的污染，全世界平均每年排放Hg约1.5×104t、Cu约340万t、Pb约500万t、Mn约1500万t、Ni约100t。在欧洲，受重金属污染的农田有数百万公顷；在日本受Cd、Cu、As等污染的农田面积为7224hm2。当前我国受Cd、Hg、As、Cr、Pb污染的耕地面积约2000×104hm2，每年因重金属污染而损失的粮食约1000×104t，受污染粮食多达1200×104t，经济损失至少达200×108元。目前，世界各国对农田土壤重金属污染修复技术主要包括物理、化学、生物、农业生态和联合修复技术等。物理修复技术物理修复技术主要包括工程措施(客土、换土和深耕翻土)和热脱附。工程措施具有彻底、稳定的优点，但工程量大、投资高，易破坏土体结构，引起土壤肥力下降，为避免二次污染，还要对污染土壤进行集中处理。因此，只适用于小面积严重污染土壤的修复；热脱附是对污染土壤进行加热，将一些具有挥发性的重金属如Hg、As、Se等从土壤中解吸出来的一种方法，该方法工艺简单，但能耗大，操作费用高，且只适用于易挥发的污染物，脱附的气体需收集处理。化学修复技术化学修复技术包括电动修复、淋洗技术、稳定/固化修复技术。电动修复是通过在污染土壤两侧施加直流电压形成电场梯度，土壤中重金属污染物在电场作用下通过电迁移、电渗流或电泳的方式被带到电极两端，然后进行集中收集处理，从而清洁土壤。该方法特别适合于低渗透的粘土和淤泥土，可以控制污染物的流动方向。目前，已经在池体设计、电动过程及其机理、模型建立等方面开展了一些探索性工作。电动修复是一种原位修复技术，可同时去除重金属和有机污染物、不搅动土层、操作简单、处理效率高，是一种经济可行的修复技术，但易导致土壤理化性质变化。电动修复效率可能因土壤表面颗粒对污染物吸附及电极两端H+(正极)和OH-(负极)聚集影响而降低。由于酸碱可导致土壤理化性质变化，添加诸如螯合剂、络合剂、表面活性剂和氧化/还原剂(H2O2、NaMnO4、KMnO4、Fe0)，使之与重金属形成稳态且在pH较宽范围内可溶的化合物，通过增强土壤中重金属迁移性达到高效去除的目的。研究发现电动法在去除效果好和经济效益高等优点的同时,仍存在诸多缺点,如系统酸化导致反渗流现象；在碱性带易发生沉淀现象；土壤中某些污染物难以解析等问题。土壤淋洗技术是将水或含有冲洗助剂的螯合剂(柠檬酸、EDTA、DTPA、EDDS)、酸/碱溶液(H2SO4、HNO3)、络合剂(醋酸、醋酸铵、环糊精)、表面活性剂(APG、SDS、SDBS、DDT、鼠李糖脂)等淋洗剂注入到污染土壤或沉积物中，洗脱和清洗土壤中污染物的过程。该技术的关键是寻找一种既能提取各种形态的重金属，又不破坏土壤结构的淋洗液。研究表明，0.1mol·L-1HCl作为淋洗剂，对Cu、Ni、Pb、Zn的去除率分别为92％、77％、79％、75％；常用的人工螯合剂，如乙二胺四乙酸(EDTA)对Pb和Cd都能达到理想的淋洗效果。大量工程实践表明，土壤淋洗技术是一种快速、高效的方法。对于地质粘重、渗透性比较差的土壤修复效果较差。高效淋洗剂价格昂贵，洗脱废液可能造成土壤和地下水的二次污染。目前，可规模化应用的土壤淋洗技术及成套设备研制相对滞后，亟待进一步提高和完善。稳定/固化土壤修复技术指运用物理或化学的方法将土壤中有害污染物固定起来，或将污染物转化成化学性质不活泼的形态，阻止其在环境中迁移、扩散等活动，从而降低污染物质的毒害程度的修复技术。常用固化剂分为4类：无机粘结物质(如水泥、石灰等)，有机粘结剂(如沥青等热塑性材料)，热硬化有机聚合物(如尿素、酚醛塑料和环氧化物等)，玻璃质物质。化学固定主要通过加入化学药剂或材料，并利用其与重金属之间形成不溶性或移动性差、毒性小的物质而降低其在土壤中的生物有效性和迁移性。已有大量的改良材料，如多种金属氧化物、黏土矿物、有机质、高分子聚合材料、生物材料被应用。该技术的关键是寻找价格低廉且环境友好的改良剂。稳定/固化土壤修复技术是原位修复，简单易行，但不是一种永久的修复措施，因只改变了重金属的存在形态，重金属元素仍保留在土壤中，容易再度活化产生二次污染。生物修复技术生物修复是指利用特定的生物吸收、转化、清除或降解环境污染物，实现环境净化、生态效应恢复的生物措施，主要包括植物修复、微生物修复和动物修复。该方法因具有成本低、操作简单、无二次污染、处理效果好且能大面积推广应用等优点，其机理研究及应用前景备受关注。植物挥发是利用植物根系吸收金属，将其转化为气态物质挥发到大气中，以降低土壤污染，但易造成二次污染。微生物修复是利用活性微生物对重金属吸附或转化为低毒产物，从而降低重金属污染程度。但微生物个体微小，难以从土壤中分离，还存在与修复现场土著菌株竞争等。农业生态修复主要包括两个方面：一是农艺修复措施。二是生态修复。该技术成熟，成本较低、对土壤环境扰动较小等优点，但修复周期长，效果不显著。3.5联合修复技术目前研究较多的联合技术包括生物联合技术、物理化学联合技术和物理化学—生物联合技术。该技术多停留在实验室研究阶段，技术手段不成熟。上述现有技术存在以下缺点：1、能耗大，操作费用高；2、可规模化应用的土壤淋洗技术及成套设备研制相对滞后；3、容易再度活化产生二次污染；4、修复周期长，效果不显著。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种绿色可循环处理重金属土壤污染的方法及装置，该方法可以达到高效处理土壤重金属污染目的，并可以循环利用秸秆等生物质资源。一种绿色可循环处理重金属土壤污染的方法，其特征在于，该方法包括以下流程：土壤中重金属浸出流程：步骤1.二氧化碳和氧气通入注液管道，按照二氧化碳和氧气的体积比为3:1配制成溶浸剂，步骤2.配制完成的所述溶浸剂通过井场集控调配流量后分配给每个注液钻孔，步骤3.所述溶浸液流经被污染土壤层将土壤中的重金属浸出，浸出液通过潜水泵从被污染土壤层沿抽液钻孔中抽液支管提升至地表，步骤4.各所述抽液支管中的浸出液经过集液后汇总，再由过滤工序将其中的固体颗粒物去除，步骤5.经过过滤工序的浸出液进入重金属回收工序，所述重金属回收工序采用离子交换树脂吸附和活性炭吸附工艺去除重金属离子，去除重金属离子的浸出液成为尾液，返回步骤1重新进入配制工序；活性炭吸附材料制备流程：农业秸秆改性并经过碳化制备活性炭吸附材料，制备得到的所述活性炭材料应用于所述浸出液重金属回收工序中所述活性炭吸附工艺；二氧化碳制备流程：所述活性炭吸附工艺中吸附饱和的活性炭经过晾晒干燥后进行富氧燃烧，收集燃烧后的尾气，所述尾气经过洗涤净化得到二氧化碳气体，所述二氧化碳气体用于配制所述溶浸剂。上述技术方案中，所述二氧化碳气体经气体流量计量后注入注液总管，所述氧气通过气体流量计量后，直接流入每个注液钻孔支管道内，所述溶浸液中溶解的二氧化碳量为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种绿色可循环处理重金属土壤污染的方法，其特征在于，该方法包括以下流程：土壤中重金属浸出流程：步骤1.二氧化碳和氧气通入注液管道并形成溶浸剂，如按照二氧化碳和氧气的体积比为3:1配制成溶浸剂，步骤2.配制完成的所述溶浸剂通过井场集控调配流量后分配给每个注液钻孔，步骤3.所述溶浸液流经被污染土壤层将土壤中的重金属浸出，浸出液通过潜水泵从被污染土壤层沿抽液钻孔中抽液支管提升至地表，步骤4.各所述抽液支管中的浸出液经过集液后汇总，再由过滤工序将其中的固体颗粒物去除，步骤5.经过过滤工序的浸出液进入重金属回收工序，所述重金属回收工序采用离子交换树脂吸附和活性炭吸附工艺去除重金属离子，去除重金属离子的浸出液成为尾液，返回步骤1重新进入配制工序；活性炭吸附材料制备流程：农业秸秆改性并经过碳化制备活性炭吸附材料，制备得到的所述活性炭材料应用于所述浸出液重金属回收工序中所述活性炭吸附工艺；二氧化碳制备流程：所述活性炭吸附工艺中吸附饱和的活性炭经过晾晒干燥后进行富氧燃烧，收集燃烧后的尾气，所述尾气经过洗涤净化得到二氧化碳气体，所述二氧化碳气体用于配制所述溶浸剂。

【技术特征摘要】
1.一种绿色可循环处理重金属土壤污染的方法，其特征在于，该方法包括以下流程：土壤中重金属浸出流程：步骤1.二氧化碳和氧气通入注液管道并形成溶浸剂，如按照二氧化碳和氧气的体积比为3:1配制成溶浸剂，步骤2.配制完成的所述溶浸剂通过井场集控调配流量后分配给每个注液钻孔，步骤3.所述溶浸液流经被污染土壤层将土壤中的重金属浸出，浸出液通过潜水泵从被污染土壤层沿抽液钻孔中抽液支管提升至地表，步骤4.各所述抽液支管中的浸出液经过集液后汇总，再由过滤工序将其中的固体颗粒物去除，步骤5.经过过滤工序的浸出液进入重金属回收工序，所述重金属回收工序采用离子交换树脂吸附和活性炭吸附工艺去除重金属离子，去除重金属离子的浸出液成为尾液，返回步骤1重新进入配制工序；活性炭吸附材料制备流程：农业秸秆改性并经过碳化制备活性炭吸附材料，制备得到的所述活性炭材料应用于所述浸出液重金属回收工序中所述活性炭吸附工艺；二氧化碳制备流程：所述活性炭吸附工艺中吸附饱和的活性炭经过晾晒干燥后进行富氧燃烧，收集燃烧后的尾气，所述尾气经过洗涤净化得到二氧化碳气体，所述二氧化碳气体用于配制所述溶浸剂。2.根据权利要求1所述的方法中，其特征在于，所述二氧化碳气体经气体流量计量后注入注液总管，所述氧气通过气体流量计量后，直接流入每个注液钻孔支管道内，所述溶浸液中溶解的二氧化碳量为200～400mg/L，所述浸出液当中余氧含量为30～60mg/L。3.根据权利要求1所述的方法中，其特征在于，所述活性炭吸附材料制备流程为所述农业秸秆粉碎为长度1～10cm颗粒，所述颗粒放置于1～5wt％NaOH溶液中碱浸24～72h，然后取出用水洗涤至中性，洗涤后的所述颗粒进行干燥，将干燥后的所述颗粒在0.01～0.5g/mL(NH4)2HPO4溶液中浸渍24～36h，所述颗粒与所述(NH4)2HPO4溶液质量比为1:5，浸渍后所述颗粒在100～120℃烘干，再次烘干后的所述颗粒在空气中120～180℃下预氧化1～3h，经过预氧化的颗粒在500～800℃氮气保护下进行活化，加热速率控制在20～30℃/min，活化时间为50～60min。4.根据权利要求1所述的方法中，其特征在于，所述二氧化碳制备流程为将所述活性炭吸附工艺中吸附饱和的活性炭以1000～1200kg/h进行富氧燃烧，富氧燃烧产生的二氧化碳气体用水洗涤去除杂质，经过洗涤净化得到二氧化碳气体，所述二氧化碳气体用于配制所述溶浸剂。5.根据权利要求1所述的方法中，其特征在于，所述重金属回收工序还包括离子交换树脂淋洗脱附工序和离子交换树脂再生工序。6.一种用于权利要求1方法的装置，其特征在于，所述装置包括：土壤中重金属浸出设备：配液...

【专利技术属性】
技术研发人员：那平，李明珠，乔斌，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12