一种含铬土壤异位绿色低碳生态快速修复技术

本发明属于土壤生态修复领域，具体而言，涉及一种含铬土壤的绿色低碳生态修复技术。

背景技术：

1、

2、含铬土壤修复思路是将剧毒cr(vi)还原为cr(iii)。传统工艺是硫酸亚铁还原法，专利号201410101586.0介绍了一种利用硫酸亚铁原位修复含cr(vi)场地的方法。该法硫酸亚铁投加量巨大，导致土壤酸化，同时形成硫酸盐二次污染，此外cr(vi)有残留，cr(vi)含量无法达到目前国家的土壤管控标准。专利号201610370386.4提供了一种沼渣协同硫酸亚铁生态处置含铬土壤的方法，该技术将废弃物沼渣、碳源及硫酸亚铁混合后静置养护，较好去除cr(vi)的同时，减少硫酸亚铁投加量，大大缓解土壤酸化及硫酸盐二次污染，生态效果明显。但该技术养护时间较长，增大了反应周期，一般需要20天以上时间，同时容易产生硫化物恶臭。文献《硫酸亚铁与沼渣共处置含铬土壤的协同效应研究》尝试通过搅拌增加传质的方式促进反应，但结果发现搅拌加剧了cr(vi)对沼渣菌剂的毒害作用，同时搅拌容易带进空气，无法达到厌氧环境，结果效果反而变差。目前含铬土壤修复尚未找到绿色低碳同时高效快捷的修复技术。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种绿色低碳且快速的含铬土壤修复方法，在传统沼渣协同硫酸亚铁处置含铬土壤的基础上进行了改良，产生了出乎意料的结果，既绿色低碳修复了含铬土壤，又大大加快反应进度。

2、本申请实施例提供了一种含铬土壤的绿色低碳生态修复技术，包含以下步骤：

3、（1）将硫酸亚铁、沼渣、生物营养剂、含铬土壤及水，以一定比例配比，随后进行不均匀混合；

4、（2）将步骤（1）混合物，表面覆盖遮挡物以隔绝空气并保持水份，静置反应一段时间后，进行短期搅拌后静置；

5、（3）不断重复步骤（2），直到混合物cr(vi)含量达标，过程中隔绝空气措施可不执行，但要保持水份，同时搅拌期间可根据实际情况投加生物营养物以维持微生物活性。

6、所述步骤(1)中硫酸亚铁、沼渣、生物营养剂、含铬土壤及水的配比后的混合物满足如下：水份含量25-65%，硫酸亚铁占含铬土壤干重在0.05-5%，沼渣占含铬土壤干重0.01-5%，生物营养剂占含铬土壤干重0.01-3%，fe(ii)：cr(vi)在0.01-4范围。

7、所述步骤(1)中生物营养剂主要成分为碳源，同时也包含氮源、磷源及微量元素，碳源一般为葡萄糖、乙酸盐，也可为糖蜜、餐厨垃圾、沼液等有机固废。

8、所述步骤(1)中所述的沼渣可以被污泥替代，也可被沼渣为主制备的菌剂替代，也可被硫酸盐还原菌等铬还原菌替代。

9、所述步骤(2)中静置反应时间控制在8-48小时，短期搅拌时间控制在10s-10min范围。

10、所述步骤(3)中保持水份的措施为在混合物表面喷洒水。

11、所述步骤(3)中生物营养物为缓释碳源，一般为糖蜜或者餐厨垃圾。

12、传统理论一直认为由于搅拌容易带入空气，影响厌氧效果，同时较好的传质导致沼渣中微生物与cr(vi)密切接触，增强了毒性效应，加上土壤搅拌耗能大，因此微生物还原cr(vi)过程中应该摒弃搅拌，而保持非均相性。本发明是将搅拌与静置结合，静置与搅拌交替，经过试验后，其效果明显好于单独静置，更明显好于持续性搅拌，结果出乎意料。

13、对上述现象进行研究分析，我们认为是由于含铬土壤微生物还原是非均相反应，部分区域cr(vi)含量较低，沼渣中微生物迅速还原cr(vi)后，继续还原硫酸盐至亚硫酸盐或者硫化物。由于产生的固相静置反应中传质受限，亚硫酸盐或者硫化物难以及时跟其它区域cr(vi)接触反应，逐渐累积，而亚硫酸盐或者硫化物累积到一定程度后，会对沼渣中还原微生物产生抑制作用。而此时如果进行搅拌，亚硫酸盐或者硫化物会跟cr(vi)接触反应，这种情况下cr(vi)快速下降，同时亚硫酸盐或者硫化物及时消除后，对还原微生物抑制作用消除，恢复活性，继续还原cr(vi)及硫酸盐。静置与搅拌的有机交替运行，最终实现了土壤中cr(vi)的快速还原。

14、过程中生化反应如下：

15、c2h4o(有机碳源) +so42-→so32-+co2+h2o 静置过程

16、c2h4o(有机碳源) +so32-→s2-+co2+h2o 静置过程

17、cro42-+so32-+h+→cr3++so42-+h2o 短期搅拌后

18、cro42-+s2-+h+→cr3++s+h2o 短期搅拌后

19、本技术一开始的混合要求不完全混合，缓解沼渣微生物遭受高浓度cr(vi)毒害；后期由于微生物从厌氧微生物逐渐演化为兼性的铬还原微生物，故不在强调绝对的厌氧操作。

20、本技术是一种新型的含铬土壤生物-化学协同处置技术，较先前技术，有以下优势：

21、（1）大大加快了反应速率，减少了工程周期；

22、（2）生成的亚硫酸盐及硫化物及时与cr(vi)反应，避免硫化物累积产生硫化氢形成恶臭；

23、（3）短期搅拌减少了硫化物对微生物的抑制，促进生物活性，可以及时消耗碳源为腐殖质，避免形成有机污染；

24、（4）相比较土壤持续搅拌，短期搅拌耗能少，绿色低碳；

25、（5）充分利用生化产生的亚硫酸盐及硫化物作为还原剂，减少了化学药剂硫酸亚铁使用量，减少了资源消耗，绿色低碳；

26、（6）短期搅拌促进了兼性菌的产生，避免了苛刻的厌氧环境，有利于降低管理成本。

技术特征：

1.一种含铬土壤异位绿色低碳生态快速修复技术，其特征在于，包含以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种含铬土壤异位绿色低碳生态快速修复技术，其特征在于，硫酸亚铁、沼渣、生物营养剂、含铬土壤及水的配比后的混合物满足如下：水份含量25-65%，硫酸亚铁占含铬土壤干重在0.05-5%，沼渣占含铬土壤干重0.01-5%，生物营养剂占含铬土壤干重0.01-3%，fe(ii)：cr(vi)在0.01-4范围。

3.根据权利要求1所述的一种含铬土壤异位绿色低碳生态快速修复技术，其特征在于，生物营养剂主要成分为碳源，同时也包含氮源、磷源及微量元素，碳源一般为葡萄糖、乙酸盐，也可为糖蜜、餐厨垃圾、沼液等有机固废。

4.根据权利要求1所述的一种含铬土壤异位绿色低碳生态快速修复技术，其特征在于，沼渣指厌氧反应过程的固体残余物，可以被污泥替代，也可被沼渣为主制备的菌剂替代，也可被硫酸盐还原菌等可还原cr(vi)的微生物替代。

5.根据权利要求1所述的一种含铬土壤异位绿色低碳生态快速修复技术，其特征在于，所述步骤(2)中静置反应时间控制在8-48小时，短期搅拌时间控制在10min以内。

6.根据权利要求1所述的一种含铬土壤异位绿色低碳生态快速修复技术，其特征在于，所述步骤(3)过程中隔绝空气措施可不执行，但要保持水份，同时搅拌期间可根据实际情况投加生物营养物以维持微生物活性。

7.根据权利要求6所述的一种含铬土壤异位绿色低碳生态快速修复技术，其特征在于，所述保持水份的措施为在混合物表面喷洒水。

8.根据权利要求6所述的一种含铬土壤异位绿色低碳生态快速修复技术，其特征在于，所述生物营养物为缓释碳源，一般为糖蜜或者餐厨垃圾。

技术总结本发明提供了一种绿色低碳且快速的含铬土壤修复方法，在传统沼渣协同硫酸亚铁处置含铬土壤的基础上进行了改良，产生了出乎意料的结果，既绿色低碳修复了含铬土壤，又大大加快反应进度。过程中先将含铬土壤与沼渣、硫酸亚铁等不均匀混合，静置反应后不定期进行搅拌，使得Cr(VI)还原大大加速。本工艺避免了传统持续搅拌形成的均一环境导致沼渣中微生物被Cr(VI)毒害，而持续引入空气使得无法维持厌氧微生物适宜的厌氧环境。本工艺采用的静置‑交替环境促进了厌氧、兼氧及好氧微生物的多样性协同，同时及时消耗了亚硫酸盐及硫化物，促进了微生物活性。技术研发人员：张大磊,宋建霖,咸瑛卓,李荣强,李小彩,李瑞栋,尹炳奎受保护的技术使用者：青岛理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18