一种沉积物重金属污染修复方法与流程

本发明属于土壤污染治理，具体涉及一种沉积物重金属污染修复方法。

背景技术：

1、工业活动产生的大量重金属细微颗粒会伴随降雨、水流的作用在自然水体中沉积，形成重金属沉积物；这些重金属在沉积物在自然界中往往有着复杂的赋存形态、分布，如与粘土矿物、二氧化硅、碳酸盐吸附或附着形成络合物中，随着水环境的改变（如温度、ph值）这些附着的中金属又会被动态释放出来，对水环境造成持续威胁。

2、目前，针对水体中的沉积物重金属的修复方法主要包括：覆盖掩蔽物隔离法、电化学沉积法、化学淋洗法以及生物降解法，覆盖物掩蔽物隔离容易受水流的侵蚀作用导致掩蔽物失效；化学淋洗法去除效率最高，但其淋洗剂edta、edds成本昂贵，而且修复后土壤残留的淋洗剂会抑制植物和细菌的生物降解作用；生物降解法修复速度慢，微生物的繁殖受客观环境条件影响较大，且一般情况下每种微生物都有其专一降解的污染物类型，并需要对富集污染物的植物进行进一步处理，否则污染物会重新释放到环境中；电化学沉积方法能够回收重金属溶液中的金属，并且不会产生二次的污染，因此正成为目前的热点研究方向。

3、公开专利cn109160645a使用碳纸为对电极，施加电压和电流促使铁氧化物发生还原反应并释放出fe2+，实现对铬元素的快速还原以及高效沉淀去除砷，利用铁氧化物对重金属阴离子的吸附能力，cr(vi)还原产生的cr(iii)可在铁氧化物表面吸附并产生沉淀固定，as(iii)会被氧化为as(v)并形成砷酸铁沉淀，从而可直接回收污染水体或土壤中的重金属，然而上述方法仅仅局限于铬和砷元素的去除，并不能很好的消除其它重金属对土壤的持续威胁；另外，对于目前的电化学沉积去除重金属的过程中，阴极液电解产生的氢氧根离子引起的“聚焦效应”会严重阻碍重金属的去除。

4、针对上述情况，需要一种可以高效去除沉积物重金属，不对土壤造成二次污染并实现土壤修复的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种沉积物重金属污染修复方法，具体技术方案如下：

2、一种沉积物重金属污染修复方法，所述方法包括：

3、步骤1，对沉积物进行预处理：将采集的沉积物风干后球磨成颗粒物，利用磁铁棒去除颗粒物中的含铁颗粒，所述颗粒物直径不大于40微米。

4、步骤2，电化学沉积去除重金属：将所述预处理后的沉积物转移至电解池，加入一定质量比的水和乙酸，采用交换电极法去除其中的重金属。

5、步骤3，焙烧固化剩余重金属残留形成熟土：对电化学沉积后的完全反应物进行过滤，将过滤后的固体物制坯风干后转移至焙烧炉，加热至200～300摄氏度，焙烧0.5～1小时后粉碎制成熟土。

6、步骤4，将熟土与堆肥按比例混合完成修复：将焙烧后的熟土按照质量比1:0.2~1的比例与堆肥混合，得到人工还原土壤，完成重金属污染沉积物的修复。

7、优选的，所述沉积物中的重金属包括：铜、铅、砷、汞、镉、铬中的一种或几种。

8、优选的，所述步骤2中的交换电极法具体包括以下步骤：

9、步骤201，按照质量比1：2~5：0.05~0.25的比例加入水和乙酸后充分搅拌得到待反应物，所述待反应物为悬浊状态，静置2~4小时后悬浊浆下上分层。

10、步骤202，在电解池的电极室中插入阴电极和阳电极，连接直流电源并施加3~5v/cm的电压，反应时间12~24小时。

11、步骤203，将电极取出后充分搅拌电解池中的未完全反应物，带静置分层后交换电极室中的阴电极和阳电极，连接直流电源并施加3~5v/cm的电压，反应时间12~24小时。

12、步骤204，重复所述步骤202和所述步骤203的反应过程 4~8次，完成电化学沉积过程。

13、优选的，所述电解池的电极室中插入的阴电极和阳电极为石墨电极。

14、优选的，按照质量比1：2：0.25的比例在电解池中加入预处理后的沉积物、水和乙酸，充分搅拌得到待反应物。

15、优选的，所述电极室位于所述电解池的两端，所述电极室与所述电解池之间安装有可渗透反应墙，所述可渗透反应墙是通过将石英砂、活性炭和零价铁按照质量比2:1:1的比例混合制备而成。

16、优选的，所述步骤3中，将过滤后的固体物制坯风干包括：在过滤后的固体物中按照质量比100~150:1的比例加入碳酸钠粉末，混合均匀后制成生坯。

17、优选的，所述步骤3之前，还包括：在电化学沉积后完全反应物中按照质量比10:1加入2%的壳聚糖溶液，充分搅拌后静置形成絮状沉淀；所述2%的壳聚糖溶液为壳聚糖、乙酸和水按照质量比2:1:97制成。

18、优选的，对加入壳聚糖溶液的完全反应物进行过滤后，将获得的滤液二次利用；所述二次利用是将滤液与预处理后的沉积物按照质量比2~5:1的比例充分混合并加入电解池得到新的待反应物。

19、本发明与现有技术相比，其有益效果是：

20、1、本发明在电化学沉积的过程中，采用增加搅拌次数和轮换阴阳电极的方法，保证沉积反应物中的重金属颗粒充分溶解，反应物的ph值始终保持酸性且在较小的范围内波动，防止聚焦效应对去除重金属效果的影响。

21、2、本发明使用乙酸作为ph值控制剂，往电化学沉积结束后剩余的固体物滤渣中加入一定比例的碳酸钠，能够很好的消除乙酸对环境的影响；本发明还对剩余的固体物进行制坯焙烧将难溶重金属颗粒物进行固化，并加入堆肥还原土壤，实现沉积物重金属土壤的修复，整个过程成本低，修复效果好，具有很强的实用价值。

技术特征：

1.一种沉积物重金属污染修复方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的沉积物重金属污染修复方法，其特征在于，所述沉积物中的重金属包括：铜、铅、砷、汞、镉、铬中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的沉积物重金属污染修复方法，其特征在于，所述步骤2中的交换电极法具体包括以下步骤：

4.根据权利要求1所述的沉积物重金属污染修复方法，其特征在于，所述步骤3中，将过滤后的固体物制坯风干包括：在过滤后的固体物中按照质量比100~150:1的比例加入碳酸钠粉末，混合均匀后制成生坯。

5.根据权利要求3所述的沉积物重金属污染修复方法，其特征在于，所述电解池的电极室中插入的阴电极和阳电极为石墨电极。

6.根据权利要求3所述的沉积物重金属污染修复方法，其特征在于，按照质量比1：2：0.25的比例在电解池中加入预处理后的沉积物、水和乙酸，充分搅拌得到待反应物。

7.根据权利要求4所述的沉积物重金属污染修复方法，其特征在于，所述电极室位于所述电解池的两端，所述电极室与所述电解池之间安装有可渗透反应墙，所述可渗透反应墙是通过将石英砂、活性炭和零价铁按照质量比2:1:1的比例混合制备而成。

8.根据权利要求1所述的沉积物重金属污染修复方法，其特征在于，所述步骤3之前，还包括：在电化学沉积后完全反应物中按照质量比10:1加入2%的壳聚糖溶液，充分搅拌后静置形成絮状沉淀；所述2%的壳聚糖溶液为壳聚糖、乙酸和水按照质量比2:1:97制成。

9.根据权利要求6所述的沉积物重金属污染修复方法，其特征在于，对加入壳聚糖溶液的完全反应物进行过滤后，将获得的滤液二次利用；所述二次利用是将滤液与预处理后的沉积物按照质量比2~5:1的比例充分混合并加入电解池得到新的待反应物。

技术总结
本发明公开了一种沉积物重金属污染修复方法，所述方法包括：将采集的沉积物风干后球磨成直径不大于40微米的颗粒物，利用磁铁棒去除颗粒物中的含铁颗粒；将预处理后的沉积物转移至电解池，加入一定质量比的水和乙酸，采用交换电极法去除其中的重金属；对电化学沉积后的完全反应物进行过滤，将过滤后的固体物制坯风干后转移至焙烧炉，加热至200～300度，焙烧0.5～1小时后粉碎制成熟土；将焙烧后的熟土按照质量比1:0.2~1的比例与堆肥混合，得到人工还原土壤，完成重金属污染沉积物的修复；整个过程成本低，修复效果好，具有很高的实用价值。

技术研发人员：王志富,丰卫华,黄宝兴,张海丰,王子豪
受保护的技术使用者：自然资源部第二海洋研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19