一种利用芋叶或牛膝淋洗去除污染土壤中铅的方法.pdf

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芋叶或牛膝淋洗去除污染土壤中铅的方法。该方法包括以下几个步骤：（1）生物质材料淋洗液的制备:将生物质材料芋叶用自来水洗净，用蒸馏水润洗后置于自然通风处风干，使用粉碎机将其磨碎过2mm筛,加入适量蒸馏水，振荡混合液浸提12h再过滤，制得淋洗液；（2）污染土壤的淋洗：将步骤（1）中得到的淋洗液加入铅污染土壤中，用稀盐酸和氢氧化钠溶液调节混合溶液pH值至4.4-5.0范围内后进行振荡淋洗；生物质材料芋叶可用牛膝替代。本方法便捷简易，对铅污染土壤的淋洗效果明显，且不会对环境造成二次污染。

权利要求书
1.  一种利用芋叶或牛膝淋洗去除污染土壤中铅的方法，其特征在于该方法包括以下几个步骤：
（1）生物质材料淋洗液的制备:
将生物质材料芋叶用自来水洗净，用蒸馏水润洗后置于自然通风处风干，使用粉碎机将其磨碎过2mm筛,加入适量蒸馏水，振荡混合液浸提12h再过滤，制得淋洗液；
（2）污染土壤的淋洗：
将步骤（1）中得到的淋洗液加入铅污染土壤中，用稀盐酸和氢氧化钠溶液调节混合溶液pH值至4.4-5.0范围内后进行振荡淋洗；
所述的生物质材料芋叶用牛膝替代。

2.  根据权利要求1所述的利用芋叶或牛膝淋洗去除污染土壤中铅的方法，其特征在于：所述的淋洗液的浓度为30-50g/L。

3.  根据权利要求1所述的利用芋叶或牛膝淋洗去除污染土壤中铅的方法，其特征在于：所述的振荡淋洗中浸提混合液的振荡速率为180r/min。

4.  根据权利要求1所述的利用芋叶或牛膝淋洗去除污染土壤中铅的方法，其特征在于：所述的污染土壤和生物质材料淋洗液的体积比为1：20。

说明书一种利用芋叶或牛膝淋洗去除污染土壤中铅的方法
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芋叶或牛膝淋洗去除污染土壤中铅的方法。
背景技术
土壤重金属污染是当今全球面临的严重环境问题之一。铅是生物体非必需营养元素，其浓度超过一定阈值后就会对生物产生剧烈毒性，常通过食物链传递而引起人体多种疾病。采矿、冶炼、电镀、污水灌溉、化肥和农药滥用等均是铅污染的主要来源，随着我国工农业发展和城镇化，土壤中重金属铅污染蔓延程度也逐渐加深。因此，铅污染土壤的修复已成为我国亟待解决的问题。
目前，重金属污染土壤主要采用物理、化学和生物方法修复。物理方法主要包括改土法、电动修复及热处理，适用于污染面积小、程度较轻的土壤，但对于污染面积较大且污染较重的土壤修复则表现出耗时费力、易破坏土壤结构及肥力等缺陷；生物修复主要包括植物修复法、动物修复法和微生物修复法，其中，植物修复法是将超富集植物种植在污染土壤上，通过植物的富集作用减少土壤中重金属含量，具有经济、环保等优势，但修复周期较长且效率较低；化学修复技术主要有土壤淋洗法、固化-稳定化法等，实际应用中具有效率高、易操作等优势。
土壤淋洗技术是化学修复方法的一种，它是利用淋洗剂与土壤固相中的重金属作用，形成溶解性的重金属离子或金属络合物，使其转移至淋洗液中然后收集淋洗液回收重金属。因此，选择合适的淋洗剂是土壤淋洗技术的关键部分。目前，用于土壤铅淋洗修复的主要淋洗剂为无机酸、盐、表面活性剂、螯合剂和有机酸。HCl等无机酸对土壤镉有56%的淋洗率，但同等条件下对土壤铅的淋洗率仅为35%；CaCl2和KCl等盐类分别适合酸性、中性污染土壤的淋洗，但是残留在土壤中的Cl- 容易造成土壤盐渍化污染；螯合剂EDTA和表面活性剂皂素淋洗污染土壤中铅的效率最高可达68.95%，但有研究表明EDTA容易破坏土壤结构，对土壤造成二次污染，而皂素等表面活性剂使用成本较高；尽管柠檬酸、苹果酸等部分低分子有机酸对土壤镉有较高的淋洗率，但Wang等人的研究表明，0.2mol/L的柠檬酸和苹果酸对土壤铅的淋洗效率较低，仅有50%左右的去除率，且容易造成土壤酸化和养分流失。因此，急需寻找一种成本低，无污染、淋洗效率较高的淋洗剂。
生物质材料是通过生物作用而形成的可再生或可循环的有机物质，具有来源广、产量大和环境友好等优点。西瓜皮粉的KCl浸提液可去除污染土壤中72.35%的镉，表明生物质材料在去除土壤中重金属方面具有一定潜力。但由于不同种类重金属的性质不同，对土壤中镉去除很有效的西瓜皮粉的KCl浸提液对土壤中铅的淋洗去除率却较低，难于工程实际应用。因此，筛选土壤铅新生物淋洗剂材料具有重要的现实意义。
综上，现有技术存在二次污染、成本高昂或低效等问题，因此需要改进，筛选出绿色环保、成本低廉和淋洗效率高的淋洗材料。
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，对铅污染土壤的淋洗效果明显，且不会对环境造成二次污染的利用芋叶或牛膝淋洗去除污染土壤中铅的方法。
本发明的具体技术方案为：
一种利用芋叶或牛膝淋洗去除污染土壤中铅的方法，该方法包括以下几个步骤：
（1）生物质材料淋洗液的制备:
将生物质材料芋叶用自来水洗净，用蒸馏水润洗后置于自然通风处风干，使用粉碎机将其磨碎过2mm筛,加入适量蒸馏水，振荡混合液浸提12h再过滤，制得淋洗液；振荡淋洗中浸提混合液的振荡速率为180r/min，所述的淋洗液的浓度为30-50g/L。
（2）污染土壤的淋洗
将步骤（1）中得到的淋洗液加入农田铅污染土壤中，用稀盐酸和氢氧化钠溶液调节混合溶液pH值至4.4-5.0范围内后进行振荡淋洗；
所述的生物质材料芋叶用牛膝替代，牛膝淋洗去除污染土壤中铅的方法与芋叶淋洗去除污染土壤中铅的方法相同。
作为优选，供试土壤为汉源某铅锌矿附近铅污染土壤，测得该土壤中铅的含量为700.42mg/kg。
所述的污染土壤和生物质材料淋洗液的体积比值选取为1:20。
本发明选用来源广泛且易于收集的生物质材料芋叶或牛膝作为淋洗材料，成本低廉、可操作性强，具有较强的可推广性；同时也为重金属铅污染土壤的淋洗去除开发了新的生物质材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（一）、本发明的淋洗过程操作便捷简易，对铅污染土壤的淋洗效果明显。
（二）、芋叶粉的蒸馏水浸提液相对于蒸馏水本身对污染土壤中铅去除能力提升较大，经三次淋洗后，30g/L和50g/L浓度的芋叶淋洗液对土壤铅的总淋洗率分别达94.19%和97.74%。
（三）、本发明淋洗后的土壤中铅的含量符合国家土壤环境标准，淋洗液残留的铅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。
实施例1：
1、污染土壤淋洗液的配制
将芋叶、牛膝、白车轴草和西瓜皮分别用自来水洗净，用蒸馏水润洗后置于自然通风处风干，使用粉碎机将其磨碎过2mm筛。
将10g、20g、60g和100g芋叶粉末各自加入到2000ml蒸馏水中，以180r/min的转速振荡浸提12h后过滤，使得芋叶粉末和蒸馏水充分接触混合。分别制得溶液芋叶浓度为5g/L、10g/L、30g/L和50g/L的淋洗液。牛膝、白车轴草和西瓜皮浓度为5g/L、10g/L、30g/L和50g/L的蒸馏水浸提淋洗液的制备方法与芋叶淋洗液的配制方法相同。
、污染土壤的淋洗
分别按蒸馏水、蒸馏水+5g/L芋叶淋洗液、蒸馏水+10g/L芋叶淋洗液、蒸馏水+30g/L芋叶淋洗液、蒸馏水+50g/L芋叶淋洗液；蒸馏水+5g/L牛膝淋洗液、蒸馏水+10g/L牛膝淋洗液、蒸馏水+30g/L牛膝淋洗液、蒸馏水+50g/L牛膝淋洗液；蒸馏水+5g/L白车轴草淋洗液、蒸馏水+10g/L白车轴草淋洗液、蒸馏水+30g/L白车轴草淋洗液、蒸馏水+50g/L白车轴草淋洗液；蒸馏水+5g/L西瓜皮淋洗液、蒸馏水+10g/L西瓜皮淋洗液、蒸馏水+30g/L西瓜皮淋洗液、蒸馏水+50g/L西瓜皮淋洗液等17个处理分别淋洗铅污染土壤。每个处理按下述方式对污染土壤进行淋洗：称取铅浓度为700.42mg/kg的污染土壤10.000g，将上述已经配制好的淋洗液每次取200ml加入土壤中，再用稀盐酸和氢氧化钠溶液调节混合液pH至4.4-5.0范围内，以250r/min 的转速振荡淋洗2h。淋洗后将混合液静置5min，将上部液体倒入离心管中离心，上清液倒出过滤用于上机测定，残留的土壤继续加入200ml等量淋洗液淋洗，重复三次。淋洗后的废液用鱼腥草粉末进行回收处理，具体处理方式参见文献鱼腥草粉末吸收重金属铅的研究。（注：具体工程应用时，可省去土液分离部分，本研究使用该步骤的目的是为了减少多次淋洗过程中淋洗率的统计误差，不参与实际应用。）
取上清液，用原子吸收光谱仪(AAS)测淋洗液中铅含量(表1)。
表1生物质材料淋洗去除污染土壤中铅的效率

注：淋洗剂浓度为芋叶、牛膝、白车轴草和西瓜皮的浸提浓度；每个处理重复3次，表中数据为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，对铅污染土壤的淋洗去除率也在逐步增加，特别是在蒸馏水+30g/L和蒸馏水+50g/L芋叶淋洗液处理中铅污染土壤的淋洗去除率在本实施例条件下分别能达到59.19%和65.23%，三次淋洗后总淋洗率可达94.19%和97.74%，三次总淋洗率比同等浓度处理的牛膝、白车轴草和西瓜皮高出48.84%、68.78%和79.93%以及35.68%、61.38%和78.48%。此外，牛膝在蒸馏水+50g/L的处理条件下，三次淋洗后总淋洗率可达62.06%，比同等浓度处理下的白车轴草和西瓜皮高出25.70%和42.80%。
实施例2：
1、芋叶及牛膝淋洗液的配制
将芋叶和牛膝分别用自来水洗净后置于自然通风处风干，使用粉碎机将其磨碎。
将0.5kg、1kg、3kg和5kg芋叶粉末各自加入到100L自来水中，以180r/min的转速振荡浸提12h后用纱布过滤，分别制得溶液芋叶浓度为5g/L、10g/L、30g/L和50g/L的淋洗液。牛膝浓度为5g/L、10g/L、30g/L和50g/L的自来水浸提淋洗液的制备方法与芋叶淋洗液的配制方法相同。
、500g污染土壤的淋洗
分别按自来水、自来水+5g/L芋叶淋洗液、自来水+10g/L芋叶淋洗液、自来水+30g/L芋叶淋洗液、自来水+50g/L芋叶淋洗液；自来水+5g/L牛膝淋洗液、自来水+10g/L牛膝淋洗液、自来水+30g/L牛膝淋洗液、自来水+50g/L牛膝淋洗液等处理分别淋洗铅污染土壤。
每个处理按下述方式对污染土壤进行淋洗：称取铅浓度为700.42mg/kg的污染土壤500g，将上述已经配制好的淋洗液每次取10L加入土壤中，再用浓盐酸和石灰粉溶液调节混合液pH至4.4-5.0范围内，振荡淋洗2h。淋洗后将混合液静置5min，倒出上清液等待回收，残留的土壤继续加入10L等量淋洗液淋洗，重复三次。淋洗后的废液用鱼腥草粉末进行回收处理。
取上清液，用原子吸收光谱仪(AAS)测淋洗液中铅含量(表2)。对比表1数据可知，自来水+30g/L和自来水+50g/L芋叶及牛膝淋洗液处理中较大土样量铅污染土壤的淋洗去除率与蒸馏水+30g/L和蒸馏水+50g/L芋叶及牛膝淋洗液处理下小土样量三次淋洗后对铅的总淋洗率相近。
表2芋叶及牛膝较大土样量淋洗去除污染土壤中铅的效率

注：淋洗剂浓度为芋叶和牛膝的浸提浓度；每个处理重复3次，表中数据为3次重复的平均值。
综上，芋叶和牛膝作为生物淋洗材料对修复铅污染土壤具有突出效果。
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3：
    淋洗剂的制备方法和对污染土壤的淋洗步骤与实施例中的条件保持一致，仅改变其中污染土壤和生物质材料淋洗液的体积比参数，试验在不同比例条件下淋洗率的变化情况，具体数据参考表3。
表3不同土液比条件下四种生物质材料去除污染土壤中铅的效率

注：淋洗剂浓度为芋叶、牛膝、白车轴草和西瓜皮的浸提浓度；每个处理重复3次，表中数据为3次重复的平均值。
由表3可知，在同等条件下，采用生物质材料芋叶、牛膝、白车轴草和西瓜皮分别制备的淋洗剂，在同样的淋洗剂浓度条件下，污染土壤和生物质材料淋洗液的体积比也起着重要作用，可以明显看出，当污染土壤和生物质材料淋洗液的体积比为1:20-30时，对污染土壤的淋洗效果明显较好，但是从经济成本考虑，优选污染土壤和生物质材料淋洗液的体积比为1:20。