一种永久去除重金属污染土壤中有效态重金属的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种永久去除重金属污染土壤中有效态重金属的方法，特别涉及一种 农田土壤重金属污染的修复方法;属于土壤重金属污染治理技术领域。
【背景技术】
[0002] 我国是一个重金属开发历史悠久的国家。新中国成立后，由于社会经济发展的需 要，重金属矿产的开发利用更是得以飞速发展，尤其是近几年，我国重金属产量和对矿产品 需求量快速增长，由此引发的污染问题日趋严重。我国重金属污染是在长期的矿山开采、加 工以及工业化进程中逐渐积累形成的。重金属污染不仅严重影响土壤质量和数量，而且造 成了巨大的经济损失，虽然国家在环境治理和保护方面做了很多努力，也已经取得了积极 进展，但环境污染状况仍十分严峻。据中国农业部的调查显示，我国受镉、砷、铬、铅等重金 属污染的耕地面积近600-800万公顷，约占耕地总面积的8%。我国因土壤污染造成粮食减 产超过1300万吨，每年生产含重金属污染的粮食多达1200万吨，直接经济损失达100多亿 J L 〇
[0003] 近年来，长期积累的重金属污染问题开始逐渐显露出来，并呈高发态势，部分区域 重金属污染尤为突出，仅2008年，我国就相继发生了贵州独山县、湖南辰溪县、广西河池、云 南阳宗海及河南大沙河等5起重大重金属污染事件。这些重大重金属污染事件频发，不仅造 成了严重的经济损失，还直接威胁到人类的生命安全。
[0004] 在当前严峻的土壤重金属污染形势下，环保、材料、冶金等各方面专家学者对重金 属污染土壤修复均展开了研究。
[0005] 传统的重金属污染土壤治理技术有化学淋洗法、原位固化法及植物修复法等。
[0006] 化学淋洗法使用化学药剂对土壤进行淋洗去除土壤中的重金属。该方法使用的淋 洗剂会破坏土壤的理化性质和原有结构，淋洗后的土壤基本丧失种植功能。淋洗出来的废 液需要处理，且容易造成二次污染，工程费用高。
[0007] 原位固化法是将固化剂加入土壤来降低土壤中重金属的活性。该方法使用只是通 过吸附、螯合等作用暂时降低了重金属的活性，但重金属仍然留在土壤中。且固化法的有效 性也是个很大的问题，在固化时间较长或周边环境发生改变时，重金属仍有可能重新释放 出来。目前没有可靠的数据证明该方法的长期有效性。
[0008] 植物修复法通常指采用超富集植物种植在污染土地上，用植物吸收土壤中超标的 重金属。该方法的问题在于修复周期很长，土地荒置造成的经济损失较大。且富集了重金属 的植物需要进行收集处理，工程量较大，处理过程中容易产生二次污染。
[0009] 本发明采用的工艺流程简单，所使用的材料目前已得到工业化生产，不仅可永久 性去除土壤中含量超标的重金属，还不影响土壤的理化性质和肥沃度，不影响农田的正常 耕种。
[0010]中国专利（公开号CN102876330A)公开了一种重金属污染土壤修复用固化剂、重金 属污染土壤修复方法，该技术使用以含硫铝酸盐水泥为主的固化剂对土壤中的重金属进行 固化，减少了重金属的浸出毒性。但该方法破坏了原有土壤的结构和种植功能，且固化效果 有待时间考验，不适宜在耕地修复中推广。
[0011]中国专利（公开号CN101947539A)公开了一种处理重金属污染物的土壤修复方法， 具体技术方案为将技术将污染土壤分为三类，分别对其采用或联合采用化学淋洗、蚯蚓富 集修复和植物修复。该方法虽然可以去除土壤中的重金属，但化学淋洗会破坏土壤的理化 性质和肥沃度，植物修复和蚯蚓富集修复周期都很长，富集后的蚯蚓和植物需要收集处理， 容易造成二次污染。
[0012] 中国专利（公开号CN104226678A)公开了一种重金属污染土壤修复方法及其设备。 通过成套设备完成对污染土壤的破碎、筛分、清洗、加药、搅拌过程。该方法对土壤的扰动较 大，破坏了土壤的种植功能，且使用的固化剂并没有彻底去除土壤中含量超标的重金属，固 化剂固化效果有待长期观察。
[0013] 中国专利（公开号CN 102527705 A)公开了一种土壤修复方法。具体公开将污染土 壤破碎后通过热解析炉回转窑加热解析，并对解析出来的废气进行处理。该方法只能处理 重金属中汞，且该方法耗能极大，工程费用极高，不适宜大规模使用。
【发明内容】
[0014] 针对现有的对土壤重金属污染修复或处理的方法存在的缺陷，本发明的目的是在 于提供一种能高效永久去除土壤中重金属，可实现土壤重金属回收，且不破坏土壤原有生 态结构、不造成二次污染的方法，该方法操作简单、成本低，易于大规模推广应用。
[0015] 为了实现本发明的技术目的，本发明提供了一种永久去除重金属污染土壤中有效 态重金属的方法，该方法包括以下步骤：
[0016] (1)在重金属污染地块四周堆砌田垄围堰，维持围堰内水位高于地块土壤10~ 25cm，且低于田垄IOcm以上；
[0017] (2)保持围堰内水温在10 °C~35 °C，对围堰内地块土壤进行翻耕，使泥水充分混 合，翻耕深度为10~30cm，再静置澄清；
[0018] (3)在围堰内水中均匀放置纳米多孔陶瓷复合材料，对水中的重金属离子进行吸 附处理2~5h后，取出纳米多孔陶瓷复合材料;当纳米多孔陶瓷复合材料吸附的重金属达到 饱和时，对纳米多孔陶瓷复合材料进行再生处理并回收重金属；
[0019] 所述的纳米多孔陶瓷复合材料制成颗粒状，用网袋按30~60克/袋分装，再将网袋 按0.5m~1.0m的间隔悬挂于绳子上，将若干根所述绳子拉直，并按0.5m~Im的间隔平行摆 放在围堰内水中；
[0020] 或者，所述的纳米多孔陶瓷复合材料制成5~7cm X 3~4cm X 1~2cm长方体块状， 按0.5m~Im纵横间距放置在围堰内水中；
[0021] (4)重复(2)和(3)10次以上，即得修复地块，可正常种植。
[0022] 本发明的永久去除重金属污染土壤中有效态重金属的方法包括以下优选方案：
[0023] 本发明采用的纳米多孔陶瓷复合材料具有孔隙发达(孔径在15纳米到200纳米内 可控），比表面积高（高达900m2/g)的特点，其吸附率高、吸附容量大，且具有陶瓷的物理化 学稳定性(耐酸碱，耐高温，强度大）；同时在陶瓷表面有序和高密度接枝具有功能机团（不 同有机基团对不同类型重金属离子具有定向络合和选择吸附）的有机分子形成单分子层键 合，使其具有极好的选择性吸附目标重金属离子的能力。
[0024] 本发明的纳米多孔陶瓷复合材料密度为0.7~1.7g/cm3。
[0025] 优选的方案中，纳米多孔陶瓷复合材料为购买于格丰科技材料有限公司的MAOl 和/或MFO1。獻01对镉、铅、汞、铜、铊等重金属离子具有较好的选择性吸附能力；而MFO1对砷 和铅具有选择性吸附能力;优选的纳米多孔陶瓷复合材料吸附容量达到400g每千克。
[0026]优选的方案中，翻耕过程中添加硝酸铵、柠檬酸、乙酸、酒石酸和乙酸铵中至少一 种作为重金属离子溶出促进剂。最优选为柠檬酸。适当的促进剂有利于土壤中的重金属溶 出，可以减少翻耕次数，简化工艺。
[0027]优选的方案中，重金属离子溶出促进剂在围堰内水中的浓度为1~20mmoI/L。较优 选为 10~20mmol/L。
[0028]优选的方案中，翻耕过程中维持围堰内水温在20°C~30°C。适当的温度条件下翻 耕，更有利于重金属的溶出。
[0029] 优选的方案中，回收重金属的过程为将吸附了重金属离子的纳米多孔陶瓷复合材 料用盐酸或EDTA洗脱，得到含重金属离子的溶液，再生纳米多孔陶瓷复合材料重复使用。通 过盐酸或EDTA溶液不但实现了重金属的回收，而且使纳米多孔陶瓷复合材料再生，重复利 用，大大降低了处理成本。盐酸或EDTA的浓度可以根据纳米多孔陶瓷复合材料的量进行适 当调节。
[0030] 优选的方案中，修复后的地块在种植过程中可在地块中加入纳米多孔陶瓷复合材 料。可以吸附并固定土壤少量的重金属离子，同时可以监测土壤重金属含量的变化，及时作 出预防措施。
[0031] 优选的方案中，围堰内网袋的分布密度最佳为4个网袋每平方米，能保证对重金属 离子具有较佳的吸附效率。
[0032] 本发明的采用纳米多孔陶瓷复合材料可放置在多孔塑料管内用于实施本发明的 技术方案。
[0033] 本发明的技术方案网袋可以为钢丝网或尼龙网。绳子可以选择尼龙绳