一种重金属污染水田原位淋洗系统及其应用的制作方法

1.本发明涉及环境技术领域，具体涉及一种重金属污染水田原位淋洗系统及其应用。


背景技术：

2.目前处理重金属污染土壤方法有原位修复和异位修复两种方法，其中原位修复以工程量小，投资低被业内认为是水田土壤修复的未来发展方向。
3.专利“一种干湿组合种植的重金属污染土壤原位淋洗修复方法
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(201811096953.7)提供的方法包括以下步骤：是将重金属污染的土壤挖掘淋溶沟和堆砌成种植平台，并在种植平台土壤中加入酸性淋溶混合物，安装滴灌设施和渗漏管，实现重金属侧位淋溶到淋溶沟，并通过种植湿生植物吸收提出移除重金属；而种植平台可安全种植作物，提高污染土壤治理过程中的土地利用价值。该发明方法采用酸性淋溶、植物提取和干湿植物结合种植等方式结合实现重金属污染土壤的修复。该发明采用生态模式，实用性强，安全可靠。特别适合湿润地区、以及水稻田和酸性污染土壤治理。但该方法在修复前需要提前架设平台、安装滴灌等措施，费工费力，且重金属的淋洗洗脱过程并没有有效的强化手段，修复效率无法保证。
4.专利“一种土壤原位淋洗修复的方法”(201811366795.2)，提供的方法包括以下步骤：在污染的土壤上方铺设喷淋管道和喷淋装置，然后在污染的土壤的周边和中间处设置抽提井，并且在抽提井安装抽气装置；再使用钻机在污染的土壤上方开设有斜井，并且在斜井内部安装超声发生装置。该发明所述的一种土壤原位淋洗修复的方法，首先，降低了土壤原位淋洗修复的成本，而且扩大了淋洗剂的扩散区域、让土壤中的污染物与淋洗液的接触面积更广，其次，能够促使淋洗剂进入土壤颗粒内部而发挥更大作用，还能够促进土壤颗粒之间的摩擦和搅拌，使淋洗剂扩散进入土壤孔隙中而充分发挥对污染物的解吸作用，从而加快淋洗的效果和速率，带来更好的使用前景。该方法在原位修复过程中需要架设喷淋管，开挖抽提井，以及斜井等工作量，且方法中后续的淋洗液处理量较大。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可以广泛推广使用的低投入、高效、绿色的重金属污染水田原位淋洗系统及其应用。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
7.本发明将农耕设备以及其它强化方法的使用能够更加高效、快捷的实现污染土壤重金属的修复过程，可循环使用吸附材料，在降低修复成本的同时可将原位淋洗过程中产生的淋洗液处理量降低。淋洗过程对淋洗液以及土壤中污染物含量的检测，可以保证淋洗修复的效果，具体方案如下：
8.一种重金属污染水田原位淋洗系统，该系统包括：
9.水田灌溉循环回路，用于处理受污染的水田；
10.吸附材料再生循环回路，用于重复使用吸附材料；
11.上清液检测循环回路，用于将不达标的上清液重新吸附；
12.土壤重金属检测循环回路，用于将不达标的土壤重新吸附翻耕；
13.所述的水田灌溉循环回路与吸附材料再生循环回路交叠于污染水田和含吸附材料的吸附装置，所述的水田灌溉循环回路与上清液检测循环回路和土壤重金属检测循环回路交叠于污染水田和检测装置。
14.进一步地，所述的水田灌溉循环回路包括依次循环连接的：
15.污染水田，用于对水田进行保水、土壤翻耕和沉降；
16.检测装置，用于检测沉降后水田的上清液与土壤中的污染程度；
17.重金属吸附装置，用于吸附上清液中的重金属；
18.再生废液处理装置，用于使水质标准达到用水要求，形成灌溉水；
19.所述的检测装置包括用于检测上清液污染程度的上清液检测装置和用于检测土壤中污染程度的土壤重金属检测装置。
20.进一步地，所述的污染水田与用于投加淋洗药剂的喷洒设备相连；所述的污染水田与用于强化重金属脱附的强化装置相连；所述的强化装置包括纳米气泡曝气装置和/或超声波装置。
21.进一步地，所述的吸附材料再生循环回路包括循环连接的：
22.重金属吸附装置，用于吸附上清液中的重金属；
23.吸附材料再生装置，用于将吸附材料中吸附的重金属进行脱附；
24.所述的重金属吸附装置与污染水田相连。
25.进一步地，所述的上清液检测循环回路包括依次循环连接的：
26.污染水田，用于对水田进行保水、土壤翻耕和沉降；
27.上清液检测装置，用于检测上清液污染程度；
28.重金属吸附装置，用于吸附上清液中的重金属。
29.进一步地，所述的上清液检测循环回路包括循环连接的：
30.污染水田，用于对水田进行保水、土壤翻耕和沉降；
31.土壤重金属检测装置，用于检测土壤中污染程度。
32.一种如上所述重金属污染水田原位淋洗系统的应用，该系统应用于重金属污染水田的修复，具体方法为：
33.将淋洗药剂加入到待修复的污染水田中，与灌溉水混合在一起进行水田保水作用，保水后对土壤进行翻动搅拌，使得内部的土壤充分接触到药剂，过程中通过强化操作使得土壤中的重金属脱附效果得到增强，完成脱附过程后，进行自然沉降操作；
34.将水土混合物通过自然沉降进行固液分离，然后将重金属吸附材料投入到上清液中，将从土壤中脱附出重金属吸附到重金属吸附材料中，过程中对上清液和修复后的土壤进行检测；
35.如果检测中上清液不合格，则进入上清液检测循环回路，减小上清液中重金属含量，如果检测中土壤中重金属含量不合格，则进入上清液检测循环回路，提高重金属脱附率；
36.如果土壤和上清液检测合格，则将土壤用于水田耕作，吸附材料进入到吸附材料
再生装置中进行重金属脱附操作，最后再生后的吸附材料回用，再生废液经过再生废液处理装置后水体达标用于灌溉。
37.进一步地，所述的淋洗药剂为对污染水田中重金属具有脱附功能的药剂，包括低分子量有机酸、无机酸或无机盐；
38.所述的吸附材料为高分子吸附材料，具体包括纤维素或木质素，或者为生物吸附材料，具体包括菌类或植物。
39.进一步地，所述的纳米气泡曝气装置包括高压纳米气泡发生器或陶瓷膜纳米气泡发生器；所述的超声波装置的频率范围为20-2000khz。
40.进一步地，上清液检测合格时，镉含量≤0.005mg/l；土壤检测合格时，镉含量≤0.2mg/kg。
41.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
42.(1)本发明可以对即将插秧农耕的水田进行原位淋洗操作，在较短时间内，避免异位土壤修复带来的较大工程量，同时有效降低了土壤修复成本的目的；
43.(2)本发明过程中通过利用水田底部土壤透水性差的特点，在原位淋洗过程中避免了淋洗液的渗透和流失，减小了防渗漏工程投入，也避免了对地下水和深层土壤的污染；
44.(3)本发明修复过程中使用可回收的吸附材料，即能降低修复成本又能减少了淋洗液的处理量；
45.(4)本发明修复后的土壤和灌溉水体达到农耕标准，使得参加修复过程的重要材料可以重复使用，是一种未来可以广泛推广使用的低投入、高效、绿色的重金属污染土壤修复方法和工艺。
附图说明
46.图1为实施例中淋洗系统及工艺流程示意图。
具体实施方式
47.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
48.需要说明，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
49.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
50.一种重金属污染水田原位淋洗系统及工艺，系统主要涉及：(1)喷洒设备：对水田中铬、镉等重金属投加具有脱附功能的药剂；可以为但不限于是低分子量有机酸、无机酸、无机盐等。强化装置，比如(2)纳米气泡机：在水体环境下利用空气产生纳米小气泡，对土壤中包含的重金属的脱附过程起到强化作用；形式上不限于高压纳米气泡发生器、陶瓷膜纳
米气泡发生器等形式；(3) 超声波装置：对水体发出超声波，可以对附着性强的重金属形成有效脱附作用；超声波的频率范围为20-2000khz；(4)土壤翻耕、搅拌：通过农用机械设备对耕作土壤进行翻土、松土、碎石等操作，使得内部的土壤充分接触到药剂，使用设备可以是但不限于犁地等土地耕种机械。(5)自然沉降：将翻耕以及强化脱附后的水土混合物通过自然沉降进行固液分离；(6)重金属吸附材料：对药剂中脱附下来的重金属有吸附功效的材料，该材料可以是天然/合成高分子吸附材料如纤维素、木质素等，也可以是生物吸附材料如菌类或者植物等；(7) 上清液检测装置：对标灌溉水质标准中重金属含量要求，对上清液中重金属含量检测，查看水体中重金属含量是否达标；该检测数据要达到农用水灌溉标准的水质中重金属含量要求，如镉需要≤0.005mg/l(8)土壤重金属检测装置：对标农耕土壤中重金属含量要求，对土壤中残留重金属含量检测，查看土壤中重金属含量是否达标，如一类标准中镉≤0.2mg/kg；(9)吸附材料再生装置，将吸附材料中吸附的重金属进行脱附操作，使之达到可重新使用效果；(10) 再生废液处理装置：将上游再生系统中产生的含重金属废液进行沉淀、絮凝、过滤等处理，处理后再生废液水质标准达到灌溉用水要求。
51.原位淋洗修复重金属污染土壤的工艺包括但不限于以下方式：
52.1、修复地块选择
53.该方法和工艺适用于水田中重金属污染土壤的原位修复工艺，利用水田底部土壤透水性差的特点，在原位淋洗过程中避免了淋洗液的渗透和流失，减小了防渗漏工程投入。
54.2、淋洗药剂的选择
55.根据土壤中重金属种类和浓度的检测，确定合适的淋洗药剂和药剂量。
56.3、重金属吸附材料的选择
57.根据土壤中重金属种类和浓度的检测，确定合适的吸附材料和投入量。
58.4、原位淋洗过程
59.淋洗药剂通过喷洒设备均匀进入到待修复水田中，与灌溉水混合在一起进行水田保水作用，保水约4-8小时范围；通过农业机械设备对耕作土壤进行翻动搅拌，使得内部的土壤充分接触到药剂，过程中使用纳米气泡机与超声波复合，对重金属脱附过程进行强化操作；完成脱附过程后，进行自然沉降操作，自然沉降所需时间约为2-6小时范围，将水土混合物通过自然沉降进行固液分离；然后将选定的重金属吸附材料投入到上清液中，将从土壤中脱附出重金属吸附到材料中，过程中还要对上清液和修复后的土壤进行采样检测；如果土壤和上清液检测合格，则土壤进行后续的播种或者插秧等农耕操作，水田中的吸附材料收集后进入到吸附材料再生系统中进行重金属脱附操作；如果检测中上清液不合格，则延长吸附材料吸附时间或者加大吸附材料投入量等措施减小上清液中重金属含量，如果检测中土壤中重金属含量不合格，则对土壤继续进行翻土和纳米气泡机、超声波等操作，提高重金属脱附率，上述两种措施需要持续到上清液和土壤检测都合格为止；最后再生后的吸附材料回用，再生废液经过再生废液处理系统后水体达标用于灌溉。
60.实施例
61.本实施例中，待修复的土壤为重金属镉污染的水田；淋洗药剂：使用药剂为浓度为0.5wt
‰
硫代硫酸钠加0.2wt
‰
硫酸钠。纳米气泡机：选用发泡孔径为80nm的陶瓷膜纳米气泡发生器；超声波的频率范围1650khz左右；土壤翻耕、搅拌采用犁地耕种机械。重金属吸附材料选用改性过的纤维素类物质；上清液检测：主要对重金属镉进行测试要求，使上清液中
镉含量≤0.005mg/l；土壤重金属检测：主要对土壤中镉含量进行测试，查看是否达到≤0.2mg/kg的一类标准；吸附材料再生装置：使用柠檬酸和蒸汽复合，对材料进行再生；再生废液处理装置：向废液中添加重捕剂、pac、pam以及氧化药剂将重金属团聚后进行机械过滤；
62.具体处理方式为：将淋洗药剂通过喷洒设备均匀进入到待修复污染水田中，与灌溉水混合在一起进行水田保水作用，保水约6小时左右；通过农业机械设备对耕作土壤进行翻动搅拌，过程中使用纳米气泡机与超声波复合，对重金属脱附过程进行强化操作；完成脱附过程后，进行自然沉降操作，自然沉降所需时间约为4小时左右，将水土混合物通过自然沉降进行固液分离；然后纤维素类吸附材料投入到上清液中，将从土壤中脱附出重金属吸附到材料中，过程中第1小时对上清液和修复后的土壤进行采样检测；发现检测中土壤检测合格但上清液不合格，则继续维持现状，保持吸附材料吸附操作，第2小时进行采样测量时发现，土壤和上清液检测都合格，将水田中的吸附材料收集后送入到吸附材料再生系统中进行重金属脱附操作，而土壤进行后续的插秧等农耕操作；最后再生后的吸附材料回用，再生废液经过再生废液处理系统后水体达标用于灌溉。
63.综上可知，本发明可以对即将插秧农耕的水田进行原位淋洗操作，在较短时间内，避免异位土壤修复带来的较大工程量，同时有效降低了土壤修复成本的目的；过程中通过利用水田底部土壤透水性差的特点，在原位淋洗过程中避免了淋洗液的渗透和流失，减小了防渗漏工程投入，也避免了对地下水和深层土壤的污染；修复过程中使用可回收的吸附材料，即能降低修复成本又能减少了淋洗液的处理量；修复后的土壤和灌溉水体达到农耕标准，使得参加修复过程的重要材料可以重复使用，是一种未来可以广泛推广使用的低投入、高效、绿色的重金属污染土壤修复方法和工艺。
64.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。