田間土壤中Cd的治理方法及其應(yīng)用與流程

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導(dǎo)航： X技術(shù)> 最新專利>環(huán)保節(jié)能,再生,污水處理設(shè)備的制造及其應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明涉及土壤重金屬污染治理技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種田間土壤中cd的治理方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

目前，我國土壤環(huán)境狀況總體不容樂觀，部分地區(qū)土壤污染嚴重，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂，工礦業(yè)廢棄地土壤環(huán)境問題尤為突出。重金屬污染土壤修復(fù)的研究已成為當(dāng)前國內(nèi)外的熱點科學(xué)問題和前沿領(lǐng)域。

重金屬鎘(cd)是土壤中較常見的污染物之一。土壤中鎘的形態(tài)通常分為可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機結(jié)合態(tài)和殘渣態(tài)。不同形態(tài)的cd的生物有效性不同，其中能夠被生物吸收或?qū)ι锂a(chǎn)生毒性的cd稱為有效態(tài)cd。由于cd是機體生長發(fā)育非必需元素，可經(jīng)消化道和呼吸道等多暴露途徑進入動物和人體，且體內(nèi)半衰期長達10～35年，為已知的最易在體內(nèi)蓄積的毒物，主要蓄積于肝臟和腎，能對腎、肺、肝、睪丸、腦、骨骼以及血液系統(tǒng)產(chǎn)生一系列損傷和細胞、體液免疫抑制，且cd已被美國毒物管理委員會列為第6位危害人體健康的有毒物質(zhì)，被國際癌癥研究中心歸類為第1致癌物。因此研究如何治理土壤中有效態(tài)cd的污染具有重要意義。

現(xiàn)有技術(shù)中土壤有效態(tài)cd污染的原位修復(fù)主要有兩種途徑，一是改變cd的存在狀態(tài)，降低其活性，利用固化劑使田間土壤中的cd鈍化，以減小對食物鏈的毒害；二是通過生物修復(fù)(主要是植物修復(fù))吸收田間土壤中有效態(tài)cd。然而，第一種途徑并沒有去除田間土壤中的cd污染，治標(biāo)不治本，存在二次污染的危險，第二種途徑的修復(fù)周期較長，有效態(tài)cd的去除效果較差，無法有效去除土壤中有效態(tài)cd污染。

有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一個目的在于提供一種田間土壤中cd的治理方法，以改善現(xiàn)有技術(shù)無法有效去除土壤中有效態(tài)cd的技術(shù)問題。本發(fā)明方法簡單，容易操作實施，治理周期較短且效果顯著，并且水資源能夠回收利用，降低治理成本，有效實現(xiàn)經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。

本發(fā)明的第二個目的在于提供一種本發(fā)明所述方法在田間土壤cd污染治理中的應(yīng)用，通過應(yīng)用本發(fā)明所述田間土壤中cd的治理方法，能夠有效去除土壤中有效態(tài)的cd，降低有效態(tài)cd污染程度，修復(fù)后的土壤能夠安全使用。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種田間土壤中cd的治理方法，包括如下步驟：

對田間土壤用浸洗劑進行活化浸洗；

通過田內(nèi)水溝將浸洗出的液體引入集水井中；

向集水井中加入處理劑，沉淀分離出cd，上清液抽出后回收用于灌溉農(nóng)田，再取出集水井底部含有cd的沉淀物；

向浸洗后的土壤中加入堿性物及有機肥料，得到修復(fù)后的田間土壤。

可選地，浸洗劑包括醋酸、檸檬酸、磷酸或草酸中的一種或幾種；優(yōu)選地，浸洗劑為醋酸。

可選地，浸洗劑的濃度為0.1-5mol/l，浸洗劑與土壤的質(zhì)量比為(5-20)：1。

可選地，對田間土壤用浸洗劑進行活化浸洗的具體步驟為：先向田間土壤中施用浸洗劑，然后通過工程設(shè)備對土壤進行翻耕攪拌，再重復(fù)所述施用浸洗劑和翻耕攪拌土壤的過程1-3次。

可選地，田內(nèi)水溝底部的高度低于田間耕層土壤所在的平面20-30cm。

可選地，處理劑包括離子交換樹脂或硫化鈉。

可選地，向集水井中加入處理劑，沉淀分離出cd的具體步驟為：調(diào)節(jié)集水井中液體的ph為堿性，再向集水井中加入硫化鈉，待沉淀完全后將上清液抽至儲液池中回收用于灌溉農(nóng)田，然后將集水井中含有cd的沉淀物取出。

可選地，向浸洗后的土壤中加入的堿性物包括生石灰；堿性物用于調(diào)節(jié)土壤的ph值。

優(yōu)選地，本發(fā)明提供的田間土壤中cd的治理方法，包括如下步驟：

在待處理的田間設(shè)置多條田內(nèi)水溝，田內(nèi)水溝縱橫交錯，田內(nèi)水溝底部的高度低于田間耕層土壤所在平面20cm；

先向田間土壤中加入灌溉水，浸泡24h，以使耕層以下土壤空隙充滿灌溉水，然后施用0.2mol/l的醋酸浸洗劑，浸洗劑與土壤的質(zhì)量比為8：1，再通過工程設(shè)備對土壤進行翻耕攪拌，重復(fù)所述施用浸洗劑和翻耕攪拌土壤的過程1次；

浸洗出的液體通過田內(nèi)水溝匯入集水井中，調(diào)節(jié)集水井中液體的ph為堿性，再向集水井中加入硫化鈉，待沉淀完全后上清液通過抽水機全部抽入儲液池中回收用于灌溉農(nóng)田，再將集水井中含有cd的沉淀物取出；

向浸洗后的土壤中加入堿性物及有機肥料，得到修復(fù)后的田間土壤。

本發(fā)明還提供上述方法在治理土壤cd污染中的應(yīng)用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明田間土壤中cd的治理方法先對田間土壤進行有效浸洗，以浸洗出有效態(tài)的cd，然后通過田內(nèi)水溝將浸洗出的含有cd的液體引入集水井后加入處理劑沉淀分離出cd，該方法能夠?qū)⒂行B(tài)cd從田間土壤中高效提取，降低土壤中重金屬cd的污染，去除cd的上清液回收用于灌溉農(nóng)田，從而在有效去除土壤中有效態(tài)cd的同時，能夠?qū)崿F(xiàn)水資源循環(huán)回收利用，降低治理成本，此外還能夠保證浸洗后的土壤正常使用，實現(xiàn)對土壤cd污染有效修復(fù)效果。本發(fā)明方法簡單，容易操作實施，治理周期較短且效果顯著，并且水資源能夠回收利用，降低治理成本，有效實現(xiàn)經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。

(2)本發(fā)明通過應(yīng)用本發(fā)明所述田間土壤中cd的治理方法，能夠有效去除土壤中有效態(tài)的cd，降低土壤中cd污染的程度，修復(fù)后的土壤能夠安全使用。

具體實施方式

下面將結(jié)合實施方式和實施例對本發(fā)明的實施方案進行詳細描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，下列實施方式和實施例僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。實施方式中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。

具體地，在本發(fā)明中，田間土壤中cd的治理方法針對的是土壤ph較高及重金屬cd含量較高的土壤，去除cd指的是去除土壤中有效態(tài)的cd，即本發(fā)明有效去除cd指的是去除酸性條件下土壤中能夠被植物吸收的有效態(tài)cd。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明實施方式提供一種田間土壤中cd的治理方法，包括如下步驟：對田間土壤用浸洗劑進行活化浸洗；通過田內(nèi)水溝將浸洗出的液體引入集水井中；向集水井中加入處理劑，沉淀分離出cd，上清液抽出后回收用于灌溉農(nóng)田，再取出集水井底部含有cd的沉淀物；向浸洗后的土壤中加入堿性物及有機肥料，得到修復(fù)后的田間土壤。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實施方式提供的田間土壤中cd的治理方法的有益效果為：

本發(fā)明實施方式提供的田間土壤中cd的治理方法先對田間土壤進行有效浸洗，以浸洗出有效態(tài)的cd，然后通過田內(nèi)水溝將浸洗出的含有cd的液體引入集水井后加入處理劑沉淀分離出cd，該方法能夠?qū)⒂行B(tài)cd從田間土壤中高效提取，降低土壤中重金屬cd的污染，去除cd的上清液回收用于灌溉農(nóng)田，從而在有效去除土壤中有效態(tài)cd的同時，能夠?qū)崿F(xiàn)水資源循環(huán)回收利用，降低治理成本，此外還能夠保證浸洗后的土壤正常使用，降低土壤cd污染的程度，實現(xiàn)對土壤cd污染的有效修復(fù)效果。本發(fā)明方法簡單，容易操作實施，治理周期較短且效果顯著，并且水資源能夠回收利用，降低治理成本，有效實現(xiàn)經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。

可選地，本發(fā)明在對田間土壤進行活化浸洗前，先對田間土壤進行灌溉至飽和狀態(tài)，從而能夠使耕層以下的土壤空隙中充滿灌溉水，以減少用浸洗劑對土壤活化浸洗時浸洗劑向地下水中的滲透的情況，避免激活耕層(從地面向下15-20cm的范圍)以下土壤中的有效態(tài)cd；在對田間土壤施用灌溉水至飽和后，再施用浸洗劑浸洗土壤，浸洗出的含有效態(tài)cd的液體通過田內(nèi)水溝流入集水井中，再進行后續(xù)處理。

可選地，為了實現(xiàn)調(diào)節(jié)土壤ph，活化并浸洗出土壤中有效態(tài)cd的目的，本發(fā)明實施方式提供的田間土壤中cd的治理方法中，浸洗劑包括醋酸、檸檬酸、磷酸或草酸中的一種或幾種；優(yōu)選地，浸洗劑為醋酸。

由于醋酸是有機小分子物質(zhì)，容易被土壤微生物降解，且降解產(chǎn)物是二氧化碳和水，不會殘留在土壤中造成二次污染，因此本發(fā)明優(yōu)選的浸洗劑為醋酸。

可選地，浸洗劑典型但非限制性為醋酸、檸檬酸、磷酸、草酸、醋酸與檸檬酸的組合、醋酸與草酸任意質(zhì)量比的組合或草酸與檸檬酸任意質(zhì)量比的組合。

可選地，為了提高對土壤中有效態(tài)cd的有效活化和提取效果，本發(fā)明實施方式提供的田間土壤中cd的治理方法中，浸洗劑的濃度為0.1-5mol/l，浸洗劑與土壤的質(zhì)量比為(5-20)：1。

可選地，浸洗劑的濃度典型但非限制性為0.1mol/l、0.2mol/l、0.5mol/l、0.8mol/l、1.0mol/l、1.2mol/l、1.5mol/l、1.8mol/l、2.0mol/l、2.5mol/l、3.0mol/l、3.5mol/l、4.0mol/l、4.5mol/l或5.0mol/l；浸洗劑與土壤的質(zhì)量比為5：1、6：1、8：1、10：1、12：1、15：1、18：1或20：1。

可選地，為了較徹底地提取土壤中有效態(tài)的cd，本發(fā)明實施方式提供的田間土壤中cd的治理方法中，對田間土壤用浸洗劑進行活化浸洗的具體步驟為：先向田間土壤中施用浸洗劑，然后通過工程設(shè)備對土壤進行翻耕攪拌，再重復(fù)所述施用浸洗劑和翻耕攪拌土壤的過程1-3次。通過重復(fù)施用浸洗劑和翻耕攪拌土壤的過程，能夠使浸洗劑與土壤中的有效態(tài)cd有效接觸活化，并充分浸洗，從而實現(xiàn)較徹底地浸洗出有效態(tài)cd的目的。

可選地，每次向田間土壤中施用浸洗劑后，靜置6-24h，以使浸洗劑與土壤充分作用，有效激活土壤中有效態(tài)的cd，并高效將有效態(tài)的cd從土壤中浸洗出來。

可選地，對田間土壤用浸洗劑進行活化浸洗的具體步驟為：先向田間土壤中施用2.5mol/l的草酸浸洗劑，靜置6-24h，然后通過工程設(shè)備對土壤進行翻耕攪拌，然后繼續(xù)向田間土壤中二次施用0.5mol/l的醋酸浸洗劑，靜置6-24h，再通過工程設(shè)備對土壤進行二次翻耕攪拌。

優(yōu)選地，對田間土壤用浸洗劑進行活化浸洗的具體步驟為：先向田間土壤中施用0.2mol/l的醋酸浸洗劑，靜置6-24h，然后通過工程設(shè)備對土壤進行翻耕攪拌，然后繼續(xù)向田間土壤中二次施用0.2mol/l的醋酸浸洗劑，靜置6-24h，再通過工程設(shè)備對土壤進行二次翻耕攪拌。

可選地，為了保證浸洗出的液體順利進入田內(nèi)水溝內(nèi)，本發(fā)明實施方式提供的田間土壤中cd的治理方法中，田內(nèi)水溝底部的高度低于田間耕層土壤所在的平面20-30cm。具體地，在進行土壤cd治理工程時，需要保證田間田內(nèi)水溝與集水井連通，因此當(dāng)施用浸洗劑浸洗土壤時，浸洗出的液體能夠順利流入田內(nèi)水溝中，然后由田內(nèi)水溝匯入集水井中。

可選地，田內(nèi)水溝底部的高度低于田間耕層土壤所在的平面的距離典型但非限制性為20cm、21cm、22cm、23cm、24cm、25cm、26cm、27cm、28cm、29cm或30cm。

優(yōu)選地，田內(nèi)水溝底部的高度低于田間耕層土壤所在的平面20cm。

可選地，為了實現(xiàn)將儲液池中液體內(nèi)的cd分離出的目的，本發(fā)明實施方式提供的田間土壤中cd的治理方法中，處理劑包括離子交換樹脂或硫化鈉。

可選地，離子交換樹脂典型但非限制性為732型強酸陽離子交換樹脂，離子交換樹脂為購買的市售產(chǎn)品。本發(fā)明中還可以采用購買含有離子交換樹脂的交換柱。

可選地，為了實現(xiàn)將儲液池內(nèi)液體中的cd有效分離出的目的，本發(fā)明實施方式提供的田間土壤中cd的治理方法中，向集水井中加入處理劑，沉淀分離出cd的具體步驟為：調(diào)節(jié)集水井中液體的ph為堿性，再向集水井中加入硫化鈉，待沉淀完全后將上清液抽至儲液池中回收用于灌溉農(nóng)田，然后將集水井中含有cd的沉淀物取出。

通過在堿性條件下加入硫化鈉能夠?qū)d沉淀到集水井的底部，使沉淀和液體分層，集水井底部的含cd的沉淀取出后可以通過填埋、焚燒或其它處理方式進行處理，集水井內(nèi)的上清液中不含cd，可以通過水泵抽提至儲液池中被循環(huán)使用，用于回收灌溉農(nóng)田。

可選地，浸洗出的液體通過田間水溝匯入集水井后，向集水井中投加生石灰至集水井中液體ph為堿性，然后向集水井中加入堿性硫化鈉，靜置一段時間后沉淀完全，含cd的沉淀物在集水井的底部，不含cd的上清液在集水井的上部，通過抽水機將不含cd的上清液抽至儲液池中回收用于灌溉農(nóng)田，然后將集水井底部含cd的沉淀物取出進行無害化處理。

可選地，為了實現(xiàn)將儲液池內(nèi)液體中的cd有效分離出的目的，田間水溝將浸洗出的液體引入集水井后，還可以通過抽水機將集水井中的液體抽至儲液池中，將儲液池中的液體通過含離子交換樹脂的交換柱，離子交換樹脂吸附cd，去除cd的液體流出交換柱后回收利用，從而既能夠分離出cd，還能夠回收利用處理后的水資源，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的有益效果。

用離子交換樹脂吸附cd后，可以通過酸將相應(yīng)的重金屬離子由樹脂上洗脫下來后對重金屬進行處理，同時針對相應(yīng)的離子樹脂能夠使用相應(yīng)的浸洗液使離子交換樹脂再生，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對離子交換樹脂的循環(huán)重復(fù)利用，降低處理成本。

可選地，為了實現(xiàn)高效處理浸洗出的含有效態(tài)cd的液體，還可以通過抽水機將集水井中的液體抽至污染處理設(shè)備中進行污水處理，污染處理設(shè)備中設(shè)置有含離子交換樹脂的交換柱，離子交換樹脂吸附cd，從而既能夠分離出cd，還能夠回收利用處理后的水資源，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的有益效果。

可選地，為了使浸洗后的土壤ph值恢復(fù)正常范圍，能夠適用于種植不同的植物，本發(fā)明實施方式提供的田間土壤中cd的治理方法中，向浸洗后的土壤中加入的堿性物包括生石灰；堿性物用于調(diào)節(jié)土壤的ph值。由于經(jīng)過浸洗劑浸洗的土壤ph值較低，無法進行種植生產(chǎn)，為了不影響土壤的使用，因此向經(jīng)過浸洗的土壤中加入堿性物，例如生石灰，還可以加入有機肥料等營養(yǎng)物質(zhì)，促進土壤中的微生物作用，從而能夠?qū)⑼寥纏h值調(diào)整到正常的范圍內(nèi)，提高土壤的生物活性，并且經(jīng)過有效修復(fù)后的土壤能夠重新投入使用。

優(yōu)選地，本發(fā)明實施方式提供一種田間土壤中cd的治理方法，包括如下步驟：

在待處理的田間設(shè)置多條田內(nèi)水溝，田內(nèi)水溝縱橫交錯，田內(nèi)水溝底部的高度低于田間耕層土壤所在平面20cm；

先向田間土壤中加入灌溉水，浸泡24h，以使耕層以下土壤空隙充滿灌溉水，然后施用0.2mol/l的醋酸浸洗劑，浸洗劑與土壤的質(zhì)量比為8：1，再通過工程設(shè)備對土壤進行翻耕攪拌，再重復(fù)所述施用浸洗劑和翻耕攪拌土壤的過程1次；

浸洗出的液體通過田內(nèi)水溝匯入集水井中，調(diào)節(jié)集水井中液體的ph為堿性，再向集水井中加入硫化鈉，待沉淀完全后上清液通過抽水機全部抽入儲液池中回收用于農(nóng)田灌溉，再將集水井中含有cd的沉淀物取出；

向浸洗后的土壤中加入堿性物及有機肥料，得到修復(fù)后的田間土壤。

本發(fā)明方法的治理過程用2天便能夠完成，有效提高了修復(fù)土壤cd污染的效率。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明優(yōu)選實施方式提供的田間土壤中cd的治理方法先通過使用醋酸對田間土壤進行有效浸洗，以浸洗出有效態(tài)的cd，然后通過田內(nèi)水溝將浸洗出的含有cd的液體引入集水井后加入處理劑沉淀分離出cd，該方法能夠?qū)⒂行B(tài)cd從田間土壤中高效提取，降低土壤中重金屬cd的污染，去除cd的上清液回收用于灌溉農(nóng)田，從而在有效去除土壤中有效態(tài)cd的同時，能夠?qū)崿F(xiàn)水資源循環(huán)回收利用，降低治理成本，此外還能夠保證浸洗后的土壤正常使用，實現(xiàn)對土壤cd污染的有效修復(fù)效果。本發(fā)明方法簡單，容易操作實施，治理周期較短且效果顯著，并且水資源能夠回收利用，降低治理成本，土壤能夠正常使用，最終有效實現(xiàn)經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明實施方式還提供一種所述的方法在治理土壤cd污染中的應(yīng)用。

本發(fā)明實施方式通過應(yīng)用本發(fā)明所述田間土壤中cd的治理方法，能夠有效去除土壤中有效態(tài)的cd，降低土壤中cd污染的程度，修復(fù)后的土壤能夠安全使用。

下面結(jié)合具體實施例和對比例對本發(fā)明田間土壤中cd的治理方法進行詳細說明。

選擇某處農(nóng)田，測定土壤ph值為8.7，土壤ph值偏高。按照《土壤質(zhì)量有效態(tài)鉛和鎘的測定原子吸收法》(gb/t23739-2009)檢測該農(nóng)田土壤中有效態(tài)cd的含量。經(jīng)檢測有效態(tài)cd濃度的平均值為2.8mg/kg，cd的濃度嚴重超標(biāo)。采用本發(fā)明田間土壤中cd的治理方法對該農(nóng)田土壤進行原位修復(fù)。將農(nóng)田分為8個試驗田，進行8組試驗。

實施例1

在試驗田間設(shè)置多條田內(nèi)水溝，田內(nèi)水溝縱橫交錯，田內(nèi)水溝底部的高度低于田間耕層土壤所在平面20cm；

先向田間土壤中加入灌溉水，浸泡24h，以使耕層以下土壤的空隙充滿灌溉水，然后施用0.2mol/l的醋酸浸洗劑，靜置12h，浸洗劑與土壤的質(zhì)量比為8：1，再通過工程設(shè)備對土壤進行翻耕攪拌，重復(fù)所述施用浸洗劑和翻耕攪拌土壤的過程1次；

浸洗出的液體通過田內(nèi)水溝流入集水井中，調(diào)節(jié)集水井中液體的ph為8.2，再向集水井中加入硫化鈉，沉淀分離出cd，上清液抽出后回收用于灌溉農(nóng)田，再取出集水井底部含有cd的沉淀物；