EDTA土壤萃取液的回收利用及萃取后土壤肥力恢复技术的研究

发布时间：2020-05-05 05:54

【摘要】：本研究利用湖南省醴陵市受重金属污染农田土壤作为研究对象,首先通过室内模拟实验,确定最佳的萃取剂以及萃取条件;随后利用阴离子交换树脂对土壤萃取液进行回收;并且对萃取后的土壤进行植物栽培,利用两种植物对萃取后土壤进行肥力恢复。可为今后大范围的土壤化学修复提供一定的技术储备。主要结论如下:(1)通过对土壤样品进行取样分析,该土壤中重金属Pb、Zn、Cu、Cd的含量分别为95.53 mg·kg~(-1)、138.11 mg·kg~(-1)、24.41 mg·kg~(-1)、0.81 mg·kg~(-1)。其中Cd污染较为严重,超过国家土壤环境质量标准2.7倍。(2)通过比较不同浓度的多种有机酸与三种EDTA盐对土壤中Pb、Zn、Cu、Cd的去除效果。结果表明,有机酸对土壤中四种重金属都具有一定的去除效果,其中,水杨酸对Pb、Zn、Cu、Cd的萃取效果最好,其萃取率最高分别达到8.83%、5.74%、4.45%、47.66%,酒石酸与柠檬酸其次,谷氨酸与天冬氨酸最差;另外,三种EDTA盐溶液对土壤中Pb、Zn、Cu、Cd的去除效果强于有机酸溶液;对两种重金属的去除率表现为:CdPbCuZn;且三种EDTA盐对土壤中四种重金属的去除效果表现为NH_4-EDTANa-EDTACa-EDTA。(3)分别对三种EDTA盐(Na-EDTA、NH_4-EDTA、Ca-EDTA)的土壤萃取液进行浊度测定,其浊度分别为98.6 TU、88.0 TU、7.6 TU。由实验结果可知,Ca-EDTA萃取液浊度最低,溶液沉降性最好,有利于土壤萃取液的后续处理。(4)EDTA钙盐对土壤的最佳萃取条件为:在浓度为2.5 mmol·L~(-1)下,土壤与萃取液按固液比为1:5进行萃取,时间为2h,对土壤中Pb、Zn、Cu、Cd的萃取率分别为45.29%、13.03%、18.54%、68.94%。(5)利用氯型717阴离子交换树脂对土壤萃取液中EDTA重金属络合物进行静态振荡吸附实验,考察固液比,pH,时间,温度对树脂吸附EDTA重金属络合物的影响。结果表明:随着萃取液中EDTA重金属络合物总量增加,树脂对其吸附能力减弱,当固液比为1:30时,对萃取液中Pb、Zn、Cu、Cd的去除率分别为96.35%、66.92%、87.06%、93.53%;在pH=5.6时,树脂对溶液中Pb、Zn、Cu、Cd的去除率分别为96.42%、68.14%、87.94%、93.38%;另外当时间在30-45 mins时,树脂对萃取液中Pb、Zn、Cu、Cd达到吸附平衡;当温度达到25-35℃时,树脂对萃取液中Pb、Zn、Cu、Cd去除效果较好好,去除率分别达到95.38%、68.73%、86.53%、93.24%。(6)采用动态上柱吸附法对萃取液中EDTA重金属络合物进行吸附处理。结果表明:随着上柱流速不断增加,树脂的穿透点以及饱和点出现的越快,表现出向左移动的趋势。当上柱流速为4mL·min~(-1)时,树脂对萃取液处理量达到最大,其中对Pb的穿透容量和饱和容量分别为4.04 mg·g~(-1)、5.93 mg·g~(-1),对Cd的穿透容量和饱和容量分别为0.089 mg·g~(-1)、0.121 mg·g~(-1),对Cu的穿透容量和饱和容量分别为0.612 mg·g~(-1)、1.61mg·g~(-1),对Zn的穿透容量和饱和容量分别为1.27 mg·g~(-1)、7.28 mg·g~(-1)。(7)利用金属盐溶液作为再生剂,对树脂中的EDTA金属络合物进行动态洗脱回收处理。结果表明:四种金属盐溶液对树脂中EDTA重金属络合物的洗脱效果依次为:Fe_2(SO_4)_3MgSO_4CaCl_2KCl,其中Fe_2(SO_4)_3效果最好,洗脱体积为60mL。(8)利用Fe_2(SO_4)_3作为再生剂对树脂进行后续连续5次吸附再生实验。结果表明:在流速为2mL·min~(-1)情况下,经过5次吸附—洗脱再生后,其中Cd的洗脱效率保持在75.65%~84.19%,树脂对Cd去除率保持在76.64%~93.43%;对Pb的洗脱率保持在68.37%~78.32%,树脂对Pb的去除率保持在68.69%~95.38%;对Cu的洗脱率保持在62.95%~71.65%,树脂对Cu的去除率保持在63.73%~87.26%;对Zn的洗脱率保持在55.83%~66.34%,树脂对Zn的去除率保持在52.77%~67.82%。(9)浓缩液的后续处理。先对再生液浓缩液经过深度酸化,其EDTA回收率达到72.17%~78.93%;另外通过对滤液进行加碱(CaO)处理后,调节pH范围在9~10,浓缩液中5种金属离子(Cd、Pb、Fe、Cu、Zn)的去除率分别为93.87%、98.59%、99.07%、99.84%、99.19%。(10)利用两种植物对萃取后土壤进行肥力恢复实验。结果表明,经过20d恢复后,空心莲子草和狐尾藻的生物量均有明显增加;另外,对比淋洗后土壤,恢复后土壤中各营养元素含量以及有机质均有增加,其中总N、总P、总K、有效N、有效P、有效K、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Mn~(2+)以及有机质对比淋洗后土壤分别增加了7.11%、4.9%、24.79%、69.84%、24.65%、74.08%、3.47%、19.10%、24.34%、13.33%;并且恢复后的土壤中营养元素含量以及有机质基本能达到原土中各指标的含量。
【图文】：

装置图,动态实验,装置图

探究不同 pH 下树脂对 EDTA 金属络合物去除率的影响；另外，选取固液1：30 使树脂与淋洗液进行混合置于离心瓶中，设置不同时间进行连续取样，考吸附平衡时间；选取固液比 1：30 将树脂与淋洗液混合置于离心瓶中，设定不进行连续采样，考察温度对树脂吸附性能的影响。将以上每个样品设置 3 个平在恒温振荡器上以 150 r min-1恒温振荡，所得样品以 4000 r min-1离心 15 后，测定滤液中 Pb、Cd、Zn、Cu 含量。.2.3 动态吸附试验在室温（25℃）下，精密称取 2.0g 氯型阴离子树脂装入玻璃层析柱中，将玻柱顶部，用恒流泵按照不同流速（4 mL min-1，6 mL min-1，8 mL min-1）抽入层析柱中，从柱顶部向下通过玻璃层析柱,进行动态上柱，吸附淋洗液TA 金属络合物，按单位体积为 50mL 收集流出液，测定单位体积中 Pb、Cd、含量，，当流出液中浓度接近原液浓度时，停止进样，绘制不同流速下不同金属线图。实验装置图如 3-1 所示。
【学位授予单位】：湖南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S158;X53

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