利用螯合劑誘導(dǎo)香蒲修復(fù)銅污染土壤的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用螯合劑誘導(dǎo)香蒲修復(fù)銅污染土壤的方法，所述方法包括以下步驟：1)在銅污染土壤中施加底肥，施肥后播種香蒲；2)香蒲出芽后間苗，生長(zhǎng)期保持田間持水量在55～65％，生長(zhǎng)3～5周追加肥料；3)香蒲生長(zhǎng)9～11周，一次性在土壤中施加螯合劑8～12mmol/kg，之后自然生長(zhǎng)；4)生長(zhǎng)期結(jié)束后，沿土壤表面上1cm剪除植株地上部分，銅污染土壤中的銅含量相對(duì)于修復(fù)前減少47.7～53.8％；5)重復(fù)上述步驟1)-4)，直到銅污染土壤中銅含量低于50mg/kg，得到修復(fù)后的銅污染土壤。本發(fā)明成本低廉，可操作性強(qiáng)，不破壞土壤結(jié)構(gòu)，無二次污染風(fēng)險(xiǎn)，效果良好。
【專利說明】利用螯合劑誘導(dǎo)香蒲修復(fù)銅污染土壤的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境保護(hù)及金屬礦山污染場(chǎng)地土壤修復(fù)領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種利用螯合劑誘導(dǎo)香蒲修復(fù)銅污染土壤的方法。
技術(shù)背景
[0002]自上世紀(jì)以來，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，環(huán)境污染特別是土壤重金屬污染日益嚴(yán)重，對(duì)區(qū)域生態(tài)安全、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和人體健康造成極大威脅。重金屬污染土壤的途徑主要包括礦山采選、冶煉等工礦企業(yè)排放的廢氣、廢水和廢渣，煤炭等燃燒產(chǎn)生的飛灰，污水灌溉，殺蟲劑、除草劑等含重金屬的農(nóng)藥和磷肥等化學(xué)肥料施用后殘留于土壤并累積富集等。銅污染土壤的現(xiàn)象在我國部分地區(qū)比較普遍，尤其是在有色金屬礦區(qū)及冶煉廠周邊地區(qū)更為嚴(yán)重。因此，修復(fù)礦區(qū)及冶煉廠周邊重金屬污染土壤，恢復(fù)土壤原有功能，一直是國內(nèi)外的難點(diǎn)和熱點(diǎn)環(huán)境問題，對(duì)區(qū)域發(fā)展和國家可持續(xù)發(fā)展而言具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
[0003]目前，傳統(tǒng)的土壤重金屬污染修復(fù)方法主要有:
[0004](I)工程措施
[0005]主要包括化學(xué)淋洗、客土換土、電動(dòng)修復(fù)、電熱修復(fù)、固化等。
[0006]化學(xué)淋洗法是有效處理重度污染土壤的有效手段之一，該方法的關(guān)鍵是淋洗劑的選擇，同時(shí)存在投資大、淋洗劑回收難控制、存在二次污染風(fēng)險(xiǎn)、土壤養(yǎng)分流失等問題。
[0007]客土換土法適用于小面積污染土壤，客土后治標(biāo)不治本，相當(dāng)于“人為稀釋”，換土后挖走的污染土壤仍需治理，且存在二次污染的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。
[0008]電動(dòng)修復(fù)法適用于低滲透性的黏土土質(zhì)，經(jīng)濟(jì)合理，但土壤的重金屬污染物種類、礦物組成等都會(huì)影響電動(dòng)修復(fù)的效果。采用的電極最好是石墨，金屬電極容易腐蝕。
[0009]電熱修復(fù)法適用于去除揮發(fā)性較強(qiáng)的重金屬，例如汞。土壤含水率太高而耗能大、重金屬氣態(tài)逸散等是電熱修復(fù)法目前的技術(shù)瓶頸。
[0010]固化法能夠?qū)崿F(xiàn)“以廢治污”，成本低廉，固化后的產(chǎn)物仍可進(jìn)行綜合利用，例如鋪路等。但固化法只是暫時(shí)改變了重金屬在土壤中的存在形態(tài)，若干年后土壤能否做到長(zhǎng)期穩(wěn)定仍是未知數(shù)。
[0011]⑵農(nóng)業(yè)措施
[0012]農(nóng)業(yè)措施主要包括控制土壤水分、調(diào)節(jié)土壤pH和Eh值、改變耕作制度、調(diào)整作物種類、合理施用有機(jī)肥、添加改良劑或抑制劑等。采取農(nóng)業(yè)措施修復(fù)重金屬污染土壤可以與常規(guī)的農(nóng)事相結(jié)合，實(shí)施方便，成本較低，但修復(fù)周期長(zhǎng)、效果差，無法從根本上解決土壤重金屬的污染問題。
[0013](3)生物修復(fù)措施
[0014]近年來，生物修復(fù)技術(shù)成為重金屬污染土壤修復(fù)研究的熱點(diǎn)，主要包括微生物修復(fù)和植物修復(fù)。
[0015]微生物修復(fù)是利用土壤中的某些微生物對(duì)重金屬具有吸收、沉淀、氧化和還原等作用，從而降低土壤中重金屬的毒性。微生物修復(fù)措施在農(nóng)藥、石油化工等有機(jī)污染治理中已有工程實(shí)例，但對(duì)于重金屬類的污染修復(fù)適用性較差。此外，微生物吸收重金屬后如何與土壤進(jìn)行分離也存在一定的技術(shù)難題。
[0016]植物修復(fù)是目前生物修復(fù)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)研究方向，重金屬污染不同于有機(jī)污染，重金屬很難降解，只能從一種形態(tài)轉(zhuǎn)化為另一種形態(tài)或通過吸收遷移使?jié)舛戎鸩浇档?。重金屬污染土壤的植物修?fù)技術(shù)，具有低廉、原位、土壤結(jié)構(gòu)免遭破壞等優(yōu)點(diǎn)，主要包括植物固定、植物揮發(fā)和植物吸收三種。植物固定的工藝特征在于影響重金屬在土壤中的遷移性，但未從根本上去除重金屬，環(huán)境條件的改變?nèi)钥墒怪亟饘侔l(fā)生解吸；植物揮發(fā)僅適用于具有揮發(fā)性的重金屬污染物，應(yīng)用范圍較?。恢参镂帐抢弥参镂胀寥乐械闹亟饘?，并將其從植物的地下部分輸送遷移至地上部分。這是目前研究較多且認(rèn)為是最有發(fā)展前景的修復(fù)方法。
[0017]植物本身的特性是決定污染修復(fù)效果的關(guān)鍵，因此尋找和篩選能吸收不同重金屬的植物種類以及研究如何提高植物吸收性能是植物修復(fù)研究的一項(xiàng)重要任務(wù)。上世紀(jì)70年代以來，有關(guān)重金屬超富集植物的研究逐漸受到重視，超富集植物也不斷發(fā)現(xiàn)。超富集植物應(yīng)具備以下三個(gè)特征:一是植物地上部富集重金屬量達(dá)到一定臨界標(biāo)準(zhǔn)，在較低污染水平下也有較高的吸收速率；二是植物地上部分與地下部分重金屬含量比大于1，即具有較強(qiáng)的運(yùn)轉(zhuǎn)能力；三是與一般植物相比，超富集植物能夠忍耐較高濃度的重金屬的毒害，一般植物則會(huì)發(fā)生毒害甚至死亡。
[0018]目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了重金屬超富集植物近500種，得到廣泛認(rèn)同的銅超富集植物只有37種，分布于莎草科、唇形科、禾木科、玄參科等15個(gè)科，但已發(fā)現(xiàn)的銅超富集植物大多具有地域特征、生物量較低、生長(zhǎng)緩慢、周期長(zhǎng)，極大限制了在修復(fù)銅污染土壤方面的實(shí)際應(yīng)用。
[0019]為提高植物修復(fù)重金屬污染土壤的潛力，可考慮尋找和篩選能夠富集重金屬的優(yōu)勢(shì)植物，該類植物生物量高，生長(zhǎng)迅速，再配以采取一些強(qiáng)化措施如應(yīng)用螯合劑，在較大程度上有效活化土壤中的重金屬，促進(jìn)植物對(duì)重金屬的吸收富集。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]本發(fā)明的目的在于，提供一種利用螯合劑誘導(dǎo)香蒲修復(fù)銅污染土壤的方法，該方法成本低廉，可操作性強(qiáng)，不破壞土壤結(jié)構(gòu)，無二次污染風(fēng)險(xiǎn)，效果良好。
[0021]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
[0022]一種利用螯合劑誘導(dǎo)香蒲修復(fù)銅污染土壤的方法，所述方法包括以下步驟:
[0023]I)在銅污染土壤中施加底肥，施肥后播種香蒲；
[0024]2)香蒲出芽后間苗，生長(zhǎng)期保持田間持水量在55?65%，生長(zhǎng)3?5周追加肥料；
[0025]3)香蒲生長(zhǎng)9?11周，一次性在土壤中施加螯合劑8?12mmol/kg，之后自然生長(zhǎng);
[0026]4)生長(zhǎng)期結(jié)束后，沿土壤表面上Icm剪除植株地上部分，銅污染土壤中的銅含量相對(duì)于修復(fù)前減少47.7?53.8% ;
[0027]5)重復(fù)上述步驟I)-4)，直到銅污染土壤中銅含量低于50mg/kg，得到修復(fù)后的銅污染土壤。[0028]優(yōu)選地，所述螯合劑為羥基乙叉二膦酸(HEDPA)，優(yōu)選投加量和投加方式為一次性加入 10mmol/kg。
[0029]優(yōu)選地，所述步驟2)中香蒲生長(zhǎng)4周追加肥料。
[0030]優(yōu)選地,所述步驟3)中香蒲生長(zhǎng)10周，一次性在土壤中施加螯合劑10mmol/kg。[0031 ] 本發(fā)明中，香蒲的播種期為4月至5月。
[0032]本發(fā)明在含污染物銅的土壤上種植香蒲之前，在土壤中施入底肥，施用量根據(jù)土壤肥力的不同，一般控制住 100 ?250mg N(NH4NO3)/kg、20 ?60mgMg(MgSO4)/kg、80 ?109mgP (KH2PO4) /kg、100?207mgK (KH2P04+K2S04) /kg。生長(zhǎng)過程追肥，使地上部分香蒲生物量增加，從而提高對(duì)污染土壤銅的輸送遷移效率。
[0033]本發(fā)明在含污染物銅的土壤上種植香蒲，待生長(zhǎng)期結(jié)束時(shí)可收割，再種植第二茬，重復(fù)上述過程，可最大程度去除土壤中的銅。
[0034]只有能夠大量吸收并富集銅的植物才能被用于修復(fù)銅污染的土壤。因此，螯合劑誘導(dǎo)優(yōu)勢(shì)植物修復(fù)銅污染土壤過程中，植物體內(nèi)的銅含量和污染土壤中殘留銅含量是最關(guān)鍵的指標(biāo)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，香蒲體內(nèi)銅含量最高達(dá)1200?2000mg/kg，對(duì)銅具有較強(qiáng)的吸收富集能力，且根部向地上部輸送遷移銅的能力較強(qiáng)，植物地上部分污染物銅的含量大于根部含量，且香蒲在整個(gè)生長(zhǎng)周期的生物量呈遞增狀態(tài)，無明顯的中毒癥狀。
[0035]本發(fā)明在含污染物銅的土壤上種植香蒲，種植前加入底肥，中間過程追肥，植物生長(zhǎng)一定時(shí)間后添加螯合劑，當(dāng)植物生長(zhǎng)期結(jié)束后，將香蒲地上部分收割并從污染土壤中移走。在螯合劑的活化作用下，通過香蒲的根系吸收污染土壤中的銅，并將銅輸送遷移至地上部分，再移走植物地上部分從而去除土壤中污染物銅的目的。
[0036]本發(fā)明通過螯合劑誘導(dǎo)香蒲修復(fù)銅污染土壤，能顯著的增加香蒲對(duì)銅離子的吸收速率和吸收容量，具有能耗低，成本低廉，可操作性強(qiáng)，不破壞土壤結(jié)構(gòu)，無二次污染風(fēng)險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn)，可以大面積在銅污染土壤上使用。實(shí)驗(yàn)證明，在螯合劑誘導(dǎo)作用下，香蒲作為富集銅的優(yōu)勢(shì)植物能夠達(dá)到超富集效果，在穩(wěn)定污染土壤，減少土壤風(fēng)蝕、水蝕，防治水土流失以及不引起地下水二次污染的同時(shí)，使污染土壤得到修復(fù)，對(duì)土壤擾動(dòng)小，改善土壤及周邊生態(tài)環(huán)境，是可靠的、環(huán)境相對(duì)安全的修復(fù)技術(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，既不破壞土壤原有結(jié)構(gòu)，對(duì)土壤及種植條件要求不高，具有廣泛性和操作性，又大大降低了修復(fù)費(fèi)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]圖1為本發(fā)明利用螯合劑誘導(dǎo)香蒲修復(fù)銅污染土壤的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]實(shí)施例1
[0039]某銅污染土壤中銅含量平均值為650mg/kg。在該土壤中施入底肥，施用量250mgN (NH4NO3) /kg、60mgMg (MgSO4) /kg、109mgP (KH2PO4) /kg 和 207mgK (KH2P04+K2S04) /kg,于4月播種到該土壤中，出芽后間苗，生長(zhǎng)期間保持土壤濕度為田間持水量的65%，生長(zhǎng)3周追肥，生長(zhǎng)9周一次性在污染土壤中加入8mmol/kg羥基乙叉二膦酸(HEDPA)，之后任其自然生長(zhǎng)。生長(zhǎng)期結(jié)束后沿土壤表面上Icm剪取植株地上部，Icm以下為根部。經(jīng)分析測(cè)定，地上部銅含量為1100mg/kg,土壤中的銅含量平均值由原來的650mg/kg降低到340mg/kg,減少 47.7%。
[0040]實(shí)施例2
[0041]某銅污染土壤中銅含量平均值為650mg/kg。在該土壤中施入底肥，施用量150mgN (NH4NO3)/kg、50mg Mg (MgSO4)/kg、80mg P (KH2PO4)/kg 和 120mg K (KH2P04+K2S04)/kg，于 4 月播種到該土壤中，出芽后間苗，生長(zhǎng)期間保持土壤濕度為田間持水量的60%，生長(zhǎng)4周追月巴，生長(zhǎng)11周后在污染土壤中一次性加入lOmmol/kg羥基乙叉二膦酸(HEDPA)，之后任其自然生長(zhǎng)。生長(zhǎng)期結(jié)束后沿土壤表面上Icm剪取植株地上部，Icm以下為根部。經(jīng)分析測(cè)定，地上部銅含量為1400mg/kg, 土壤中的銅含量平均值由原來的650mg/kg降低到310mg/kg,減少52.3%。
[0042]實(shí)施例3
[0043]某銅污染土壤中銅含量平均值為650mg/kg。在該土壤中施入底肥，施用量IOOmgN (NH4NO3)/kg、20mg Mg (MgSO4)/kg、90mg P (KH2PO4)/kg 和 IOOmg K (KH2P04+K2S04)/kg，于 5 月播種到該土壤中，出芽后間苗，生長(zhǎng)期間保持土壤濕度為田間持水量的65%，生長(zhǎng)5周后追月巴，生長(zhǎng)10周后在污染土壤中一次性加入12mmol/kg羥基乙叉二膦酸(HEDPA)，之后任其自然生長(zhǎng)。生長(zhǎng)期結(jié)束后沿土壤表面上Icm剪取植株地上部，Icm以下為根部。經(jīng)分析測(cè)定，地上部銅含量為1600mg/kg,土壤中的銅含量平均值由原來的650mg/kg降低到300mg/kg,減少53.8%0
[0044]實(shí)施例4
[0045]某銅污染土壤中銅含量平均值為650mg/kg。按照實(shí)施例1的方法種植香蒲，第二茬收割后，經(jīng)分析測(cè)定，地上部銅含量為1500mg/kg，地上部分對(duì)土壤中銅的吸收富集隨生長(zhǎng)期增多而增多，土壤中銅的含量降低至120mg/kg，減少率81.5%，隨著生長(zhǎng)期的增多，土壤中銅的含量有不斷恢復(fù)到正常水平(<50mg/kg)的趨勢(shì)，從而經(jīng)濟(jì)、有效地達(dá)到了去除土壤中銅污染物的目的。
[0046]實(shí)施例5
[0047]某銅污染土壤中銅含量平均值為650mg/kg。按照實(shí)施例1的方法種植香蒲，通過三茬的香蒲種植，土壤中銅的含量降低到50mg/kg以下，總?cè)コ?0%以上。
[0048]本領(lǐng)域內(nèi)通常采用的化學(xué)淋洗、電動(dòng)修復(fù)、電熱修復(fù)、固化的治理成本分別為60?100萬元/hm2、120?160萬元/hm2、80?120萬元/hm2、100?140萬元/hm2。而采用本申請(qǐng)的方法綜合治理成本20萬元/hm2，成本較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于本領(lǐng)域內(nèi)通常采用的化學(xué)淋洗、電動(dòng)修復(fù)、電熱修復(fù)、固化的治理成本。
【權(quán)利要求】
1.一種利用螯合劑誘導(dǎo)香蒲修復(fù)銅污染土壤的方法，所述方法包括以下步驟: 1)在銅污染土壤中施加底肥，施肥后播種香蒲； 2)香蒲出芽后間苗，生長(zhǎng)期保持田間持水量在55~65%，生長(zhǎng)3~5周追加肥料； 3)香蒲生長(zhǎng)9~11周,一次性在土壤中施加螯合劑8~12mmol/kg,之后自然生長(zhǎng)； 4)生長(zhǎng)期結(jié)束后，沿土壤表面上Icm剪除植株地上部分，銅污染土壤中的銅含量相對(duì)于修復(fù)前減少47.7~53.8% ； 5)重復(fù)上述步驟I)-4)，直到銅污染土壤中銅含量低于50mg/kg，得到修復(fù)后的銅污染土壤。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用螯合劑誘導(dǎo)香蒲修復(fù)銅污染土壤的方法，其特征在于，所述底肥的施用量為:100 ~250mg N/kg、20 ~60mg Mg/kg、80 ~109mg P/kg、100 ~207mgΚ/kg。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用螯合劑誘導(dǎo)香蒲修復(fù)銅污染土壤的方法，其特征在于，所述螯合劑為羥基乙叉二膦酸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用螯合劑誘導(dǎo)香蒲修復(fù)銅污染土壤的方法，其特征在于，所述步驟2)中香蒲生長(zhǎng)4周追加肥料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用螯合劑誘導(dǎo)香蒲修復(fù)銅污染土壤的方法，其特征在于，所述步驟3)中香蒲生長(zhǎng)10周，一次性在土壤中施加螯合劑10mmol/kg。
【文檔編號(hào)】B09C1/10GK104014586SQ201410281534
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】高文謙, 周連碧, 李小平, 吳亞君, 祝怡斌 申請(qǐng)人:北京礦冶研究總院