铜业技术小节修复重金属铜污染土壤的淋洗剂

2019-04-10 21:07:04 来源: 衢州信息港

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修复重金属铜污染土壤的淋洗剂及方法的发明解决了重金属铜污染土壤的问题,有效的解决了坏境污染。重金属铜污染土壤是非常严重的。到底有多严重呢?首先铜对植物的危害,铜污染可以阻碍植物的生产,而且也会造成植物的死亡;其次就是对对土壤微生物的危害;第三就是对土壤酶的影响。目前我们研究了很多方法来治理重金属铜污染土壤的现象。目前我们发明了一种新的淋洗剂及方法,可以有效的修复重金属铜污染土壤,改善坏境。

土壤中的铜污染怎么来的呢?铜矿开发过程中产生的尾沙、矿石等不仅占用大量的土地,而且对其所堆积地及其周边环境产生严重的破坏!此外,随着工农业生产的快速发展,铜的用途越来越广泛,用量不断增加,含铜污染物排放越来越多,对土壤环境的污染也逐渐显现出来!含铜矿的开采和冶炼厂三废的排放、含铜农业化学物质和有机肥的使用,可使农田土壤含铜量达到原始土壤的几倍,乃至几十倍,对植物和土壤微生物产生毒害!

重金属铜污染土壤:土壤中正常含铜量为每公斤2~200毫克。中国土壤含铜量是每公斤3~300毫克,平均值为每公斤22毫克。铜可在土壤中富集并被农作物吸收。在靠近铜冶炼厂附近的土壤,含有高浓度的铜。岩石风化和含铜废水灌溉均可使铜在土壤中积累并长期保留。德意志联邦共和国一些铜冶炼厂附近,土壤含铜量为正常土壤的3~232倍。在铜污染的土壤生长的植物,含铜量为正常植物的33~50倍。灌溉过程以及硫酸铜杀虫剂等农药的施用也使一部分铜进入土壤和植物体内。铜在植物各部分的累积分布多数是根茎、叶果实,但少数植物体内铜的分布与此相反空调清洗
,如丛桦叶则是果枝叶。水生生物可以富集铜,通过食物链的富集,终使大量铜进入人体;农作物可通过根吸收土壤中的铜,其中一部分也可经食物进入人体。当铜在体内蓄积到一定程度后即可对人体健康产生危害。

修复重金属铜污染土壤的技术难题:针对重金属污染土壤修复方法中存在的易造成二次污染、但大量用EDDS淋洗修复成本高的问题,本发明提供了修复重金属铜污染土壤的淋洗剂及方法,将其用于重金属污染土壤的修复,可使得EDDS的使用量降低,修复效果好,降低了淋洗修复后的环境风险。

修复重金属铜污染土壤的淋洗剂及方法优势有哪些呢?

1、体系中的乳酸乙酯来源广,获取易,成本低;

2、减少了EDDS的用量,修复成本较低;

3、乳酸乙酯和EDDS均为可生物降解物质,从而降低了淋洗修复后的环境风险。

修复重金属铜污染土壤的淋洗剂及方法:

1、修复重金属铜污染土壤的淋洗剂组成:包括乙二胺二琥珀酸、乳酸乙酯,乳酸乙酯与乙二胺二琥珀酸的物质量的量比为1~25∶1。上述的修复重金属铜污染土壤的淋洗剂,乳酸乙酯与乙二胺二琥珀酸的物质量的比为1~5∶1。

2、修复重金属铜污染土壤的方法:

(1)测定污染的土壤中金属铜的含量;

(2)取重金属铜污染土壤装入淋洗柱;

(3)取乙二胺二琥珀酸和乳酸乙酯组成的淋洗剂,使得两种物质与土壤中金属铜物质的量比分别为1~2∶1和1~50∶1,按淋洗液∶土壤质量比为1~50∶1用蒸馏水配制淋洗液;

(4)将配置好的淋洗液加入柱中自上到下淋洗,收集淋洗柱下方的沥出液。修复重金属铜污染土壤的方法中淋洗剂与土壤中金属铜物质量的量比为乳酸乙酯∶乙二胺二琥珀酸∶铜=10∶2∶1时效果较好。

修复重金属铜污染土壤的淋洗剂及方法的具体实施案例:本实施方式中所用的EDDS为分析纯试剂且30%溶于水,乳酸乙酯为纯度大于99%的优级纯试剂。本实施方式所用的添加剂EDDS的具有四个配位基大红袍花椒苗
,有较强的螯合重金属能力;乳酸乙酯含有一个羟基基团,而且部分水解产物为乳酸,乳酸具有羧基和羟基两个官能团,对重金属具有络合吸附能力。因此本发明的物质组成的淋洗体系对重金属提取有较好的效果。

1、测定土壤中重金属铜含量,根据铜的含量按EDDS/Cu物质的量比为1~6∶1取一定量EDDS试剂,用蒸馏水配制淋洗液,0.01mol/lNaNO3溶液调节淋洗液的离子浓度为0.01mol/l,0.1mol/lHCl和0.1mol/lNaOH调节淋洗体系pH分别为3~9。

2、测定土壤中重金属铜含量,根据土壤中的重金属铜的含量,取适量乳酸乙酯试剂,使得乳酸乙酯/Cu物质的量比为1~50∶1。用蒸馏水配制淋洗液,0.01mol/lNaNO3溶液调节淋洗液的离子浓度为0.01mol/l,0.1mol/lHCl和0.1mol/lNaOH调节淋洗体系pH分别为3~9。

3、测定土壤中重金属铜的含量,根据土壤中的重金属的含量,分别取EDDS和乳酸乙酯试剂组成淋洗剂,其中的EDDS/乳酸乙酯物质的量比为1∶1~25,按照EDDS/Cu物质的量比为1∶1、乳酸乙酯/Cu物质的量比为1~25∶1,用蒸馏水配制淋洗液,0.01mol/lNaNO3溶液调节淋洗液的离子浓度为0.01mol/l,0.1mol/lHCl和0.1mol/lNaOH调节淋洗体系pH分别为7。

4、测定土壤中重金属铜的含量,根据土壤中的重金属铜的含量,分别取EDDS和乳酸乙酯试剂组成淋洗剂,其中的EDDS/乳酸乙酯物质的量比为1∶1~25,按照EDDS/Cu物质的量比为1∶1、乳酸乙酯/Cu物质的量比为1~25∶1,用蒸馏水配制淋洗液,0.01mol/lNaNO3溶液调节淋洗液的离子浓度为0成都按摩
.01mol/l,0.1mol/lHCl和0.1mol/lNaOH调节淋洗体系pH分别为3。

5、测定土壤中重金属铜的含量,根据土壤中的重金属的含量,分别取适量EDDS和乳酸乙酯试剂,按照EDDS/Cu物质的量比为2∶1、乳酸乙酯/Cu物质的量比为1~25∶1,用蒸馏水配制淋洗液,0.01mol/lNaNO3溶液调节淋洗液的离子浓度为0.01mol/l,0.1mol/lHCl和0.1mol/lNaOH调节淋洗体系pH分别为3。

6、测定土壤中重金属铜的含量,根据土壤中的重金属的含量,分别取EDDS和乳酸乙酯试剂组成淋洗剂,其中的EDDS/乳酸乙酯物质的量比为1∶1~25,按照EDDS/Cu物质的量比为1∶1、乳酸乙酯/Cu物质的量比为1~25∶1,用蒸馏水配制淋洗液,0.01mol/lNaNO3溶液调节淋洗液的离子浓度为0.01mol/l,0.1mol/lHCl和0.1mol/lNaOH调节淋洗体系pH分别为9。

7、测定土壤中重金属铜的含量,根据土壤中的重金属的含量,分别取适量EDDS和乳酸乙酯试剂,按照EDDS/Cu物质的量比为2∶1、乳酸乙酯/Cu物质的量比为1~25∶1,用蒸馏水配制淋洗液,0.01mol/lNaNO3溶液调节淋洗液的离子浓度为0.01mol/l,0.1mol/lHCl和0.1mol/lNaOH调节淋洗体系pH分别为7。

8、测定土壤中重金属铜的含量,根据土壤中的重金属的含量,分别取适量EDDS和乳酸乙酯试剂,按照EDDS/Cu物质的量比为2∶1、乳酸乙酯/Cu物质的量比分别为1~25∶1,用蒸馏水配置淋洗液,0.01mol/lNaNO3溶液调节淋洗液的离子浓度为0.01mol/l,0.1mol/lHCl和0.1mol/lNaOH调节淋洗体系pH分别为9。

修复重金属铜污染土壤的淋洗剂及方法是其中的一种,我们来概况下其它几种修复重金属铜污染土壤的方法及优缺点:总的来说,目前大致有以下四种治理措施

1、工程治理方法:工程治理是指用物理或物理化学的原理来治理土壤重金属污染。主要有:客土是在污染的土壤上加入未污染的新土;换土是将以污染的土壤移去,换上未污染的新土;翻土是将污染的表土翻至下层;去表土是将污染的表土移去等。如日本富士县神通川流域的痛痛病发源地,就是由于长期食用含镉的稻米而引发的,他们通过研究,去表土15cm,并压实心土,在连续淹水的条件下,稻米中镉的含量小于0.4mg/kg;去表土后再客土20cm,间歇灌溉稻米中镉的含量也不超标,客土超过30cm,其效果更佳。此外淋洗法是用淋洗液来淋洗污染的土壤;热处理法是将污染土壤加热,使土壤中的挥发性污染物(Hg)挥发并收集起来进行回收或处理;电解法是使土壤中重金属在电解、电迁移、电渗和电泳等的作用下在阳极或阴极被移走。

以上措施具有效果彻底、稳定等优点,但实施复杂、治理费用高和易引起土壤肥力降低等缺点。

2、生物治理方法:生物治理是指利用生物的某些习性来适应、抑制和改良重金属污染。主要有:动物治理是利用土壤中的某些低等动物蚯蚓、鼠类等吸收土壤中的重金属;微生物治理是利用土壤中的某些微生物等对重金属具有吸收、沉淀、氧化和还原等作用,降低土壤中重金属的毒性如Citrobactersp产生的酶能使U、Pb、Cd形成难溶磷酸盐;原核生物(细菌、放线菌)比真核生物(真菌)对重金属更敏感,格兰氏阳性菌可吸收Cd、Cu、Ni、Pb等[44]。植物治理是利用某些植物能忍耐和超量积累某种重金属的特性来清除土壤中的重金属;重金属的植物吸收、淋溶和无效态数量将只依赖于它们的有效态的多少,重金属溶液浓度和它们的土壤的有效态之间关系遵循Freundlich吸附方程[41];超积累植物可吸收积累大量的重金属,目前已发现400多种,超积累植物积累Cr、Co、Ni、Cu、Pb的含量一般在0.1%以上,积累Mn、Zn含量一般在1%以上[40];印度芥菜(Brassicajuncea)可吸收Zn、Cd、Cu、Pb等,在Cu为250mg/kg,Pb为500mg/kg、Zn为500mg/kg条件下能生长,在Cd为200mg/kg出现黄化现象[42];印度芥菜(Brassicajuncea)可对Cr6+、Cd、Ni、Zn、Cu富集分别为58,52,31,17和7倍[45];高杆牧草(Agropyronelongatum)能吸收Cu等[43];英国的高山莹属类等,可吸收高浓度的Cu、Co、Mn、Pb、Se、Cd、Zn等。

生物治理措施的优点是实施较简便、投资较少和对环境破坏小,缺点是治理效果不显著。

3、化学治理方法:化学治理就是向污染土壤投入改良剂、抑制剂,增加土壤有机质、阳离子代换量和粘粒的含量,改变pH、Eh和电导等理化性质,使土壤重金属发生氧化、还原、沉淀、吸附、抑制和拮抗等作用,以降低重金属的生物有效性。其中沉淀法是指土壤溶液中金属阳离子在介质发生改变(pH值、OH-、SO42-等)时,形成金属沉淀物而降低土壤重金属的污染;如向土壤中投放钢渣,它在土壤中易被氧化成铁的氧化物,对Cd、Ni、Zn的离子有吸附和共沉淀作用,从而使金属固定。在沈阳张士污灌区进行的大面积石灰改良实验表明,每公顷施石灰1500~1875kg籽实含镉量下降50%[18]。有机质法是指有机质中的腐殖酸能络合重金属离子生成难溶的络合物,而减轻土壤重金属的污染;吸附法是指重金属离子能被膨润土、沸石、粘土矿物等吸附固定,从而降低土壤重金属的污染。

化学治理措施优点是治理效果和费用都适中,缺点是容易再度活化。

4、农业治理方法:农业治理是因地制宜的改变一些耕作管理制度来减轻重金属的危害,在污染土壤上种植不进入食物链的植物。主要有:控制土壤水分是指通过控制土壤水分来调节其氧化还原电位(Eh),达到降低重金属污染的目的;选择化肥是指在不影响土壤供肥的情况下,选择能降低土壤重金属污染的化肥;增施有机肥是指有机肥能够固定土壤中多种重金属以降低土壤重金属污染的措施;选择农作物品种是指选择抗污染的植物和不要在重金属污染的土壤上种植进入食物链的植物;如在含镉100mg/kg的土壤上改种苎麻,五年后,土壤镉含镉平均降低27.6%[46];因地制宜地种植玉米、水稻、大豆、小麦等,水稻根系吸收重金属的含量占整个作物吸收量的[35]58%~99%,玉米茎叶吸收重金属的含量占整个作物吸收量的20%~40%,玉米籽实吸收量少,重金属在作物体内分配规律是根茎叶籽实[47]。土壤重金属污染也是导致生态系统破坏的重要因素。合理的利用农业生态系统工程措施,也可以保持土壤的肥力,改良和防治土壤重金属污染,提高土壤质量,并能与自然生态循环和系统协调运作。如可以在污染区公路两侧尽可能种树、种花、种草或经济作物(如蓖麻),种植草皮或观赏树木,移栽繁殖,不但可以美化环境,还可以净化土壤;蓖麻可用作肥皂的原料。也可以进行农业改良,即在污染区繁育种子(水稻、玉米),之后在非污染区种植;或种植非食用作物(高梁、玉米),收获后从秸秆提取酒精,残渣压制纤维板,并提取糠醛,或将残渣制作沼气作能源。

农业治理措施的优点是易操作、费用较低,缺点是周期长、效果不显著。

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