一种超声波强化有机酸淋洗重金属污染土壤的方法.pdf

一种超声波强化有机酸淋洗重金属污染土壤的方法，先用有机酸与重金属污染土壤混合，再用超声波强化有机酸淋洗重金属污染土壤，超声波频率为20～40kHz，超声声能密度为20～50W/L，超声波强化有机酸淋洗重金属污染土壤的淋洗时间为5～20min，本发明提高了重金属污染土壤淋洗效果，改变了重金属的形态分布，同时超声波强化有机酸淋洗重金属污染土壤修复是一种绿色、环境友好型修复方法，工艺简单，淋洗时间短，修复效果好。

1.  一种超声波强化有机酸淋洗重金属污染土壤的方法，其特征在于， 包括以下步骤：
第一步，用有机酸按(10～20):1的液固比与重金属污染土壤混合；
第二步，采用超声波强化有机酸淋洗重金属污染土壤，超声波频率为 20～40kHz，超声声能密度为20～50W/L，超声波强化有机酸淋洗重金属污 染土壤的淋洗时间为5～20min。

2.  根据权利要求1所述的一种超声波强化有机酸淋洗重金属污染土壤 的方法，其特征在于：所述的有机酸中包括0.4～0.6mol/L的柠檬酸、0.2～0.5 mol/L的酒石酸或0.05～0.2mol/L的EDTA。

3.  根据权利要求1所述的一种超声波强化有机酸淋洗重金属污染土壤 的方法，其特征在于：所述的重金属包括钒V、铅Pb和锌Zn。

4.  根据权利要求1所述的一种超声波强化有机酸淋洗重金属污染土壤 的方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步，用0.6mol/L柠檬酸按10:1的液固比与铅锌矿污染土壤混合；
第二步，采用超声波强化柠檬酸淋洗铅锌矿污染土壤，超声波频率为 40kHz，超声声能密度为40W/L，超声波强化柠檬酸淋洗铅锌矿污染土壤 的淋洗时间为8min。

5.  根据权利要求1所述的一种超声波强化有机酸淋洗重金属污染土壤 的方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步，用0.4mol/L酒石酸按10:1的液固比与铅锌矿污染土壤混合；
第二步，采用超声波强化酒石酸淋洗铅锌矿污染土壤，超声波频率为 40kHz，超声声能密度为20W/L，超声波强化酒石酸淋洗铅锌矿污染土壤 的淋洗时间为16min。

6.  根据权利要求1所述的一种超声波强化有机酸淋洗重金属污染土壤 的方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步，用0.1mol/L的EDTA按20:1的液固比与钒矿污染土壤混合；
第二步，采用超声波强化EDTA淋洗钒矿污染土壤，超声波频率为40 kHz，超声声能密度为20W/L，超声波强化EDTA淋洗钒矿污染土壤的淋 洗时间为10min。

一种超声波强化有机酸淋洗重金属污染土壤的方法
技术领域
本发明属于固体废物处置技术领域，具体涉及一种超声波强化有机酸 淋洗重金属污染土壤的方法。
背景技术
超声波技术一般用于破解有机物结构，已经被广泛用来污泥的预处理， 甚至利用超声技术来预处理餐厨垃圾产酸和制氢。超声波可以产生瞬时局 部高温、高压,作用于液体时会激烈而快速变化的机械运动。超声已经在其他 方面有较广泛的应用,取得了很好的效果。近年来，已有一些应用超声波进行 土壤重金属形态方面的研究。Y.Son等研究表明超声空化作用能产生剧烈物 理效应对污染土壤颗颗粒中去除污染物是有效果的。B.Pérez-Cid等发现将 超声波运用到底泥样品的重金属形态的提取时间大大减少。He等研究表明 超声波相比机械振动强化了底泥污泥沉积物中Hg向水相的释放。
天然有机酸是一类环境友好型淋洗剂，能与土壤中的重金属发生作用， 随土壤淋洗将重金属从土壤中分离出来，以达到去除重金属的目的。有机 酸作为淋洗剂淋洗重金属污染土壤已有相关报道。Lee等采用0.02mol/L的 柠檬酸淋洗含As的河底流沙，反应1h后，所有土壤样品中As的去除率均提 高95％以上。Wang等通过三种(琥珀酸,升天冬氨酸,和升-半胱氨酸)低分子 量有机酸淋洗重金属(As、Cu、Pb、Zn)表明,天然有机酸在pH7以上与重金属 形成水性有机络合物而增加重金属的流动性。其中柠檬酸、酒石酸、EDTA 都是天然有机酸，是天然小分子有机酸类螯合剂，它们能够通过螯合作用 与多种重金属离子形成稳定的水溶性络合物，使重金属从土壤颗粒表面解 析，由不容态变为可溶态，进而为土壤淋洗修复提供有利条件。同时，有 机酸具有良好的生物降解性和生物适应性，不会造成土壤二次污染。但是， 单用有机酸作为淋洗剂时，虽然无毒、易降解，但存在成本高以及修复效 果有限等，限制了该技术的实际应用。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种超声波强化 有机酸淋洗重金属污染土壤的方法，既利用超声波的空化作用，又利用有 机酸与重金属的络合作用、环境友好型等特性，在处理成本、处理效果和 环境效应等方面都有大幅度改进。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种超声波强化有机酸淋洗重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：
第一步，用有机酸按(10～20):1的液固比与重金属污染土壤混合；
第二步，采用超声波强化有机酸淋洗重金属污染土壤，超声波频率为 20～40kHz，超声声能密度为20～50W/L，超声波强化有机酸淋洗重金属污 染土壤的淋洗时间为5～20min。
所述的有机酸中包括0.4～0.6mol/L的柠檬酸、0.2～0.5mol/L的酒石酸 或0.05～0.2mol/L的EDTA。
所述的重金属包括钒V、铅Pb和锌Zn。
本发明的有益效果：
淋洗完成后，取30mL混合液加入50mL离心管中，后将离心管在 3000rpm离心20min,取上清液过0.45μm膜分离上清液,贮存在经10％硝酸浸 泡过后自然风干的聚乙烯瓶中。利用ICP-OES(Thermo Fisher,美国)测定上清 液中重金属含量，测定结果显示：
1)该方法明显提高了重金属污染土壤的淋洗效率。在相同的液固比条 件下，要达到重金属移除率相同的目标，超声波强化有机酸淋洗比机械震 荡(水浴温度25℃,振荡强度250rpm,振荡24h)的淋洗时间大大降低，明显 提高了淋洗效率。
2)超声波强化有机酸淋洗重金属污染土壤改变了重金属的形态分布。 在淋洗前，污染土壤中重金属主要以酸溶态和残渣态存在，，其次为可氧化 态和可还原态。但是在超声强化有机酸淋洗后，土壤中重金属以可氧化态 和残渣态存在为主，其次为可还原态和酸溶态。
3)超声波强化有机酸淋洗重金属污染土壤修复是一种绿色、环境友好 型修复方法。天然小分子的有机酸具有良好的生物降解性和生物适应性， 不会造成二次污染。同时，超声波的特殊作用能够提高土壤修复的效率且 不会产生其他污染。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做详细描述。
实施例1
一种超声波强化有机酸淋洗重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：
第一步，用0.6mol/L柠檬酸按10:1的液固比与铅锌矿污染土壤混合；
第二步，采用超声波强化柠檬酸淋洗铅锌矿污染土壤，超声波频率为 40kHz，超声声能密度为40W/L，超声波强化柠檬酸淋洗铅锌矿污染土壤 的淋洗时间为8min。
本实施例的效果：淋洗完成后，取30mL混合液加入50mL离心管中， 后将离心管在3000rpm离心20min,取上清液过0.45μm膜分离上清液,贮存 在经10％硝酸浸泡过后自然风干的聚乙烯瓶中。利用ICP-OES(Thermo  Fisher,美国)测定上清液中重金属含量，测定结果显示：
1)本实施例明显提高了重金属污染土壤的淋洗效率。超声波强化柠檬 酸淋洗铅锌矿污染土壤8min后，Pb、Zn去除率分别达到34.6％、52.6％。 加入柠檬酸进行机械震荡(水浴温度25℃,振荡强度250rpm,振荡24h)使 得Pb、Zn达到相同的去除率的时间分别约为3.5h、1h。可见，超声波强 化作用大大降低了淋洗时间。
2)超声波强化柠檬酸淋洗重金属污染土壤改变了重金属的形态分布。 在淋洗前，Zn主要以酸溶态和残渣态存在，分别为总量的56％和27％，其 次为可氧化态和可还原态14％、3％，淋洗后，Zn则主要以可氧化态和残渣 态存在，分别占总量的28％、49％，其次为可还原态和酸溶态，分别为总 量的14％、9％。淋洗前Pb的酸溶态、可还原态、可氧化态和残渣态分别 为16％、38％、13％、33％，淋洗后Pb的各个形态分别占总量的14％、22％、 15％、49％。
实施例2
一种超声波强化有机酸淋洗重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：
第一步，用0.4mol/L酒石酸按10:1的液固比与铅锌矿污染土壤混合；
第二步，采用超声波强化酒石酸淋洗铅锌矿污染土壤，超声波频率为 40kHz，超声声能密度为20W/L，超声波强化酒石酸淋洗铅锌矿污染土壤 的淋洗时间为16min。
本实施例的有益效果：
淋洗完成后，取30mL混合液加入50mL离心管中，后将离心管在3000 rpm离心20min,取上清液过0.45μm膜分离上清液,贮存在经10％硝酸浸泡 过后自然风干的聚乙烯瓶中。利用ICP-OES(Thermo Fisher,美国)测定上清液 中重金属含量，测定结果显示：
1)本实施例明显提高了铅锌矿污染土壤的淋洗效率。超声波强化酒石 酸淋洗铅锌矿污染土壤16min后，Pb、Zn去除率分别达到33.0％、53.7％。 加入酒石酸进行机械震荡(水浴温度25℃,振荡强度250rpm,振荡24h)使 得Pb、Zn达到相同的去除率的时间约为2h，淋洗时间降低了91.7％。
2)超声波强化酒石酸淋洗重金属污染土壤改变了重金属的形态分布。 在淋洗前，Zn主要以酸溶态和残渣态存在，分别为总量的56％和27％，其 次为可氧化态和可还原态14％、3％，淋洗后，Zn则主要以可氧化态和残渣 态存在，分别占总量的26％、47％，其次为可还原态和酸溶态，分别为总 量的19％、8％。淋洗前Pb的酸溶态、可还原态、可氧化态和残渣态分别 为16％、38％、13％、33％，淋洗后Pb的各个形态分别占总量的15％、28％、 5％、52％。
实施例3
一种超声波强化有机酸淋洗重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：
第一步，用0.1mol/L的EDTA按20:1的液固比与钒矿污染土壤混合；
第二步，采用超声波强化EDTA淋洗钒矿污染土壤，超声波频率为40 kHz，超声声能密度为20W/L，超声波强化EDTA淋洗钒矿污染土壤的淋 洗时间为10min。
本实施例的有益效果：
淋洗完成后，取30mL混合液加入50mL离心管中，后将离心管在3000 rpm离心20min,取上清液过0.45μm膜分离上清液,贮存在经10％硝酸浸泡 过后自然风干的聚乙烯瓶中。利用ICP-OES(Thermo Fisher,美国)测定上清液 中重金属含量，测定结果显示：
1)本实施例明显提高了钒矿污染土壤的淋洗效率。超声波强化EDTA 淋洗钒矿污染土壤10min后，V、Pb去除率分别达到42.2％、26.8％。加入 EDTA进行机械震荡(水浴温度25℃,振荡强度250rpm,振荡24h)使得V、 Pb达到相同的去除率的时间约为3h，淋洗时间降低了94.4％。
2)超声波强化EDTA淋洗重金属污染土壤改变了重金属的形态分布。 在淋洗前，V主要以酸溶态和残渣态存在，分别为总量的34％和28％，其 次为可氧化态和可还原态18％、20％，淋洗后，V则主要以可氧化态和残渣 态存在，分别占总量的35％、43％，其次为可还原态和酸溶态，分别为总 量的16％、6％。淋洗前Pb的酸溶态、可还原态、可氧化态和残渣态分别 为4％、35％、36％、25％，淋洗后Pb的各个形态分别占总量的3％、26％、 27％、44％。