一种铀污染土壤多级修复用预埋包及其使用方法
技术领域
本发明涉及铀污染土壤修复技术领域,更具体地说,涉及一种铀污染土壤多级修复用预埋包及其使用方法。
背景技术
近年来,我国土壤的重金属污染问题日益凸现,对生态环境、食品安全和人体健康构成了严重威胁,已经不容忽视。染料、化工、制革、矿产开采、冶炼以及加工等工业排放的废气、废水、废渣含有大量的重金属,通过灌水(特别是污灌)、固体废弃物(污泥、垃圾等)堆积以及大气沉降等方式进入土壤,造成土壤中重金属含量增加,尤其是可交换态的重金属,直接为农作物所吸收、富集,直接威胁到人体健康。相比大气污染和水污染,重金属土壤污染是最难解决的。这是因为,土壤污染不像大气污染或者水污染一样比较容易扩散或稀释,重金属一旦进入土壤,降解起来就很困难,而遭到重金属污染的土壤几乎没有使用价值,因此,对重金属土壤污染的治理已经刻不容缓。
核工业的发展、核技术的广泛应用以及其他工业、农业、能源、军事、交通、医疗卫生等领域内的活动使人类周围生态环境的放射性核素本底值不断增加,进入环境中的放射性核素会在大气、水和土壤中迁移,随食物链进入人和动物体内,产生辐射损伤,部分核素还将影响人体的生理生化反应及代谢过程。铀是一种重要的放射性核素,同时兼有化学污染毒性和放射性,在水体和土壤中大多以铀酰离子(UO22+)形式存在,可以通过采矿作业、核
试验、核燃料、核武器和意外泄露等方式释放到土壤、沉积物和地下水中,造成土壤和地下水中的铀污染,危害人类赖以生存的环境。
近年来发展的生物修复法,以其成本低廉、效率高、成本低、安全、环保等特点,成为铀污染土壤修复技术的一个研究热点,吸引了众多学者进行了大量研究,并取得了很多可喜的研究成果,例如植物修复法,或者在铀污染土壤内铺填修复层的方式,但均具有很大的局限性,植物修复法虽然无二次污染,修复效果好,但是修复速度较为缓慢,在重污染土壤的环境下更是难以限制扩散速度,且植物本身受环境的影响因素很多,难以有效推广,而铺填修复层效果虽好同时速度较快,但是一方面成本高昂,回收困难,另一方面也难以有效阻止铀污染的蔓延扩散。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题,本发明的目的在于提供一种铀污染土壤多级修复用预埋包及其使用方法,它可以通过清土预埋的方式,一方面通过严密的导水网来转移土壤中的铀酰离子,将大量铀酰离子主动迅速的聚集到预埋包内,便于开展定点修复,另一方面通过特殊的土壤修复剂来大幅提高对铀酰离子的吸附和积累,基于纳米多孔特性提升对铀酰离子的聚团并填充在微孔内避免污染扩散,通过主动式的一级修复后,铀污染土壤内的铀酰离子降低至一定值,接着通过自然式的二级修复,即重金属铀富集植物修复,增加土壤有机质含量和土壤肥力,改善和保养土壤表层结构,为铀污染修复后的土壤的直接利用打下坚实的基础。
2.技术方案
为解决上述问题,本发明采用如下的技术方案。
一种铀污染土壤多级修复用预埋包,所述预埋包包括预埋包本体,所述预埋包本体内填充有土壤修复剂,所述预埋包本体上端开凿有装配孔,所述装配孔内端壁固定连接有螺纹套,所述螺纹套内端螺纹连接有螺纹台,所述螺纹台中心位置开凿有连接孔,所述连接孔内固定连接有过渡球,所述过渡球上端固定连接有变形杆,所述变形杆上端固定连接有定位杆,所述过渡球上端固定连接有若干合水纤维,所述合水纤维沿变形杆环形阵列分布,所述过渡球下端固定连接有若干分水纤维,所述分水纤维均匀插接在土壤修复剂内端。
进一步的,所述土壤修复剂包括重量份数为有机硅微生物肥30-40份、改性麦饭石粉20-30份、膨润土5-20份、天然沸石5-10份、磷灰石5-10份、螯合剂3-15份。
进一步的,有机硅微生物肥具有恢复土壤酸碱平衡的能力,可以钝化重金属离子的生物活性,有机硅材料对土壤和生态无污染,还可以改善土壤。
进一步的,所述改性麦饭石粉将麦饭石煅烧后,加入引发剂过硫酸钾和壳聚糖搅拌反应,然后于室温下加入植酸进行搅拌反应,最后研磨成颗粒或粉末状,采用壳聚糖和植酸改性麦饭石作为除重金属主要成分,壳聚糖分子带有羟基和氨基等官能团,用壳聚糖对麦饭石改性,在引发剂过硫酸钾作用下,使壳聚糖分子连接在麦饭石分子表面上,由于壳聚糖分子表面含有大量的氢键,植酸分子与壳聚糖分子通过氢键相互结合,使植酸分子牢牢的结合在麦饭石分子上,植酸对绝大数金属离子具有极强络合能力,植酸对二价金属离子均可生成沉淀,植酸分子通过壳聚糖分子作为中间体很好的连接在麦饭石分子上,大大的提高了土壤重金属的吸附率。
进一步的,所述螺纹台内端安装有带电源的控制器,所述控制器连接有温度传感器,所述分水纤维内端开凿有加热管槽,所述加热管槽内安装有电热丝,所述电热丝与控制器电性连接。
进一步的,所述合水纤维、过渡球和分水纤维均采用超吸水材料制成,所述超吸水材料采用高分子吸水树脂和吸水绒毛纤维按照1:1的比例混合制成,所述吸水绒毛纤维通过聚丙烯酸改性后进行纺丝制成,所述高分子吸水树脂粒径为100-120mesh,所述吸水绒毛纤维柔软,蓬松度高,纤维粗而长,长度为2.7-3.0mm,细小纤维含量低,网状纤维均匀,网络拉力为7N以上,超吸水材料具有极强的吸水性,可以主动“抓捕”土壤内的水分,进而完成铀酰离子的聚集吸附。
进一步的,所述变形杆包括圆柱形的电动气囊,且电动气囊与控制器电性连接,所述电动气囊外端包裹有加强尼龙层,所述加强尼龙层表面涂有耐腐蚀涂层,变形杆具有形状多变的灵活性,避免在土壤回填的过程中出现折断的现象,同时也方便运输和埋设,加强尼龙层起到保护电动气囊的作用,避免其破裂的情况发生。
进一步的,所述预埋包本体的尺寸为50*50*20cm,所述预埋包本体下端固定连接有四根均匀分布的稳定杆,所述定位杆和稳定杆外端均固定连接有若干肋片,所述定位杆、稳定杆和肋片均采用不锈钢材质,方便将预埋包本体固定在土壤内不易移动,进而方便后续的定位移植。
一种铀污染土壤多级修复用预埋包的使用方法,所述使用方法具体包括以下步骤:
S1、清除铀污染土壤50-60cm的表层土壤,每平米铺设一个所述预埋包,铺设完成后形成土壤修复层;
S2、在所述土壤修复层上方15-20cm处挂接聚水网,同时将合水纤维与聚水网之间相互固定;
S3、启动电动气囊充气“硬化”,开始回填表层土壤并夯实,定位杆露出土壤表面10-20cm;
S4、对土壤修复层以上的表层土壤采用人工灌溉或者天然降雨的方式,修复时长1-2年,当土壤修复层上部土壤重金属含量降低至要求值后,完成一级修复;
S5、清除表层土壤取下螺纹台剩下预埋包本体和土壤修复剂即可,在预埋包本体内移植重金属富集植物,回填表层土壤,依靠重金属富集植物忍耐和超量积累重金属铀,修复时长2-3年,完成二级修复;
S6、当土壤修复层上部土壤重金属含量降低至正常值后,回收所述预埋包和重金属富集植物,完成铀污染物的回收。
进一步的,所述重金属富集植物为印度芥菜或向日葵,所述聚水网采用超吸水纱线编织而成,所述超吸水纱线采用超吸水纤维和聚酯纤维纺纱而成,印度芥菜或向日葵均对铀污染土壤具有极强的修复能力,聚水网起到聚集土壤中水分的作用,超吸水纱线中的超吸水纤维具有极强的吸水能力,聚酯纤维起到耐磨不易断裂的作用。
3.有益效果
相比于现有技术,本发明的优点在于:
(1)本方案可以通过清土预埋的方式,一方面通过严密的导水网来转移土壤中的铀酰离子,将大量铀酰离子主动迅速的聚集到预埋包内,便于开展定点修复,另一方面通过特殊的土壤修复剂来大幅提高对铀酰离子的吸附和积累,基于纳米多孔特性提升对铀酰离子的聚团并填充在微孔内避免污染扩散,通过主动式的一级修复后,铀污染土壤内的铀酰离子降低至一定值,接着通过自然式的二级修复,即重金属铀富集植物修复,增加土壤有机质含量和土壤肥力,改善和保养土壤表层结构,为铀污染修复后的土壤的直接利用打下坚实的基础。
(2)土壤修复剂包括重量份数为有机硅微生物肥30-40份、改性麦饭石粉20-30份、膨润土5-20份、天然沸石5-10份、磷灰石5-10份、螯合剂3-15份。有机硅微生物肥具有恢复土壤酸碱平衡的能力,可以钝化重金属离子的生物活性,有机硅材料对土壤和生态无污染,还可以改善土壤。
(3)改性麦饭石粉将麦饭石煅烧后,加入引发剂过硫酸钾和壳聚糖搅拌反应,然后于室温下加入植酸进行搅拌反应,最后研磨成颗粒或粉末状,采用壳聚糖和植酸改性麦饭石作为除重金属主要成分,壳聚糖分子带有羟基和氨基等官能团,用壳聚糖对麦饭石改性,在引发剂过硫酸钾作用下,使壳聚糖分子连接在麦饭石分子表面上,由于壳聚糖分子表面含有大量的氢键,植酸分子与壳聚糖分子通过氢键相互结合,使植酸分子牢牢的结合在麦饭石分子上,植酸对绝大数金属离子具有极强络合能力,植酸对二价金属离子均可生成沉淀,植酸分子通过壳聚糖分子作为中间体很好的连接在麦饭石分子上,大大的提高了土壤重金属的吸附率。
(4)螺纹台内端安装有带电源的控制器,控制器连接有温度传感器,分水纤维内端开凿有加热管槽,加热管槽内安装有电热丝,电热丝与控制器电性连接。
(5)合水纤维、过渡球和分水纤维均采用超吸水材料制成,超吸水材料采用高分子吸水树脂和吸水绒毛纤维按照1:1的比例混合制成,吸水绒毛纤维通过聚丙烯酸改性后进行纺丝制成,高分子吸水树脂粒径为100-120mesh,吸水绒毛纤维柔软,蓬松度高,纤维粗而长,长度为2.7-3.0mm,细小纤维含量低,网状纤维均匀,网络拉力为7N以上,超吸水材料具有极强的吸水性,可以主动“抓捕”土壤内的水分,进而完成铀酰离子的聚集吸附。
(6)变形杆包括圆柱形的电动气囊,且电动气囊与控制器电性连接,电动气囊外端包裹有加强尼龙层,加强尼龙层表面涂有耐腐蚀涂层,变形杆具有形状多变的灵活性,避免在土壤回填的过程中出现折断的现象,同时也方便运输和埋设,加强尼龙层起到保护电动气囊的作用,避免其破裂的情况发生。
(7)预埋包本体的尺寸为50*50*20cm,预埋包本体下端固定连接有四根均匀分布的稳定杆,定位杆和稳定杆外端均固定连接有若干肋片,定位杆、稳定杆和肋片均采用不锈钢材质,方便将预埋包本体固定在土壤内不易移动,进而方便后续的定位移植。
(8)重金属富集植物为印度芥菜或向日葵,聚水网采用超吸水纱线编织而成,超吸水纱线采用超吸水纤维和聚酯纤维纺纱而成,印度芥菜或向日葵均对铀污染土壤具有极强的修复能力,聚水网起到聚集土壤中水分的作用,超吸水纱线中的超吸水纤维具有极强的吸水能力,聚酯纤维起到耐磨不易断裂的作用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明形成修复层时的结构示意图;
图3为本发明修复状态下的结构示意图;
图4为本发明分水纤维部分的结构示意图;
图5为本发明有机硅微生物肥吸附铀酰离子状态下的结构示意图。
图中标号说明:
1预埋包本体、2螺纹套、3螺纹台、4变形杆、5定位杆、6合水纤维、7稳定杆、8聚水网、9分水纤维、10电热丝、11过渡球。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述;显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等,应做广义理解,例如“连接”,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接,可以是机械连接,也可以是电连接,可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通,对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1:
请参阅图1和图3,一种铀污染土壤多级修复用预埋包,预埋包包括预埋包本体1,预埋包本体1为半透膜,允许水分子、营养物质、铀酰离子通过,预埋包本体1内填充有土壤修复剂,预埋包本体1上端开凿有装配孔,装配孔内端壁固定连接有螺纹套2,螺纹套2内端螺纹连接有螺纹台3,方便安装拆卸,螺纹台3中心位置开凿有连接孔,连接孔内固定连接有过渡球11,起到水分中转的作用,过渡球11上端固定连接有变形杆4,变形杆4包括圆柱形的电动气囊,且电动气囊与控制器电性连接,电动气囊外端包裹有加强尼龙层,加强尼龙层表面涂有耐腐蚀涂层,变形杆4具有形状多变的灵活性,避免在土壤回填的过程中出现折断的现象,同时也方便运输和埋设,加强尼龙层起到保护电动气囊的作用,避免其破裂的情况发生,变形杆4上端固定连接有定位杆5,起到定位作用,与其下方的预埋包本体1相对应,过渡球11上端固定连接有若干合水纤维6,合水纤维6沿变形杆4环形阵列分布,过渡球11下端固定连接有若干分水纤维9,分水纤维9均匀插接在土壤修复剂内端,用来将吸收来的水分均匀的传输至土壤修复剂内,完成对铀酰离子的聚集作用,方便土壤修复剂直接修复,预埋包本体1的尺寸为50*50*20cm,预埋包本体1下端固定连接有四根均匀分布的稳定杆7,定位杆5和稳定杆7外端均固定连接有若干肋片,定位杆5、稳定杆7和肋片均采用不锈钢材质,方便将预埋包本体1固定在土壤内不易移动,进而方便后续的定位移植。
土壤修复剂包括重量份数为有机硅微生物肥30-40份、改性麦饭石粉20-30份、膨润土5-20份、天然沸石5-10份、磷灰石5-10份、螯合剂3-15份,有机硅微生物肥具有恢复土壤酸碱平衡的能力,可以钝化重金属离子的生物活性,有机硅材料对土壤和生态无污染,还可以改善土壤。
改性麦饭石粉将麦饭石煅烧后,加入引发剂过硫酸钾和壳聚糖搅拌反应,然后于室温下加入植酸进行搅拌反应,最后研磨成颗粒或粉末状,采用壳聚糖和植酸改性麦饭石作为除重金属主要成分,壳聚糖分子带有羟基和氨基等官能团,用壳聚糖对麦饭石改性,在引发剂过硫酸钾作用下,使壳聚糖分子连接在麦饭石分子表面上,由于壳聚糖分子表面含有大量的氢键,植酸分子与壳聚糖分子通过氢键相互结合,使植酸分子牢牢的结合在麦饭石分子上,植酸对绝大数金属离子具有极强络合能力,植酸对二价金属离子均可生成沉淀,植酸分子通过壳聚糖分子作为中间体很好的连接在麦饭石分子上,大大的提高了土壤重金属的吸附率。
请参阅图3-4,螺纹台3内端安装有带电源的控制器,控制器连接有温度传感器,分水纤维9内端开凿有加热管槽,加热管槽内安装有电热丝10,电热丝10与控制器电性连接。
合水纤维6、过渡球11和分水纤维9均采用超吸水材料制成,超吸水材料采用高分子吸水树脂和吸水绒毛纤维按照1:1的比例混合制成,吸水绒毛纤维通过聚丙烯酸改性后进行纺丝制成,高分子吸水树脂粒径为100-120mesh,吸水绒毛纤维柔软,蓬松度高,纤维粗而长,长度为2.7-3.0mm,细小纤维含量低,网状纤维均匀,网络拉力为7N以上,超吸水材料具有极强的吸水性,可以主动“抓捕”土壤内的水分,进而完成铀酰离子的聚集吸附。
请参阅图2,一种铀污染土壤多级修复用预埋包的使用方法,使用方法具体包括以下步骤:
S1、清除铀污染土壤50-60cm的表层土壤,每平米铺设一个预埋包,铺设完成后形成土壤修复层;
S2、在土壤修复层上方15-20cm处挂接聚水网8,同时将合水纤维6与聚水网8之间相互固定;
S3、启动电动气囊充气“硬化”,开始回填表层土壤并夯实,定位杆5露出土壤表面10-20cm;
S4、对土壤修复层以上的表层土壤采用人工灌溉或者天然降雨的方式,修复时长1-2年,当土壤修复层上部土壤重金属含量降低至要求值后,完成一级修复;
S5、清除表层土壤取下螺纹台3剩下预埋包本体1和土壤修复剂即可,在预埋包本体1内移植重金属富集植物,回填表层土壤,依靠重金属富集植物忍耐和超量积累重金属铀,修复时长2-3年,完成二级修复,植物通过根系分泌物与土壤中的重金属相互作用,以钝化重金属的毒性或迁移性,从而减少重金属污染的扩散;
S6、当土壤修复层上部土壤重金属含量降低至正常值后,回收预埋包和重金属富集植物,完成铀污染物的回收。
重金属富集植物为印度芥菜或向日葵,聚水网8采用超吸水纱线编织而成,超吸水纱线采用超吸水纤维和聚酯纤维纺纱而成,印度芥菜或向日葵均对铀污染土壤具有极强的修复能力,聚水网8起到聚集土壤中水分的作用,超吸水纱线中的超吸水纤维具有极强的吸水能力,聚酯纤维起到耐磨不易断裂的作用。
实施例2:
土壤修复剂包括重量份数为有机硅微生物肥35份、改性麦饭石粉25份、膨润土10份、天然沸石8份、磷灰石8份、螯合剂10份,有机硅微生物肥具有恢复土壤酸碱平衡的能力,可以钝化重金属离子的生物活性,有机硅材料对土壤和生态无污染,还可以改善土壤。
其余部分均与实施例1一致。
请参阅图2,一种铀污染土壤多级修复用预埋包的使用方法,使用方法具体包括以下步骤:
S1、清除铀污染土壤50cm的表层土壤,每平米铺设一个预埋包,铺设完成后形成土壤修复层;
S2、在土壤修复层上方15cm处挂接聚水网8,同时将合水纤维6与聚水网8之间相互固定;
S3、启动电动气囊充气“硬化”,开始回填表层土壤并夯实,定位杆5露出土壤表面15cm;
S4、对土壤修复层以上的表层土壤采用人工灌溉或者天然降雨的方式,修复时长1年,当土壤修复层上部土壤重金属含量降低至要求值后,完成一级修复;
S5、清除表层土壤取下螺纹台3剩下预埋包本体1和土壤修复剂即可,在预埋包本体1内移植重金属富集植物,回填表层土壤,依靠重金属富集植物忍耐和超量积累重金属铀,修复时长3年,完成二级修复,植物通过根系分泌物与土壤中的重金属相互作用,以钝化重金属的毒性或迁移性,从而减少重金属污染的扩散;
S6、当土壤修复层上部土壤重金属含量降低至正常值后,回收预埋包和重金属富集植物,完成铀污染物的回收。
实施例3:
土壤修复剂包括重量份数为有机硅微生物肥40份、改性麦饭石粉30份、膨润土20份、天然沸石10份、磷灰石10份、螯合剂15份,有机硅微生物肥具有恢复土壤酸碱平衡的能力,可以钝化重金属离子的生物活性,有机硅材料对土壤和生态无污染,还可以改善土壤。
请参阅图2,一种铀污染土壤多级修复用预埋包的使用方法,使用方法具体包括以下步骤:
S1、清除铀污染土壤60cm的表层土壤,每平米铺设一个预埋包,铺设完成后形成土壤修复层;
S2、在土壤修复层上方20cm处挂接聚水网8,同时将合水纤维6与聚水网8之间相互固定;
S3、启动电动气囊充气“硬化”,开始回填表层土壤并夯实,定位杆5露出土壤表面20cm;
S4、对土壤修复层以上的表层土壤采用人工灌溉或者天然降雨的方式,修复时长1年,当土壤修复层上部土壤重金属含量降低至要求值后,完成一级修复;
S5、清除表层土壤取下螺纹台3剩下预埋包本体1和土壤修复剂即可,在预埋包本体1内移植重金属富集植物,回填表层土壤,依靠重金属富集植物忍耐和超量积累重金属铀,修复时长2年,完成二级修复,植物通过根系分泌物与土壤中的重金属相互作用,以钝化重金属的毒性或迁移性,从而减少重金属污染的扩散;
S6、当土壤修复层上部土壤重金属含量降低至正常值后,回收预埋包和重金属富集植物,完成铀污染物的回收。
其余部分均与实施例1一致。
本发明可以通过清土预埋的方式,一方面通过严密的导水网来转移土壤中的铀酰离子,将大量铀酰离子主动迅速的聚集到预埋包内,便于开展定点修复,另一方面通过特殊的土壤修复剂来大幅提高对铀酰离子的吸附和积累,基于纳米多孔特性提升对铀酰离子的聚团并填充在微孔内避免污染扩散,通过主动式的一级修复后,铀污染土壤内的铀酰离子降低至一定值,接着通过自然式的二级修复,即重金属铀富集植物修复,增加土壤有机质含量和土壤肥力,改善和保养土壤表层结构,为铀污染修复后的土壤的直接利用打下坚实的基础。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式;但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围内。