一种异位纳米材料强化生物淋洗修复土壤的方法技术

本发明专利技术属于土壤修复技术领域，公开了一种异位纳米材料强化生物淋洗修复土壤的方法。通过纳米材料与微生物结合制备淋洗剂，利用纳米材料和微生物协同发挥作用使重金属从固相土壤中转移到液相淋洗液中，淋洗过程中淋洗液可以循环利用，最终实现重金属回收或处置。本发明专利技术利用纳米材料高活性、高反应性的特征加快微生物活化重金属的速率，加速重金属从固相土壤转移到液相淋洗液中，同时纳米材料和微生物可以滞留在土壤中进一步与土壤中的重金属进行反应，可以提高重金属的淋出效率。本发明专利技术有效解决了传统淋洗技术淋洗效率低、淋洗对土壤理化性质扰动大和大量淋洗废液的后续处理问题，本发明专利技术技术对环境友好，并且大幅降低了淋洗成本。

【技术实现步骤摘要】
一种异位纳米材料强化生物淋洗修复土壤的方法
本专利技术属于土壤修复
，具体涉及一种异位纳米材料强化生物淋洗修复土壤的方法。
技术介绍
重金属污染土壤的处理技术一直是国内外关注的重点。针对目前重金属污染土壤的处理技术主要包括化学淋洗法、微生物修复法、电动修复法、玻璃化法、植物修复法和固化/稳定化法等。其中化学淋洗法由于其可以提取土壤中的重金属，具有修复效率相对较高和处理成本相对较低的优点，得到了较为广泛的应用。然而化学淋洗法也有一定的局限性。化学淋洗技术将重金属从土壤中淋洗出来再对淋洗废液进行处理，通过固液分离重金属废渣，达到重金属合理处置的目的。传统的淋洗技术使用的化学药剂主要有无机酸、有机酸、人工螯合剂、阳离子表面活性剂和生物表面活性剂等。这些化学淋洗剂具有重金属淋洗效率高、淋洗成本低等优点，但淋洗过程中可能会破坏了土壤的理化性质，使大量土壤养分流失，残留在土壤在的化学淋洗剂生物降解性差，且淋洗过程淋洗废液的不合理收集和处理容易造成二次污染。除此之外，淋洗废液的处理工程量巨大而且处理成本较高。专利CN111014274A公开了一种原位淋洗与微生物深层钝化联合修复重金属污染土壤的方法，其主要通过FeCl3容易作为淋洗剂对土壤进行淋洗，然后使用活化硫酸盐还原进行重金属钝化材料，该技术具有二次污染小和修复成本低等优点，但该技术未提及淋洗废液的后续处理问题，淋洗废液的处理工程量大和成本高是限制化学淋洗技术使用的因素之一。专利CN110976498A公开了一种重金属污染土壤的淋洗修复方法，其主要理由固体废弃物渗滤液制备淋洗剂进行土壤淋洗，然后通过膜过滤的技术处理淋洗废液，该技术具有淋洗效率高、二次污染小和修复成本低等优点，但该技术通过膜过滤的技术处理淋洗废液的处理工程量大和成本高，不利于大规模使用。专利CN110484276A公开了一种纳米铁基复合材料与六价铬还原细菌协同处理土壤中六价铬的方法，利用铁硅酸盐矿物材料与六价铬还原菌耦合制备纳米铁基复合材料，可以降低了铬在土壤中的迁移能力和生物利用性，实现对六价铬污染土壤的修复。专利CN109852567A用了类似的技术，通过生物炭材料与微生物菌群耦合制备菌剂应用于重金属污染土壤修复，通过上述例证可知，微生物复合材料可以有效降低重金属在土壤中的迁移能力但因重金属存在于土壤中仍具有一定的风险，同时微生物复合材料也可以作为生物淋洗剂去除土壤中的重金属，但后续淋洗废液的处理仍未有较完善的处理技术。因此，化学淋洗技术容易对土壤造成扰动的问题和淋洗废液处理量大的问题亟待解决。需要寻找一种成本低的环境友好型生物淋洗修复土壤的方法，可以高效提取土壤中存在的重金属以及循环利用淋洗液从而解决淋洗废液的处理问题。
技术实现思路
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本专利技术的目的在于提出一种异位纳米材料强化生物淋洗修复土壤的方法，通过纳米材料与微生物结合制备淋洗剂，利用纳米材料和微生物协同发挥作用使重金属从固相土壤中转移到液相淋洗液中，淋洗过程中淋洗液可以循环利用，最终达到重金属回收或处置的目的。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种异位纳米材料强化生物淋洗修复土壤的方法，其特征在于包括如下步骤：将受到污染的土壤进行挖掘、筛分和破碎处理；然后通过喷淋装置对土壤喷施生物淋洗剂，再将污染土壤与生物淋洗剂充分接触进行生物淋洗，待污染物由固相转移到液相后，通过重力渗透分离淋洗废液。进一步地，所述的生物淋洗过程中土壤质量与淋洗剂体积比例(固液比)为1：3～10；所述淋洗时间为1～24h。进一步地，所述的生物淋洗剂通过微生物菌株和铁基/镁基纳米材料耦合制备得到，具体为在微生物生长菌株的同时形成所需的铁基/镁基纳米材料，所述铁基/镁基纳米材料沉积在微生物体内或表面，自发的形成微生物-纳米材料协同体系。更进一步地，所述微生物菌株、铁基纳米材料、镁基纳米材料与水的质量比为(1～2):(2～4):(0.5～1):(500～5000)。进一步地，所述微生物菌株为芽孢杆菌属。进一步地，所述的铁基纳米材料包含ɑ-Fe2O3纳米材料和纳米零价铁的至少一种；所述ɑ-Fe2O3纳米材料其通过如下方法制备得到：称取三氯化铁(FeCl3)溶于无氧水中，制备得到0.5～2.0mol/L的三氯化铁溶液，将三氯化铁溶液加入到其溶液10倍体积的沸水中反应，得到红黑溶胶后冷却至室温，然后用纤维素管状膜(Spectra/Por1)对氯离子进行透析，直到pH值达到4.5，在70～90℃下真空干燥处理，最终得到目标产物ɑ-Fe2O3纳米材料。所述纳米零价铁其通过如下方法制备得到：在氮气保护氛围下，按照溶液浓度为40～50mol/L的投加量加入适量四水合氯化亚铁(FeCl2·4H2O)和按照溶液浓度为0.005～0.01mol/L的投加量加入聚乙二醇，加入无氧水和无水乙醇混合溶液，无氧水和无水乙醇体积比1：(1～2)，得到溶液A；配制0.1％的NaOH溶液，按照溶液浓度为1～2mol/L的投加量加入硼氢化钾(KBH4)与NaOH溶液混合，得到溶液B，将溶液B加入溶液A中，反应完成后用磁选法选出固体产物后分别用无氧水和无水乙醇洗涤，最终得到目标产物纳米零价铁。进一步地，所述的镁基纳米材料为氧化镁纳米材料；所述氧化镁纳米材料其通过如下方法制备得到：称取氢氧化钠(NaOH)溶于无氧水中，制备得到0.25～4.0mol/L的氢氧化钠溶液，并按照0.25～4.0g/L的投加量加入对硝基偶氮间苯二酚(NPR)，得到溶液A。称取硫酸镁(MgSO4)溶于无氧水中，制备得到0.1～0.5mol/L的硫酸镁溶液溶液B；然后将A溶液和B溶液按体积比A：B＝1:(2.5～5)混合，搅拌均匀，在60～80℃下水浴反应16～24h，然后于400～800℃的管式炉中反应1～2h，最终得到目标产物氧化镁纳米材料。上述的淋洗废液通过先投加重金属沉淀剂、然后投加淋洗再生剂实现循环使用的。进一步地，所述的重金属沉淀剂为氢氧化镁、生石灰、硫酸亚铁和多硫化钙中的至少一种；所述重金属沉淀剂的投加量为0.2～2g/L。进一步地，所述淋洗剂再生剂由吐温水溶液与铁基、镁基纳米材料组成。所述吐温为吐温20、吐温40、吐温60、吐温80中至少一种。更进一步的，所述吐温水溶液的浓度为0.03％～0.06％(v/v)。所述淋洗再生剂的用量满足淋洗废液中微生物、铁基纳米材料、镁基纳米材料与吐温水溶液的质量比为(1～2):(2～4):(0.5～1):(500～5000)。一种异位纳米材料强化生物淋洗修复土壤，通过上述方法制备得到。所述异位纳米材料强化生物淋洗修复土壤在上述的土壤为重金属污染土壤，土壤重金属含量超过国家标准《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618-2018)和《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB36600-2018)中第一类用地土壤风险筛选值的3倍以内，重金属包括铬、镉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种异位纳米材料强化生物淋洗修复土壤的方法，其特征在于包括如下步骤：/n将受到污染的土壤进行挖掘、筛分和破碎处理；然后通过喷淋装置对土壤喷施生物淋洗剂，再将污染土壤与生物淋洗剂充分接触进行生物淋洗，待污染物由固相转移到液相后，通过重力渗透分离淋洗废液。/n

【技术特征摘要】
1.一种异位纳米材料强化生物淋洗修复土壤的方法，其特征在于包括如下步骤：
将受到污染的土壤进行挖掘、筛分和破碎处理；然后通过喷淋装置对土壤喷施生物淋洗剂，再将污染土壤与生物淋洗剂充分接触进行生物淋洗，待污染物由固相转移到液相后，通过重力渗透分离淋洗废液。


2.根据权利要求1所述的一种异位纳米材料强化生物淋洗修复土壤的方法，其特征在于：所述的生物淋洗过程土壤质量与淋洗剂体积比例为1：3～10。


3.根据权利要求1所述的一种异位纳米材料强化生物淋洗修复土壤的方法，其特征在于：所述的生物淋洗剂通过微生物菌株和铁基/镁基纳米材料耦合制备得到，具体为在微生物生长菌株的同时形成所需的铁基/镁基纳米材料，所述铁基/镁基纳米材料沉积在微生物体内或表面，自发的形成微生物-纳米材料协同体系。


4.根据权利要求3所述的一种异位纳米材料强化生物淋洗修复土壤的方法，其特征在于：
所述微生物菌株、铁基纳米材料、镁基纳米材料与水的质量比为(1～2):(2～4):(0.5～1):(500～5000)。


5.根据权利要求2或3或4所述的一种异位纳米材料强化生物淋洗修复土壤的方法，其特征在于：所述的铁基纳米材料包含ɑ-Fe2O3纳米材料和纳米零价铁的至少一种；所述的镁基纳米材料为氧化镁纳米材料。


6.根据权利要求5所述的一种异位纳米材料强化生物淋洗修复土壤的方法，其特征在于，所述ɑ-Fe2O3纳米材料其通过如下方法制备得到：
称取三氯化铁溶于无氧水中，制备得到0.5～2.0mol/L的三氯化铁溶液，将三氯化铁溶液加入到其溶液8～12倍体积的沸水中反应，得到红黑溶胶后冷却至室温，然后用纤维素管状膜对氯离子进行透析，直到pH值达到4～5，在70～90℃下真空干燥处理，最终得到目标产物ɑ-Fe2O3纳米材料；
所述纳米零价铁其通过如下方法制备得到：
在氮气保护氛围下，按照溶液浓度为40～50m...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓洪，林璋，刘学明，王建乐，袁乐，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44