[发明专利]一种重金属污染土壤修复装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于重金属污染土壤修复领域，特别涉及一种利用生物淋滤与植物吸附联合修复重金属污染土壤的装置，还涉及利用该装置修复重金属污染土壤的方法。

背景技术

人类的工业和农业生产活动导致环境中重金属的污染状况越来越严重，这些重金属有相当一部分残留在土壤中，严重威胁着生态环境。现有对重金属污染土壤修复方法主要有化学淋滤固化修复、动电修复、植物修复和微生物修复。

化学淋滤固化修复成本较高且易产生二次污染，动电修复阴极会产生OH^-，不利于重金属迁移。

植物修复是通过植物生长吸收去除土壤中金属污染的一种修复方法，修复效率主要取决于金属离子自由态的活度。水生植物如大薸除了能净化污水中N、P以及一些有毒有害物质以外，还对重金属的具有吸收作用。然而，植物修复受植物种类与生长条件的限制较大因此很难大规模推广和应用。

微生物修复是一种新的土壤重金属修复方法，利用微生物修复土壤中重金属。例如，硫氧化菌生物淋滤就是直接利用硫氧化菌（氧化硫硫杆菌、排硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌等）新陈代谢或间接利用其新陈代谢的产物来溶解土壤中重金属污染物一种生物修复方法。硫氧化菌生物淋滤的过程根据不同的基质可以分为直接淋滤和间接淋滤：当土壤中含还原态重金属硫化物时，硫氧化菌能直接与重金属硫化物（NiS、CuS、ZnS等）反应，将不溶态重金属硫化物转化为可溶态的硫酸盐；当重金属以非硫化物形态存在时，添加硫粉，硫氧化菌能先利用硫粉生长并且产生硫酸，再由硫酸间接与土壤中重金属污染物作用产生可溶态的硫酸盐。相比化学淋滤修复，操作成本约降低了80%。然而生物淋滤修复也会产生高重金属浓度和富含N、P的淋滤液，此外淋滤液中还可能含有一些有毒有害的物质，会对环境造成污染。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种效率高、效果好的重金属污染土壤修复装置及利用该装置修复重金属污染土壤的方法。

技术方案：本发明提供的一种重金属污染土壤修复装置，包括通过连通管道依次连接成环的蠕动泵、生物淋滤反应器、微孔过滤柱、调节槽和植物处理槽；所述生物淋滤反应器顶部设有进样口、内部设有搅拌器、外壁设有曝气装置、底部设有出样口，所述曝气装置出气口设于生物淋滤反应器内；所述生物淋滤反应器和微孔过滤柱之间设有第一控制阀，所述调节槽和植物处理槽之间设有第二控制阀，所述植物处理槽底部设有第三控制阀。

该装置通过生物淋滤反应器、调节槽和植物处理槽，使土壤中重金属在生物淋滤反应器中溶出，在调节槽中调节淋滤液的水量和pH使其适于处理植物生长，在植物处理槽利用植物处理淋滤液，有效去除了土壤中高浓度重金属及其他有毒有害物质；同时还利用蠕动泵将降解淋滤液通入生物淋滤反应器中循环利用。

作为本发明重金属污染土壤修复装置的一种改进，还包括柱形连通器，所述柱形连通器一端与生物淋滤反应器底部连通，所述柱形连通器与生物淋滤反应器之间设有第四控制阀；通过设置柱形连通器，从而可在柱形连通器中储备反应混合液，并将其作为硫氧化菌生物淋滤的接种菌液，使处理能够循环进行，降低了处理成本。

作为本发明重金属污染土壤修复装置的另一种改进，所述微孔过滤柱为中空的圆柱体，其上下两端面设有0.3-0.6μm的滤膜，中部填充海绵填充物。

作为本发明重金属污染土壤修复装置的另一种改进，所述植物处理槽包括格栅和设于格栅间的海绵。

本发明还提供了一种利用上述装置修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：

（1）将待处理土壤、硫粉、硫氧化菌接种液和水加入生物淋滤反应器中，搅拌并曝气，淋滤反应，得反应混合液；

（2）将反应混合液通过微孔过滤柱过滤并排入调节槽中，加水至原水量，并调pH至5-7，得淋滤液；利用出样口排出土壤；

（3）将淋滤液通入植物处理槽中，并在淋滤液中种植并培育处理植物，得降解淋滤液。

其中，步骤（1）中，所述土壤、硫粉、硫氧化菌接种液和自来水的重量比为（40-60）：（40-60）：（3-5）：1000；曝气率为0.5×10^-8-1.0×10^-8KgdmS^-1，搅拌强度为150-200r/min，淋滤反应温度为20-30℃，淋滤反应时间为10-15天。

其中，步骤（3）中，所述处理植物为大薸，所述培育时间为10-15天，培育温度20-30℃。

有益效果：本发明提供的重金属污染土壤修复装置结构简单、使用方便、使用成本低、处理效率高、处理效果好。