專利名稱：化學(xué)淋洗和生物修復(fù)相結(jié)合修復(fù)重金屬污染土壤的方法
CN 102909215 A書明說1/4頁化學(xué)淋洗和生物修復(fù)相結(jié)合修復(fù)重金屬污染土壤的方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種化學(xué)淋洗和生物修復(fù)相結(jié)合修復(fù)重金屬污染土壤的方法。
背景技術(shù)：
土壤的污染是指人類活動產(chǎn)生的有害物質(zhì)進(jìn)入土壤，當(dāng)其含量超過土壤本身的自凈能力，并使土壤的成分，性質(zhì)發(fā)生變異，降低農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，并危害人體健康的現(xiàn)象，而重金屬污染己成為當(dāng)今最重要的環(huán)境問題之一，也是最重要的土壤污染物之一。重金屬進(jìn)入土壤后，對土壤微生物有一定的毒害作用。據(jù)報道，目前我國受鎘、汞、鉛等重金屬污染的耕地面積近2000萬公頃，約占總耕地面積的1/5;其中工業(yè)“三廢”，污染耕地1000萬公頃，污水灌溉的農(nóng)田面積已達(dá)330多萬公頃。污水灌溉及廢棄物等對農(nóng)田已造成大面積的土壤污染。
重金屬定義為密度在4. Og/cm3及以上的60種金屬，或密度在5. O g/cm3及以上的 45種金屬；而在環(huán)境污染領(lǐng)域，重金屬主要指生物毒性較大的汞、鉛、鉻、砷、鋅、銅、鎳等元素，砷是非金屬，但是它的毒性及其性質(zhì)與重金屬很相似，因此砷通常也被列入重金屬的研究范疇。
幾種主要的重金屬的污染特征
1、鎘(Cd)是一種重要的環(huán)境污染元素，有明顯的致癌致畸作用。土壤中的鎘一般都是以三價鉻的形式被土壤吸附。近年來的研究表明，無論從毒性還是累積作用來看，鎘都是繼汞、鉛以后第三類污染人類環(huán)境，危害人類健康的第三類元素。由于鎘的應(yīng)用廣泛應(yīng)用性，增加了其對人類環(huán)境的污染機(jī)會，目前，鎘污染已經(jīng)引起了社會各界的關(guān)注，鎘污染的治理也成為世界性的問題。
2、汞(Hg)是在常溫下唯一呈液態(tài)的金屬元素。我國每年被汞污染的土壤達(dá)到3.2 X 104ha，土壤中的汞經(jīng)過復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng)，大部分汞與硫結(jié)合成硫化汞(HgS)，亦稱“辰砂”或“朱砂”，廣泛地分布在地殼表層。同時，汞會經(jīng)過作物、接觸等形式進(jìn)入人體， 對人類健康造成影響，近年來，汞污染事件更是頻繁發(fā)生，因此，土壤中汞污染的治理及修復(fù)技術(shù)的研究顯得尤為重要。
3、鉛(Pb)作為重要的環(huán)境污染物質(zhì)，主要來源于金屬礦床開發(fā)，城市化建設(shè)，固體廢棄物堆積，以及為提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，施用化肥、農(nóng)藥、污泥和污水灌溉過程中，都可以使鉛在土壤中大量積累。鉛及鉛的化合物一般不能通過完整的皮膚進(jìn)入人體內(nèi)，但有機(jī)鉛可被皮膚吸收鉛對人體神經(jīng)系統(tǒng)、骨髓造血系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)及腎臟等造成危害。
重金屬對土壤的污染基本上是一個不可逆轉(zhuǎn)的過程，許多有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的污染也需要較長時間才能降解，被某些重金屬污染的土壤甚至可能要100-200年時間才能夠恢復(fù)，而且積累在污染土壤中的難降解污染物則很難靠稀釋作用和自凈化作用來消除。土壤污染一旦發(fā)生，往往很難恢復(fù)，目前，重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)分為物理、化學(xué)和生物修復(fù)33種方法
I.物理方法
物理方法是利用重金屬離子在土壤中的遷移速度比較慢的特點(diǎn)，將含有重金屬鉛的土壤轉(zhuǎn)移出去的一種修復(fù)技術(shù)，主要包括換土法、隔離法、淋濾法、玻璃化法、電化學(xué)法和吸附固定法等。
1.1.換土法換土法就是把受重金屬污染的土壤替換成未被污染的土壤，它又可分為翻土法換土法和客土法3種。
1.2.隔離法隔離法是向土壤中加入固化劑，使土壤中的重金屬被固定住，防止因?yàn)橹亟饘俚倪w移而對附近土壤造成污染。
I. 3.淋濾法淋濾法是使用淋洗劑清洗受污染的土壤，使土壤中的污染物隨淋洗劑流出，從而達(dá)到修復(fù)污染土壤的目的它是修復(fù)污染土壤的一種新方法。
1.4.玻璃化法玻璃化法是將受污染的土壤加熱使之熔化，冷卻后能形成穩(wěn)定的玻璃態(tài)物質(zhì)，受土壤中的污染物能有效地被固定。
I. 5.電化學(xué)法電化學(xué)法是在受污染的土壤中加入陰陽2個電極，利用重金屬離子的帶電性，將土壤中的重金屬離子去除，并且能達(dá)到回收的目的，此方法是由美國路易斯州立大學(xué)研究發(fā)現(xiàn)的。
I. 6.吸附固定法吸附固定法是指向受污染的土壤中加入一種材料，將土壤中有效態(tài)的重金屬離子吸附并且能夠固定，以免其對人體造成的傷害物理方法能取得比較好的治理效果，但是由于上述方法勞動量比較大，浪費(fèi)大量的人力、物力和財力，而且對轉(zhuǎn)移的含重金屬土壤的處理也是一個亟待解決的問題。
2.化學(xué)方法
化學(xué)方法是利用改良劑與重金屬離子之間的化學(xué)反應(yīng)，從而對污染土壤中的鉛進(jìn)行固定、分離提取等，主要包括化學(xué)固定法、螯合劑調(diào)節(jié)法、土壤PH控制法、土壤氧化還原電位調(diào)節(jié)法和土壤重金屬離子拮抗法等。
2. I.化學(xué)固定法化學(xué)固定法就是在受污染的土壤中加入化學(xué)試劑，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，降低重金屬離子在土壤中的有效性和遷移性，達(dá)到治理的目的。
2. 2.螯合劑調(diào)節(jié)法螯合劑調(diào)節(jié)法是向受污染的土壤中加入螯合劑，螯合劑與土壤中的重金屬離子發(fā)生反應(yīng)，增強(qiáng)了重金屬在土壤中的有效性。
2.3. 土壤pH控制法土壤pH控制法是通過調(diào)節(jié)土壤中的pH值來調(diào)節(jié)重金屬離子的有效性和遷移性。
2.4. 土壤氧化還原電位調(diào)節(jié)法土壤氧化還原電位調(diào)節(jié)法是基于土壤中存在的氧化物質(zhì)和還原物質(zhì)之間進(jìn)行氧化還原反應(yīng)時所產(chǎn)生的電位值，通過調(diào)節(jié)電位值來改變鉛離子在土壤中的活性。
3生物方法
生物修復(fù)技術(shù)是在20世紀(jì)90年代迅速發(fā)展的一種治理土壤污染的新技術(shù)，是一種環(huán)境友好型治理技術(shù)，以其高效、安全、持久、價廉等特點(diǎn)得到學(xué)者和政府的認(rèn)可。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生物修復(fù)技術(shù)將會具有廣闊的應(yīng)用空間，生物修復(fù)主要包括微生物和植物修復(fù)
3.1.微生物修復(fù)法微生物修復(fù)法是利用土壤中的某些微生物，或者土壤中生活的小動物對重金屬鉛具有吸收、沉淀、氧化和還原等作用，從而降低土壤重金屬的毒性。
3.2.植物修復(fù)法植物修復(fù)法是利用植物及其根系圈微生物體系的吸收、揮發(fā)、 轉(zhuǎn)化和降解的作用機(jī)制，來清除環(huán)境中污染物質(zhì)的一項(xiàng)新興的污染治理技術(shù)，它以費(fèi)用低、 不破壞場地結(jié)構(gòu)、凈化環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)成為修復(fù)鉛污染土壤的熱門技術(shù)。具體地說，利用植物本身特有的利用污染物、轉(zhuǎn)化污染物，通過氧化、還原或水解作用，使污染物得以降解和脫毒的能力，利用植物根系圈特殊的生態(tài)條件，加速土壤微生物的生長，顯著提高根系圈微環(huán)境中微生物的生物量和潛能，從而提高對土壤中有機(jī)污染物的分解作用的能力，以及利用某些植物特殊的積累與固定能力，去除土壤中某些無機(jī)和有機(jī)污染物的能力，稱為植物修復(fù)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種化學(xué)淋洗和生物修復(fù)相結(jié)合修復(fù)重金屬污染土壤的方法。
一種化學(xué)淋洗和生物修復(fù)相結(jié)合修復(fù)重金屬污染土壤的方法，根據(jù)土壤中重金屬含量的高低，分為重度污染和輕度污染，然后選擇修復(fù)方法，若為重度污染，則先進(jìn)行化學(xué)淋洗，然后進(jìn)行生物修復(fù)；若輕度污染，直接選擇生物修復(fù)；
所述化學(xué)淋洗的方法為以酸性螯合劑，優(yōu)選乙二胺二琥珀酸作為淋洗劑；首先， 用噴淋設(shè)施將淋洗劑通過淋洗噴頭噴淋到受污染的土壤上，淋洗劑與土壤中的重金屬離子發(fā)生反應(yīng)，然后，通過抽吸井將反應(yīng)后的淋洗劑抽吸到地表進(jìn)行處理；
所述生物修復(fù)的方法為在污染帶上面覆蓋一層非滲透性的封閉層，將含有硫酸鹽還原菌的培養(yǎng)基通過加樣井接種到土壤上進(jìn)行培養(yǎng)，然后用抽吸井抽出含有微生物的污染物。
所述重度污染為土壤中鉻含量大于2. 5 mg/kg ;銅含量大于93. 2 mg/kg ;鉛含量大于125. 5 mg/kg ;萊含量大于O. 8 mg/kg ;所述輕度污染為土壤中鉻含量小于2. 5 mg/kg; 銅含量小于93. 2 mg/kg ;鉛含量小于125. 5 mg/kg ;萊含量小于O. 8 mg/kg。
本發(fā)明的有益效果為通過對不同類型的受污染的土壤進(jìn)行分類，然后對重度污染的土壤通過添加酸性螯合劑進(jìn)行淋洗，提取出土壤中高濃度的重金屬，對淋洗不完全的部分殘留的低濃度的受污染土壤進(jìn)行生物修復(fù)。本發(fā)明利用化學(xué)修復(fù)結(jié)合生物修復(fù)的方法，進(jìn)行重金屬的原位修復(fù)，該方法能夠?qū)κ苤亟饘傥廴镜耐寥烙忻黠@的修復(fù)效果，并成功的避免了對土壤的二次污染。


附圖I化學(xué)淋洗方法修復(fù)重金屬污染土壤的示意附圖2微生物修復(fù)重金屬污染土壤的示意I-噴淋裝置；2_噴淋管道；3_淋洗噴頭；4_外部處理設(shè)施；5_抽吸管道；6_抽吸井；7_加樣裝置；8_加樣管道；9_非滲透性封閉層；10_加樣井。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明
對于重度污染的重金屬土壤將濃度為20mmol/L的乙二胺二琥珀酸(EEDS)為淋洗劑，先進(jìn)行化學(xué)淋洗，首先用噴淋裝置I將淋洗劑通過噴淋管道2的淋洗噴頭3噴淋到受污染的土壤上，依靠重力作用，噴淋劑在土壤中下滲，并與土壤中的重金屬離子發(fā)生反應(yīng)， 噴淋大約20天后土壤中水提取態(tài)的重金屬達(dá)到最大濃度；然后用抽吸井6通過抽吸管道5 將含有重金屬的淋洗劑抽到地表進(jìn)行處理，并用外部處理設(shè)施4進(jìn)行處置，如圖I所示。
對化學(xué)淋洗后含有低濃度重金屬的土壤進(jìn)行生物修復(fù)。選用硫酸鹽還原菌在污染帶上面覆蓋一層非滲透性的封閉層9，將含有硫酸鹽還原菌的培養(yǎng)基在加樣裝置7作用下通過加樣井10中的加樣管道8接種到土壤上進(jìn)行培養(yǎng)，有硫酸鹽還原菌以重金屬表面有機(jī)物作為碳源，并利用有硫酸鹽還原菌生物膜內(nèi)產(chǎn)生的氫，將硫酸鹽還原成硫化氫，從氧化還原反應(yīng)中獲得生存的能量，將重金屬和殘余的EEDS攝入體內(nèi)，然后用抽吸井6抽出含有微生物的淋洗液。如圖2所示。
對于輕度污染的重金屬土壤直接進(jìn)行生物修復(fù)，修復(fù)過程和上述生物修復(fù)過程
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)淋洗和生物修復(fù)相結(jié)合修復(fù)重金屬污染土壤的方法，其特征在于，根據(jù)土壤中重金屬含量的高低，分為重度污染和輕度污染，然后選擇修復(fù)方法，若為重度污染，則先進(jìn)行化學(xué)淋洗，然后進(jìn)行生物修復(fù)；若輕度污染，直接選擇生物修復(fù)；所述化學(xué)淋洗的方法為以酸性螯合劑，優(yōu)選乙二胺二琥珀酸作為淋洗劑；首先，用噴淋設(shè)施將淋洗劑通過淋洗噴頭噴淋到受污染的土壤上，淋洗劑與土壤中的重金屬離子發(fā)生反應(yīng)，然后，通過抽吸井將反應(yīng)后的淋洗劑抽吸到地表進(jìn)行處理；所述生物修復(fù)的方法為選擇對土壤重金屬有耐受能力的微生物，優(yōu)選硫酸鹽還原菌； 首先，在污染帶上面覆蓋一層非滲透性的封閉層，將含有微生物的培養(yǎng)基通過加樣井接種到土壤上進(jìn)行培養(yǎng)，然后用抽吸井抽出含有微生物的污染物。
2.根據(jù)權(quán)利I要求的修復(fù)重金屬污染土壤的方法，其特征在于，所述重度污染為土壤中鉻含量大于2. 5 mg/kg ;銅含量大于93. 2 mg/kg ;鉛含量大于125. 5 mg/kg ;萊含量大于O.8 mg/kg ;所述輕度污染為土壤中鉻含量小于2. 5 mg/kg ;銅含量小于93. 2 mg/kg ;鉛含量小于125. 5 mg/kg ;萊含量小于O. 8 mg/kg。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域的一種化學(xué)淋洗和生物修復(fù)相結(jié)合修復(fù)重金屬污染土壤的方法。針對土壤中重金屬含量高并有高毒性的特點(diǎn)，本發(fā)明提出先進(jìn)行化學(xué)淋洗修復(fù)后進(jìn)行生物修復(fù)的策略進(jìn)行修復(fù)。首先，對不同類型的受污染的土壤，進(jìn)行分類重度污染和輕度污染。然后對重度污染的土壤通過添加酸性螯合劑進(jìn)行淋洗，提取出土壤中高濃度的重金屬，對淋洗不完全的部分殘留的低濃度的受污染土壤進(jìn)行生物修復(fù)。本發(fā)明利用化學(xué)修復(fù)結(jié)合生物修復(fù)的方法，進(jìn)行重金屬的原位修復(fù)，該方法能夠?qū)κ苤亟饘傥廴镜耐寥烙忻黠@的修復(fù)效果，并成功的避免了對土壤的二次污染。
文檔編號B09C1/08GK102909215SQ20121045428
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月13日
發(fā)明者盧宏瑋, 史斌, 何理, 張一梅 申請人:華北電力大學(xué)