[发明专利]一种修复过重金属污染土壤的植物芦竹资源化利用的方法

说明书

技术领域

本发明涉及固体废物资源化综合利用领域。具体说来，本发明涉及一种利用重金属污染土壤上收获的修复植物芦竹的生物质制备生物炭，同时用生物炭来吸附污染土壤、废水或废气中重金属、作为涉重企业能源材料或还原剂的方法。

背景技术

芦竹是广泛分布在我国南方地区的多年生禾本科植物，生长速度快、生物量大。芦竹生物质含有大量的纤维素和木质素，具有较高的燃烧热值。芦竹生物质经煅烧后大部分组分为炭。杨海平等研究表明生物质炭制备过程中物质挥发分的析出主要集中在300-600℃；在高温下(>800℃)生物质炭主要含有碳元素和少量的氧，几乎没有氢元素残留。生物质炭具有发达的孔隙结构和丰富的表面基团，使其对重金属和有机物（尤其是重金属）均有较好的去除作用，且稳定抗腐蚀不易分解，是一种理想的吸附剂。同时，生物炭还是一种较好的还原剂，汪永斌等报道，生物质还原磁化褐铁矿效果与褐煤还原磁化褐铁矿相比，生物质的还原磁化效果较好，且还原温度可降低100℃以上(降至650℃左右)。

芦竹耐贫瘠、耐旱涝，具有抗逆性强等优点。芦竹对重金属耐受和富集性能国内外已经有相关的研究报道。Papazoglou研究表明，芦竹在973.8mg kg^–1Cd和2543.3mg kg^–1Ni的土壤中生长时表现出很好的耐受性。Mirza研究表明，芦竹可在As浓度为600μg L^–1营养液中正常生长，表现出良好的耐受性和累积性。韩志萍等研究表明，芦竹分别在浓度为100mgkg^-1的Cu²⁺、Ni²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺、Hg²⁺和50mg·kg^-1以下的Cr⁶⁺7种污染环境中均能正常成活，表现出对单一的高含量重金属污染环境较强的耐受性；在105mg kg^–1Cu、103mg kg^–1Ni、55mg kg^–1Cr单独影响下也均能正常生长。郭朝晖等研究表明，在As53.2、Cd31.9、Pb728.4、Zn968mg kg^–1的多金属污染土壤上生长的芦竹地上部年生物量达到3000kg/亩，且能吸收土壤中As、Cd、Pb和Zn，对污染土壤有一定的修复作用。上述研究表明，芦竹可作为重金属污染土壤的修复植物开展污染土壤修复应用。然而，修复后的芦竹收获物中含有一定量的重金属，如不合理处置则可能造成重金属的二次污染。但目前现有技术中并没有考虑含重金属的芦竹等生物质如何安全综合利用的问题。本发明旨在利用重金属污染芦竹来制备生物炭，并将生物炭继续用于降低污染土壤中有效态含量、处理含重金属的废水或废气，最终送涉重企业作为生物质能源或还原剂，达到以废治废、综合利用的目的。

发明内容

本发明是为了有效利用修复过重金属污染土壤的芦竹生物质，以此为原料生产生物炭，用于降低污染土壤中重金属有效态含量、处理含重金属的废水或废气，最终送涉重企业作为生物质能源或还原剂，达到以废治废、综合利用的目的。

一种修复过重金属污染土壤的植物芦竹资源化利用的方法，包括以下步骤：

1）对修复过重金属污染土壤的芦竹进行刈割、风干、破碎；

2）破碎后的芦竹粉末添加0.5wt%-5wt%的铁盐、铝盐、钙盐、钠盐中的一种或两种组合的催化改性材料，在控制氧氛围的煅烧炉内煅烧，煅烧温度200-800℃，煅烧时间0.5-4h；在煅烧过程中采用负压系统冷凝回收挥发分实现炭末脱油，或在煅烧冷却后按照1：5-10的质量比将炭末与酒精混合搅拌洗涤脱油；炭末压制成块团或棒条状物，即得生物炭；

3）采用生物炭吸附污染土壤、废水或废气中重金属及其化合物，使污染土壤中重金属有效态含量显著降低，净化废水或废气；

4）将步骤2）得到的生物炭或者是将步骤3）中吸附了污染土壤、废水或废气中重金属及其化合物的生物炭，作为能源材料或还原剂送有色金属冶炼企业综合利用。

所述的重金属包括As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn中的一种或多种。

步骤1）所述的破碎是采用破碎机具将风干的芦竹收获物破碎成1-2cm以下的短杆状小块或粉末状物。

步骤2）所述的催化改性材料，先配制成溶液或乳剂，在煅烧前或煅烧时均匀地喷洒在芦竹粉末上。