本發(fā)明涉及一種土壤重金屬高效清潔處理材料，可以同時(shí)快速高效、低成本處理多種重金屬污染土壤。
背景技術(shù)：
土壤污染是指具有生理毒性的物質(zhì)或過(guò)量植物營(yíng)養(yǎng)元素進(jìn)入土壤而導(dǎo)致土壤性質(zhì)惡化和植物生理功能失調(diào)的現(xiàn)象，包括農(nóng)業(yè)耕地污染、城市棕色地塊污染以及礦區(qū)土壤污染。土壤雖具有一定的自凈能力，但其一旦被污染，特別是被重金屬污染，就很難恢復(fù)。在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間里，土壤污染問(wèn)題一直沒(méi)有得到足夠重視，直到近年來(lái)“鎘大米”“毒生姜”“癌癥村”“砷中毒”等嚴(yán)重土壤污染事件的發(fā)生和突發(fā)性環(huán)境公共事件的曝光，才使得土壤污染防治真正引起社會(huì)公眾的重視。
土壤污染形勢(shì)異常嚴(yán)峻。目前我國(guó)土壤污染呈日趨加劇的態(tài)勢(shì)，防治形勢(shì)十分嚴(yán)峻。我國(guó)土壤污染區(qū)域分布較廣，根據(jù)環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部2014年4月17日公布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》，目前全國(guó)土壤總的點(diǎn)位超標(biāo)率為16.1%，而耕地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率更高達(dá)19.4%，其中輕微、輕度、中度和重度污染點(diǎn)比例分別為13.7%、2.8%、1.8%和1.1%，目前全國(guó)糧食播種面積為20.27億畝，由此推測(cè)，有待修復(fù)的耕地土壤面積為3.9億畝。研究結(jié)果表明不同賦存形態(tài)的重金屬，其塵理活性和毒性均有差異。其中以水溶態(tài)和可交換態(tài)的活性、毒性最大，殘?jiān)鼞B(tài)的活性最小。
土壤污染防治技術(shù)不成熟。與嚴(yán)峻的土壤污染形勢(shì)相對(duì)應(yīng)，我國(guó)的土壤污染防治技術(shù)尚顯薄弱。由于污染土壤面積大，污染程度深淺不一，自然條件復(fù)雜多變，對(duì)土壤污染防治技術(shù)和工藝要求極高?，F(xiàn)有的土壤污染防治技術(shù)不成熟，物理治理方法花費(fèi)巨大，化學(xué)修復(fù)方法容易引起土壤質(zhì)量下降，生物修復(fù)方法耗時(shí)太長(zhǎng)。廣受關(guān)注的重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)還處在試驗(yàn)階段，迄今為止國(guó)內(nèi)還沒(méi)有成功的重金屬污染土壤修復(fù)案例。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種土壤重金屬高效清潔處理材料，原材料成本低廉，能夠同時(shí)快速高效處理多種重金屬污染土壤，且易于施工，綜合性能顯著優(yōu)于已有材料。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題而采用的技術(shù)方案是采用了一種土壤重金屬高效清潔處理材料：
一種土壤重金屬高效清潔處理材料是由亞鐵鹽、鐵鹽、鈣鹽、鎂鹽等無(wú)機(jī)材料以及生物可降解重金屬絡(luò)合有機(jī)材料組合而成。其中無(wú)機(jī)材料中亞鐵鹽是指氯化亞鐵、硫酸亞鐵、硝酸亞鐵；鐵鹽是指氯化鐵、硫酸鉄、硝酸鐵；鈣鹽是指氫氧化鈣、氧化鈣、氯化鈣、硫酸鈣、硝酸鈣；鎂鹽是指氫氧化鎂、氧化鎂、氯化鎂、硫酸鎂、硝酸鎂；鋁鹽是指氫氧化鋁、氧化鋁、氯化鋁、硫酸鋁、硝酸鋁一種或兩者以上的混合物。無(wú)機(jī)材料中亞鐵鹽所占的比例是20-60%，鐵鹽的比例是40-80%，鈣鹽的比例是0-50%，鎂鹽的比例是0-50%，鋁鹽的比例是0-50%；最好是亞鐵鹽20-40%，鐵鹽80-60%，鈣鹽的比例是0-10%，鎂鹽的比例是0-10%，鋁鹽的比例是0-10%，此范圍之外的處理材料與重金屬形成共沉淀的能力降低，從而降低處理效果。
生物可降解重金屬絡(luò)合有機(jī)材料是指檸檬酸、琥珀酸、醋酸、酒石酸、乳酸、酪酸、蘋果酸、衣康算、葡萄糖酸、丙酸等，氨基羧酸：丙氨酸、谷氨酸、甘氨酸、半胱氨酸以及、谷氨酸二乙酸4鈉、天冬門氨酸二乙酸4鈉（ASDA）、甲基甘氨酸二乙酸3鈉(MGDA)、N，N－乙二胺二琥珀酸（EDDS4H）、N，N－乙二胺二琥珀酸3鈉（EDDS3Na）中的一種或二種以上。無(wú)機(jī)材料與生物可降解重金屬絡(luò)合有機(jī)材料的配比是無(wú)機(jī)材料100部，生物可降解重金屬絡(luò)合有機(jī)材料0-100部。
使用時(shí)重金屬污染土壤100部，水20-50部，重金屬清潔處理材料5-30部，攪拌混合，靜置熟化24小時(shí)。重金屬清潔處理材料使用量低于5部，則達(dá)不到處理效果，使用量高于30部，則會(huì)增加使用成本。
本發(fā)明對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果：
1）本發(fā)明土壤重金屬清潔處理材料是無(wú)機(jī)、有機(jī)材料協(xié)同作用：無(wú)機(jī)亞鐵鹽、鐵鹽是沉淀主劑，鈣鹽、鎂鹽是沉淀助劑，可以與重金屬離子形成鐵氧體沉淀，而且亞鐵可以將六價(jià)鉻和六價(jià)硒還原為無(wú)害的三價(jià)鉻和四價(jià)硒，再進(jìn)一步沉淀處理；生物可降解的重金屬絡(luò)合有機(jī)材料可以與重金屬離子發(fā)生配位形成穩(wěn)定的絡(luò)合態(tài)溶液，在無(wú)機(jī)材料的混凝絮凝架橋吸附作用下，從溶液中析出，形成沉淀，從而發(fā)揮優(yōu)異的重金屬清潔處理效果。
2）本發(fā)明土壤重金屬清潔處理材料的組成中各材料均為常見(jiàn)材料，成本低廉，對(duì)環(huán)境無(wú)二次污染，且處理效率高，見(jiàn)效快，用量少，工藝簡(jiǎn)單，操作方便。
3）本發(fā)明土壤重金屬清潔處理材料對(duì)鉛（Pb）、汞（Hg）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、鎳（Ni）、銅（Cu）、鋅（Zn）、銀（Ag）和類金屬砷（As）等均有很好的沉淀或絡(luò)合穩(wěn)定化處理效果，可以同時(shí)去除。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。所描述的實(shí)施例及其結(jié)果僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)當(dāng)也不會(huì)限制權(quán)利要求書中所詳細(xì)描述的本發(fā)明。
本發(fā)明土壤重金屬沉淀劑主要成分亞鐵鹽和鐵鹽，其中二價(jià)鐵鹽可以將六價(jià)鉻和六價(jià)硒還原為無(wú)害的三價(jià)鉻和四價(jià)硒，并進(jìn)一步與沉淀劑反應(yīng)生成鐵氧體沉淀。常用的亞鐵鹽有氯化亞鐵、硫酸亞鐵等，鐵鹽有氯化鐵、硫酸鐵等。
與亞鐵鹽和鐵鹽混合的沉淀助劑是鈣鹽、鎂鹽和鋁鹽，常用氫氧化鈣、氧化鈣、氯化鈣、硫酸鈣、硝酸鈣、氫氧化鎂、氧化鎂、氯化鎂、硫酸鎂、硝酸鎂、氫氧化鋁、氧化鋁、氯化鋁、硫酸鋁、硝酸鋁一種或兩者以上的混合物。本發(fā)明實(shí)施例中鈣鹽是氫氧化鈣，鎂鹽是氯化鎂，鋁鹽是氯化鋁。
生物可降解的重金屬絡(luò)合有機(jī)材料主要是指檸檬酸、琥珀酸、醋酸、酒石酸、乳酸、酪酸、蘋果酸、衣康算、葡萄糖酸、丙酸等，氨基羧酸：丙氨酸、谷氨酸、甘氨酸、半胱氨酸以及谷氨酸二乙酸4鈉、天冬門氨酸二乙酸4鈉（ASDA）、甲基甘氨酸二乙酸3鈉(MGDA)、N，N－乙二胺二琥珀酸（EDDS4H）、N，N－乙二胺二琥珀酸3鈉（EDDS3Na）中的一種或二種以上，可以與重金屬離子發(fā)生配位形成溶于水的絡(luò)合物，在無(wú)機(jī)鹽的作用下，絮凝混凝產(chǎn)生沉淀，從體系中析出，消除其對(duì)生物的毒害。本發(fā)明實(shí)施例中采用檸檬酸、葡萄糖酸和谷氨酸。
無(wú)機(jī)材料與生物可降解重金屬絡(luò)合有機(jī)材料的配比是無(wú)機(jī)材料100部，生物可降解重金屬絡(luò)合有機(jī)材料0-100部。
使用時(shí)重金屬污染土壤100部，水20-50部，重金屬清潔處理材料5-30部，攪拌混合，靜置熟化24小時(shí)。
首先稱取402.7mg二水合氯化銅、562.66mg氯化鋅、565.75mg重鉻酸鉀、768.7mg三氯化鉻、159.85mg硝酸鉛、4.21mg硝酸鎘溶解形成50g的水溶液，加入到100g的過(guò)100目篩的土壤中，靜置24小時(shí)，再次粉碎過(guò)100目篩。得到表1的模擬重金屬污染土壤。
表1模擬重金屬污染土壤組成
實(shí)施例1-5及比較例1-3
稱取上述表1的模擬重金屬污染土壤10g，加入去離子水5g，混合均勻，根據(jù)表2所示的配比組合混入上述土壤中，混入量見(jiàn)表3，攪拌均勻，靜置24小時(shí)，制得實(shí)施例1-5和比較例1-3的待測(cè)土樣。
根據(jù)Tessier連續(xù)提取法，用去離子水浸提土壤中可溶態(tài)重金屬，pH7，25℃，按照水和土壤比100：1加水，震蕩2小時(shí)，6000r/min離心20min取上層清液，再用1mol/L的MgC12溶液提取可交換態(tài)重金屬，pH7，25℃，按照MgC12溶液和土壤比100：1加MgC12溶液，震蕩2小時(shí)，6000r/min離心20min取上層清液。再用電感耦合等離子體儀器測(cè)試溶液中的重金屬含量，從而評(píng)價(jià)本發(fā)明土壤重金屬清潔處理材料對(duì)重金屬的處理效果，結(jié)果見(jiàn)表3。
表2土壤重金屬清潔處理材料組成
表3土壤重金屬清潔處理材料添加量及處理后效果
從試驗(yàn)結(jié)果看：添加量低于土壤的5%，處理效果較差，達(dá)不到安全的濃度范圍，隨著土壤重金屬清潔處理材料添加量的增大，處理效果明顯增大，當(dāng)添加量超過(guò)土壤的30%，處理效果增加不明顯。亞鐵鹽與鐵鹽共同作用，與重金屬形成有磁性的鐵氧體沉淀，但是當(dāng)亞鐵鹽的濃度較低時(shí)，形成沉淀的能力下降，且還原六價(jià)鉻的能力不夠，達(dá)不到清潔處理重金屬的目的。鈣、鎂、鋁等沉淀助劑的混入，有助于提高重金屬清潔處理的效果。