本發(fā)明涉及環(huán)境污染治理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種土壤復(fù)合重金屬污染治理及資源化方法。

背景技術(shù)：

重金屬是一種典型的污染物，其主要來源有1)工業(yè)生產(chǎn)，特別是采礦和冶煉工業(yè)向環(huán)境釋放大量的重金屬污染物；2)生化垃圾，含有重金屬的垃圾能滲入土壤和水體；3)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，化肥和農(nóng)藥中有害物質(zhì)釋放重金屬。重金屬污染水體、土壤，對動(dòng)、植物具有嚴(yán)重的危害性。尤其是受到污染的土壤重金屬不易去除，導(dǎo)致農(nóng)作物中重金屬嚴(yán)重超標(biāo)，通過食物鏈富集并轉(zhuǎn)移到人體內(nèi)，危害人類身體健康。

由于重金屬污染土壤危害的嚴(yán)重性，國內(nèi)外學(xué)者對重金屬污染土壤修復(fù)進(jìn)行了大量的研究并取得了較多的成果。主要有1)物理措施，包括工程技術(shù)、電動(dòng)力化學(xué)和玻璃化技術(shù)，但普遍存在工程量大，能耗高的缺點(diǎn)；2)化學(xué)措施，包括固定化技術(shù)和淋洗法，但是固定化技術(shù)不能徹底將重金屬去除，重金屬仍存在于土壤中；林洗法會(huì)產(chǎn)生大量的淋洗液，處理難度大，易產(chǎn)生二次污染；3)生物措施，包括植物、動(dòng)物和微生物修復(fù)，但是存在運(yùn)行周期長，治理效率低等缺點(diǎn)。

高效磁性吸附材料作為新型的環(huán)境治理功能材料，具有吸附性能強(qiáng)、適用范圍廣、成本低等優(yōu)勢，在治理受污染土壤方面展現(xiàn)出很大的應(yīng)用潛力。

另外，目前對土壤重金屬治理的研究較多，但是對于治理土壤中重金屬及資源回收方面的研究鮮有報(bào)道，尤其是對于高效、低成本、無二次污染治理土壤中重金屬及資源回收的研究尚未開展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種土壤復(fù)合重金屬污染治理及資源化方法，具有處理重金屬種類多樣化、去除效率高、無二次污染的優(yōu)點(diǎn)，并能夠?qū)?fù)合重金屬進(jìn)行精確分離和回收，可應(yīng)用于受重金屬污染土壤的原位修復(fù)或異位修復(fù)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種土壤復(fù)合重金屬污染治理及資源化方法，包括如下步驟：

1)投加吸附材料；在受重金屬污染的土壤中投加磁性吸附材料，并將磁性吸附材料與土壤混勻，使土壤中的重金屬遷移至磁性吸附材料中，實(shí)現(xiàn)重金屬與土壤的分離；

2)磁力分離；采用多級磁選方法將吸附飽和的磁性吸附材料從土壤中分離、收集，達(dá)到受重金屬污染土壤的修復(fù)治理；

3)吸附材料解吸；吸附飽和的磁性吸附材料投放至解吸攪拌設(shè)備中，將磁性吸附材料與解吸液充分?jǐn)嚢杌靹?，使重金屬從磁性吸附材料中分離，進(jìn)入到解吸液中；

4)解吸液一次調(diào)節(jié)；在解吸液調(diào)節(jié)槽內(nèi)進(jìn)行，解吸液調(diào)節(jié)參數(shù)為解吸液的濃度、溫度和pH值；

5)板框過濾及解吸液二次調(diào)節(jié)；含重金屬的解吸液經(jīng)過板框過濾截留磁性吸附材料，并在調(diào)節(jié)池中進(jìn)行二次調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)參數(shù)為溫度和pH值；

6)超重力離心萃取重金屬；調(diào)節(jié)池中的含重金屬的解吸液進(jìn)入超重力離心萃取機(jī)，通過添加重金屬萃取劑分離和富集不同種類的重金屬；

7)自由流電泳；含有高濃度重金屬或復(fù)合重金屬的分離液進(jìn)入自由流電泳設(shè)備中，精確分離、回收重金屬。

所述磁性吸附材料為磁性沸石、磁性炭、磁性多孔陶瓷中的一種或一種以上任意組合，所吸附的重金屬包括汞、鉈、砷、鉛、銻、錳、鉻、鎘、銅、鋅、鈷、鎳，磁性吸附材料投加量為5～100kg/m³。

所述解吸攪拌設(shè)備中解吸液與磁性吸附材料的液固比為4～10:1；攪拌轉(zhuǎn)速為50～200r/min，攪拌時(shí)間為10～60min。

步驟3)中重金屬從磁性吸附材料中分離后，磁性吸附材料進(jìn)行再生處理。

所述超重力離心萃取機(jī)采用1～10級串聯(lián)或并聯(lián)，轉(zhuǎn)速在1000～5000r/min；含重金屬解吸液與重金屬萃取劑的比例為2～10:1。

步驟6)中，含重金屬的解吸液經(jīng)過超重力離心萃取后，重金屬的去除率為95～100％，去除重金屬后的解吸液回收并循環(huán)使用。

所述自由流電泳裝置兩端電壓為1～1000V，含重金屬的萃取劑流速為1～100mL/min；分離重金屬后的萃取劑回收并循環(huán)使用。

步驟4)、步驟5)中調(diào)節(jié)pH值時(shí)采用鹽酸、硫酸或氫氧化鈉溶液作為調(diào)節(jié)劑。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1)利用磁性吸附材料高效去除土壤中多種重金屬，操作簡單，磁性吸附材料與土壤易于分離，重金屬去除率高，無二次污染；

2)磁性吸附材料中的重金屬解吸效率高，解吸液和磁性吸附材料均可回收并重復(fù)使用，可降低治理成本；

3)解吸后的重金屬可高效、快速的富集濃縮，并精確分離、提取、回收重金屬，實(shí)現(xiàn)土壤重金屬治理及資源化。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述土壤復(fù)合重金屬污染治理及資源化方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說明：

如圖1所示，本發(fā)明所述一種土壤復(fù)合重金屬污染治理及資源化方法，包括如下步驟：

1)投加吸附材料：在受重金屬污染的土壤中投加磁性吸附材料，并將磁性吸附材料與土壤混勻，使土壤中的重金屬遷移至磁性吸附材料中，實(shí)現(xiàn)重金屬與土壤的分離；

2)磁力分離：采用多級磁選方法將吸附飽和的磁性吸附材料從土壤中分離、收集，達(dá)到受重金屬污染土壤的修復(fù)治理；

3)吸附材料解吸：吸附飽和的磁性吸附材料投放至解吸攪拌設(shè)備中，將磁性吸附材料與解吸液充分?jǐn)嚢杌靹?，使重金屬從磁性吸附材料中分離，進(jìn)入到解吸液中；

4)解吸液一次調(diào)節(jié)：在解吸液調(diào)節(jié)槽內(nèi)進(jìn)行，解吸液調(diào)節(jié)參數(shù)為解吸液的濃度、溫度和pH值；

5)板框過濾及解吸液二次調(diào)節(jié)：含重金屬的解吸液經(jīng)過板框過濾截留磁性吸附材料，并在調(diào)節(jié)池中進(jìn)行二次調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)參數(shù)為溫度和pH值；

6)超重力離心萃取重金屬：調(diào)節(jié)池中的含重金屬的解吸液進(jìn)入超重力離心萃取機(jī)，通過添加重金屬萃取劑分離和富集不同種類的重金屬；

7)自由流電泳：含有高濃度重金屬或復(fù)合重金屬的分離液進(jìn)入自由流電泳設(shè)備中，精確分離、回收重金屬。

所述磁性吸附材料為磁性沸石、磁性炭、磁性多孔陶瓷中的一種或一種以上任意組合，所吸附的重金屬包括汞、鉈、砷、鉛、銻、錳、鉻、鎘、銅、鋅、鈷、鎳，磁性吸附材料投加量為5～100kg/m³。

所述解吸攪拌設(shè)備中解吸液與磁性吸附材料的液固比為4～10:1；攪拌轉(zhuǎn)速為50～200r/min，攪拌時(shí)間為10～60min。

步驟3)中重金屬從磁性吸附材料中分離后，磁性吸附材料進(jìn)行再生處理。

所述超重力離心萃取機(jī)采用1～10級串聯(lián)或并聯(lián)，轉(zhuǎn)速在1000～5000r/min；含重金屬解吸液與重金屬萃取劑的比例為2～10:1。

步驟6)中，含重金屬的解吸液經(jīng)過超重力離心萃取后，重金屬的去除率為95～100％，去除重金屬后的解吸液回收并循環(huán)使用。

所述自由流電泳裝置兩端電壓為1～1000V，含重金屬的萃取劑流速為1～100mL/min；分離重金屬后的萃取劑回收并循環(huán)使用。

步驟4)、步驟5)中調(diào)節(jié)pH值時(shí)采用鹽酸、硫酸或氫氧化鈉溶液作為調(diào)節(jié)劑。

以下實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。下述實(shí)施例中所用方法如無特別說明均為常規(guī)方法。

【實(shí)施例】

本實(shí)施例中，受重金屬污染的土壤為某礦區(qū)周邊水稻土壤，經(jīng)取樣化驗(yàn)，土壤中的重金屬成分及含量為：

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。

本實(shí)施例采用的土壤復(fù)合重金屬污染治理及資源化方法具體操作過程如下：

1)在受重金屬污染的土壤中投加磁性吸附材料，并將磁性吸附材料與土壤混勻，磁性吸附材料的投加量為20kg/m³；土壤中的重金屬遷移至磁性吸附材料中，實(shí)現(xiàn)重金屬與土壤的分離；

2)利用電磁傳送機(jī)械加液壓翻板的磁選分離設(shè)備實(shí)現(xiàn)磁性吸附材料與土壤的分離，收集；

3)磁選分離后得到的磁性吸附材料投加到解吸攪拌設(shè)備中，解吸液與磁性吸附材料的液固比為5:1；攪拌轉(zhuǎn)速為150r/min，攪拌時(shí)間為30min，使重金屬從磁性吸附材料中轉(zhuǎn)移到解吸液中；

4)在解吸液調(diào)節(jié)槽內(nèi)的解吸液為2mol/L的鹽酸與1％的殼聚糖的混合液，調(diào)節(jié)解吸液的pH值為2～3，溫度為75℃；

5)通過板框過濾器截留脫附重金屬后的磁性吸附材料，磁性吸附材料送去再生處理，重復(fù)使用；含有重金屬的解吸液進(jìn)入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)溫度為50℃，pH值4，備用；

6)調(diào)節(jié)池中的含重金屬的解吸液進(jìn)入超重力離心萃取機(jī)中，與金屬萃取劑的比例為4:1，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為4000r/min，通過2級串聯(lián)萃取后，重金屬轉(zhuǎn)移到萃取液中，去除重金屬的解吸液回收并循環(huán)使用；

7)含有高濃度復(fù)合重金屬的萃取液進(jìn)入自由流電泳裝置中，流速為30mL/min,兩端電壓50～100V；經(jīng)過該步驟后，復(fù)合重金屬被精確分離和回收。

本實(shí)施例對復(fù)合重金屬土壤進(jìn)行治理及資源化的效果如下：

通過磁性吸附材料吸附后，土壤中的重金屬含量明顯下降，Cr、Pb、Cd、Cu、Zn、Ni、Hg、As的去除率分別為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屬的解吸率大于96％。

解吸液中的重金屬通過超重力離心萃取后，重金屬的萃取率為98％，濃縮倍數(shù)達(dá)到6倍。

經(jīng)過自由流電泳裝置后，重金屬分離回收率為87.5％。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。