专利名称：基于铀尾矿渣污染土壤的植物修复方法
技术领域：
本发明涉及一种污染土壤的植物修复方法，尤其涉及一种基于铀尾矿渣污染土壤的植物 修复方法。
技术背景我国铀矿山和水冶厂分布在全国十几个省区数十个地县，其废矿石和尾矿库等固体废物 堆存场地有150多处，约80%的废石、92%的尾矿分布在人烟稠密的湘、赣、粤，而这些地区 河流众多。我国铀尾矿具有堆存量大、占地面积广等重要特征，而且尾矿区离村落近。铀尾 矿及尾渣中含有铀等放射性污染物。铀主要是一种a射线源，在辐射效应之外，铀的化学行 为和生理毒性与铅类似，铀对人类和动物肾脏具有化学毒性，能够致癌。由于重金属含量高、 营养贫乏，铀尾矿及尾渣堆存地域植被缺乏，水土流失严重，重金属污染物随雨水与扬尘扩 散，铀尾矿及尾渣已成为重要污染源。自然条件下，重金属可通过食物链传递而对人类和其 它动物造成危害。因此对铀尾矿及其尾渣污染的治理势在必行。采用物理法、化学法等技术修复大面积重金属污染费用高昂、对环境有破坏性，在实践 中难以推行。植物修复重金属污染具有技术可靠、操作简便、成本低、对环境友好和适用于 大面积污染修复等经济和技术方面优势。植物提取修复和植物固定修复是植物修复技术的两个重要方面。在铀尾矿库周边地区， 其土壤重金属含量相对较低，采用植物提取修复来治理重金属污染可行。铀尾矿渣库中重金 属含量高，污染严重，在这类尾矿库区进行植物提取修复周期长，难以在实践中推行，采用 植物固定修复技术最适合。植物固定修复技术包括在污染区进行植被重建和污染土壤基质改 良等方面。在铀尾矿渣堆存区进行植物修复，可以将重金属吸收积累在植物体内，或通过植 物根系分泌物或凋落物分解物与重金属螯合形成难溶化合物，从而阻控重金属等污染物的移 迁扩散。现有国内许多研究、报道主要集中在铅/锌矿、铜矿、锰矿、砷矿及煤矿等退化生态系 统的植被修复方面，如授权公告号CN 1281346C的"申请号/200410015651. 4 /发明名称/铅 污染土壤的植物修复方法"披露了以传统农耕法将东南景天种植到铅污染土壤中，施用氮磷 钾肥和有机肥，促进东南景天根系的生长；在生长3-4个月或生长到30-40cm高度之后首次 收割地上部，以后每生长3个月收割一次，收割时地上部留茎2-3cm高，并将收割的地上部转移到其他地方集中进行无害化处理。而在铀尾矿及其周围污染区的植物修复研究报道鲜见。 国外研究发现向日葵UfeJia/7t力"s a/M""s)和印度芥菜(5rasw'ca /wcea )吸收积累的铀最 多，而且铀主要积集在植物根部，根部积累的铀最高达6200mg.kg—、地上部分积累的铀最高 为102mg.kg—';而这两种铀富集植物与人类食物相关，存在铀通过食物链传递而对人类造成 危害的风险，这就要求筛选新的铀富集植物。 发明内容针对上述情况，本发明的目的是提供一种基于铀尾矿渣污染土壤的植物修复方法，该方 法既具有取材方便、成本低廉、修复效率高，又具有处理步骤简便，环境风险小等多重特点。为解决上述任务， 一种基于铀尾矿渣污染土壤的植物修复方法，该方法将美洲商陆幼苗 栽培于含铀尾矿渣基质中或含铀尾矿渣污染的土壤中，使其成活、生长，美洲商陆在生长过 程中将铀从受污染基质中或受污染土壤中吸收到植物自身体内，少部分转运到地上器官，将 地上器官收割并集中处理，减少污染基质中或污染土壤中的铀，同时美洲商陆根部可吸收固 定大量的铀，减少铀的移迁，阻控铀的扩散。其具体的措施是 一种基于铀尾矿渣污染土壤的植物修复方法，它将美洲商陆幼苗栽培 于含铀尾矿渣基质中，使其成活、生长至收割苗期并进行集中处理的步骤是(1) 由铀尾矿渣污染土壤、森林表层土壤、猪粪按比例混合组成栽培基质备用；(2) 于栽培基质中加入硅酸钠备用；(3) 种子消毒处理；(4) 盆栽处理。 其进一步的措施是栽培基质混合组成按铀尾矿渣与森林表层土壤与猪粪的干重比6-9. 5: 2. 5-0:0. 5配制。 栽培基质中加入的硅酸钠为150-300 mg.kg—、种子消毒处理是先用浓硫酸处理7-15分钟，再用自来水冲洗干净，并采用砂培法育苗。 盆栽处理是将苗龄达60-80天时，移植到上述配置的基质中，并于80-120天后收割并集中处理地上部分，收割时保留地上茎8-12厘米作基茬。基茬上新长出的苗开花时，应摘除其花枝，促进美洲商陆营养生长。 盆栽处理是在每年的10-ll月份时收割，保留地上茎8-12厘米作基茬，并将收割的地上部分集中处理，阻控铀的扩散。集中处理是将收割的地上部分转移到其安全地方集中进行干燥、粉碎，最后填埋到铀尾矿库。本发明采用以美洲商陆(,/ i^o7acca a鹏r/ca朋L.)、铀尾矿渣(含铀量为107mg. kg—》、 森林表层土壤、猪粪、硅酸钠相结合的综合处理技术方案，解决了现有铀尾矿渣在自然条件 下释放重金属铀造成危害环境的难题。本发明的一种基于铀尾矿渣污染土壤的植物修复方法，相比现有技术具有的有益效果(1) 选用多年生植物，生长快，生物量大，能富集大量的铀，尤其是利用其根部能富集大 量铀的功能而将铀牢牢固扎在根部，地上部分通过人工或机械化收割，集中转移到其安全地 方处理。(2) 采用栽培美洲商陆进行植物修复铀尾矿渣污染土壤，可大量减少铀进入地下水，另外 在铀尾矿库栽培植物，可固定污染土壤，减少扬尘，减阻铀等污染物的扩散。(3) 栽培美洲商陆不但能增加土壤营养，改善土壤，还有利于后续植物的生长。(4) 美洲商陆不会被牛羊采食，因此铀不会通过食物链传递而增加环境风险。(5) 操作、管理简便，修复效率高，成本低，环境风险小，并能美化环境等多重优点。 它适用于铀矿山、水冶厂以及各废矿石和尾矿库等固体铀废物堆存场地的处理。 下面结合具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。
具体实施方式
I、 材料组成美洲商陆(尸力j^ohcca朋妃77'ca朋L.)、铀尾矿渣(呈酸性，含铀量为107mg. kg—》、森林 表层土壤、猪粪、硅酸钠。II、 材料配置及施用方法栽培基质为铀尾矿渣、森林表层土壤与猪粪按比例(干重)进行配置的混合物，在这种混 合基质中另外加入硅酸钠，将基质装盆。将美洲商陆种子用浓硫酸处理7-15分钟，再用自来水冲洗干净，采用砂培法育苗，苗龄 达60-80天时，移植到上述装有配置基质的盆中。在美洲商陆生长过程中，长出花枝时，摘 除其花枝，以促进其营养生长。移植3-4个月后，将美洲商陆地上部分收割；收割时保留地 上茎8-12厘米作为茬，此保留的茬上再长出新苗。在10-11月份时收割第二次。将收割的地 上部分转移到其安全地方进行集中处理，以阻控铀等放射物的扩散。m、原理(l)美洲商陆，商陆科，多年生草本植物，每年2-3月，地下部分可长出新苗，种子在土 壤中越冬后可萌发生长新苗，生长快，生物量大，株高1.0-2.5米，根粗大，肉质，伸入土 层达1.5-3.0米深；地理分布广、适应性强。(2) 美洲商陆生长在铀尾矿渣污染土壤(铀含量为87mg.kg—')中，苗龄达15个月时，美洲 商陆平均高1.67m，整株植物生物量平均为278g. plant—'。地上部分(包括叶和茎)的铀平均含 量为136mg. kg—1;而地下根部铀平均含量3163mg. kg—、(3) 当基质全是铀尾矿渣时，美洲商陆仍能正常生长，开花结果，苗龄达9个月时，整株 植物生物量平均达到123g. plant—、故美洲商陆对铀尾矿渣的耐受性极强。(5) 在铀尾矿渣污染土壤上栽培美洲商陆，可增加土壤有机质，且土壤磷酸酶、蔗糖酶、 尿酶活性显著增加。(6) 与没有栽培美洲商陆的铀尾矿渣污染土壤相比，在铀尾矿渣污染的土壤中栽培美洲商 陆后，被污染土壤中的水溶性铀含量减少75-83%。美洲商陆地上部分凋落物埋置在污染土壤 中时，易分解。凋落物分解时，污染土壤中的水溶性铀含量变化不显著。(7) 铀尾矿渣中加入森林土壤和猪粪，可改良污染基质，增加基质营养；添加硅酸钠，可 增强美洲商陆对重金属的耐性；通过这些措施可增加植物修复效率。(8) 美洲商陆不会被牛羊采食，铀等污染物不会通过食物链的传递而增加风险。(9) 分别在采用美洲商陆进行植物修复处理后的铀尾矿渣污染土壤和没有进行植物修复 处理的铀尾矿渣污染土壤(对照)中种植蓖麻，进行植物修复处理的污染土壤中生长的蓖麻 体内铀含量比对照少64-89%,而且蓖麻吸收的铀94.3%分布在根部，蓖麻籽中没有检测出铀， 蓖麻生物量平均比对照高49%-68%。IV具体实施方式
一种基于铀尾矿渣污染土壤的植物修复方法，它将美洲商陆幼苗栽培在铀尾矿渣污染土 壤中，使其成活、生长至收割苗期并进行集中处理的步骤是(1) 由铀尾矿渣污染土壤、森林表层土壤、猪粪按6-9.5:2.5-0:0.5比例混合组成栽培 基质备用；(2) 于上述栽培基质中加入150-300mg.kg-'硅酸钠备用；(3) 种子消毒处理；即第l年的l月份，将美洲商陆种子用浓硫酸处理7-15分钟，再用 自来水冲洗干净，采用砂培法育苗；(4) 盆栽处理是将苗龄达60-80天时，移植到上述配置的基质中，并于80-120天后收割 并集中处理地上部分，收割时保留地上茎8-12厘米作基茬，当留茬上新长出的苗开花时，摘 除其花枝，促进美洲商陆营养生长。(5)盆栽处理是在每年的10-11月份时收割，收割美洲商陆地上部分，保留地上茎8-12 厘米作基茬，并将收割的地上部分转移到其安全地方集中进行干燥、粉碎，最后填埋到铀尾矿库，实现有效阻控铀的扩散处理；其地上部分生物量平均为73g. plant—'，铀含量为 86mg. kg—'，从污染基质中带走铀6. 3mg. plant-1。 V、实施例实施例l，美洲商陆种子用浓硫酸处理7-15分钟，再用自来水冲洗干净，采用砂培法育 苗。将铀尾矿渣、森林表层土壤及猪粪混合作为栽培基质，将基质装盆。将苗龄达70天的 美洲商陆幼苗移植到盆中，精心管理，当长出花枝时，摘除其花枝，以促进营养生长；移植 4个月后收割美洲商陆地上部分。经分析测定，当铀尾矿渣、森林表层土壤与猪粪干重比例 为6:2. 5:0. 5时，收获的美洲商陆地上部分生物量(干重)为103g. plant—、铀含量为81mg. kg一1， 从污染基质中带走铀8. 3mg. plant—1;当铀尾矿渣、森林表层土壤与猪粪干重比例为8:1. 5:0. 5 时，收获的美洲商陆地上部分生物量(干重)为73g. plant—1,铀含量为86mg. kg—'，从污染基质 中带走铀6.3mg.plant—当铀尾矿渣、森林表层土壤与猪粪干重比例为9:0. 5:0. 5时，收获 的美洲商陆地上部分生物量(干重)为54g. plant—1,铀含量为96mg. kg—'，从污染基质中带走铀 5. lmg.plant—1;当铀尾矿渣、森林表层土壤与猪粪干重比例为9. 5:0:0. 5时，收获的美洲商 陆地上部分生物量(干重)为31g.plant—'，铀含量为101mg.kg—、从污染基质中带走铀 3. lmg. plant 实施例2，美洲商陆种子用浓硫酸处理7-15分钟，再用自来水冲洗干净，采用砂培法育 苗。将铀尾矿渣、森林表层土壤及猪粪按干重比8:1.5:0.5混合作为栽培基质，装盆，在基 质中加入不同浓度的硅酸钠，将苗龄达60天的美洲商陆幼苗移植到盆中，精心管理，当长出 花枝时，摘除其花枝，以促进营养生长，移植4个月后收割美洲商陆地上部分。经分析测定， 当加入150mg.kg—'硅酸钠时，收获的美洲商陆地上部分生物量(干重)为81g.plant—1，铀含量 为91mg.kg—'，从污染基质中带走铀7.4mg.plant—、当加入200mg. kg—'硅酸钠时，收获的美洲 商陆地上部分生物量(干重)为88g. plant—'，铀含量为93mg.kg—'，从污染基质中带走铀 8. lmg.plant—L;当加入250mg. kg—1硅酸钠时，收获的美洲商陆地上部分生物量(干重)为91 g. plant—1,铀含量为96mg.kg—'，从污染基质中带走铀8. 7mg. plant—1;当加入300mg. kg—'硅酸 钠时，收获的美洲商陆地上部分生物量(干重)为90g. plant—1,铀含量为106mg.kg—、从污染 基质中带走铀9. 5rag. plant—'。实施例3，美洲商陆种子用浓硫酸处理7-15分钟，再用自来水冲洗干净，采用砂培法育 苗。将铀尾矿渣、森林表层土壤和猪粪按干重比8:1.5:0.5进行混合、装盆，同时在这种混 合基质中添加硅酸钠250mg. kg—'。苗龄达80天时，移植到上述盆中。精心管理，当长出花枝 时，摘除其花枝，以促进营养生长。第l年10-11月，收割美洲商陆地上部分，其地上部分生物量平均为87g. plant—1,地上部分铀含量为84mg. kg—、收割地上部分时从污染基质中带走 铀7.3mg.plant—、第2年10-11月，收割美洲商陆地上部分，其地上部分生物量平均为 147g.plant—、地上部分铀含量为96mg. kg—1 ，收割地上部分时从污染基质中带走铀 14. lrag. plant—、第3年10-11月，收割美洲商陆地上部分，其地上部分生物量平均为152 g.plant—1，地上部分铀含量为93mg.kg—'，收割地上部分时从污染基质中带走铀14.1 mg. plant—'。实施例4，美洲商陆种子用浓硫酸处理7-15分钟，再用自来水冲洗干净，采用砂培法育 苗。将铀尾矿渣、森林表层土壤和猪粪按干重比8:1.5:0.5进行、装盆，同时在这种混合基 质中添加硅酸钠300mg.kg—'。第1年4月，将苗龄达60天的美洲商陆幼苗移植到盆中。美洲 商陆生长到第2年7月时，首次收割其地上部分，保留地上茎8-12厘米作茬，从留茬上可长 出新的苗，当新苗长出花枝时，摘除花枝，以促进其营养生长，在10-11月份时收割第二次。 首次收割美洲商陆地上部分时，其地上部分的生物量为194g. plant—1,地上部分铀含量平均 值为137mg.kg—'，从污染基质中带走铀26. 6mg. plant—1;第二次收割美洲商陆时，其地上部分 的生物量为176g.plant—'，地上部分铀平均含量为112mg.kg-'，从污染基质中带走铀 19. 7mg. plant一1。实施例5，美洲商陆种子用浓硫酸处理7-15分钟，再用自来水冲洗干净，采用砂培法育 苗。将铀尾矿渣、森林表层土壤和猪粪按干重比8:1.5:0.5进行混合、装盆，同时在这种混 合基质中添加硅酸钠300mg.kg—'，这种混合基质分成两部分， 一部分用于栽培美洲商陆，另 一部分不栽培美洲商陆作对照。将苗龄达60天的美洲商陆幼苗移植到盆中。美洲商陆在这种 混合基质中生长l年后，移除美洲商陆，再在这种栽培美洲商陆和没有栽培美洲商陆(对照) 的基质中种蓖麻，栽培美洲商陆进行植物修复处理的污染基质中生长的蓖麻体内铀含量比对 照少64-89%,而且蓖麻吸收的铀94.3%分布在根部，蓖麻籽中没有检测出铀，蓖麻生物量平 均比对照高49%-68%。这反映了栽培美洲商陆进行植物修复处理铀尾矿渣污染土壤工，其净 化和阻控铀污染移迁效果明显。本实施例应用于衡阳二七二厂退役铀尾矿库，取得了超过预 料的技术效果。以上仅仅是本发明的较佳实施方式，根据本发明的上述构思，本领域的熟练人员还可对 此作出各种修改和变换。例如，铀尾矿渣污染土壤、森林表层土壤、猪粪按6-9. 5: 2. 5-0:0. 5 比例混合组成栽培基质的调节变化以及种子消毒、盆栽处理变换等等。然而，类似的这种变 换和修改均属于本发明的实质。
权利要求
1、一种基于铀尾矿渣污染土壤的植物修复方法，它将美洲商陆幼苗栽培于含铀尾矿渣基质中，使其成活、生长至收割苗期并进行集中处理的步骤是(1)由铀尾矿渣污染土壤、森林表层土壤、猪粪按比例混合组成栽培基质备用；(2)于栽培基质中加入硅酸钠备用；(3)种子消毒处理；(4)盆栽处理。
2、 根据权利要求1所述的基于铀尾矿渣污染土壤的植物修复方法，其特征在于栽培基质混合组成按铀尾矿渣与森林表层土壤与猪粪的干重比6-9.5: 2.5-0:0.5配制。
3、 根据权利要求1或2所述的基于铀尾矿渣污染土壤的植物修复方法，其特征在于栽培 基质中加入的硅酸钠为150-300 mg. kg-1。
4、 根据权利要求1所述的基于铀尾矿渣污染土壤的植物修复方法，其特征在于种子消毒 处理是先用浓硫酸处理7-15分钟，再用自来水冲洗干净，并采用砂培法育苗。
5、 根据权利要求1所述的基于铀尾矿渣污染土壤的植物修复方法，其特征在于盆栽处理 是将苗龄达60-80天时，移植到上述配置的基质中，并于80-120天后收割并集中处理地上部 分，收割时保留地上茎8-12厘米作基茬。
6、 根据权利要求5所述的基于铀尾矿渣污染土壤的植物修复方法，其特征在于基茬上新 长出的苗开花时，应摘除其花枝，促进美洲商陆营养生长。
7、 根据权利要求1所述的基于铀尾矿渣污染土壤的植物修复方法，其特征在于盆栽处理 是在每年的10-11月份时收割，保留地上茎8-12厘米作基茬，并将收割的地上部分集中处理， 阻控铀的扩散。
8、 根据权利要求1或5或7所述的基于铀尾矿渣污染土壤的植物修复方法，其特征在于 集中处理是将收割的地上部分转移到其安全地方集中进行干燥、粉碎，最后填埋到铀尾矿库。
全文摘要
一种基于铀尾矿渣污染土壤的植物修复方法，它将美洲商陆幼苗栽培于含铀尾矿渣基质中，使其成活、生长至收割苗期并进行集中处理的步骤是(1)由铀尾矿渣污染土壤、森林表层土壤、猪粪按比例混合组成栽培基质备用；(2)于栽培基质中加入硅酸钠备用；(3)种子消毒处理；(4)盆栽处理。它采用以美洲商陆、铀尾矿渣、森林表层土壤、猪粪、硅酸钠相结合的综合处理方案，解决了现有铀尾矿渣在自然条件下释放重金属铀造成危害环境的难题。本发明具有操作、管理简便，修复效率高，成本低，环境风险小，能美化环境等多重优点。它适用于铀矿山、水冶厂以及各废矿石和尾矿库等固体铀废物堆存场地的处理。
文档编号B09C1/10GK101249501SQ200810030860
公开日2008年8月27日 申请日期2008年3月20日 优先权日2008年3月20日
发明者严明理, 涛 冯, 刘炳荣, 向言词, 俗 易, 曾荣今, 许中坚 申请人:湖南科技大学