(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 107282625 A(43)申请公布日 2017.10.24
(21)申请号 201710707977.0(22)申请日 2017.08.17
(71)申请人 北京高能时代环境技术股份有限公
司
地址 100095 北京市海淀区地锦路9号院高
能环境大厦(72)发明人 李孝梅 吕正勇 魏丽 宋登慧
冯国杰 李淑彩 苗竹 朱湖地 范吉强 甄胜利 (74)专利代理机构 北京汇信合知识产权代理有
限公司 11335
代理人 王秀丽(51)Int.Cl.
B09C 1/08(2006.01)B09C 1/10(2006.01)
权利要求书1页 说明书9页
(54)发明名称
一种重金属污染土壤修复剂及其应用与修复污染土壤的方法(57)摘要
本发明涉及一种重金属污染土壤修复剂及其应用与修复污染土壤的方法，所述重金属污染土壤修复剂，其包括以下重量份的各组分：50-80份的污泥、20-30份的生物炭、12-20份的有机质、10-20份的草木灰、5-10份的蒙脱石粘土、5-10份的四氧化三铁、2-5份的氯化钠和3-8份磷酸钠，优选地还包括1-3份的腐植酸。本发明还提供了该重金属污染土壤修复剂的应用以及其修复污染土壤的方法。本发明提供的重金属污染土壤修复剂避免了对重金属污染的土壤进行修复时产生的二次污染，缩短修复周期，修复效果好。CN 107282625 ACN 107282625 A
权 利 要 求 书
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1.一种重金属污染土壤修复剂，其特征在于，包括以下重量份数的组分：
2.根据权利要求1所述的重金属污染土壤修复剂，其特征在于，其中所述重金属污染土壤修复剂还包括1-3重量份的腐植酸。
3.根据权利要求1所述的重金属污染土壤修复剂，其特征在于，其中所述生物炭的制备过程为：将生物炭原料加入到热解反应器中，在无氧条件下，升温至350-400℃，进行热解炭化反应，反应1-2小时，得到生物炭。
4.根据权利要求1所述的重金属污染土壤修复剂，其特征在于，其中所述生物炭原料为农作物秸秆、果壳或木材废弃物中的一种或多种。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的重金属污染土壤修复剂在修复重金属污染土壤中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，其中所述重金属污染土壤修复剂按照每千克土壤30-50g的比例施入待修复的污染土壤中。
7.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，其中所述重金属污染土壤修复剂按照每千克土壤35-45g的比例施入待修复的污染土壤中。
8.一种重金属污染土壤修复剂的修复污染土壤的方法，其特征在于，其包括以下步骤：(1)取污泥、生物炭、有机质、草木灰、蒙脱石粘土、四氧化三铁和腐植酸于搅拌机中，搅拌混合均匀，得混合物；
(2)取氯化钠和磷酸钠溶于水中，得混合水溶液；(3)取步骤(1)的混合物加入至需要修复的土壤中，搅拌的过程中喷入氯化钠和磷酸钠的混合水溶液；
(4)常温下将含有土壤修复剂的污染土壤养护3-7天。
9.根据权利要求8所述的重金属污染土壤修复剂的修复污染土壤的方法，其特征在于，其中所述步骤(2)中，用于溶解氯化钠和磷酸钠的水的量为：使最终土壤的含水量为25-35％。
10.根据权利要求8所述的重金属污染土壤修复剂的修复污染土壤的方法，其特征在于，其中所述步骤(4)含有土壤修复剂的污染土壤养护过程中，根据需要喷入水分，以保证土壤的含水量为25-35％。
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说 明 书
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一种重金属污染土壤修复剂及其应用与修复污染土壤的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种土壤修复剂，具体涉及一种重金属污染土壤修复剂及其英语与修复污染土壤的方法。
背景技术
[0002]土壤重金属污染(heavy metal pollution of the soil)是指由于人类活动，土壤中的微量金属元素在土壤中的含量超过背景值，过量沉积而引起的含量过高，统称为土壤重金属污染。
[0003]重金属一般是指比重在4.0以上的约60种元素或比重在5.0以上的约45种元素。在环境污染研究中的重金属主要是指Pb、Cd、Hg、Cr以及类金属As等生物毒性显著的元素，还包括具有一定毒性的重金属Zn、Cu、Co、Ni和Sn等元素。有些重金属元素是人体和其它生物体必需的元素，但是其浓度超过一定范围就会引起中毒。[0004]而农田土壤重金属污染有巨大的危害性，土壤中重金属污染不但会导致农作物减产和品质下降，还会通过土壤-植物系统，经食物链进人人体，危害人体健康和生命安全。[0005]目前，土壤重金属修复技术主要分为物理修复、化学修复、植物修复、微生物修复和农业工程修复技术。
[0006]物理修复中比较常用的是电动修复技术主要通过在重金属污染土壤两侧施加直流电场形成电场梯度，重金属污染物被带到电极两端，从而达到清洁污染土壤的目的。[0007]化学方法包括土壤淋洗和化学固定。其中，土壤淋洗是通过使用淋洗液或含有能提高重金属可溶性试剂的溶液来淋洗污染土壤，把土壤固相中的重金属转移至液相中，再用含一定配位体的化合物或阴离子与重金属形成较稳定的络合物或生成沉淀。化学固定是通过往土壤中加入有机质、沸石和磷酸盐等外源添加物，调节和改变重金属在土壤中的物理化学性质，使其产生沉淀、吸附、离子交换、腐殖化和氧化还原等一系列反应，降低其在土壤环境中的生物有效性和可迁移性从而减少这些重金属元素对动植物的毒性。[0008]植物修复是利用植物及其根系微生物对污染土壤进行修复，通过超累积植物对土壤中重金属的吸收转移，植物修复可分为植物提取、植物挥发、植物稳定三个类别。[0009]微生物修复是指利用天然存在或人工培养的功能微生物群，促进或强化微生物的代谢作用，从而达到降低土壤中有毒污染物活性或降解成无毒物质的生物修复技术。微生物的修复机理主要有生物吸附、生物转化及微生物对重金属离子的氧化还原、溶解、甲基化作用。
[0010]农业工程修复技术是指利用物理机械的方法，使受污染的表层土壤用未被污染活性土壤覆盖或去除表层受污染土壤后将下层土壤耕作活化的方法。工程修复技术主要有换土、客土、深耕翻土等。
[0011]以上的重金属修复技术都有一定的重金属修复效果，但其在实际应用中也各有缺点。上述土壤重金属修复技术中，重金属化学固定技术由于其修复效果好，修复成本较低等优点，是目前比较常用的重金属污染土壤修复技术。但目前已公开的重金属化学固定技术
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中，所采用的物质本身就对环境有一定危害，如将其投放到土壤中可能造成土壤的二次污染，另外，一些化学固定方法存在所处理的重金属较为单一，修复周期较长，长期修复效果不佳等缺点。
发明内容
[0012]本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供重金属污染土壤修复剂及其应用与修复污染土壤的方法，该重金属污染土壤修复剂可以实现对土壤中重金属离子吸附固定、避免对重金属污染的土壤进行修复时产生的二次污染，并能够缩短修复周期，提高修复效果。
[0013]本发明的技术方案为：
[0014]一种重金属污染土壤修复剂，包括以下重量份数的组分：
[0015]
[0016][0017]
进一步地，所述重金属污染土壤修复剂还包括1-3重量份的腐植酸。
进一步地，一种重金属污染土壤修复剂，包括以下重量份数的组分：
[0018]
[0019]
[0020]
进一步地，所述污泥为污水处理厂达标的污泥，所述污泥的湿度为40-60％。
[0021]进一步地，所述生物炭的制备过程为：将生物炭原料加入到热解反应器中，在无氧条件下，升温至350-400℃，进行热解炭化反应，反应1-2小时，得到生物炭。[0022]进一步地，所述生物炭原料为农作物秸秆、果壳或木材废弃物中的一种或多种。当
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选择多种时，相互之间的质量比例没有限制。[0023]进一步地，所述有机质为腐殖质。
[0024]本发明还提供了所述重金属污染土壤修复剂在修复重金属污染土壤中的应用。[0025]进一步地，所述重金属污染土壤修复剂按照每千克土壤30-50g的比例施入待修复的污染土壤中。
[0026]更进一步地，所述重金属污染土壤修复剂按照每千克土壤35-45g的比例施入待修复的污染土壤中。
[0027]本发明还提供了采用上述重金属污染土壤修复剂修复污染土壤的方法，包括以下步骤：[0028](1)取污泥、生物炭、有机质、草木灰、蒙脱石粘土、四氧化三铁和腐植酸于搅拌机中，搅拌混合均匀，得混合物；[0029](2)取氯化钠和磷酸钠溶于水中，得混合水溶液；[0030](3)取步骤(1)的混合物加入至需要修复的土壤中，搅拌的过程中喷入氯化钠和磷酸钠的混合水溶液；[0031](4)常温下将含有土壤修复剂的污染土壤养护3-7天。[0032]进一步地，所述步骤(2)中，用于溶解氯化钠和磷酸钠的水的量为：使最终土壤的含水量为25-35％。[0033]进一步地，所述步骤(4)含有土壤修复剂的污染土壤养护过程中，根据需要喷入水分，以保证土壤的含水量为25-35％。[0034]进一步地，所述重金属污染土壤修复剂按照每千克土壤30-50g的比例施入待修复的污染土壤中。
[0035]更进一步地，所述重金属污染土壤修复剂按照每千克土壤35-45g的比例施入待修复的污染土壤中。
[0036]本发明具有的优点在于：
[0037]本发明利用污水厂的污泥对污染的土壤进行处理，一方面，污泥能够提供丰富的有机质和营养成分，提高污染土壤的肥力；更重要的是利用污泥中的微生物，加速土壤中重金属污染物的转化，另外如果土壤中含有有机污染物，也可以在去除重金属的过程中去除一部分有机污染物。氯化钠和磷酸钠的加入，一方面，增强了土壤中的离子强度，提高pH值，另一方面，增强了重金属离子的络合能力，改善土壤的结着力和持水性。草木灰在提供矿物元素的同时，调节土壤的pH。生物炭、蒙脱石粘土和四氧化三铁的配合使用在吸附重金属污染物的同时，保持其稳定性。
[0038]本发明的重金属污染土壤修复剂可以实现对土壤中重金属离子吸附固定、控制其迁移，阻止作物吸收重金属离子还原成低价态离子，从而降低其毒性，避免对重金属污染的土壤进行修复时产生的二次污染，修复周期短，修复效果好。具体实施方式[0039]实施例1
[0040]一种重金属污染土壤修复剂，包括以下重量份数的组分：
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[0041]
其中，污泥为污水处理厂达标的污泥，所述污泥的湿度为52％。
[0043]生物炭的制备过程为：将农作物秸秆和果壳加入到热解反应器中，在无氧条件下，升温至380℃，进行热解炭化反应，反应1.5小时，得到生物炭。[0044]上述土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：[0045](1)取污泥、生物炭、腐殖质、草木灰、蒙脱石粘土、四氧化三铁和腐植酸于搅拌机中，搅拌混合均匀，得混合物；[0046](2)取氯化钠和磷酸钠溶于水中，得混合水溶液；其中，用于溶解氯化钠和磷酸钠的水的量为：使最终土壤的含水量为25-35％；[0047](3)取步骤(1)的混合物加入至需要修复的土壤中，搅拌的过程中喷入氯化钠和磷酸钠的混合水溶液；[0048](4)常温下将含有土壤修复剂的污染土壤养护5天，养护过程中，根据需要喷入水分，以保证土壤的含水量为25-35％。
[0049]土壤修复剂按照每千克土壤35g的比例施入土壤。[0050]实施例2
[0051]一种重金属污染土壤修复剂，包括以下重量份数的组分：
[0042]
[0052]
[0053]
其中，污泥为污水处理厂达标的污泥，所述污泥的湿度为47％。
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生物炭的制备过程为：将农作物秸秆和果壳加入到热解反应器中，在无氧条件下，
升温至365℃，进行热解炭化反应，反应1.5小时，得到生物炭。[0055]上述土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：[0056](1)取污泥、生物炭、腐殖质、草木灰、蒙脱石粘土、四氧化三铁和腐植酸于搅拌机中，搅拌混合均匀，得混合物；[0057](2)取氯化钠和磷酸钠溶于水中，得混合水溶液；其中，用于溶解氯化钠和磷酸钠的水的量为：使最终土壤的含水量为25-35％；[0058](3)取步骤(1)的混合物加入至需要修复的土壤中，搅拌的过程中喷入氯化钠和磷酸钠的混合水溶液；[0059](4)常温下将含有土壤修复剂的污染土壤养护4天，养护过程中，根据需要喷入水分，以保证土壤的含水量为25-35％。
[0060]土壤修复剂按照每千克土壤45g的比例施入土壤。[0061]实施例3
[0062]一种重金属污染土壤修复剂，包括以下重量份数的组分：
[0063]
其中，污泥为污水处理厂达标的污泥，所述污泥的湿度为40％。[0065]生物炭的制备过程为：将果壳和木材废弃物加入到热解反应器中，在无氧条件下，升温至350℃，进行热解炭化反应，反应2小时，得到生物炭。[0066]上述土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：[0067](1)取污泥、生物炭、腐殖质、草木灰、蒙脱石粘土、四氧化三铁和腐植酸于搅拌机中，搅拌混合均匀，得混合物；[0068](2)取氯化钠和磷酸钠溶于水中，得混合水溶液；其中，用于溶解氯化钠和磷酸钠的水的量为：使最终土壤的含水量为25-35％；[0069](3)取步骤(1)的混合物加入至需要修复的土壤中，搅拌的过程中喷入氯化钠和磷酸钠的混合水溶液；[0070](4)常温下将含有土壤修复剂的污染土壤养护3天，养护过程中，根据需要喷入水分，以保证土壤的含水量为25-35％。
[0071]土壤修复剂按照每千克土壤30g的比例施入土壤。
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CN 107282625 A[0072][0073][0074]
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实施例4
一种重金属污染土壤修复剂，包括以下重量份数的组分：
[0075]
其中，污泥为污水处理厂达标的污泥，所述污泥的湿度为60％。
[0077]生物炭的制备过程为：将生物炭原料加入到热解反应器中，在无氧条件下，升温至400℃，进行热解炭化反应，反应1小时，得到生物炭。[0078]生物炭原料为农作物秸秆、果壳或木材废弃物中的一种或多种。[0079]上述土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：[0080](1)取污泥、生物炭、腐殖质、草木灰、蒙脱石粘土、四氧化三铁和腐植酸于搅拌机中，搅拌混合均匀，得混合物；[0081](2)取氯化钠和磷酸钠溶于水中，得混合水溶液；其中，用于溶解氯化钠和磷酸钠的水的量为：使最终土壤的含水量为25-35％；[0082](3)取步骤(1)的混合物加入至需要修复的土壤中，搅拌的过程中喷入氯化钠和磷酸钠的混合水溶液；[0083](4)常温下将含有土壤修复剂的污染土壤养护7天，养护过程中，根据需要喷入水分，以保证土壤的含水量为25-35％。
[0084]土壤修复剂按照每千克土壤50g的比例施入土壤。[0085]实施例5[0086]1、一种重金属污染土壤修复剂，其特征在于，包括以下重量份数的组分：
[0076]
[0087]
[0088]
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CN 107282625 A[0089]
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其中，污泥为污水处理厂达标的污泥，所述污泥的湿度为58％。
[0090]生物炭的制备过程为：将农作物秸秆和果壳加入到热解反应器中，在无氧条件下，升温至370℃，进行热解炭化反应，反应2小时，得到生物炭。[0091]上述土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：[0092](1)取污泥、生物炭、腐殖质、草木灰、蒙脱石粘土、四氧化三铁和腐植酸于搅拌机中，搅拌混合均匀，得混合物；[0093](2)取氯化钠和磷酸钠溶于水中，得混合水溶液；其中，用于溶解氯化钠和磷酸钠的水的量为：使最终土壤的含水量为25％；[0094](3)取步骤(1)的混合物加入至需要修复的土壤中，搅拌的过程中喷入氯化钠和磷酸钠的混合水溶液；[0095](4)常温下将含有土壤修复剂的污染土壤养护4天，养护过程中，根据需要喷入水分，以保证土壤的含水量为25％。
[0096]土壤修复剂按照每千克土壤40g的比例施入土壤。[0097]对比例1
[0098]一种重金属污染土壤修复剂，包括以下重量份数的组分：
[0099]
其中，污泥为污水处理厂达标的污泥，所述污泥的湿度为52％。[0101]生物炭的制备过程为：将农作物秸秆和果壳加入到热解反应器中，在无氧条件下，升温至380℃，进行热解炭化反应，反应1.5小时，得到生物炭。[0102]上述土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：[0103](1)取污泥、生物炭、腐殖质、草木灰、蒙脱石粘土、四氧化三铁和腐植酸于搅拌机中，搅拌混合均匀，得混合物；[0104](2)取氯化钠和磷酸钠溶于水中，得混合水溶液；其中，用于溶解氯化钠和磷酸钠的水的量为：使最终土壤的含水量为25-35％；[0105](3)取步骤(1)的混合物加入至需要修复的土壤中，搅拌的过程中喷入氯化钠和磷酸钠的混合水溶液；[0106](4)常温下将含有土壤修复剂的污染土壤养护5天，养护过程中，根据需要喷入水分，以保证土壤的含水量为25-35％。
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[0100]
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土壤修复剂按照每千克土壤35g的比例施入土壤。对比例2
一种重金属污染土壤修复剂，包括以下重量份数的组分：
[0110]
其中，污泥为污水处理厂达标的污泥，所述污泥的湿度为52％。
[0112]生物炭的制备过程为：将农作物秸秆和果壳加入到热解反应器中，在无氧条件下，升温至380℃，进行热解炭化反应，反应1.5小时，得到生物炭。[0113]上述土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：[0114](1)取污泥、生物炭、腐殖质、草木灰、蒙脱石粘土、四氧化三铁和腐植酸于搅拌机中，搅拌混合均匀，得混合物；[0115](2)取氯化钠溶于水中，得混合水溶液；其中，用于溶解氯化钠的水的量为：使最终土壤的含水量为25-35％；[0116](3)取步骤(1)的混合物加入至需要修复的土壤中，搅拌的过程中喷入氯化钠和磷酸钠的混合水溶液；[0117](4)常温下将含有土壤修复剂的污染土壤养护5天，养护过程中，根据需要喷入水分，以保证土壤的含水量为25-35％。
[0118]土壤修复剂按照每千克土壤35g的比例施入土壤。[0119]试验例
[0120]本实施例根据GB15618-1995(土壤环境质量标准)和HJ/T299硫酸硝酸法，对本发明实施例1-2和对比例1-2制备的土壤修复剂对污染土壤的修复效果进行了测定，结果见表1。
[0121]表1
[0122]
[0111]
指标处理前实施例1实施例2对比例1对比例2As(mg/kg)73.46.185.6510.9311.42Cd(mg/kg)9.590.530.671.521.29Pb(mg/kg)778.176.279.8120.7109.0Cr(mg/kg)30.81.631.403.764.32孔隙率(％)3867705164[0123]由表1可以看出，采用本发明的土壤修复剂，可以显著地降低土壤中砷、镉、铅、铬
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等重金属的含量，孔隙率得到明显地提高，有利于土壤后续的利用。
[0124]上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范围内。
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