本發明涉及環境污染治理技術領域，尤其涉及一種土壤復合重金屬污染治理及資源化方法。

背景技術：

重金屬是一種典型的污染物，其主要來源有1)工業生產，特別是采礦和冶煉工業向環境釋放大量的重金屬污染物；2)生化垃圾，含有重金屬的垃圾能滲入土壤和水體；3)農業生產，化肥和農藥中有害物質釋放重金屬。重金屬污染水體、土壤，對動、植物具有嚴重的危害性。尤其是受到污染的土壤重金屬不易去除，導致農作物中重金屬嚴重超標，通過食物鏈富集并轉移到人體內，危害人類身體健康。

由于重金屬污染土壤危害的嚴重性，國內外學者對重金屬污染土壤修復進行了大量的研究并取得了較多的成果。主要有1)物理措施，包括工程技術、電動力化學和玻璃化技術，但普遍存在工程量大，能耗高的缺點；2)化學措施，包括固定化技術和淋洗法，但是固定化技術不能徹底將重金屬去除，重金屬仍存在于土壤中；林洗法會產生大量的淋洗液，處理難度大，易產生二次污染；3)生物措施，包括植物、動物和微生物修復，但是存在運行周期長，治理效率低等缺點。

高效磁性吸附材料作為新型的環境治理功能材料，具有吸附性能強、適用范圍廣、成本低等優勢，在治理受污染土壤方面展現出很大的應用潛力。

另外，目前對土壤重金屬治理的研究較多，但是對于治理土壤中重金屬及資源回收方面的研究鮮有報道，尤其是對于高效、低成本、無二次污染治理土壤中重金屬及資源回收的研究尚未開展。

技術實現要素：

本發明提供了一種土壤復合重金屬污染治理及資源化方法，具有處理重金屬種類多樣化、去除效率高、無二次污染的優點，并能夠對復合重金屬進行精確分離和回收，可應用于受重金屬污染土壤的原位修復或異位修復。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案實現：

一種土壤復合重金屬污染治理及資源化方法，包括如下步驟：

1)投加吸附材料；在受重金屬污染的土壤中投加磁性吸附材料，并將磁性吸附材料與土壤混勻，使土壤中的重金屬遷移至磁性吸附材料中，實現重金屬與土壤的分離；

2)磁力分離；采用多級磁選方法將吸附飽和的磁性吸附材料從土壤中分離、收集，達到受重金屬污染土壤的修復治理；

3)吸附材料解吸；吸附飽和的磁性吸附材料投放至解吸攪拌設備中，將磁性吸附材料與解吸液充分攪拌混勻，使重金屬從磁性吸附材料中分離，進入到解吸液中；

4)解吸液一次調節；在解吸液調節槽內進行，解吸液調節參數為解吸液的濃度、溫度和pH值；

5)板框過濾及解吸液二次調節；含重金屬的解吸液經過板框過濾截留磁性吸附材料，并在調節池中進行二次調節，調節參數為溫度和pH值；

6)超重力離心萃取重金屬；調節池中的含重金屬的解吸液進入超重力離心萃取機，通過添加重金屬萃取劑分離和富集不同種類的重金屬；

7)自由流電泳；含有高濃度重金屬或復合重金屬的分離液進入自由流電泳設備中，精確分離、回收重金屬。

所述磁性吸附材料為磁性沸石、磁性炭、磁性多孔陶瓷中的一種或一種以上任意組合，所吸附的重金屬包括汞、鉈、砷、鉛、銻、錳、鉻、鎘、銅、鋅、鈷、鎳，磁性吸附材料投加量為5～100kg/m³。

所述解吸攪拌設備中解吸液與磁性吸附材料的液固比為4～10:1；攪拌轉速為50～200r/min，攪拌時間為10～60min。

步驟3)中重金屬從磁性吸附材料中分離后，磁性吸附材料進行再生處理。

所述超重力離心萃取機采用1～10級串聯或并聯，轉速在1000～5000r/min；含重金屬解吸液與重金屬萃取劑的比例為2～10:1。

步驟6)中，含重金屬的解吸液經過超重力離心萃取后，重金屬的去除率為95～100％，去除重金屬后的解吸液回收并循環使用。

所述自由流電泳裝置兩端電壓為1～1000V，含重金屬的萃取劑流速為1～100mL/min；分離重金屬后的萃取劑回收并循環使用。

步驟4)、步驟5)中調節pH值時采用鹽酸、硫酸或氫氧化鈉溶液作為調節劑。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

1)利用磁性吸附材料高效去除土壤中多種重金屬，操作簡單，磁性吸附材料與土壤易于分離，重金屬去除率高，無二次污染；

2)磁性吸附材料中的重金屬解吸效率高，解吸液和磁性吸附材料均可回收并重復使用，可降低治理成本；

3)解吸后的重金屬可高效、快速的富集濃縮，并精確分離、提取、回收重金屬，實現土壤重金屬治理及資源化。

附圖說明

圖1是本發明所述土壤復合重金屬污染治理及資源化方法的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步說明：

如圖1所示，本發明所述一種土壤復合重金屬污染治理及資源化方法，包括如下步驟：

1)投加吸附材料：在受重金屬污染的土壤中投加磁性吸附材料，并將磁性吸附材料與土壤混勻，使土壤中的重金屬遷移至磁性吸附材料中，實現重金屬與土壤的分離；

2)磁力分離：采用多級磁選方法將吸附飽和的磁性吸附材料從土壤中分離、收集，達到受重金屬污染土壤的修復治理；

3)吸附材料解吸：吸附飽和的磁性吸附材料投放至解吸攪拌設備中，將磁性吸附材料與解吸液充分攪拌混勻，使重金屬從磁性吸附材料中分離，進入到解吸液中；

4)解吸液一次調節：在解吸液調節槽內進行，解吸液調節參數為解吸液的濃度、溫度和pH值；

5)板框過濾及解吸液二次調節：含重金屬的解吸液經過板框過濾截留磁性吸附材料，并在調節池中進行二次調節，調節參數為溫度和pH值；

6)超重力離心萃取重金屬：調節池中的含重金屬的解吸液進入超重力離心萃取機，通過添加重金屬萃取劑分離和富集不同種類的重金屬；

7)自由流電泳：含有高濃度重金屬或復合重金屬的分離液進入自由流電泳設備中，精確分離、回收重金屬。

所述磁性吸附材料為磁性沸石、磁性炭、磁性多孔陶瓷中的一種或一種以上任意組合，所吸附的重金屬包括汞、鉈、砷、鉛、銻、錳、鉻、鎘、銅、鋅、鈷、鎳，磁性吸附材料投加量為5～100kg/m³。

所述解吸攪拌設備中解吸液與磁性吸附材料的液固比為4～10:1；攪拌轉速為50～200r/min，攪拌時間為10～60min。

步驟3)中重金屬從磁性吸附材料中分離后，磁性吸附材料進行再生處理。

所述超重力離心萃取機采用1～10級串聯或并聯，轉速在1000～5000r/min；含重金屬解吸液與重金屬萃取劑的比例為2～10:1。

步驟6)中，含重金屬的解吸液經過超重力離心萃取后，重金屬的去除率為95～100％，去除重金屬后的解吸液回收并循環使用。

所述自由流電泳裝置兩端電壓為1～1000V，含重金屬的萃取劑流速為1～100mL/min；分離重金屬后的萃取劑回收并循環使用。

步驟4)、步驟5)中調節pH值時采用鹽酸、硫酸或氫氧化鈉溶液作為調節劑。

以下實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。下述實施例中所用方法如無特別說明均為常規方法。

【實施例】

本實施例中，受重金屬污染的土壤為某礦區周邊水稻土壤，經取樣化驗，土壤中的重金屬成分及含量為：

Cr：67.36mg/kg；

Pb：414.44mg/kg；

Cd：21.14mg/kg；

Cu：44.15mg/kg；

Zn：6184.41mg/kg；

Ni：88.38mg/kg；

Hg：2.58mg/kg；

As：40.68mg/kg。

本實施例采用的土壤復合重金屬污染治理及資源化方法具體操作過程如下：

1)在受重金屬污染的土壤中投加磁性吸附材料，并將磁性吸附材料與土壤混勻，磁性吸附材料的投加量為20kg/m³；土壤中的重金屬遷移至磁性吸附材料中，實現重金屬與土壤的分離；

2)利用電磁傳送機械加液壓翻板的磁選分離設備實現磁性吸附材料與土壤的分離，收集；

3)磁選分離后得到的磁性吸附材料投加到解吸攪拌設備中，解吸液與磁性吸附材料的液固比為5:1；攪拌轉速為150r/min，攪拌時間為30min，使重金屬從磁性吸附材料中轉移到解吸液中；

4)在解吸液調節槽內的解吸液為2mol/L的鹽酸與1％的殼聚糖的混合液，調節解吸液的pH值為2～3，溫度為75℃；

5)通過板框過濾器截留脫附重金屬后的磁性吸附材料，磁性吸附材料送去再生處理，重復使用；含有重金屬的解吸液進入調節池，調節溫度為50℃，pH值4，備用；

6)調節池中的含重金屬的解吸液進入超重力離心萃取機中，與金屬萃取劑的比例為4:1，離心機的轉速為4000r/min，通過2級串聯萃取后，重金屬轉移到萃取液中，去除重金屬的解吸液回收并循環使用；

7)含有高濃度復合重金屬的萃取液進入自由流電泳裝置中，流速為30mL/min,兩端電壓50～100V；經過該步驟后，復合重金屬被精確分離和回收。

本實施例對復合重金屬土壤進行治理及資源化的效果如下：

通過磁性吸附材料吸附后，土壤中的重金屬含量明顯下降，Cr、Pb、Cd、Cu、Zn、Ni、Hg、As的去除率分別為67.35％、74.32％、85.26％、52.63％、75.38％、69.35％、85.62％、53.47％。

磁性吸附材料中重金屬的解吸率大于96％。

解吸液中的重金屬通過超重力離心萃取后，重金屬的萃取率為98％，濃縮倍數達到6倍。

經過自由流電泳裝置后，重金屬分離回收率為87.5％。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。