利用螯合剂诱导香蒲修复铜污染土壤的方法

文档序号:4854735阅读:205来源:国知局
利用螯合剂诱导香蒲修复铜污染土壤的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用螯合剂诱导香蒲修复铜污染土壤的方法,所述方法包括以下步骤:1)在铜污染土壤中施加底肥,施肥后播种香蒲;2)香蒲出芽后间苗,生长期保持田间持水量在55~65%,生长3~5周追加肥料;3)香蒲生长9~11周,一次性在土壤中施加螯合剂8~12mmol/kg,之后自然生长;4)生长期结束后,沿土壤表面上1cm剪除植株地上部分,铜污染土壤中的铜含量相对于修复前减少47.7~53.8%;5)重复上述步骤1)-4),直到铜污染土壤中铜含量低于50mg/kg,得到修复后的铜污染土壤。本发明成本低廉,可操作性强,不破坏土壤结构,无二次污染风险,效果良好。
【专利说明】利用螯合剂诱导香蒲修复铜污染土壤的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及环境保护及金属矿山污染场地土壤修复领域,具体地,本发明涉及一种利用螯合剂诱导香蒲修复铜污染土壤的方法。
技术背景
[0002]自上世纪以来,随着经济的高速发展,环境污染特别是土壤重金属污染日益严重,对区域生态安全、农产品质量和人体健康造成极大威胁。重金属污染土壤的途径主要包括矿山采选、冶炼等工矿企业排放的废气、废水和废渣,煤炭等燃烧产生的飞灰,污水灌溉,杀虫剂、除草剂等含重金属的农药和磷肥等化学肥料施用后残留于土壤并累积富集等。铜污染土壤的现象在我国部分地区比较普遍,尤其是在有色金属矿区及冶炼厂周边地区更为严重。因此,修复矿区及冶炼厂周边重金属污染土壤,恢复土壤原有功能,一直是国内外的难点和热点环境问题,对区域发展和国家可持续发展而言具有重大的现实意义。
[0003]目前,传统的土壤重金属污染修复方法主要有:
[0004](I)工程措施
[0005]主要包括化学淋洗、客土换土、电动修复、电热修复、固化等。
[0006]化学淋洗法是有效处理重度污染土壤的有效手段之一,该方法的关键是淋洗剂的选择,同时存在投资大、淋洗剂回收难控制、存在二次污染风险、土壤养分流失等问题。
[0007]客土换土法适用于小面积污染土壤,客土后治标不治本,相当于“人为稀释”,换土后挖走的污染土壤仍需治理,且存在二次污染的环境风险。
[0008]电动修复法适用于低渗透性的黏土土质,经济合理,但土壤的重金属污染物种类、矿物组成等都会影响电动修复的效果。采用的电极最好是石墨,金属电极容易腐蚀。
[0009]电热修复法适用于去除挥发性较强的重金属,例如汞。土壤含水率太高而耗能大、重金属气态逸散等是电热修复法目前的技术瓶颈。
[0010]固化法能够实现“以废治污”,成本低廉,固化后的产物仍可进行综合利用,例如铺路等。但固化法只是暂时改变了重金属在土壤中的存在形态,若干年后土壤能否做到长期稳定仍是未知数。
[0011]⑵农业措施
[0012]农业措施主要包括控制土壤水分、调节土壤pH和Eh值、改变耕作制度、调整作物种类、合理施用有机肥、添加改良剂或抑制剂等。采取农业措施修复重金属污染土壤可以与常规的农事相结合,实施方便,成本较低,但修复周期长、效果差,无法从根本上解决土壤重金属的污染问题。
[0013](3)生物修复措施
[0014]近年来,生物修复技术成为重金属污染土壤修复研究的热点,主要包括微生物修复和植物修复。
[0015]微生物修复是利用土壤中的某些微生物对重金属具有吸收、沉淀、氧化和还原等作用,从而降低土壤中重金属的毒性。微生物修复措施在农药、石油化工等有机污染治理中已有工程实例,但对于重金属类的污染修复适用性较差。此外,微生物吸收重金属后如何与土壤进行分离也存在一定的技术难题。
[0016]植物修复是目前生物修复领域的一个热点研究方向,重金属污染不同于有机污染,重金属很难降解,只能从一种形态转化为另一种形态或通过吸收迁移使浓度逐步降低。重金属污染土壤的植物修复技术,具有低廉、原位、土壤结构免遭破坏等优点,主要包括植物固定、植物挥发和植物吸收三种。植物固定的工艺特征在于影响重金属在土壤中的迁移性,但未从根本上去除重金属,环境条件的改变仍可使重金属发生解吸;植物挥发仅适用于具有挥发性的重金属污染物,应用范围较小;植物吸收是利用植物吸收土壤中的重金属,并将其从植物的地下部分输送迁移至地上部分。这是目前研究较多且认为是最有发展前景的修复方法。
[0017]植物本身的特性是决定污染修复效果的关键,因此寻找和筛选能吸收不同重金属的植物种类以及研究如何提高植物吸收性能是植物修复研究的一项重要任务。上世纪70年代以来,有关重金属超富集植物的研究逐渐受到重视,超富集植物也不断发现。超富集植物应具备以下三个特征:一是植物地上部富集重金属量达到一定临界标准,在较低污染水平下也有较高的吸收速率;二是植物地上部分与地下部分重金属含量比大于1,即具有较强的运转能力;三是与一般植物相比,超富集植物能够忍耐较高浓度的重金属的毒害,一般植物则会发生毒害甚至死亡。
[0018]目前已经发现了重金属超富集植物近500种,得到广泛认同的铜超富集植物只有37种,分布于莎草科、唇形科、禾木科、玄参科等15个科,但已发现的铜超富集植物大多具有地域特征、生物量较低、生长缓慢、周期长,极大限制了在修复铜污染土壤方面的实际应用。
[0019]为提高植物修复重金属污染土壤的潜力,可考虑寻找和筛选能够富集重金属的优势植物,该类植物生物量高,生长迅速,再配以采取一些强化措施如应用螯合剂,在较大程度上有效活化土壤中的重金属,促进植物对重金属的吸收富集。

【发明内容】

[0020]本发明的目的在于,提供一种利用螯合剂诱导香蒲修复铜污染土壤的方法,该方法成本低廉,可操作性强,不破坏土壤结构,无二次污染风险,效果良好。
[0021]为了达到上述目的,本发明采用了以下技术方案:
[0022]一种利用螯合剂诱导香蒲修复铜污染土壤的方法,所述方法包括以下步骤:
[0023]I)在铜污染土壤中施加底肥,施肥后播种香蒲;
[0024]2)香蒲出芽后间苗,生长期保持田间持水量在55?65%,生长3?5周追加肥料;
[0025]3)香蒲生长9?11周,一次性在土壤中施加螯合剂8?12mmol/kg,之后自然生长;
[0026]4)生长期结束后,沿土壤表面上Icm剪除植株地上部分,铜污染土壤中的铜含量相对于修复前减少47.7?53.8% ;
[0027]5)重复上述步骤I)-4),直到铜污染土壤中铜含量低于50mg/kg,得到修复后的铜污染土壤。[0028]优选地,所述螯合剂为羟基乙叉二膦酸(HEDPA),优选投加量和投加方式为一次性加入 10mmol/kg。
[0029]优选地,所述步骤2)中香蒲生长4周追加肥料。
[0030]优选地,所述步骤3)中香蒲生长10周,一次性在土壤中施加螯合剂10mmol/kg。[0031 ] 本发明中,香蒲的播种期为4月至5月。
[0032]本发明在含污染物铜的土壤上种植香蒲之前,在土壤中施入底肥,施用量根据土壤肥力的不同,一般控制住 100 ?250mg N(NH4NO3)/kg、20 ?60mgMg(MgSO4)/kg、80 ?109mgP (KH2PO4) /kg、100?207mgK (KH2P04+K2S04) /kg。生长过程追肥,使地上部分香蒲生物量增加,从而提高对污染土壤铜的输送迁移效率。
[0033]本发明在含污染物铜的土壤上种植香蒲,待生长期结束时可收割,再种植第二茬,重复上述过程,可最大程度去除土壤中的铜。
[0034]只有能够大量吸收并富集铜的植物才能被用于修复铜污染的土壤。因此,螯合剂诱导优势植物修复铜污染土壤过程中,植物体内的铜含量和污染土壤中残留铜含量是最关键的指标。根据试验结果,香蒲体内铜含量最高达1200?2000mg/kg,对铜具有较强的吸收富集能力,且根部向地上部输送迁移铜的能力较强,植物地上部分污染物铜的含量大于根部含量,且香蒲在整个生长周期的生物量呈递增状态,无明显的中毒症状。
[0035]本发明在含污染物铜的土壤上种植香蒲,种植前加入底肥,中间过程追肥,植物生长一定时间后添加螯合剂,当植物生长期结束后,将香蒲地上部分收割并从污染土壤中移走。在螯合剂的活化作用下,通过香蒲的根系吸收污染土壤中的铜,并将铜输送迁移至地上部分,再移走植物地上部分从而去除土壤中污染物铜的目的。
[0036]本发明通过螯合剂诱导香蒲修复铜污染土壤,能显著的增加香蒲对铜离子的吸收速率和吸收容量,具有能耗低,成本低廉,可操作性强,不破坏土壤结构,无二次污染风险等优点,可以大面积在铜污染土壤上使用。实验证明,在螯合剂诱导作用下,香蒲作为富集铜的优势植物能够达到超富集效果,在稳定污染土壤,减少土壤风蚀、水蚀,防治水土流失以及不引起地下水二次污染的同时,使污染土壤得到修复,对土壤扰动小,改善土壤及周边生态环境,是可靠的、环境相对安全的修复技术。与现有技术相比,既不破坏土壤原有结构,对土壤及种植条件要求不高,具有广泛性和操作性,又大大降低了修复费用。
【专利附图】

【附图说明】
[0037]图1为本发明利用螯合剂诱导香蒲修复铜污染土壤的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0038]实施例1
[0039]某铜污染土壤中铜含量平均值为650mg/kg。在该土壤中施入底肥,施用量250mgN (NH4NO3) /kg、60mgMg (MgSO4) /kg、109mgP (KH2PO4) /kg 和 207mgK (KH2P04+K2S04) /kg,于4月播种到该土壤中,出芽后间苗,生长期间保持土壤湿度为田间持水量的65%,生长3周追肥,生长9周一次性在污染土壤中加入8mmol/kg羟基乙叉二膦酸(HEDPA),之后任其自然生长。生长期结束后沿土壤表面上Icm剪取植株地上部,Icm以下为根部。经分析测定,地上部铜含量为1100mg/kg,土壤中的铜含量平均值由原来的650mg/kg降低到340mg/kg,减少 47.7%。
[0040]实施例2
[0041]某铜污染土壤中铜含量平均值为650mg/kg。在该土壤中施入底肥,施用量150mgN (NH4NO3)/kg、50mg Mg (MgSO4)/kg、80mg P (KH2PO4)/kg 和 120mg K (KH2P04+K2S04)/kg,于 4 月播种到该土壤中,出芽后间苗,生长期间保持土壤湿度为田间持水量的60%,生长4周追月巴,生长11周后在污染土壤中一次性加入lOmmol/kg羟基乙叉二膦酸(HEDPA),之后任其自然生长。生长期结束后沿土壤表面上Icm剪取植株地上部,Icm以下为根部。经分析测定,地上部铜含量为1400mg/kg, 土壤中的铜含量平均值由原来的650mg/kg降低到310mg/kg,减少52.3%。
[0042]实施例3
[0043]某铜污染土壤中铜含量平均值为650mg/kg。在该土壤中施入底肥,施用量IOOmgN (NH4NO3)/kg、20mg Mg (MgSO4)/kg、90mg P (KH2PO4)/kg 和 IOOmg K (KH2P04+K2S04)/kg,于 5 月播种到该土壤中,出芽后间苗,生长期间保持土壤湿度为田间持水量的65%,生长5周后追月巴,生长10周后在污染土壤中一次性加入12mmol/kg羟基乙叉二膦酸(HEDPA),之后任其自然生长。生长期结束后沿土壤表面上Icm剪取植株地上部,Icm以下为根部。经分析测定,地上部铜含量为1600mg/kg,土壤中的铜含量平均值由原来的650mg/kg降低到300mg/kg,减少53.8%0
[0044]实施例4
[0045]某铜污染土壤中铜含量平均值为650mg/kg。按照实施例1的方法种植香蒲,第二茬收割后,经分析测定,地上部铜含量为1500mg/kg,地上部分对土壤中铜的吸收富集随生长期增多而增多,土壤中铜的含量降低至120mg/kg,减少率81.5%,随着生长期的增多,土壤中铜的含量有不断恢复到正常水平(<50mg/kg)的趋势,从而经济、有效地达到了去除土壤中铜污染物的目的。
[0046]实施例5
[0047]某铜污染土壤中铜含量平均值为650mg/kg。按照实施例1的方法种植香蒲,通过三茬的香蒲种植,土壤中铜的含量降低到50mg/kg以下,总去除率90%以上。
[0048]本领域内通常采用的化学淋洗、电动修复、电热修复、固化的治理成本分别为60?100万元/hm2、120?160万元/hm2、80?120万元/hm2、100?140万元/hm2。而采用本申请的方法综合治理成本20万元/hm2,成本较低,远远小于本领域内通常采用的化学淋洗、电动修复、电热修复、固化的治理成本。
【权利要求】
1.一种利用螯合剂诱导香蒲修复铜污染土壤的方法,所述方法包括以下步骤: 1)在铜污染土壤中施加底肥,施肥后播种香蒲; 2)香蒲出芽后间苗,生长期保持田间持水量在55~65%,生长3~5周追加肥料; 3)香蒲生长9~11周,一次性在土壤中施加螯合剂8~12mmol/kg,之后自然生长; 4)生长期结束后,沿土壤表面上Icm剪除植株地上部分,铜污染土壤中的铜含量相对于修复前减少47.7~53.8% ; 5)重复上述步骤I)-4),直到铜污染土壤中铜含量低于50mg/kg,得到修复后的铜污染土壤。
2.根据权利要求1所述的利用螯合剂诱导香蒲修复铜污染土壤的方法,其特征在于,所述底肥的施用量为:100 ~250mg N/kg、20 ~60mg Mg/kg、80 ~109mg P/kg、100 ~207mgΚ/kg。
3.根据权利要求1所述的利用螯合剂诱导香蒲修复铜污染土壤的方法,其特征在于,所述螯合剂为羟基乙叉二膦酸。
4.根据权利要求1所述的利用螯合剂诱导香蒲修复铜污染土壤的方法,其特征在于,所述步骤2)中香蒲生长4周追加肥料。
5.根据权利要求1所述的利用螯合剂诱导香蒲修复铜污染土壤的方法,其特征在于,所述步骤3)中香蒲生长10周,一次性在土壤中施加螯合剂10mmol/kg。
【文档编号】B09C1/10GK104014586SQ201410281534
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2014年6月20日
【发明者】高文谦, 周连碧, 李小平, 吴亚君, 祝怡斌 申请人:北京矿冶研究总院
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