基于超声抽滤的重金属污染土壤修复方法与流程

本发明涉及一种土壤修复领域的技术，具体涉及一种基于超声抽滤的重金属污染土壤修复方法。

背景技术

重金属污染土壤治理技术包括物理、化学和生物方法，这些方法存在污染物去除效率低、成本高、周期长等诸多缺陷，甚至在治理后土地仍无法继续耕种。如物理法的电动修复，为了提高重金属离子在土壤多孔介质中的迁移效率，需要大幅降低土壤溶液的ph值并对土壤施加持续的稳定电场，其成本较高而耗时较长；化学固定技术是加入土壤改良剂改变土壤物理、化学性质，通过对重金属的吸附、沉淀或共沉淀作用，改变重金属在土壤中的存在状态，从而降低其生物可利用性，其固定效率较差，且在耕种过程中仍可能在作物中持续累积；植物萃取技术是通过种植一些重金属超富集植物，利用其根系将污染土壤中的重金属富集到植物地上部分，并通过定期收割而移除污染土壤中重金属，存在富集效率地下、治理周期较长等缺陷。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提出一种基于超声抽滤的重金属污染土壤修复方法，依据土壤中污染重金属的化学特性，采用针对性的有机多元酸浸泡，而后以超声处理+真空抽滤实现重金属离子去除的方法，具有治理周期短、重金属去除效率高、环境生态安全性高等特点，可广泛用于各类重金属污染土壤的治理与修复。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明首先对待处理土壤进行有机多元酸喷洒或浸泡以实现多价态重金属离子的游离，然后通过滚针式超声振捣装置进行超声波处理使得土壤表层形成连续充水相，最后通过真空垫快速抽滤回收土壤孔隙内含重金属的水溶液。

所述的浸泡是指：针对土壤中污染重金属的化学特性，采用有效成分为氨基羧酸类、羟基羧酸类或羟氨基羧酸类螯合剂的复合有机酸浸泡，通过有机多元酸对重金属离子的淋洗络合作用实现多价态重金属离子的游离。

所述的有机多元酸包括：乙二胺四乙酸二钠、二乙烯三胺五乙酸、柠檬酸铵或其组合。

所述的有机多元酸优选为：针对pb和zn污染的土壤，采用摩尔比为1:3的乙二胺四乙酸二钠与柠檬酸铵的混合溶液，针对cd和cr污染的土壤，采用摩尔比为1:5的二乙烯三胺五乙酸与柠檬酸铵的混合溶液。

所述的浸泡，优选水浸12-48h后加入复配的有机多元酸继续浸泡6-24h。

所述的超声波处理，优选先经过翻耕处理，即采用但不限于镰刀式翻耕机，对喷洒或浸泡后的土壤表层进行翻耕。

所述的超声波处理，通过翻耕机带动滚针式超声振捣装置对土壤表层进行超声振捣处理2h。

所述的表层土壤，深度为10-30cm。

所述的真空垫快速抽滤是指：在连续充水相上覆盖真空垫，利用真空吸水机对污染区域实现连续真空抽滤，提取出土壤孔隙内含重金属的水溶液，实现受污染土壤内重金属的脱离。

所述的回收是指：将提取后的土壤溶液由槽车收集后根据重金属种类组成及所添加的复配有机多元酸分别投加相应的化学沉淀剂如石灰、硫化剂、铁盐等实现重金属的沉淀分离。技术效果

与现有技术相比，本发明基于重金属在土壤中存赋形态的系统研究，提出以多元有机酸+超声处理实现重金属与土壤颗粒的有效分离，结合真空连续抽滤技术实现土壤溶液的连续抽滤和抽滤液的化学沉淀处理，可实现重金属污染土壤的快速高效修复，药剂残留影响小且对土壤构成损害低。

附图说明

图1为本发明滚针式超声振捣装置构图；

图中：a为滚针式超声振捣装置侧视图，b为超声振捣滚针的轴视图；

图中：换能器1、变幅杆2、滚轴3、滚针4、滤布5、柔性压垫6、铝合金扣边7。

图2为本发明真空吸水垫构图。

具体实施方式

实施例1

本实施例以湖南某铅锌矿附近受风化矿渣渗滤液污染的一片梯田进行实验，其土壤为粘性红壤，ph偏碱性，为7.62，有机质含量偏低，仅4.8g/kg，而电导率明显偏高，约为1140μs/m；pb和zn的总浓度均值分别为1624mg/kg和2287mg/kg，其主要存赋形态如下表所示。

本实施例具体步骤包括：

①在清理地表植物后采用表层翻耕机翻耕并注水浸泡48h，而后将摩尔比为1:3的乙二胺四乙酸二钠与柠檬酸铵溶解均匀喷洒到污染土地表层；

②浸泡6h后用翻耕机带动滚针式超声振捣装置对表层土壤进行超声振捣处理2h；

如图1所示，所述的滚针式超声振捣装置包括：变幅杆2以及若干组转动设置于其上的滚轴3、换能器1和滚针4，其中：换能器1设置于滚轴3内部并与高频电源相连，滚针4固定设置于滚轴3外部，通过高频交流电使滚轴3内嵌的换能器1产生与电流相同频率的机械振动，并借助变幅杆2把振幅传导到滚轴3上固定的滚针4，从而使滚针4发生超声振动。

所述的滚针长度为15cm，横向间距15cm。

③继而用4×6m²真空垫覆盖土壤并连接槽车后开启真空吸水机进行抽滤(单幅抽滤0.5h)，将槽车内收集的土壤溶液静置后按质量比0.8kg/m³加入石灰复合剂使螯合剂脱稳沉淀回收重金属。

如图2所示，所述的真空垫包括：与连续充水相相接触的滤布5、设置于滤布5上的柔性压垫6和设置于滤布5和柔性压垫6四周的铝合金扣边7，柔性压垫6上设有用于连接真空泵的通道，通过滤布5覆盖于连续充水相并通过铝合金扣边7临时隔离覆盖区域浆化土壤，从而为真空泵的连续抽滤提供相对密封的土壤层。

经上述方法处理后，梯田内土壤pb和zn的总浓度均值分别为219mg/kg和193mg/kg，达到gb15618-1995二级标准，且生物可利用性大幅降低。

实施例2

本实施例以广东某工业废水污染的一幅耕地进行试验，其土壤为粘性棕壤，ph偏弱酸性，为6.45，有机质含量正常，为12.7g/kg，而电导率偏高，约为820μs/m；污染重金属cd和cr的总浓度均值分别为470μg/kg和191.5mg/kg，其主要存赋形态如下表所示。

本实施例具体步骤包括：

①收割耕种作物后注水浸泡24h，而后采用表层翻耕机翻耕表层20cm土壤并破碎；随即将摩尔比为1:5的二乙烯三胺五乙酸与柠檬酸铵溶解均匀喷洒到污染土地表层；

②用翻耕机带动滚针式超声振捣装置(滚针长20cm，横向间距20cm)对表层土壤进行超声振捣处理3h；

③用4×6m²真空垫覆盖土壤并连接槽车后开启真空吸水机进行抽滤(单幅抽滤1h)，将槽车内收集的土壤溶液静置后按质量比1.2kg/m³加入石灰使螯合剂脱稳沉淀以回收重金属。

经上述方法处理后土壤的cd和cr的总浓度均值分别为241μg/kg和67mg/kg，基本达到gb15618-1995二级标准，且生物可利用性大幅降低。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。