一種重金屬污染土地無害化治理及資源回收方法
【專利摘要】本發明公布了一種重金屬污染土地無害化治理及資源回收方法，屬于環境污染治理領域，它包括以下步驟：建立防滲漏型污染土壤填埋壩；在被污染土地上開挖出受污染的土壤填充到填埋壩；填充后的填埋壩上種植重金屬耐受植物；收割植物進行生物質發酵生產燃氣；收集生物發酵后殘液、殘渣；用生物發酵后殘液、殘渣冶煉金屬；回收重金屬。本發明的目的是提供一種重金屬污染土地無害化治理及資源回收方法，有效解決土壤中重金屬污染治理的難題，改善土壤性能，回收利用重金屬資源。
【專利說明】
一種重金屬污染土地無害化治理及資源回收方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及環境中重金屬污染的修復，以及環境中金屬元素的回收利用等，具體涉及一種重金屬污染土地無害化治理及資源回收方法。
【背景技術】
[0002]土壤是人類賴以生存的最基本的物質基礎。然而，隨著人口的不斷增長與經濟發展，工業三廢和礦區的污染，有相當數量的土壤質量日趨下降。其中，受重金屬污染的土壤面積有逐年增加之勢。重金屬污染的來源主要是采礦、冶煉等工礦企業排放的廢氣、廢水和廢渣，煤和石油等礦物燃料的燃燒以及農藥化肥的過量使用，其中主要包括Hg、Cd、Pb、Cr、Zn、Cu、Ni及類金屬As等。
[0003]汞:土壤的汞污染主要來自于污染灌溉、燃煤、汞冶煉廠和汞制劑廠(儀表、電氣、氯堿工業)的排放。如一個700兆瓦的熱電站，每天可排放汞215公斤，估計全世界僅由燃煤而排放到大氣中的汞，一年就有3000噸左右。含汞顏料的應用、用汞做原料的工廠、含汞農藥的施用等也是重要的汞污染源。汞進入土壤后95%以上能迅速被土壤吸持或固定，這主要是土壤的粘土礦物和有機質有強烈的吸附作用，因此汞容易在表層積累，并沿土壤的縱深垂直分布遞減。土壤中汞的存在形態有金屬汞、無機態與有機態，并在一定條件下相互轉化。
[0004]鎘:鎘主要來源于鎘礦、冶煉廠。因鎘與鋅同族，常與鋅共生，所以冶煉鋅的排放物中必有Zn0、Cd0，它們揮發性強，以污染源為中心可波及數千米遠。鎘工業廢水灌溉農田也是鎘污染的重要來源。鎘被土壤吸附，一般在0-15cm的土壤層累積，15cm以下含量顯著減少。土壤中的鎘以CdC03、Cd (P04)2、及Cd (OH) 2的形態存在，其中以CdC03為主，尤其是在PH> 7的石灰性土壤中，土壤中的鎘的形態可劃分為可給態和代換態，它們易于遷移轉化，而且能被植物吸收，不溶態鎘在土壤中累積，不易被植物吸收，但隨環境條件的改變二者可互相轉化。
[0005]鉛:鉛是土壤污染較普遍的元素。污染源主要來自汽油里添加抗爆劑烷基鉛，汽油燃燒后的尾氣中含大量鉛，飄落在公路兩側數百米范圍內的土壤中。另外礦山開采、金屬冶煉、煤的燃燒等也是重要的污染源。在礦山、冶煉廠附近土壤含鉛量高達1500cm/kg以上。隨著我國鄉鎮企業的快速發展，“三廢”中的鉛也大量進入農田，一般進入土壤中的鉛在土壤中易與有機物結合，不易溶解，土壤鉛大多發現在表土層，表土鉛在土壤中幾乎不向下移動。
[0006]鉻:鉻的污染源主要是鉻電鍍、制革廢水、鉻渣等。鉻在土壤中主要有兩種價態:Cr6+和Cr3+。土壤中主要以三價鉻化合物存在，當它們進入土壤后，90%以上迅速被土壤吸附固定，在土壤中難以再遷移。Cr6+很穩定，毒性大，其毒害程度比Cr3+大100倍。而Cr3+則恰恰相反，Cr3+主要存在于土壤與沉積物中。土壤膠體對三價鉻具有強烈的吸附作用，并隨PH的升高而增強。土壤對六價鉻的吸附固定能力較低，僅有8.5%—36.2%。不過普通土壤中可溶性六價鉻的含量很小，這是因為進入土壤中的六價鉻很容易還原成三價鉻，這其中，有機質起著重要作用，并且這種還原作用隨著PH的升高而降低。值得注意的是，實驗已證明，在PH 6.5—8.5的條件下，土壤的三價鉻能被氧化為六價鉻，同時，土壤中存在氧化錳也能使三價鉻氧化成六價鉻，因此，三價鉻轉化成六價鉻的潛在危害不容忽視。
[0007]砷:土壤砷污染主要來自大氣降塵、尾礦與含砷農藥，燃煤是大氣中砷的主要來源。通常砷集中在表土層1cm左右，只有在某些情況下可淋洗至較深土層，如施磷肥可稍增加砷的移動性。土壤中砷的形態按植物吸收的難易劃分，一般可分為水溶性砷、吸附性砷和難溶性砷，通常把水溶性砷、吸附性砷總稱為可給性砷，是可被植物吸收利用的部分。土壤中砷大部分為膠體吸收或和有機物絡合——螯合或和磷一樣與土壤中鐵、鋁、鈣離子相結合，形成難溶化合物，或與鐵、鋁等氫氧化物發生共沉。PH和EH值影響土壤對砷的吸附，PH值高，土壤砷吸附量減少而水溶性砷增加；土壤在氧化條件下，大部分是砷酸，砷酸易被膠體吸附，而增加土壤固砷量。隨降低，砷酸轉化為亞砷酸，可促進砷的可溶性，增加砷害。
[0008]土壤重金屬污染可經水、大氣、植物等介質最終危害人體健康。更為嚴重的是這種污染具有長期性、隱蔽性和不可逆性的特點。因此，尋求緩解或解決此類污染的辦法成了全球關注的棘手問題。治理土壤重金屬污染的途徑主要有兩種:一是改變重金屬在土壤中的存在形態，使其由活化態轉變為穩定態；二是從土壤中去除重金屬，以使其存留濃度接近或達到背景值。當前，修復重金屬污染土壤的方法主要有物理法、化學法和生物法。物理法和化學法往往需要改變土壤的原有結構，破壞土壤生態，花費大量的人力和財力，并且有可能會造成“二次污染”。而作為生物法典范的植物修復技術具有不可替代的優勢，治理過程對原來的土壤擾動較少，能夠逐漸減少甚至清除其中的重金屬，且成本低廉，是真正“綠色安全”且能夠標本兼治的方法。但是目前生物法的突出缺點一是土地治理耗時很長(幾年到十幾年)，土地開發等不起；二是重金屬資源得不到回收利用。
[0009]隨著我國城鎮化的快速推進，許多有重金屬污染的企業已經地處市區面臨搬遷改造，而搬遷后騰空土地已經受到重金屬污染因需要治理不能立即開發為商業用途，城市發展用地緊缺與土地污染治理不能兩全。
[0010]對于被污染的土地，其土壤層一般帶有工業殘留，被污染土壤是指被污染土地上有害的、必須挖出移走的土壤；在正常使用被污染的土地前，需要挖走其上的污染土壤，通過環境測評后，才能正常使用土地。
[0011]另外，礦產冶煉后的殘留廢渣含有大量的重金屬成分，而處理這些廢渣往往對企業是個很大的成本投入，且往往會導致二次環境污染。
[0012]同時，現有的市政污水管道以及污水處理廠的脫水污泥中，其污泥成分復雜，而且含有重金屬，處理成本高，而且很難徹底處理掉。
[0013]
【發明內容】
[0014]本發明的目的是提供一種重金屬污染土地無害化治理及資源回收方法，有效解決土壤中重金屬污染治理的難題，改善土壤性能，回收利用重金屬資源。
[0015]為實現以上目的，本發明采用的技術方案是:一種重金屬污染土地無害化治理及資源回收方法，其特征在于，它包括以下步驟: 建立防滲漏型污染土壤填埋壩(101)；
在污染土地上開挖受污染土壤填充到填埋壩(102)；
填充后的填埋壩上種植重金屬耐受植物(103)；
收割植物進行生物質發酵生產燃氣(104)；
收集生物發酵后殘液、殘渣(105)；
生物發酵后殘液、殘渣冶煉金屬(106)；
回收重金屬(107)。
[0016]進一步的，在污染土地上開挖受污染土壤填充到填埋壩(102)而形成的開挖大坑中，回填開挖填埋壩產生的開挖的新鮮土壤(7);即其還包括以下步驟，開挖填埋壩的新鮮土壤回填污染土地處(111)。
[0017]進一步的，在污染土地上開挖受污染土壤填充到填埋壩(102)而形成的開挖大坑中，回填無害建筑渣土(8);即其還包括以下步驟，建筑無害渣土回填污染土地處(110)。
[0018]進一步的，將生物發酵后殘液、殘渣冶煉金屬(106)后的殘余，將冶煉殘留作為有機肥施給植物(109)。
[0019]進一步的，收集市政污泥作為有機肥施給植物(108)。
[0020]本發明的有益效果:
1、將市區受污染的土壤外運后，市區被重金屬污染土地可以及時開發，且無重金屬污染的隱患。
[0021]2、重金屬污染土壤被置換到遠郊防滲漏填埋壩內，并在上面種植高產密植重金屬耐受與超累積吸附植物，可以保持填埋壩內水土，重金屬不會發生二次污染。
[0022]3、重金屬耐受與超累積吸附植物可以吸附土壤中的重金屬，可以穩定并降低土壤中重金屬的活性，其龐大的根系和巨大的表面積還可以過濾吸收、富集水體中重金屬元素。
[0023]4、不斷收割與種植重金屬耐受與超累積吸附植物，土壤中的重金屬濃度不斷降低，也為生物質燃氣項目提供源源不斷的原材料。
[0024]5、采用生物發酵法，重金屬不能被發酵，遺留在發酵殘液殘渣中。由于沒有將植物做成燃料顆粒，避免了重金屬可能通過燃料顆粒的燃燒揮發到大氣中的二次污染。
[0025]6、發酵殘液殘渣通過物理冶金法提取重金屬回用，剩余物為有機肥用于填埋壩植物的肥料；由于沒有采取化學法，重金屬的提取不會有二次污染。
[0026]7、物理冶金法重金屬提煉設備的能源可以由項目自己生產的生物質燃氣來提供。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1為本發明污染土壤治理方法方框結構圖。
[0028]圖2為本發明污染土壤治理方法的流程圖。
[0029]圖3為本發明另一種優選的污染土壤治理方法方框結構圖。
[0030]圖4為本發明另一種優選的污染土壤治理方法的流程圖。
[0031]圖中所述的數字標注表示為:1、受污染土壤；2、填埋壩；3、重金屬耐受植物；4、生物質發酵燃氣廠；5、發酵殘余；6、金屬提煉設備；7、開挖的新鮮土壤；8、無害建筑渣土 ；9、重金屬；10、市政污泥。
【具體實施方式】
[0032]為了使本領域技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖對本發明進行詳細描述，本部分的描述僅是示范性和解釋性，不應對本發明的保護范圍有任何的限制作用。
[0033]如圖1所示為本發明污染土壤治理方法方框結構圖。將受污染的土地的污染土壤I開挖外運，填充到已經開挖建立好的防滲漏型填埋壩2，然后再在填埋壩2上種植重金屬耐受植物3 (例如巨菌草等)，其高產密植性和對該重金屬耐受并有超累積吸附作用，能大量吸收填埋壩2中的重金屬元素。
[0034]定期收割重金屬耐受植物3，并運送到生物質發酵燃氣廠4以其為原料，利用青貯植物微細粉碎技術進行低溫發酵法生產生物質燃氣；由于吸附在植物中的重金屬無法被發酵，遺留在發酵殘余5中。
[0035]發酵后的發酵殘余5，運送到重金屬提煉設備6，利用物理冶金法回收重金屬，無二次污染；而且，剩余物為有機肥，可以作為重金屬耐受植物3的肥料。經過冶煉后即可得到回收利用的重金屬9。
[0036]一般情況下，我們要在異地、遠郊開挖建設用于盛裝污染土壤的防滲漏填埋壩，將被污染土壤從污染土地中挖出移運到填埋壩內填埋，同時將填埋壩挖出的無污染土壤，以及無害建筑渣土回填被污染土地挖出的大坑內。
[0037]若被污染土地足夠大時，我們是可以在被污染土地原地開挖建設被污染土壤填埋壩，將所有的被污染土壤挖出填埋到填埋壩中。
[0038]圖3為本發明另一種優選的污染土壤治理方法方框結構圖。由于開挖填埋壩形成的新鮮土壤是沒有污染的，因此可以有效地利用開挖的新鮮土壤7回填到污染地開挖大坑。
[0039]另外，由于工程基建時也需要開挖土方，無害建筑渣土 8也可以用來回填到污染地開挖大坑。
[0040]另外，由于市政污水管道的污泥中常含有多種有害物質，也可能殘留有重金屬等，處理起來比較復雜麻煩；利用物理與化學方法處理時，還容易產生二次污染，因此現今對于市政污泥10的處理比較棘手。而市政污泥10中又有豐富的有機質，作為植物的有機肥是一種比較理想的肥料。將市政污泥10滅菌后施加給填埋壩2上種植的重金屬耐受植物3，能有效吸收重金屬等，并且不用額外給植物施加肥料，節省了開支。
[0041 ] 需要說明的是，在本文中，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括哪些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。
[0042]本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，由于文字表達的有限性，而客觀上存在無限的具體結構，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進、潤飾或變化，也可以將上述技術特征以適當的方式進行組合；這些改進潤飾、變化或組合，或未經改進將發明的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種重金屬污染土地無害化治理及資源回收方法，其特征在于，它包括以下步驟: 建立防滲漏型污染土壤填埋壩(101)； 在污染土地上開挖受污染土壤填充到填埋壩(102)； 填充后的填埋壩上種植重金屬耐受植物(103)； 收割植物進行生物質發酵生產燃氣(104)； 收集生物發酵后殘液、殘渣(105)； 生物發酵后殘液、殘渣冶煉金屬(106)； 回收重金屬(107)。
2.根據權利要求1所述的一種重金屬污染土地無害化治理及資源回收方法，其特征在于，其還包括以下步驟，開挖填埋壩的新鮮土壤回填污染土地處(111)。
3.根據權利要求1所述的一種重金屬污染土地無害化治理及資源回收方法，其特征在于，其還包括以下步驟，建筑無害渣土回填污染土地處(110)。
4.根據權利要求1所述的一種重金屬污染土地無害化治理及資源回收方法，其特征在于，將生物發酵后殘液、殘渣冶煉金屬(106)后的殘余，將冶煉殘留作為有機肥施給植物(109)。
5.根據權利要求1所述的一種重金屬污染土地無害化治理及資源回收方法，其特征在于，收集市政污泥作為有機肥施給植物(108)。
【文檔編號】B09C1/00GK104475433SQ201410661499
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月19日 優先權日:2014年11月19日
【發明者】夏紀勇, 李學軍, 劉肇瀾 申請人:湖南廣義科技有限公司