一种利用生物质材料淋洗去除污染土壤中铅和锌的方法

摘要

本发明涉及环境中污染土壤的修复技术领域，尤其涉及的是一种利用生物质材料淋洗去除污染土壤中铅和锌的方法。该方法采用蒸馏水对风干植物粉末振荡浸提，将其滤液加入土壤中后，再利用稀硝酸和氢氧化钠溶液调节混合溶液pH值，最后振荡淋洗出土壤中的铅和锌。本发明选用马桑、清香木、蓖麻或泽漆作为淋洗剂，成本低廉，来源广泛，对土壤的淋洗效果明显且不会对环境造成二次污染。

说明书

技术领域

本发明涉及环境中污染土壤的修复技术领域，尤其涉及的是一种利用生物质材料淋洗去除污染土壤中铅和锌的方法。

背景技术

近几十年来铅锌矿的大量开采导致其周围农田土壤污染问题日益严重。土壤中过量的铅锌不仅对作物产生不同程度的危害，且有毒重金属通过食物链影响人体健康。因此，铅锌复合污染土壤的修复成为亟待解决的问题之一。

目前，常见的土壤重金属修复方法主要有物理、化学和生物修复三大类，包括固化稳定化、淋洗法和植物修复等。其中，淋洗技术虽对土壤基质有一定扰动，但由于其操作简单、周期短且修复效率高，因此，土壤淋洗技术是修复高浓度土壤重金属污染的有效技术。而淋洗剂的选择是该修复技术实施的关键。目前常用的淋洗剂主要有无机淋洗剂、螯合剂和表面活性剂等。其中，盐酸和CaCl₂对土壤中的重金属有较好淋洗效果，但其使用的同时会造成土壤基质的破坏和养分流失，且过量的无机离子可能引起土壤盐渍化而增加后续处理费用；邓红侠等用皂苷与EDTA联合去除污染塿土中的Pb，但由于螯合剂在土壤中的生物降解性差，在淋洗过程中容易残留，造成土壤的二次污染；而表面活性剂如鼠李糖脂等成本高，来源有限，在实际运用中受到限制。因此，筛选出高效率且环境友好的新型淋洗剂显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种便捷简易，对铅和锌污染土壤的淋洗效果明显，使淋洗后的土壤中铅和锌的含量符合国家土壤环境标准，淋洗液残留的铅和锌可通过生物吸附等方法进行回收，淋洗液可达国家排放标准，不会对环境造成二次污染的一种利用生物质材料淋洗去除污染土壤中铅和锌的方法。

本发明的具体技术方案为：

一种利用生物质材料淋洗去除污染土壤中铅和锌的方法，该方法包括以下步骤：

(1)淋洗液的制备

将生物质材料用蒸馏水润洗后置于通风处自然风干，用粉碎机将其磨碎后，用蒸馏水对其粉末振荡浸提24h，过滤制得淋洗液；振荡浸提的速率为200r/min，淋洗液的浓度为30-100g/L。

(2)污染土壤的淋洗

将步骤(1)所得到的淋洗液加入铅锌复合污染的土壤中，再利用稀硝酸和氢氧化钠溶液调节混合溶液pH值为4±0.05，通过振荡淋洗出土壤中的铅和锌；混合液的振荡速率为200r/min，振荡时间为2-8h。

(3)土液分离

将步骤(2)振荡后的混合液体在3000-4000r/min速率下离心5-8分钟，上层清液中即为从土壤中淋洗出的铅和锌，所述的生物质材料为马桑、清香木、蓖麻或泽漆。

步骤(2)所述振荡淋洗中振荡混合液的时间为2-8h。

所述的铅锌复合污染土壤为铅和锌的的含量均为2800-3800mg/kg^-1的矿区土壤；污染土壤(单位g)与淋洗剂(单位ml)的比例关系为1:20-1:30。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(一)本发明的采用的是马桑、清香木、蓖麻或泽漆作为淋洗材料，来源广泛、成本低且不会给土壤带来二次污染。

(二)淋洗过程操作便捷简易，对铅锌污染土壤的淋洗效果明显。

(三)马桑、清香木、蓖麻或泽漆的蒸馏水浸提液相对于蒸馏水本身对污染土壤中铅和锌去除能力提升均较大(蒸馏水对土壤中铅和锌的淋洗率分别为0.19％和10.85％)，其中马桑的淋洗效果最为显著，经一次淋洗后，浓度为30g/L、50g/L、80g/L和100g/L的马桑淋洗液对土壤中铅的淋洗率分别为19.78％、21.62％、23.95％和24.65％，对土壤中锌的淋洗率分别为55.08％、57.23％、57.95％和59.05％。

(四)本发明经多次淋洗后的土壤中铅和锌的含量可符合国家土壤环境标准，淋洗液残留的铅锌可通过生物质吸附等方法进行回收，淋洗废液可达国家排放标准。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明，但不限制本发明的范围，应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

实施例1：

植物淋洗修复汉源某铅锌矿区污染土壤

(1)淋洗液的配制

将马桑、蜈蚣草、假繁缕、土荆芥、桑叶、短尾铁线莲、千里光、龙须草、穗状香薷、清香木、鞍叶羊蹄甲、蓖麻、泽漆和鹅绒藤分别用蒸馏水洗净后置于自然通风处风干，使用粉碎机将其磨碎过2mm筛。

将6g、10g、16g和20g的各植物粉末分别加入到200mL蒸馏水中，在200r/min^-1下恒温振荡24h，过滤制得30g/L、50g/L、80g/L和100g/L 4种浓度的淋洗液。

(2)污染土壤的振荡淋洗

分别取上述14种植物淋洗液的4种不同浓度和蒸馏水各20ml共57个处理，按土液比1:20加入到1.00g污染土壤中。混合液pH用稀硝酸和氢氧化钠调节为4.00±0.05。以200r/min^-1的转速振荡2h。

(3)土液分离

将振荡后的混合液倒入离心管中以4000r/min^-1的速率离心5min，取上清液过滤，滤液中的铅和锌含量用原子吸收光谱仪(AAS)测定(表1)。

表1 14种植物淋洗剂淋洗去除矿区污染土壤中铅和锌的效率

注：淋洗液浓度为14种植物粉末的浸提浓度；每个处理重复3次，表中数据为一次淋洗3次重复的平均值。

经分析，随着加入的生物质材料浓度的增加，其对铅锌污染土壤的淋洗去除率总体呈上升趋势，特别是在浓度为30g/L、50g/L、80g/L和100g/L时，马桑淋洗液对土壤中铅污染去除率在本实施例条件下分别为19.78％、21.62％、23.95％和24.65％，对土壤中锌的淋洗率分别能达到55.08％、57.23％、57.95％和59.05％。清香木对土壤中铅的淋洗率分别为0.80％、0.92％、1.32％和1.29％，对土壤中锌的淋洗率分别为42.87％、47.50％、50.29％和50.94％；蓖麻对土壤中铅的淋洗率分别为3.21％、4.16％、5.06％和5.48％，对土壤中锌的淋洗率分别为35.28％、43.85％、50.56％和48.09％；泽漆对土壤铅的淋洗率分别为4.39％、6.02％、6.99％和7.09％，对土壤中锌的淋洗率分别为44.01％、47.22％、46.33％和47.97％。总体淋洗效果高于其余10种植物淋洗液及蒸馏水对土壤中铅和锌的淋洗率。

综上，马桑、清香木、蓖麻或泽漆作为生物淋洗材料对修复铅锌污染土壤具有突出效果。

实施例2：不同淋洗时间下的铅锌淋洗效率

淋洗剂的制备方法和对污染土壤的淋洗步骤与实施例1中的条件保持一致，仅改变其中的淋洗振荡时间，试验在不同振荡时间下淋洗率的变化情况，具体数据参考表2。

表2 不同淋洗时间下14种植物淋洗剂去除矿区污染土壤中铅和锌的效率

注：淋洗液浓度为14种植物粉末的浸提浓度；每个处理重复3次，表中数据为一次淋洗3次重复的平均值。

由表2可知，在同等条件下，采用生物质材料马桑、蜈蚣草、假繁缕、土荆芥、桑叶、短尾铁线莲、千里光、龙须草、穗状香薷、清香木、鞍叶羊蹄甲、蓖麻、泽漆和鹅绒藤分别制备的淋洗剂，在同样的淋洗剂浓度条件下，淋洗时间也影响着其对土壤中铅和锌的淋洗效率，但不同的生物质材料受时间的影响程度不同。总体来看，在不同的淋洗时间下，马桑、清香木、蓖麻或泽漆对土壤中铅和锌的淋洗效果均较好，当淋洗时间为8h时，淋洗率最大。

实施例3：测定不同pH值条件下各生物质对污染土壤中铅锌的淋洗效率

淋洗剂的制备方法和对污染土壤的淋洗步骤与实施例1中的条件保持一致，仅改变其中的混合液的pH值，试验在不同pH值条件下各生物质对污染土壤中铅锌的淋洗率的变化情况，具体数据参考表3。

表3 不同pH值条件下14种植物淋洗剂去除矿区污染土壤中铅和锌的效率

注：淋洗液浓度为14种植物粉末的浸提浓度；每个处理重复3次，表中数据为一次淋洗3次重复的平均值。

该研究分别试验了酸性、中性和碱性状态下的铅锌淋洗率，由表3可知，在同等条件下，采用生物质材料马桑、蜈蚣草、假繁缕、土荆芥、桑叶、短尾铁线莲、千里光、龙须草、穗状香薷、清香木、鞍叶羊蹄甲、蓖麻、泽漆和鹅绒藤分别制备的淋洗剂，在同样的淋洗剂浓度条件下，混合液的pH对土壤中铅和锌的淋洗效率有着决定性作用。总体来看，在酸性条件下，生物质材料对土壤中铅和锌的淋洗效果最好，而中性和碱性条件下的淋洗效果均较差，其中，马桑、清香木、蓖麻或泽漆的淋洗效果最好，当pH为4时，淋洗率最高。