一种含磷型重金属污染土壤修复材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种含磷型重金属污染土壤修复材料及其制备方法和应用，属于土壤修复技术领域。本发明专利技术提供的方法包括以下步骤：将酸活化赤泥、聚磷细菌、含磷废水和培养基混合培养，得到培养液；对所述培养液依次进行固液分离，所得固体加热干燥，得到含磷型重金属污染土壤修复材料；所述含磷废水培养基中包括碳源和氮源。本发明专利技术使用含磷废水培养基对酸活化赤泥和聚磷细菌进行培养，不仅能降低废水中的磷含量，还能够提升赤泥对重金属的去除效果。同时，本发明专利技术提供的方法达到了“以废治废”的效果，实现了对赤泥、含磷废水进行资源化利用。

【技术实现步骤摘要】
一种含磷型重金属污染土壤修复材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及土壤修复
，特别涉及一种含磷型重金属污染土壤修复材料及其制备方法和应用。
技术介绍
土壤重金属污染，其污染来源广泛，可以通过大气沉降、工业污水的排放沉积、固体废弃物的堆放等。土壤重金属污染具有不可降解的特性，可以通过食物链在植物、动物、人体内富集。土壤重金属污染在生态环境上难于移除，对于食品安全存在巨大隐患，对人体具有致癌、基因突变的风险。因此，土壤重金属污染也成为当前日益严重的环境问题。赤泥是铝土矿提取氧化铝过程中的主要副产物，也是制铝工业产生的最大污染源。赤泥的主要成分有Al2O3、Fe2O3、SiO2、TiO2、CaO、K2O、MgO和Na2O等,约占赤泥的90wt％。同时赤泥具有胶结的孔架状结构、具有较大的孔隙率和比较面积。高金属氧化物含量以及良好的吸附性使得赤泥能够用做治理重金属污染的修复剂。然而，仅使用单一组分的赤泥作为修复剂，其对重金属的去除效果有限。磷是导致水体富营养化的主要因素，治理富营养化水体的关键是降低水体中的磷浓度。如何降低含磷废水中的磷含量，并对含磷废水中的磷元素进行资源化利用也是目前水污染治理中需要解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种含磷型重金属污染土壤修复材料及其制备方法和应用。本专利技术提供的方法不仅能够得到性能优异的重金属污染土壤修复材料，还能够对含磷废水中的磷进行资源化利用，有效降低废水中的磷含量。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种含磷型重金属污染土壤修复材料的制备方法，包括以下步骤：将酸活化赤泥、聚磷细菌、含磷废水和培养基混合培养，得到培养液；对所述培养液依次进行固液分离，所得固体加热干燥，得到含磷型重金属污染土壤修复材料；所述培养基中包括碳源和氮源。优选的，所述聚磷细菌包括假丝酵母磷积累菌、嗜麦芽寡养单胞菌、积磷小月菌和解淀粉芽孢杆菌中的一种或几种；所述聚磷细菌处于对数生长期。优选的，所述酸活化赤泥的制备方法包括以下步骤：采用酸性液体将赤泥的水分散液中和至中性，得到中性混合液；对所述中性混合液依次进行静置和固液分离，所得固体为酸活化赤泥；所述酸性液体为盐酸溶液、硫酸溶液、硝酸溶液和柠檬酸溶液中的一种或几种。优选的，所述培养基为NB培养基；所述含磷废水的磷含量为8.6～15mg/L；所述NB培养基的质量与含磷废水的体积比为18～20g：1L。优选的，所述混合为：将含磷废水与培养基混合，得到含磷废水培养基；将所述酸活化赤泥、聚磷细菌和所述含磷废水培养基混合；所述酸活化赤泥在含磷废水培养基中的质量浓度为2～4％；所述聚磷细菌在含磷废水培养基中的含量≥1×107cells/mL。优选的，所述培养的时间为36～72h，温度为20～30℃；所述加热干燥的温度为100～200℃，时间为8～12h。本专利技术提供了上述制备方法制备得到的含磷型重金属污染土壤修复材料，包括酸活化赤泥和负载于所述酸活化赤泥表面和内部的磷酸盐。优选的，所述含磷型重金属污染土壤修复材料的孔径为8～29nm，比表面积为100～200m2/g，孔隙率为25～35％；所述含磷型重金属污染土壤修复材料中磷酸盐的负载量为5～6wt％。本专利技术提供了上述含磷型重金属污染土壤修复材料在重金属污染土壤治理中的应用，所述重金属污染土壤中的重金属包括As、Sb、Zn、Ni和Cu中的一种或几种。优选的，所述应用包括以下步骤：将含磷型重金属污染土壤修复材料与重金属污染土壤混合；所述含磷型重金属污染土壤修复材料的质量为重金属污染土壤质量的0.2～0.5％。本专利技术提供了一种含磷型重金属污染土壤修复材料的制备方法，包括以下步骤：将酸活化赤泥、聚磷细菌、含磷废水和培养基混合培养，得到培养液；对所述培养液依次进行固液分离，所得固体加热干燥，得到含磷型重金属污染土壤修复材料；所述含磷废水培养基中包括碳源和氮源。本专利技术使用酸活化赤泥作为土壤修复材料的基质，酸活化能有效疏通赤泥内部结构，促成无定型或半定型化合物的生成，增加比表面积，赤泥经酸活化后，具有优异的孔隙结构和良好的分散性和化学稳定性。本专利技术使用含磷废水作为培养基和酸活化赤泥对聚磷细菌进行培养，一方面，酸活化赤泥具有孔隙结构，能够为聚磷细菌提供吸附位点，聚磷细菌能够将含磷废水中的有机磷和无机磷转变为磷酸盐，一部分磷酸盐位于聚磷细菌体内，其余磷酸盐附着于酸活化赤泥的表面和内部孔隙中，分离出固体修复材料后，剩余废水中的磷含量大幅度降低；另一方面，酸活化赤泥本身含有铁氧化物如Fe2O3，重金属污染土壤中的As和Sb可以与酸活化赤泥中的铁氧化物表面的羟基形成稳定的内层配合物；另外，Sb可以通过取代Fe(III)结合到铁氧化物结构中，置换出的铁也可与As生成铁砷化合物沉淀，从而降低As和Sb在土壤中的迁移率。除了酸活化赤泥本身对重金属离子有着较强的吸附能力，其表面和内部负载的磷酸盐离子能够进一步增强其对重金属离子的吸附效果，如与Zn形成磷酸二氢锌、与Ni形成磷酸镍；在赤泥中，Fe主要以赤铁矿(α-Fe2O3)、针铁矿(α-FeOOH)、磁铁矿(Fe3O4)、水滑石(Mg6Al2CO3(OH)16·4H2O)等矿物相存在；Al以菱铁矿(α-Al2O3·3H2O)、勃姆石(γ-AlOOH)和三水铝石(Al(OH)3)等形式存在。赤泥对金属的去除以矿物表面沉淀为主，每种金属都涉及不同的矿物相。Ni的去除主要与水滑石有关，水滑石可分解形成碳酸盐和氢氧根基团，可形成Ni-水滑石沉淀体系。水滑石和赤铁矿以及三水铝石的组合控制了Cu和Zn的去除。因此，本专利技术制备得到的修复材料不仅能够降低含磷废水中的磷含量，还能够修复重金属污染土壤，降低污染土壤中的重金属含量。实施例结果表明，本专利技术提供的方法能够将含磷废水中的磷含量由8.68mg/L降低至1.2mg/L，所得含磷型重金属污染土壤修复材料能够将重金属污染土壤中的As含量由0.106mg/kg降低至0.027～0.051mg/kg、Sb含量由1.78mg/kg降低至0.32～0.69mg/kg、Zn含量由0.039mg/kg降低至0.001～0.009mg/kg，Ni含量由0.0038mg/kg降低至0～0.004mg/kg。同时，本专利技术提供的方法达到了“以废治废”的效果，实现了对赤泥、含磷废水的资源化利用。具体实施方式本专利技术提供了一种含磷型重金属污染土壤修复材料的制备方法，包括以下步骤：将酸活化赤泥、聚磷细菌、含磷废水和培养基混合培养，得到培养液；对所述培养液依次进行固液分离，所得固体加热干燥，得到含磷型重金属污染土壤修复材料；所述培养基中包括碳源和氮源。在本专利技术中，所述酸活化赤泥的制备方法优选包括以下步骤：采用酸性液体将赤泥的水分散液中和至中性，得到中性混合液；对所述中性混合液依次进行静置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含磷型重金属污染土壤修复材料的制备方法，包括以下步骤：/n将酸活化赤泥、聚磷细菌、含磷废水和培养基混合培养，得到培养液；/n对所述培养液依次进行固液分离，所得固体加热干燥，得到含磷型重金属污染土壤修复材料；/n所述培养基中包括碳源和氮源。/n

【技术特征摘要】
1.一种含磷型重金属污染土壤修复材料的制备方法，包括以下步骤：
将酸活化赤泥、聚磷细菌、含磷废水和培养基混合培养，得到培养液；
对所述培养液依次进行固液分离，所得固体加热干燥，得到含磷型重金属污染土壤修复材料；
所述培养基中包括碳源和氮源。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚磷细菌包括假丝酵母磷积累菌、嗜麦芽寡养单胞菌、积磷小月菌和解淀粉芽孢杆菌中的一种或几种；所述聚磷细菌处于对数生长期。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酸活化赤泥的制备方法包括以下步骤：
采用酸性液体将赤泥的水分散液中和至中性，得到中性混合液；
对所述中性混合液依次进行静置和固液分离，所得固体为酸活化赤泥；
所述酸性液体为盐酸溶液、硫酸溶液、硝酸溶液和柠檬酸溶液中的一种或几种。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述培养基为NB培养基；所述含磷废水的磷含量为8.6～15mg/L；所述NB培养基的质量与含磷废水的体积比为18～20g：1L。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述混合为：
将含磷废水与培养基混合，得到含磷废水培养基；
将所述酸活化赤泥、聚磷细菌和所述含磷废水培养基混合；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李骞，王丽敏，许瑞，杨永斌，徐斌，姜涛，南小龙，姜必广，马永和，金胜明，尹华群，
申请(专利权)人：中南大学，湖南省核工业地质局三O六大队，
类型：发明
国别省市：湖南;43