专利名称：一种处理重金属污染物的土壤修复方法
技术领域：
本发明涉及一种土壤修复方法，特别地涉及一种处理金属污染物的土壤修复方 法，属于土壤修复方法领域。
背景技术：
几种重金属污染的特性1、镉(Cd)镉(Cd)是一种银白色的稀有金属，质地柔软，富有延展性，抗腐蚀、耐磨，稍加热 易挥发。现未发现单独的镉矿，常在铅锌、铅铜锌矿中发现。镉广泛应用于电镀、汽车及航 空、颜料、油漆、印刷等行业。近年来研究证明，无论是从毒性还是蓄积作用来看，镉都将是 继汞、铅之后污染人类环境、威胁人类健康的第三个金属元素。由于镉应用范围广，消费方 式多样化，增加了对环境污染的机会，目前镉对环境的污染已引起普遍关注，控制镉污染已 成为全社会的综合问题。2、铜(Cu)铜(Cu)是生物必需的营养元素，适量的铜对人和动植物都是有益的，但过量的铜 对生物的生长发育造成危害，对其周边环境产生严重破坏。此外，随着工农业生产的快速发 展，铜的用途越来越广泛，用量不断增加，含铜污染物排放越来越多，对土壤环境的污染也 逐渐显现出来。因此，近年来，对土壤-植物系统铜污染的研究与治理引起了人们的重视。3、铅(Pb)铅(Pb)在土壤中的溶解度低，且不易移动，但由于人类对自然的不断开发和破 坏，加上工业的发展，造成了日益严重的全球性铅污染。铅对人体的毒害作用具有潜伏性和 长期性的特点。由于铅中毒事件的不断发生，有关铅污染及铅毒害的研究越来越受到国内 外学者的重视。4、汞(Hg)汞(Hg)可以通过不同途径进入土壤环境，土壤中的Hg经过复杂的物理、化学反 应，大部分以各种形态滞留在土壤中，同时Hg在作物可食部分积累并进入食物链循环，对 人体健康构成威胁。我国被Hg污染的耕地面积有3. 2X104ha,每年产生污染环境的Hg达 1. 9 X 108kg。土壤一旦遭受Hg污染，对人类健康构成潜在的危害，因此土壤Hg污染的治理 及生物修复技术研究尤显重要。国内外常用修复技术土壤重金属污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性，污染物在土壤中的滞留时间长， 植物或微生物不能降解，重金属污染不仅导致土壤的退化、农作物产量和品质的降低，而且 可能通过直接接触、食物链危及人类的生命和健康。目前，世界各国都在对土壤重金属污染修复技术进行广泛研究，其主要途径有3 种①改变重金属状态，降低其活性，使其钝化，脱离食物链，减小其毒性；②利用超积累植 物吸收土壤中的重金属；③用工程技术将重金属变为可溶态、游离态，再经过淋洗，然后收集淋洗液中的重金属，从而达到回收重金属和减少土壤中重金属含量的目的。针对这三种 途径，其具体的方法一般可分以下几种措施工程修复措施、化学修复措施、农业措施和生 物修复措施等。一、工程修复技术(1)物理修复物理措施主要包括客土、换土、去表土和深耕翻土。①客土法_就是向污染土壤加 入大量的干净土壤，覆盖在表层或混勻，使重金属污染物浓度降低到危害浓度以下或减少 污染物外界接触，减轻危害，并不能减少重金属的总量；②换土法——把被重金属污染土壤 取走，换入新的无污染的土壤。该法在出现小面积严重污染且污染物具放射性或易扩散难 分解的的情况下应用较多，是一种污染转移方法；③翻土就是深翻重金属污染土壤，使聚积 在表层的污染物分散到更深的层次，达到稀释的目的，同样，该法只是降低了土壤中重金属 浓度，重金属总量并没有减少。(2)电动修复技术土壤电动修复是一门新的土壤修复方法，其原理主要是通过在污染土体上施加直 流电场形成电场梯度，土壤中污染物通过电迁移、电渗流或电泳等途径被带出土壤最终使 污染土壤得以清洁。该技术在去除低渗透性的粘土和淤泥土中的铅、砷、铬、镉、铜、铀、汞和 锌等重金属是非常有效的，有实验表明，该法对土壤中Pb2+，Cr3+等重金属离子的除去率也 可达90%以上。该方法适合于低渗透的粘土和淤泥土，可以控制污染物的流动方向。电动 修复工程实施比较复杂，投资较高，运行成本较高，但该技术是一种原位修复技术，不搅动 土层，并可缩短修复时间，因而是一种具有发展潜力的修复技术。(3)电热修复技术电热修复是利用高频电压产生电磁波和热量，对土壤进行加热，使污染物从土壤 颗粒内解吸出来，加快一些易挥发性重金属从土壤中分离，从而达到修复的目的。该技术可 以修复被Hg和Se等重金属污染的土壤。另外可以把重金属污染区土壤置于高温高压下， 形成玻璃态物质，冷却后形成化学惰性的、非扩散的坚硬玻璃体，从而达到从根本上消除土 壤重金属污染的目的，1991年美国爱达荷州工程试验把各种重金属废物(As、Ag、Ba、Cd等) 填埋于0. 66m地下后，使用玻璃化法，固定了重金属污染物，证明了该技术的可行性。该方 法工艺简单，但能耗大，操作费用高，易形成不可控的二次污染。(4) 土壤淋洗技术土壤淋洗措施，其原理是运用试剂与土壤固相中的重金属作用，形成溶解性的重 金属离子或金属络合物，然后用清水把污染物冲至根层外，再利用含有一定配位体的化合 物冲淋土壤，使之与重金属离子形成更稳定的络合物；或用带有阴离子的溶液，如碳酸盐、 磷酸盐冲洗土壤，使重金属形成化合物沉淀。目前，可用的土壤的淋洗液较多，包括有机或 无机酸、碱、盐和鳌合剂。该技术操作简单，投资较低，可有效的减少土壤中重金属浓度，但 需要考虑淋洗液的收集和处理，避免二次污染。二、化学修复化学修复措施实际是一种土壤原位修复技术，就是向土壤投人改良剂或活性剂， 使其改变土壤的酸碱性、氧化还原条件或离子构成情况，进而对重金属的吸附、氧化还原、 拮抗或沉淀作用产生影响，最终降低重金属的污染。常用的改良剂有石灰、沸石、碳酸钙、磷酸盐、硅酸盐和促进还原作用的有机物质等。(1)化学改良剂修复技术化学改良剂修复，对于受重金属污染的酸性土壤，施用石灰等碱性物质能提高土 壤PH值，降低重金属的溶解性。在Cd污染的土壤上施用碱性物质如石灰，使土壤中重金属 Cd有效态含量降低15%左右，对减少Cd被作物吸收具有一定的作用。沸石也可作为土壤改 良剂，固定土壤中的有害物质，减少植物吸收的可能性。该技术只能改善土壤受污染程度， 并没有减少重金属总量。(2)表面活性清洗剂修复技术表面活性清洗剂修复，利用表面活性剂润湿、增溶、分散、洗涤等特性，改变土壤表 面电荷和吸收位能，或从土壤表面把重金属置换出来，以络合、螯合物的形式存在于土壤溶 液中，加快重金属在土壤溶液中的流动性。该技术目前常作为辅助修复措施应用，具有一定 的不可控性。(3)重金属拮抗剂修复技术重金属拮抗剂修复，根据土壤环境中重金属元素之间的拮抗作用，如重金属与Sn、 As、Zn、Cu等元素具有拮抗性，利用一些对人体没有危害或有益的金属元素的拮抗作用，减 少土壤中重金属的有效态。因此，在轻污染土壤中施用少量的重金属拮抗剂，将可起到良好 防治作用。三、生物修复生物修复是20世纪90年代初发展起来的利用生物技术治理污染土壤的一种新方 法。其基本原理是利用特定的植物、动物或微生物削减、净化土壤中的重金属或降低重金属 的毒性。该方法是一种原位修复，成本低，效果好，易于操作，日益受到人们的重视，成为污 染土壤修复研究的热点。生物修复又分为植物修复、微生物修复和动物修复等三种。(1)植物修复技术植物修复技术可分为植物提取、植物挥发、根际过滤和植物固定等。一般将前三者 统称为去除过程，它依赖超积累植物在其整个生命周期能吸收、转运和忍耐高含量重金属； 而将后者称为稳定过程，它是利用鳌合剂来促进植物对重金属的吸收。现在研究最多的是 植物提取技术。植物提取技术即利用重金属超积累植物从土壤中吸取金属污染物，随后收割地上 部并进行集中处理，连续种植该植物，达到降低或去除土壤重金属污染的目的。目前已发现 有数百种超积累重金属植物，可以积累Cr、Co、Ni、Cu、Pb等重金属。植物挥发的机理是利用植物根系吸收金属，将其转化为气态物质挥发到大气中， 以降低土壤污染。湿地上的某些植物可清除土镶中的Se，其中单质占75%，挥发态占 20% 25%。植物稳定是利用耐重金属植物或超累积植物降低重金属的活性，从而减少重金属 被淋洗到地下水或通过空气扩散进一步污染环境的可能性。其机理主要是通过金属在根部 的积累、沉淀或根表吸收来加强土壤中重金属的固化。植物根系分泌物能改变土壤根际环 境，使Cr、Hg、As的价态和形态发生改变，影响其毒性效应；另外，植物的根毛可直接从土壤 交换吸附重金属增加根表固定。利用植物对重金属的富集，通过收割处理的方式，可有效减少土壤中重金属总量，达到修复的效果，因而是一种应用广泛的处理技术。(2)动物修复技术土壤中某些低等动物如蚯顿、鼠类等可吸收土壤中的重金属，进而降低了污染土 壤中重金属的含量。同时，蚯蚓也能通过增加土壤重金属活性使植物吸收重金属的效率增 加。有研究表明，蚯蚓活动能明显提高红壤Cu的生物有效性，使红壤中DTPA提取态Cu的 含量显著增加，从而提高植物对重金属的吸收和富集效率。通过蚯蚓对重金属的吸收及蚓 体从土壤中分离的方式，可有效的降低土壤中重金属的浓度，达到修复的目标。(3)微生物修复技术微生物修复技术，微生物在修复重金属污染土壤方面具有独特的作用。其主要作 用原理是微生物可以降低土壤中重金属的毒性、吸附积累重金属、改变根际微环境，从而 提高植物对重金属的吸收、挥发或固定效率。微生物也可通过改善土壤团粒结构、改良土壤 的理化性质和影响植物根分泌等过程间接影响重金属形态。但由于微生物一直生存在土壤 中，无法分离与收集，因而对减少土壤中重金属总量没有直接作用。上述技术路线的比较表1 各种修复技术的优缺点比较
权利要求
一种处理重金属污染物的土壤修复方法，其特征在于，按土壤中的重金属含量高低，将土壤分成三类，即重度污染土壤、中度污染土壤和轻微污染土壤，所述的针对重度污染土壤的土壤修复方法包括先进行化学淋洗，再进行蚯蚓富集修复和植物修复；所述的针对中度污染土壤的土壤修复方法包括蚯蚓富集修复和植物修复；所述的针对轻微污染土壤的土壤修复方法为植物修复；所述的蚯蚓富集修复过程1)将土壤翻松，施入秸秆和干牛粪类有机肥；2)放入蚯蚓养殖，期间每天浇水，保持土壤温度为5～32℃。3)收集蚓体，采用自然光照收集法，提前24h浇水，再将上层的土壤集中在水泥地面或塑料布上，逐层扒开，将土壤扒净，使蚯蚓集中在底层，达到收集目的，并将蚓体与土壤过筛分离，收集后土壤回铺；三个月后，再将土壤深度20cm以内的成蚓收集；经过上述步骤1)、2)、3)即完成一个蚯蚓富集的处理周期，一个处理周期为3个月，共进行四个处理周期；所述的化学淋洗选择含螯合剂的酸性溶液作为淋洗剂；所述的植物修复选用印度芥菜和苎麻两种植物；以三个月为一季，秋冬两季种植印度芥菜，春夏两季种植苎麻，每季种植结束后，连根收集，重新翻土种植，添加有机肥，完成植物修复周期为18个月。
2.根据权利要求1所述的一种处理重金属污染物的土壤修复方法，其特征在于，所述 的蚯蚓富集修复过程的步骤3)的收集蚓体，夏季蚓体一个月收集一次成蚓，其他季节每一 个半月收集一次成蚓。
3.根据权利要求1所述的一种处理重金属污染物的土壤修复方法，其特征在于，所述 的蚯蚓富集修复过程中一个处理周期添加一次有机肥，首次添加量为35 40kg/m2，其后每 次添加量为20 25kg/m2。
4.根据权利要求1所述的一种处理重金属污染物的土壤修复方法，其特征在于所述的 蚯蚓选用大平2号蚯蚓蚓种。
5.根据权利要求1所述的一种处理重金属污染物的土壤修复方法，其特征在于，所述 的化学淋洗包括将受污染土壤挖掘并移至处理池，受污染土壤与淋洗剂按体积比1 4混 合，处理池设有搅拌装置，使土壤与淋洗剂搅拌均勻混合，反应4. 5h以上，反应后进行泥水 分离，产生的废水通过电化学反应处理，使重金属形成沉淀分离，化学淋洗时间控制在1个 月以内。
6.根据权利要求1所述的一种处理重金属污染物的土壤修复方法，其特征在于，重度 污染土壤中，铬含量> 3. 5mg/kg，铜含量> 116. Omg/kg，铅含量> 170. 9mg/kg，汞含量> 0. 9mg/kg ；中度污染土壤中，铬含量为1. 6 3. 5mg/kg，铜含量为70. 4 116. Omg/kg，铅含 量为80. 1 170. 9mg/kg，汞含量> 0. 7 0. 9mg/kg ；轻微污染土壤中，铬含量< 1. 6mg/kg, 铜含量< 70. 4mg/kg，铅含量< 80. lmg/kg，汞含量< 0. 7mg/kg。
全文摘要
本发明涉及一种处理重金属污染物的土壤修复方法，按土壤中的重金属含量高低，将土壤分成三类，即重度污染土壤、中度污染土壤和轻微污染土壤，所述的针对重度污染土壤的土壤修复方法包括先进行化学淋洗，再进行蚯蚓富集修复和植物修复；所述的针对中度污染土壤的土壤修复方法包括蚯蚓富集修复和植物修复；所述的针对轻微污染土壤的土壤修复方法为植物修复。本发明结合动物植物强化复合修复，顺利实现了对土壤的原位生物修复，具有极其明显的效果，而且不产生对土壤的二次污染。
文档编号B09C1/08GK101947539SQ20101024885
公开日2011年1月19日 申请日期2010年8月6日 优先权日2010年8月6日
发明者况武, 王中伟, 邵晓周, 陈昆柏 申请人:浙江博世华环保科技有限公司