一种利用关键有机质诱导活化态重金属稳定化的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用关键有机质诱导活化态重金属稳定化的方法，将含有活化态重金属的物料与含有含氮杂环化合物的关键有机质混合；活化态重金属在关键有机质的作用下形成有机结合态重金属；加入原生矿物，有机结合态重金属被诱导二次成矿，在原生矿物表面形成新生矿物，转化为稳定的残渣态重金属。本发明专利技术可对活化态重金属进行原位稳定化，无需换土、冲淋，大幅降低重金属稳定化成本、避免冲淋废水生成，相比于重金属生物固定技术周期短、操作简单、受气候影响小，且关键有机质的添加有利于利用场景的后续肥效恢复与复绿。场景的后续肥效恢复与复绿。

【技术实现步骤摘要】
一种利用关键有机质诱导活化态重金属稳定化的方法


[0001]本专利技术涉及重金属污染防治领域，尤其是涉及一种利用关键有机质诱导活化态重金属稳定化的方法。

技术介绍

[0002]重金属一般以天然浓度广泛存在于自然界中，但由于人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动日益增多，造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤中，引起严重的环境污染。由于土壤、底泥或污泥中的重金属污染具有隐蔽性、长期性和滞后性等特点，较大气污染和水污染引起的危害更加严重。重金属不能被生物降解，但具有生物累积性，可以直接威胁高等生物包括人类。因此对土壤、底泥或污泥中的重金属污染的控制与治理是全球环境领域工作者持续关注与研究的问题。
[0003]目前，土壤、底泥等重金属污染修复技术包括物理化学修复技术(换土，冲淋洗脱，电化学修复，添加重金属修复药剂如活化剂、钝化剂和微生物菌剂等)、生物修复技术(种植金属富集植物、利用蚯蚓钝化重金属等)和联合修复技术等。其中物理化学修复技术在修复重金属污染过程中，费用较高且易破坏原有生态环境，引起生物活性下降，重金属冲淋洗脱废水、受污染土壤无处可去等二次污染等问题；生物修复技术一般修复周期长，对重金属的吸收消纳量有限，受气候影响大、效率低下。因此，开发高效的重金属原位稳定化技术对于土壤、底泥或污泥中的重金属污染的控制至关重要。
[0004]现有技术中，公开了一些重金属污染修复技术，如CN101417851A公开的一种降低活性污泥中重金属生物有效性的方法，往活性污泥中添加粉末腐殖土，活性污泥中Zn、Cu、Ni、Pb重金属可交换态和碳酸盐结合态的比例降低，Zn、Cu、Ni、Pb四种重金属硫化物及有机质结合态和残渣态的比例得到提高，使活性污泥中重金属的生物有效性得到降低。CN112620343A公开了一种生态修复重金属污染土壤治理方法，通过农业机械翻土机对土壤进行翻土，对土壤的pH进行调节治理，离子拮抗治理、微生物修复和植物修复，重金属的植物和微生物联合修复，通过植物的根系直接将大量的重金属元素吸收，通过植物地上部分的收获来修复被污染土壤，提高土壤修复的能效。然而，重金属污染修复技术存在的成本高、换土破坏原有生态环境、冲淋带来二次污染、生物修复周期过长且消纳量低的问题仍未得以有效解决。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了解决目前重金属污染修复技术存在的成本高、换土破坏原有生态环境、冲淋带来二次污染、生物修复周期过长且消纳量低的问题，而提供一种利用关键有机质诱导活化态重金属稳定化的方法。
[0006]本专利技术方法可对活化态重金属进行原位稳定化，相比于物理化学修复技术无需换土、冲淋，大幅降低重金属稳定化成本、避免冲淋废水生成，相比于重金属生物修复技术周期短、操作简单、受气候影响小，且关键有机质的添加有利于利用场景的后续肥效恢复与复
绿。
[0007]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0008]一种利用关键有机质诱导活化态重金属稳定化的方法，将含有活化态重金属的物料与含有含氮杂环化合物的关键有机质混合；
[0009]活化态重金属在关键有机质的作用下形成有机结合态重金属；
[0010]加入原生矿物，有机结合态重金属被诱导二次成矿，在原生矿物表面形成新生矿物，转化为稳定的残渣态重金属。
[0011]进一步地，一种利用关键有机质诱导活化态重金属稳定化的方法，包括以下步骤：
[0012]S1、制备得到含有含氮杂环化合物的关键有机质；
[0013]S2、将含有活化态重金属的物料与关键有机质混合得到混合物A，控制混合物A的初始pH值为5～8，在温度为20～40℃、湿度为50～80％的条件下反应5～10d，每2d充分混匀一次，使活化态重金属转化为有机结合态重金属，得到混合物B；
[0014]S3、在混合物B中添加原生矿物后得到混合物C，控制混合物C在温度为20～40℃、湿度为30～50％、含氧量10～20％的条件下反应10～20d，每5d充分混匀一次，使混合物C中的有机结合态重金属在关键有机质的诱导下，在原生矿物表面形成新生矿物，得到混合物D，此时重金属转变为残渣态重金属而得到稳定。
[0015]本专利技术的工作原理为：关键有机质中富含氨基、羟基、醌基等含氮杂环化合物，该类化合物对活化态重金属有高效的吸附与络合能力，在特定环境条件下可对活化态的重金属进行快速吸附络合使其转化为有机结合态重金属，在此基础上加入原生矿物后，有机结合态重金属可在特定环境条件下被诱导二次成矿，在原生矿物表面形成新的矿物，从而转化为稳定的残渣态，在这个过程中，关键有机质起到决定性的重金属暂存和后续诱导成矿的作用。
[0016]本专利技术中，关键有机质的制备方法为选取城市有机质(污泥、餐厨、畜禽粪便的一种或任意几种组合)经厌氧消化或好氧发酵得到的产物为原料，城市有机质厌氧消化或好氧发酵产物中含易降解简单有机物，这些有机物易在环境的作用下产生有机酸从而加剧重金属的溶出，同时也含有大量难降解的富含氨基、羟基、醌基的对重金属络合能力强的复杂有机物。采用十六烷基甲基溴化铵和十氢化萘的混合溶液浸泡可溶解原料中大部分易降解有机物，并提供强极性环境，之后加入硫酸溶液浸泡可进一步溶解原料中的易降解有机物。通过两级浸泡一方面可去除原料中的易降解有机物、避免加剧重金属的溶出，同时富集富含氨基、羟基、醌基的对重金属络合能力强的复杂有机物；另一方面可在强极性环境下使残渣中保留较高的阳离子交换量，从而使残渣具备较高的重金属吸附、络合与离子交换能力。
[0017]优选的，本专利技术控制步骤S1中，在5％质量浓度的十六烷基甲基溴化铵溶液中添加质量比为1～2％的十氢化萘溶液，用此混合溶液浸泡原料5～10h后，加入硫酸溶液使混合液中浓酸摩尔浓度为0.5～1mol/L，继续浸泡5～10h，之后去除上清液并用蒸馏水冲洗后可得到不含易降解有机物的残渣，残渣中含有无机盐和富含氨基、羟基、醌基的含氮杂环化合物(通过光学FTIR、XPS鉴定)的关键有机质，残渣含氮量为5～10mg/g干重、阳离子交换量为40～100cmol(+)/kg干重，关键有机质的含量为残渣中挥发性总固体的含量、占总固体的质量比例为20～30％。
[0018]优选地，步骤S2中含有活化态重金属的物料为含有可交换态或碳酸盐结合态或铁
锰氧化物结合态或以上三种形态任意组合重金属的土壤、底泥、污泥的一种或任意几种组合，重金属包括但不限于铜、镉、铬、铅、镍、砷、锌等。
[0019]优选地，步骤S2中混合物A中活化态(可交换态+碳酸盐结合态+铁锰氧化物结合态)重金属含量占总金属含量的30～80％，有机结合态重金属含量占总金属含量的10～50％，残渣态重金属含量占总金属含量的10～20％。
[0020]优选地，本专利技术中，活化态重金属的物料与关键有机质的混合比例、反应的条件和环境是将活化态重金属转化为有机结合态重金属的关键参数，混合比例过高则关键有机质含量不够不足以络合足量的活化态重金属，混合比例过低则提高关键有机质制备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用关键有机质诱导活化态重金属稳定化的方法，其特征在于，将含有活化态重金属的物料与含有含氮杂环化合物的关键有机质混合；活化态重金属在关键有机质的作用下形成有机结合态重金属；加入原生矿物，有机结合态重金属被诱导二次成矿，在原生矿物表面形成新生矿物，转化为稳定的残渣态重金属。2.根据权利要求1所述的一种利用关键有机质诱导活化态重金属稳定化的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备得到含有含氮杂环化合物的关键有机质；S2、将含有活化态重金属的物料与关键有机质混合得到混合物A，控制混合物A的初始pH值为5～8，在温度为20～40℃、湿度为50～80％的条件下反应5～10d，每2d充分混匀一次，使活化态重金属转化为有机结合态重金属，得到混合物B；S3、在混合物B中添加原生矿物后得到混合物C，控制混合物C在温度为20～40℃、湿度为30～50％、含氧量10～20％的条件下反应10～20d，每5d充分混匀一次，使混合物C中的有机结合态重金属在关键有机质的诱导下，在原生矿物表面形成新生矿物，得到混合物D，此时重金属转变为残渣态重金属而得到稳定。3.根据权利要求1或2所述的一种利用关键有机质诱导活化态重金属稳定化的方法，其特征在于，所述关键有机质通过以下方法制备得到：选取城市有机质经厌氧消化或好氧发酵得到的产物为原料，采用十六烷基甲基溴化铵和十氢化萘的混合溶液一次浸泡，之后加入硫酸溶液二次浸泡，之后去除上清液，用水冲洗后，得到不含易降解有机物的残渣作为关键有机质。4.根据权利要求3所述的一种利用关键有机质诱导活化态重金属稳定化的方法，其特征在于，所述关键有机质中残渣含氮量为5～10mg/g干重，阳离子交换量为40～100cmol(+)/kg干重，关键有机质的含量为残渣中挥发性总固体的含量，占总固体的质量比例为20～30％。5.根据权利要求3所述的一种利用关键有机质诱导活化态重金属稳定化的方法，其特征在于，所述城市有机质包括污泥、餐厨、畜禽粪便的一种或任意几种组合；所述十六烷基甲基溴化铵和十...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈思思，董滨，徐祖信，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：