一种土壤复合重金属污染治理及资源化方法与流程

本发明涉及环境污染治理技术领域，尤其涉及一种土壤复合重金属污染治理及资源化方法。

背景技术：

重金属是一种典型的污染物，其主要来源有1)工业生产，特别是采矿和冶炼工业向环境释放大量的重金属污染物；2)生化垃圾，含有重金属的垃圾能渗入土壤和水体；3)农业生产，化肥和农药中有害物质释放重金属。重金属污染水体、土壤，对动、植物具有严重的危害性。尤其是受到污染的土壤重金属不易去除，导致农作物中重金属严重超标，通过食物链富集并转移到人体内，危害人类身体健康。

由于重金属污染土壤危害的严重性，国内外学者对重金属污染土壤修复进行了大量的研究并取得了较多的成果。主要有1)物理措施，包括工程技术、电动力化学和玻璃化技术，但普遍存在工程量大，能耗高的缺点；2)化学措施，包括固定化技术和淋洗法，但是固定化技术不能彻底将重金属去除，重金属仍存在于土壤中；林洗法会产生大量的淋洗液，处理难度大，易产生二次污染；3)生物措施，包括植物、动物和微生物修复，但是存在运行周期长，治理效率低等缺点。

高效磁性吸附材料作为新型的环境治理功能材料，具有吸附性能强、适用范围广、成本低等优势，在治理受污染土壤方面展现出很大的应用潜力。

另外，目前对土壤重金属治理的研究较多，但是对于治理土壤中重金属及资源回收方面的研究鲜有报道，尤其是对于高效、低成本、无二次污染治理土壤中重金属及资源回收的研究尚未开展。

技术实现要素：

本发明提供了一种土壤复合重金属污染治理及资源化方法，具有处理重金属种类多样化、去除效率高、无二次污染的优点，并能够对复合重金属进行精确分离和回收，可应用于受重金属污染土壤的原位修复或异位修复。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种土壤复合重金属污染治理及资源化方法，包括如下步骤：

1)投加吸附材料；在受重金属污染的土壤中投加磁性吸附材料，并将磁性吸附材料与土壤混匀，使土壤中的重金属迁移至磁性吸附材料中，实现重金属与土壤的分离；

2)磁力分离；采用多级磁选方法将吸附饱和的磁性吸附材料从土壤中分离、收集，达到受重金属污染土壤的修复治理；

3)吸附材料解吸；吸附饱和的磁性吸附材料投放至解吸搅拌设备中，将磁性吸附材料与解吸液充分搅拌混匀，使重金属从磁性吸附材料中分离，进入到解吸液中；

4)解吸液一次调节；在解吸液调节槽内进行，解吸液调节参数为解吸液的浓度、温度和pH值；

5)板框过滤及解吸液二次调节；含重金属的解吸液经过板框过滤截留磁性吸附材料，并在调节池中进行二次调节，调节参数为温度和pH值；

6)超重力离心萃取重金属；调节池中的含重金属的解吸液进入超重力离心萃取机，通过添加重金属萃取剂分离和富集不同种类的重金属；

7)自由流电泳；含有高浓度重金属或复合重金属的分离液进入自由流电泳设备中，精确分离、回收重金属。

所述磁性吸附材料为磁性沸石、磁性炭、磁性多孔陶瓷中的一种或一种以上任意组合，所吸附的重金属包括汞、铊、砷、铅、锑、锰、铬、镉、铜、锌、钴、镍，磁性吸附材料投加量为5～100kg/m³。

所述解吸搅拌设备中解吸液与磁性吸附材料的液固比为4～10:1；搅拌转速为50～200r/min，搅拌时间为10～60min。

步骤3)中重金属从磁性吸附材料中分离后，磁性吸附材料进行再生处理。

所述超重力离心萃取机采用1～10级串联或并联，转速在1000～5000r/min；含重金属解吸液与重金属萃取剂的比例为2～10:1。

步骤6)中，含重金属的解吸液经过超重力离心萃取后，重金属的去除率为95～100％，去除重金属后的解吸液回收并循环使用。

所述自由流电泳装置两端电压为1～1000V，含重金属的萃取剂流速为1～100mL/min；分离重金属后的萃取剂回收并循环使用。

步骤4)、步骤5)中调节pH值时采用盐酸、硫酸或氢氧化钠溶液作为调节剂。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)利用磁性吸附材料高效去除土壤中多种重金属，操作简单，磁性吸附材料与土壤易于分离，重金属去除率高，无二次污染；

2)磁性吸附材料中的重金属解吸效率高，解吸液和磁性吸附材料均可回收并重复使用，可降低治理成本；

3)解吸后的重金属可高效、快速的富集浓缩，并精确分离、提取、回收重金属，实现土壤重金属治理及资源化。

附图说明

图1是本发明所述土壤复合重金属污染治理及资源化方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1所示，本发明所述一种土壤复合重金属污染治理及资源化方法，包括如下步骤：

1)投加吸附材料：在受重金属污染的土壤中投加磁性吸附材料，并将磁性吸附材料与土壤混匀，使土壤中的重金属迁移至磁性吸附材料中，实现重金属与土壤的分离；

2)磁力分离：采用多级磁选方法将吸附饱和的磁性吸附材料从土壤中分离、收集，达到受重金属污染土壤的修复治理；

3)吸附材料解吸：吸附饱和的磁性吸附材料投放至解吸搅拌设备中，将磁性吸附材料与解吸液充分搅拌混匀，使重金属从磁性吸附材料中分离，进入到解吸液中；

4)解吸液一次调节：在解吸液调节槽内进行，解吸液调节参数为解吸液的浓度、温度和pH值；

5)板框过滤及解吸液二次调节：含重金属的解吸液经过板框过滤截留磁性吸附材料，并在调节池中进行二次调节，调节参数为温度和pH值；

6)超重力离心萃取重金属：调节池中的含重金属的解吸液进入超重力离心萃取机，通过添加重金属萃取剂分离和富集不同种类的重金属；

7)自由流电泳：含有高浓度重金属或复合重金属的分离液进入自由流电泳设备中，精确分离、回收重金属。

所述磁性吸附材料为磁性沸石、磁性炭、磁性多孔陶瓷中的一种或一种以上任意组合，所吸附的重金属包括汞、铊、砷、铅、锑、锰、铬、镉、铜、锌、钴、镍，磁性吸附材料投加量为5～100kg/m³。

所述解吸搅拌设备中解吸液与磁性吸附材料的液固比为4～10:1；搅拌转速为50～200r/min，搅拌时间为10～60min。

步骤3)中重金属从磁性吸附材料中分离后，磁性吸附材料进行再生处理。

所述超重力离心萃取机采用1～10级串联或并联，转速在1000～5000r/min；含重金属解吸液与重金属萃取剂的比例为2～10:1。

步骤6)中，含重金属的解吸液经过超重力离心萃取后，重金属的去除率为95～100％，去除重金属后的解吸液回收并循环使用。

所述自由流电泳装置两端电压为1～1000V，含重金属的萃取剂流速为1～100mL/min；分离重金属后的萃取剂回收并循环使用。

步骤4)、步骤5)中调节pH值时采用盐酸、硫酸或氢氧化钠溶液作为调节剂。

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

【实施例】

本实施例中，受重金属污染的土壤为某矿区周边水稻土壤，经取样化验，土壤中的重金属成分及含量为：

Cr：67.36mg/kg；

Pb：414.44mg/kg；

Cd：21.14mg/kg；

Cu：44.15mg/kg；

Zn：6184.41mg/kg；

Ni：88.38mg/kg；

Hg：2.58mg/kg；

As：40.68mg/kg。

本实施例采用的土壤复合重金属污染治理及资源化方法具体操作过程如下：

1)在受重金属污染的土壤中投加磁性吸附材料，并将磁性吸附材料与土壤混匀，磁性吸附材料的投加量为20kg/m³；土壤中的重金属迁移至磁性吸附材料中，实现重金属与土壤的分离；

2)利用电磁传送机械加液压翻板的磁选分离设备实现磁性吸附材料与土壤的分离，收集；

3)磁选分离后得到的磁性吸附材料投加到解吸搅拌设备中，解吸液与磁性吸附材料的液固比为5:1；搅拌转速为150r/min，搅拌时间为30min，使重金属从磁性吸附材料中转移到解吸液中；

4)在解吸液调节槽内的解吸液为2mol/L的盐酸与1％的壳聚糖的混合液，调节解吸液的pH值为2～3，温度为75℃；

5)通过板框过滤器截留脱附重金属后的磁性吸附材料，磁性吸附材料送去再生处理，重复使用；含有重金属的解吸液进入调节池，调节温度为50℃，pH值4，备用；

6)调节池中的含重金属的解吸液进入超重力离心萃取机中，与金属萃取剂的比例为4:1，离心机的转速为4000r/min，通过2级串联萃取后，重金属转移到萃取液中，去除重金属的解吸液回收并循环使用；

7)含有高浓度复合重金属的萃取液进入自由流电泳装置中，流速为30mL/min,两端电压50～100V；经过该步骤后，复合重金属被精确分离和回收。

本实施例对复合重金属土壤进行治理及资源化的效果如下：

通过磁性吸附材料吸附后，土壤中的重金属含量明显下降，Cr、Pb、Cd、Cu、Zn、Ni、Hg、As的去除率分别为67.35％、74.32％、85.26％、52.63％、75.38％、69.35％、85.62％、53.47％。

磁性吸附材料中重金属的解吸率大于96％。

解吸液中的重金属通过超重力离心萃取后，重金属的萃取率为98％，浓缩倍数达到6倍。

经过自由流电泳装置后，重金属分离回收率为87.5％。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。