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一种重金属污染土壤修复剂及其制备方法

2020-10-26 13:43:30

  一种重金属污染土壤修复剂及其制备方法

  技术领域

  本发明涉及土壤修复技术领域,更具体地说,涉及一种重金属污染土壤修复剂及其制备方法。

  背景技术

  土壤重金属污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性,土壤重金属污染是一个严峻的环境问题,污染物在土壤中移动性差、滞留时间长、不能被微生物降解的特点,经水、植物等介质最终将影响人类健康。

  当前,我国受到重金属污染的耕地面积为266722万hm,约占全国总耕地面积的1/6,其中Cd污染耕地1133万hm,涉及11个省25个地区。重金属污染物属于一种优先控制污染物,环境中的重金属污染与危害决定于重金属在环境中的含量分布、化学特性、环境化学行为、迁移转化以及重金属对生物的毒性。

  土壤修复是指利用外界手段使遭受污染的土壤恢复正常功能的技术措施,目前土壤重金属修复技术主要分为植物修复、微生物修复、物理化学修复和农业工程修复技术。现有技术中最常使用修复手段为物理土壤修复,物理土壤吸附手段简单、易实施:技术人员通过向土壤中添加固化剂或吸附剂,以结合并固定或吸附土壤中的重金属,目前所报道的固化剂或吸附剂主要有沸石、硅藻土、海泡石、膨润土和石灰石等,而这些现有技术中所常用的固化剂或吸附剂其吸附、固化功能较为单一,而单一的通过物理修复方法的效果不显著、见效慢,其土壤修复效果还有待提高。

  发明内容

  1.要解决的技术问题

  针对现有技术中存在的问题,本发明的目的在于提供一种重金属污染土壤修复剂及其制备方法,选用改性膨润土作为该修复剂的重金属吸附主体,在改性膨润土内增设活性污泥以及活性吸附剂,有效提高该吸附剂的吸附效果,而通过离子还原剂以及有机肥的配合,一方面效提高土壤营养度,另一方面通过离子还原剂增加土壤阳离子交换量,形成不溶性金属有机复合物,能够将土壤中的重金属转化成化学性质不活泼的形态,此外,在吸附剂外表面包覆一层生物菌剂的生物成膜剂,进一步起到对土壤中重金属进行固定、移动或转化降解作用同时,微生物菌漫淹于土壤中后,会在植株根毛表层形成一层薄膜,具有保护根毛以及输送肥料的作用。

  2.技术方案

  为解决上述问题,本发明采用如下的技术方案。

  一种重金属污染土壤修复剂,包括以下重量份的组分:50-65份的改性膨润土、20-35份的活性污泥、10-15份的有机肥、3-8份的生物菌剂、5-10份的活性吸附剂、3-5份离子还原剂。

  进一步的,所述改性膨润土采用硫酸铝和硝酸银对普通膨润土进行改性,制得改性膨润土,且该改性膨润土为Al-Ag盐改性膨润土,并在改性过程中加入适量的杀菌剂以及氢氧化钠溶液,杀菌剂用于提高Al-Ag盐改性膨润土的土壤灭菌性能,氢氧化钠溶液用于调节其PH值,Al-Ag盐改性膨润土颗粒具有大量结构复杂的微孔,为重金属吸附提供了大量吸附点,有利于土壤中重金属的吸附、络合、沉淀。

  进一步的,所述Al-Ag盐改性膨润土的制备过程如下:

  首先称取300g的膨润土,向膨润土内加入适量水,进行搅拌混合制成膨润土溶液;

  向膨润土溶液中加入硫酸铝和硝酸银并进行搅拌混合,并在膨润土溶液中加入500g的杀菌剂以及适量的NaOH溶液,采用磁力搅拌并离心清洗;

  离心之后进行真空干燥,即得到Al-Ag盐改性膨润土。

  进一步的,所述有机肥选用鸡粪、沼液、木素以及草木灰配比混制而成,所述鸡粪、沼液、木素以及草木灰的重量比为3:2:1:2,配合膨润土使用,有利于提高土壤营养度。

  进一步的,所述生物菌剂选用聚谷氨酸溶液、枯草芽孢杆菌孢子粉、固氮菌粉以及硅酸盐菌粉配比混制而成,所述聚谷氨酸溶液、枯草芽孢杆菌孢子粉、固氮菌粉以及硅酸盐菌粉的重量比为1:2:0.5:1,聚谷氨酸溶液选用聚-γ-谷氨酸,其具有优良的水溶性、超强的吸附性和生物可降解性,降解产物为无公害的谷氨酸,是一种优良的环保型高分子材料,且其配合枯草芽孢杆菌孢子粉、固氮菌粉以及硅酸盐菌粉,可以当做重金属离子吸附剂,漫淹于土壤中时,会在植株根毛表层形成一层薄膜,不但具有保护根毛的功能,更是土壤中养份、水份与根毛亲密接触的最佳输送平台,能很有效率的提高肥料的溶解、存储、输送与吸收。

  进一步的,所述活性吸附剂选用活性炭、炉灰,所述活性炭和炉灰的重量比为2:1,所述离子还原剂选用凝聚硅灰和亚硫酸钠,所述凝聚硅灰和亚硫酸钠的重量比为1:2,活性吸附剂易于该修复剂表面形成若干孔隙,进一步有效提高该修复剂对重金属吸附能力。

  一种重金属污染土壤修复剂的制备方法,包括以下步骤:

  S1:按所述重量配比称取各组分原料备用;

  S2:将所述重量份的改性膨润土通过膨润土磨粉机进行粉碎研磨处理,得到粒径均为200目的改性膨润土粉末,将改性膨润土粉末和活性吸附剂加入搅拌器内,混合搅拌,搅拌时间为0.5-1h,得到混合物A;

  S3:向S2中的混合物A中加入活性污泥、离子还原剂以及适量工业水,混合搅拌,搅拌时间为1-2h,得到混合物B,再向混合溶液B中加入有机肥,混合搅拌,搅拌时间为0.5-1h,得到混合物C;

  S4:将混合物C送入造粒机中进行造粒,造粒机选用圆盘造粒机、转鼓造粒机其中的一种,并向造粒机中加入适量的水蒸气配合造粒,由造粒机造出的修复剂经烘干、冷却,备用;

  S5:将生物菌剂与适量的粘结剂以及稀释剂进行配比制成生物成膜剂,将冷却后的修复剂至于搅拌器内,在搅拌器上架设有喷覆机构,通过喷覆机构将生物成膜剂均匀喷覆于修复剂上,均匀搅拌后,既得到重金属污染土壤修复剂。

  进一步的,所述喷覆机构固定嵌设安装于搅拌器上,所述搅拌器为圆筒状结构,所述搅拌器的上端开设有开口,所述喷覆机构的底端通过开口与搅拌器内部相连通,所述搅拌器的一端设有落料口,所述搅拌器远离落料口的一端固定安装有旋转电机,所述旋转电机的驱动端贯穿搅拌器并固定连接有螺旋搅拌轴,螺旋搅拌轴在旋转电机的带动下进行旋转,当修复剂导入至搅拌器内后,通过喷覆机构向搅拌器内喷涂雾化生物成膜剂,雾化生物成膜剂均匀喷覆于修复剂上,在搅拌的过程中并将喷覆后的修复剂从落料口处导出。

  进一步的,所述喷覆机构包括嵌设安装于开口顶端的固定框,所述固定框靠近旋转电机的一端侧壁上固定安装有锥形进料口,所述固定框靠近顶端部嵌设连接有喷覆管,所述喷覆管的一端外接有进液管,所述喷覆管的底端等间距安装有多个雾化喷嘴。

  进一步的,所述固定框靠近底端的侧壁上固定安装有分散板,所述分散板位于雾化喷嘴的底端,且分散板位于锥形进料口的侧上方,分散板的设置进一步有效提高了雾化生物成膜剂的扩散效果。

  3.有益效果

  相比于现有技术,本发明的优点在于:

  (1)本方案选用改性膨润土作为该修复剂的重金属吸附主体,在改性膨润土内增设活性污泥以及活性吸附剂,有效提高该吸附剂的吸附效果,而通过离子还原剂以及有机肥的配合,在有效提高土壤营养度的前提下,易于植被根部营养吸收,同时通过离子还原剂增加土壤阳离子交换量,还易于形成不溶性金属有机复合物,能够将土壤中的重金属转化成化学性质不活泼的形态,阻止其在环境中迁移、扩散等过程,此外,在吸附剂外表面包覆一层生物菌剂的生物成膜剂,进一步起到对土壤中重金属进行固定、移动或转化降解作用同时,微生物菌漫淹于土壤中后,会在植株根毛表层形成一层薄膜,不但具有保护根毛的功能,更是土壤中养份、水份与根毛亲密接触的最佳输送平台,能很有效率的提高肥料的溶解、存储、输送。

  (2)改性膨润土采用硫酸铝和硝酸银对普通膨润土进行改性,制得改性膨润土,且该改性膨润土为Al-Ag盐改性膨润土,并在改性过程中加入适量的杀菌剂以及氢氧化钠溶液,杀菌剂用于提高Al-Ag盐改性膨润土的土壤灭菌性能,氢氧化钠溶液用于调节其PH值,Al-Ag盐改性膨润土颗粒具有大量结构复杂的微孔,为重金属吸附提供了大量吸附点,有利于土壤中重金属的吸附、络合、沉淀。

  (3)活性吸附剂选用活性炭、炉灰,所述活性炭和炉灰的重量比为2:1,所述离子还原剂选用凝聚硅灰和亚硫酸钠,所述凝聚硅灰和亚硫酸钠的重量比为1:2,活性吸附剂易于该修复剂表面形成若干孔隙,进一步有效提高该修复剂对重金属吸附能力。

  (4)通过喷覆机构将生物菌剂喷覆于吸附剂外表面,使其外表面包覆一层生物成膜,使该修复剂具有一定的生物吸附作用,易于提高对土壤的吸附、分解性能,提高吸附质量。

  附图说明

  图1为本发明的流程图;

  图2为本发明的搅拌器与喷覆机构结合处的立体图;

  图3为本发明的搅拌器处的立体图;

  图4为本发明旋转电机与螺旋搅拌轴结合处的立体图;

  图5为本发明喷覆机构处的内部结构示意图。

  图中标号说明:

  1搅拌器、101落料口、102开口、2固定框、201锥形进料口、3喷覆管、4雾化喷嘴、5旋转电机、6螺旋搅拌轴、7分散板。

  具体实施方式

  下面将结合本发明实施例中的附图;对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述;显然;所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例;而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例;本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例;都属于本发明保护的范围。

  在本发明的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。

  在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等,应做广义理解,例如“连接”,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

  实施例1:

  请参阅图1,一种重金属污染土壤修复剂,包括以下重量份的组分:50-65份的改性膨润土、20-35份的活性污泥、10-15份的有机肥、3-8份的生物菌剂、5-10份的活性吸附剂、3-5份离子还原剂。

  其中,改性膨润土采用硫酸铝和硝酸银对普通膨润土进行改性,制得改性膨润土,且该改性膨润土为Al-Ag盐改性膨润土,并在改性过程中加入适量的杀菌剂以及氢氧化钠溶液,杀菌剂用于提高Al-Ag盐改性膨润土的土壤灭菌性能,氢氧化钠溶液用于调节其PH值,Al-Ag盐改性膨润土颗粒具有大量结构复杂的微孔,为重金属吸附提供了大量吸附点,有利于土壤中重金属的吸附、络合、沉淀。

  Al-Ag盐改性膨润土的制备过程如下:

  首先称取300g的膨润土,向膨润土内加入适量水,进行搅拌混合制成膨润土溶液;

  向膨润土溶液中加入硫酸铝和硝酸银并进行搅拌混合,并在膨润土溶液中加入500g的杀菌剂以及适量的NaOH溶液,采用磁力搅拌并离心清洗;

  离心之后进行真空干燥,即得到Al-Ag盐改性膨润土。

  具体的,有机肥选用鸡粪、沼液、木素以及草木灰配比混制而成,鸡粪、沼液、木素以及草木灰的重量比为3:2:1:2,配合膨润土使用,有利于提高土壤营养度,生物菌剂选用聚谷氨酸溶液、枯草芽孢杆菌孢子粉、固氮菌粉以及硅酸盐菌粉配比混制而成,聚谷氨酸溶液、枯草芽孢杆菌孢子粉、固氮菌粉以及硅酸盐菌粉的重量比为1:2:0.5:1,聚谷氨酸溶液选用聚-γ-谷氨酸,其具有优良的水溶性、超强的吸附性和生物可降解性,降解产物为无公害的谷氨酸,是一种优良的环保型高分子材料,且其配合枯草芽孢杆菌孢子粉、固氮菌粉以及硅酸盐菌粉,可以当做重金属离子吸附剂,漫淹于土壤中时,会在植株根毛表层形成一层薄膜,不但具有保护根毛的功能,更是土壤中养份、水份与根毛亲密接触的最佳输送平台,能很有效率的提高肥料的溶解、存储、输送与吸收。

  此外,活性吸附剂选用活性炭、炉灰,活性炭和炉灰的重量比为2:1,离子还原剂选用凝聚硅灰和亚硫酸钠,凝聚硅灰和亚硫酸钠的重量比为1:2,活性吸附剂易于该修复剂表面形成若干孔隙,进一步有效提高该修复剂对重金属吸附能力。

  一种重金属污染土壤修复剂的制备方法,包括以下步骤:

  S1:按重量配比称取各组分原料备用;

  S2:将重量份的改性膨润土通过膨润土磨粉机进行粉碎研磨处理,得到粒径均为200目的改性膨润土粉末,将改性膨润土粉末和活性吸附剂加入搅拌器内,混合搅拌,搅拌时间为0.5-1h,得到混合物A;

  S3:向S2中的混合物A中加入活性污泥、离子还原剂以及适量工业水,混合搅拌,搅拌时间为1-2h,得到混合物B,再向混合溶液B中加入有机肥,混合搅拌,搅拌时间为0.5-1h,得到混合物C;

  S4:将混合物C送入造粒机中进行造粒,造粒机选用圆盘造粒机、转鼓造粒机其中的一种,并向造粒机中加入适量的水蒸气配合造粒,由造粒机造出的修复剂经烘干、冷却,备用;

  S5:将生物菌剂与适量的粘结剂以及稀释剂进行配比制成生物成膜剂,将冷却后的修复剂至于搅拌器1内,在搅拌器1上架设有喷覆机构,通过喷覆机构将生物成膜剂均匀喷覆于修复剂上,均匀搅拌后,既得到重金属污染土壤修复剂。

  请参阅图2-5,喷覆机构固定嵌设安装于搅拌器1上,搅拌器1为圆筒状结构,搅拌器1的上端开设有开口102,喷覆机构的底端通过开口102与搅拌器1内部相连通,搅拌器1的一端设有落料口101,搅拌器1远离落料口101的一端固定安装有旋转电机5,旋转电机5的驱动端贯穿搅拌器1并固定连接有螺旋搅拌轴6,螺旋搅拌轴6在旋转电机5的带动下进行旋转,当修复剂导入至搅拌器1内后,通过喷覆机构向搅拌器1内喷涂雾化生物成膜剂,雾化生物成膜剂均匀喷覆于修复剂上,在搅拌的过程中并将喷覆后的修复剂从落料口101处导出,实现造粒完成的修复剂上包覆一层生物菌剂膜,易于对土壤中的一些有害物质进行吸附、分解。

  具体的,喷覆机构包括嵌设安装于开口102顶端的固定框2,固定框2靠近旋转电机5的一端侧壁上固定安装有锥形进料口201,固定框2靠近顶端部嵌设连接有喷覆管3,喷覆管3的一端外接有进液管,喷覆管3的底端等间距安装有多个雾化喷嘴4,固定框2靠近底端的侧壁上固定安装有分散板7,分散板7位于雾化喷嘴4的底端,且分散板7位于锥形进料口201的侧上方,分散板7的设置进一步有效提高了雾化生物成膜剂的扩散效果。

  以上所述;仅为本发明较佳的具体实施方式;但本发明的保护范围并不局限于此;任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内;根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变;都应涵盖在本发明的保护范围内。

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