一种植物修复土壤重金属污染后所产秸秆的资源化利用方法   0    0

[0001] 本发明涉及利用植物修复土壤重金属污染后所产含有重金属的秸秆的资源化有效处理，并回收利用重金属得到含高钾的液体肥料的方法。

[0002] 长期以来，频繁的人类活动对土壤造成了严重的重金属污染，尤其是农田土壤重金属的污染。重金属污染物不能被化学或生物降解、易通过食物链途径在植物，动物和人体内积累、毒性大，对生态环境、食品安全和人体健康构成严重威胁。对土壤重金属污染的治理，目前常用的方法有淋滤法、客土法、吸附固定法等物理方法以及生物还原法、络合物浸提法等化学方法。但是这些方法不仅投资昂贵，而且大多数只能暂时缓解重金属的危害，还可能造成二次污染，不能从根本上解决重金属的污染问题；植物修复相对化学、物理等其他修复方法属于环境友好型、安全、低成本的重金属污染治理措施，已经在矿区重金属污染和场地污染治理中得到了应用。但有研究表明，植物修复也存在一些局限性，如修复速度慢、能用于修复的植物大多没有经济价值等。烟草、花生、油葵等属于易于吸收和富集重金属的植物，同时也含有高浓度的钾等营养元素，但是在烟草成熟收获后会留下大量的秸秆等生物质，并且烟草秸秆中重金属的含量还比较高，如果得不到好的处理，又会导致二次污染，所以目前土壤重金属污染治理过程中所获得的大量生物秸秆等干物质得不到有效处理或资源化是当下植物修复技术的瓶颈。

[0003] 植物常见的处理方法主要有焚烧法、高温分解法、灰化法、液相萃取法等来提取金属。上述处置技术的最大特点是将修复后的植物作为垃圾或危险废弃物加以处置，而不是将这些植物加以综合利用。

[0004] 本发明的目的是提供一种植物修复土壤重金属污染后所产秸秆的资源化利用方法。

[0005] 为达上述目的，本发明一种植物修复土壤重金属污染后所产秸秆的资源化利用方法，包括如下步骤：

[0006] 1)将成熟期的植物修复土壤重金属污染后的秸秆收获后清洗干净，烘干；

[0007] 2)称取干燥好的秸秆用粉碎机粉碎并置于通入高纯度氮气的管式炉中进行低温烧制，温度设置为300-350℃，时间设置为2小时，吸收液为0.1mol/L的硝酸，得到生物炭及金属、其它元素灰分。之所以低温烧制，低熔点的镉挥发少，同时获得较高的生物碳收率；

[0008] 3)步骤2)完成后，将烧制的生物炭置于干净水中，用硝酸调制其pH值为1－3，搅拌3h，萃取出重金属，再用干净水冲洗过滤或离心脱水方式洗掉生物炭中的残留酸；

[0009] 4)将步骤3)中萃取后的溶液集中收集，并用氢氧化钾或碳酸钾溶液调制pH值到9－11，使重金属生成沉淀，分离过滤回收重金属后，得到含高钾的液体肥料。所述成熟期的植物修复土壤重金属污染后的秸秆为高含钾的烟草秸秆、油葵秸秆、芝麻秸秆或花生秸秆。

[0010] 本发明将成熟期的植物修复土壤重金属污染后所产的秸秆在管式炉中低温下烧制为生物炭，再将生物炭中的重金属通过低浓度的硝酸萃取出来，最后调制pH值至9－11将萃取液中的重金属生成沉淀回收，将秸秆变废为宝的同时，去除生物炭中的重金属，并将重金属回收，剩下的萃取液中营养元素的含量很高，可作为碱性液体钾肥进行利用。

[0011] 本发明为植物修复土壤重金属污染所产秸秆的后续处理提供了新的解决方法和途径，使植物修复技术能得到高效持续性发展，也为植物资源化提供了新的途径。

[0012] 实施例1：

[0013] 1)将成熟期的植物修复土壤重金属污染后的烟草秸秆收获后清洗干净，放烘箱在60度烘干；

[0014] 2)称取干燥好的烟草秸秆用粉碎机粉碎并称取10g置于干净的石英舟中，然后置于通入高纯度氮气的管式炉中进行烧制，温度设置为300-350℃，时间设置为2小时，吸收液为0.1mol/L的硝酸，得到生物炭；

[0015] 3)步骤2)完成后，将烧制的生物炭进行称重，测其产率，然后称取10g烧制的生物炭再放入干净的烧杯，加入300ml的干净水，用硝酸调制其pH值为1，搅拌3h，萃取出重金属，再用干净水冲洗过滤或离心脱水方式洗掉生物炭中的残留酸；

[0016] 4)将步骤3)中萃取后的溶液集中收集，并用氢氧化钾或碳酸钾溶液调制pH值到9-11，使重金属生成沉淀，分离过滤回收重金属后，得到含高钾的液体肥料。

[0017] 下面通过实验证明本发明实施例中所得在制备生物炭的过程中重金属及营养元素的变化，以及在分离重金属过程中，重金属含量降低，K元素增加。

[0018] 实验一：取10g干燥的烟草秸秆放入管式炉通入氮气进行烧制，烧制时间为2h，等温度冷却后取出进行消解上机检测，其测试结果如表一所示。

[0019] 表一：烟草秸秆在300，350℃烧制下其重金属和营养元素的变化

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[0021] 通过实验得出烟草秸秆中的重金属在400℃时开始明显挥发，到600℃镉已经挥发完全，随着温度的增加炭基干产率下降；而且重金属含量也发生变化，都有一定量的下降，300℃时镉挥发量少，同时生物炭的产率也比较高，其他营养元素的变化不是很大，所以后面的提取实验选取300℃下烧制生物炭。

[0022] 实验二:将在300℃烧制好的生物炭称取10g放入烧杯，加入300ml的干净水，放置于磁力搅拌机上搅拌20分钟，充分搅拌均匀，用硝酸调制pH到1，搅拌3h后过滤，将滤液集中收集到烧杯中，搅拌，用氢氧化钾或碳酸钾溶液调pH到9，10，11三个点，搅拌充分，每到一个点取溶液5ml过滤以备上机检测；其检测结果如表二所示。

[0023] 表二：350℃的生物炭在不同pH下的重金属及营养元素的变化(单位：ug；“/”为未检出)

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[0025] 从表二可知，pH调制到碱性时，溶液中的元素的总量下降，其中重金属元素Pb、Zn、Cu、Cd在pH为9时已检测不出，说明碱性条件下，重金属发生化学反应生成沉淀，而钾的总量增加是因为在调制pH时加入氢氧化钾或碳酸钾溶液。