一种重金属污染土壤修复方法技术

本发明专利技术公开了一种重金属污染土壤修复方法，包括如下步骤：向土壤中灌水，然后按土壤质量投入0.5～2％的改性磁性生物炭，充分翻搅均匀，使改性磁性生物炭和土壤为泥水混合态，静置后，加水翻搅，使改性磁性生物炭漂浮出水面，然后将富集游离态Cd和土壤黏粒的磁性生物炭回收，从而达到使土壤总Cd减量的目的。本发明专利技术借助改性磁性生物炭的磁性和可漂浮等性质，对游离态Cd和Cd浓度高的土壤颗粒进行富集，使土壤Cd减量，同时改性磁性生物炭的施用对土壤亦有改良作用。本发明专利技术制备的改性磁性生物炭具有漂浮能力，可磁力回收，修复工艺流程简单、可操作性强，且绿色环保，是一项环境友好型修复技术。

【技术实现步骤摘要】
一种重金属污染土壤修复方法
本专利技术涉及环境保护的土壤污染修复
，尤其涉及一种重金属污染土壤修复方法。
技术介绍
在重金属污染中，镉(Cd)是对人体健康最具潜在危害的金属污染物之一，2014年，环境保护部会同国土资源部公布了《土壤污染状况调查公报》，调查结果显示，Cd的点位超标率高达7％。因此，修复Cd污染土壤，使土壤Cd减量刻不容缓。目前，关于土壤Cd减量的修复方法众多，比如植物修复技术和化学淋洗技术等，每种方法各有优缺点。植物修复技术环保安全且存在经济优势，但是，大多数超富集植物体积小，生长缓慢，不易选择和培养，因此，植物修复效率较差，恢复时间较长，往往需要数年。同时，如何安全、经济地处理收获的植物也是面临的挑战，目前首选和推荐的处理方法往往是焚烧，但这也面临着对环境的二次污染和成本的上升。传统化学淋洗技术简单，可以通过离子交换等作用使土壤中的Cd溶解到液体中，但洗脱后的淋洗剂需要收集处理。利用生物炭的吸附特性处理Cd土壤污染的应用得到越来越的关注。传统钝化技术利用生物炭通过各种作用将Cd吸附固定在生物炭表面，降低Cd在土壤中的迁移和Cd的生物有效性，进而减少农作物对Cd的吸收。利用传统的生物炭钝化技术，虽然固定了土壤污染中的Cd，但土壤中总Cd含量不变。申请号为CN109622592A的专利，公开了一种基于改性生物炭的土壤重金属移除方法，其将生物炭置于尼龙材质的网袋中，将网袋埋入重金属污染土壤中，埋入深度5cm，间隔10cm，埋入土壤中20天后将网袋取出，完成将重金属从土壤中去除。该专利技术方法达到了重金属从土壤中减量的效果，但也存在一些问题，如其将生物炭装入尼龙网袋减少了生物炭与土壤的接触面积，网袋中央的生物炭无法与土壤充分接触，间隔10cm也使间隔中的土壤无法与生物炭反应，因此，修复效果不佳。申请号为CN109622581A的专利，公开了一种利用磁改性生物炭去除污染土壤重金属的方法，其将磁性生物炭与重金属污染土壤混合接触，经过高压冲洗筛分得到粒径≥20mm、5mm～20mm、≤5mm的土壤组分，将磁改性生物炭和粒径≤5mm的土壤组分连续强力混合、磁选分离和固液分离等步骤，得到用于农业生产和建设用地的达标土壤。该方法也起到了土壤重金属减量的效果，但其存在一些问题，将土壤取出异位处理、高压冲洗筛分伴随着巨大的能耗，同时，其分离系统为多梯度分选，操作步骤繁琐。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种重金属污染土壤修复方法，以有效去除土壤中镉，并在达到土壤中Cd减量目的同时，简化修复程序。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种重金属污染土壤修复方法，包括如下步骤：S1、向待修复农田土壤内灌人淋洗液，然后，投加改性磁性生物炭，翻耕，使得农田土壤和淋洗液混合均匀，形成泥水混合物；其中，所述改性磁性生物炭分散于泥水混合物内；所述改性磁性生物炭上负载有Ca/Al水滑石；S2、将步骤S1获得的泥水混合物静置后，引入灌溉水，搅拌，使得磁性生物炭漂浮于水面，然后，收集磁性生物炭，完成修复。作为上述方案的进一步限定，所述改性磁性生物炭的制备方法，包括如下步骤：(1)将生物炭原料破碎后浸渍于含有Fe2+的溶液中，振荡后过滤，获得固体原料；(2)将步骤(1)获得的固体原料烘干后，热解处理，获得磁性生物炭；(3)采用水热法制备磁性生物炭负载的Ca-Al水滑石吸附剂；(4)将壳聚糖溶解于醋酸溶液中，然后加入戊二醛及步骤(3)制得的磁性生物炭负载的Ca-Al水滑石吸附剂，混合均匀后，调pH至强碱性，并于水热下搅拌反应，待反应结束后进行过滤、洗涤、干燥即制得壳聚糖改性的磁性生物炭负载钙铝水滑石复合吸附材料。作为上述方案的进一步限定，所述生物炭原料为核桃壳、花生壳、玉米秸秆中的一种或多种。作为上述方案的进一步限定，步骤(2)中，所述热解处理条件为500～700℃下热解处理1～2h。作为上述方案的进一步限定，步骤(3)中，所述磁性生物炭负载的Ca-Al水滑石吸附剂的制备方法，包括如下步骤：(2a)将Ca(NO3)2、Al(NO3)3·9H2O按照摩尔比为3:1溶于水中，并加入步骤(2)制得的磁性生物炭，混匀后备用；(2b)搅拌条件下，向上述混合溶液中加入含NaOH和Na2CO3的混合溶液，并于120～160℃下水热反应3～5h，待反应结束后，过滤、洗涤、干燥后即制得所述磁性生物炭负载的Ca-Al水滑石吸附剂。作为上述方案的进一步限定，步骤(4)中，壳聚糖与磁性生物炭负载的Ca-Al水滑石吸附剂的用量比为1:1～2。作为上述方案的进一步限定，所述改性磁性生物炭的投加量为待修复土壤质量的0.5～2％。作为上述方案的进一步限定，步骤S1中，向待修复农田土壤内灌入淋洗液后，上覆水达到4～5cm，以更好地满足改性磁性生物炭和土壤可以充分翻搅混合，成为均匀的泥水混合态。申请人反复研究发现，液固比过低，会影响改性磁性生物炭和Cd之间的传质，液固比过高会导致生物炭漂浮在水面，无法与土壤充分接触；翻耕时间为10～30min，翻耕可使改性磁性生物炭和泥水混合均匀可以充分反应，且改性磁性生物炭不发生团聚，与泥水充分接触。泥水混合物状态较为粘稠，粘滞力和阻力较大，改性磁性生物炭此时不会浮在表面，与土壤充分混合，且磁性生物炭不发生团聚，从而与泥水充分接触作为上述方案的进一步限定，步骤S1中，所述淋洗液为水或5～10mmol/L的CaCl2溶液。本专利技术优选对土壤pH影响较小的CaCl2溶液，同时低浓度CaCl2溶液避免了土壤发生板结。作为上述方案的进一步限定，步骤S2中，引入灌溉水，使上覆水达到5-8cm，以满足生物炭的漂浮；静置时间为12～48h，以使水、土和改性磁性生物炭之间充分反应，使Cd溶出，同时吸附粒径微小(≤50μm)的土壤黏粒。一般的，土壤颗粒组成中，黏粒粒径最小(≤2μm)，且Cd富集浓度最高，利用改性磁性生物炭的微孔对Cd和粒径微小的土壤黏粒的吸附，达到富集Cd的目的。进一步地，S2中，每平方米搅拌1～10min，使土壤中的改性磁性生物炭漂浮至水面。进一步地，S2之后，排水，于排水口的网栅拦截未打捞出的改性磁性生物炭，一并回收。本专利技术基于改性磁性生物炭的镉污染农田土壤修复方法，可有效解决现有Cd污染土壤修复方法中，对土壤pH影响过大，产生二次污染的问题，同时安全绿色环保，不会影响土壤生态环境以及微生物生存环境，利用改性磁性生物炭疏松多孔的性质吸附Cd和含Cd浓度高、粒径微小的土壤黏粒，再利用磁性生物炭的磁性和漂浮能力使其方便回收，从而达到土壤Cd减量的目的。本专利技术中，改性磁性生物炭磁回收能在更大程度上对土壤Cd进行减量，是一项高效彻底的农田土壤修复技术。本专利技术利用改性磁性生物炭疏松多孔、质地轻和具有磁性可漂浮的性质对土壤Cd进行去除，与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术改性磁性生物炭原料优选农本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种重金属污染土壤修复方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、向待修复农田土壤内灌人淋洗液，然后，投加改性磁性生物炭，翻耕，使得农田土壤和淋洗液混合均匀，形成泥水混合物；/n其中，所述改性磁性生物炭分散于泥水混合物内；所述改性磁性生物炭上负载有Ca/Al水滑石；/nS2、将步骤S1获得的泥水混合物静置后，引入灌溉水，搅拌，使得磁性生物炭漂浮于水面，然后，收集磁性生物炭，完成修复。/n

【技术特征摘要】
1.一种重金属污染土壤修复方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、向待修复农田土壤内灌人淋洗液，然后，投加改性磁性生物炭，翻耕，使得农田土壤和淋洗液混合均匀，形成泥水混合物；
其中，所述改性磁性生物炭分散于泥水混合物内；所述改性磁性生物炭上负载有Ca/Al水滑石；
S2、将步骤S1获得的泥水混合物静置后，引入灌溉水，搅拌，使得磁性生物炭漂浮于水面，然后，收集磁性生物炭，完成修复。


2.根据权利要求1所述的一种重金属污染土壤修复方法，其特征在于，所述改性磁性生物炭的制备方法，包括如下步骤：
(1)将生物炭原料破碎后浸渍于含有Fe2+的溶液中，振荡后过滤，获得固体原料；
(2)将步骤(1)获得的固体原料烘干后，热解处理，获得磁性生物炭；
(3)采用水热法制备磁性生物炭负载的Ca-Al水滑石吸附剂；
(4)将壳聚糖溶解于醋酸溶液中，然后加入戊二醛及步骤(3)制得的磁性生物炭负载的Ca-Al水滑石吸附剂，混合均匀后，调pH至强碱性，并于水热下搅拌反应，待反应结束后进行过滤、洗涤、干燥即制得壳聚糖改性的磁性生物炭负载钙铝水滑石复合吸附材料。


3.根据权利要求2所述的一种重金属污染土壤修复方法，其特征在于，所述生物炭原料为核桃壳、花生壳、玉米秸秆中的一种或多种。


4.根据权利要求2所述的一种重金属污染土壤修复方法，其特征在于，步骤(2)中，所述热解处理条件为500～700℃下热解处理1～2h。

【专利技术属性】
技术研发人员：赵付平，
申请(专利权)人：赵付平，
类型：发明
国别省市：湖北;42