一种沙质土壤重金属Ni和/或Cd的去除方法与流程

【技术领域】

本发明涉及土壤重金属污染的治理领域，具体涉及一种沙质土壤重金属ni和/或cd的去除方法。

背景技术：

沙质土泛指与砂土性状相近的一类土壤，其物理颗粒含量在15％左右，保水、持水、保肥性能弱，雨后容易造成水肥流失，水分蒸发速率快，该类土主要分布在我国西北部。近年来，随着该区域能源化工企业的迅猛发展，大量污水的非法排放、大气中重金属的沉降、重金属污染物的堆存等原因致使本就贫瘠的土壤又遭到严重的重金属污染，严重地威胁着人类的健康。因此，如何有效地修复与控制沙质土壤重金属污染以成了当务之急。

常用的土壤重金属污染修复方法主要有物理方法(物理分离修复、电动力学修复、蒸汽浸提修复、热力学修复等)、化学方法(化学固定修复、化学淋洗修复、化学还原修复、化学氧化修复、原位可渗透反应墙等)、生物方法(微生物修复、动物修复、植物修复、生态修复等)及工程手段(换土法、深翻法、地下墙体阻隔法、覆盖法、封顶法等)。主要原理是通过稳定/固化、帽封、垂直/水平阻控技术等使重金属的生物有效性、扩散性及水溶性降低，或降低土壤表层重金属的浓度达到减轻重金属污染危害的目的。高巍等在《天津农业科学》第20卷第10期p55-59“不同小麦品种对重金属镉吸收及转运的差异研究”通过小麦盆栽试验，考察不同小麦品种对重金属镉的吸收与转运情况，研究发现：小麦植株各部位的镉转移系数与外源镉的添加浓度呈负相关，高吸收小麦品种对镉的转运能力强于低吸收品种；黄红英等在《生态学杂志》第31卷第4期p961-966“不同土壤生境下斑茅对重金属的富集特征”中考察了斑茅对重金属cu、zn、pb、cd离子的富集情况，结果显示：斑茅对cu、zn、pb、cd离子具有富集优势并以cu富集最为显著；杭小帅等在《环境工程学报》第1卷第9期p113-120“粘土矿物修复重金属污染土壤”通过粘土矿物在重金属污染土壤中净化功能的分析，得出粘土矿物修复具有廉价、易操作、见效快等优点。

上述方法在土壤重金属污染治理方面均显示了一定的治理效果，尤其是土壤重金属的植物修复方法不仅治理效果显著，还具有其他方法没有的成本低、不存在二次环境污染、绿化环境等优势，是土壤重金属污染治理技术中最受推崇的方法。然而具有重金属积累的植物却极难探寻，同时针对沙质土重金属污染修复的报道也极少。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种沙质土壤重金属ni和/或cd的去除方法，利用碱蒿来去除土壤中的重金属ni和/或cd，能够适用于沙质土壤。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

包括以下步骤：

1)在受重金属ni和/或cd污染的土壤上，栽种碱蒿幼苗；

2)碱蒿幼苗自然生长至成熟后收割；

3)重复步骤1)和步骤2)，直至土壤中ni和/或cd的含量达到标准为止，完成沙质土壤重金属ni和/或cd的去除。

进一步地，步骤1)中监测确定受重金属ni和/或cd污染的区域以及该区域土壤中ni和/或cd的含量，在ni的浓度小于或等于600mg/kg和/或重金属cd的浓度小于或等于10mg/kg的受污染区域土壤上栽种碱蒿幼苗。

进一步地，步骤1)中在重金属ni含量超过400mg/kg和/或cd含量超过2mg/kg的土壤上，栽种碱蒿幼苗。

进一步地，步骤1)中栽种的碱蒿幼苗株高均为5～10cm且生物质量相差＜5g。

进一步地，步骤1)中栽种时采用同心圆辐射的栽种方式，同心圆的中心位于受重金属ni和/或cd污染区域的中心，最内侧的圆半径为30～50cm，相邻两圆半径差在30～80cm，同一圆周上碱蒿幼苗间隔20～60cm。

进一步地，步骤2)中收割成熟后的全部植株，发酵制沼气，残渣集中密闭焚烧，灰烬用来提取重金属ni和/或cd。

进一步地，步骤3)中的标准为gb15618-1995一级标准。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供了一种土壤重金属ni和/或cd的去除方法，研究发现碱蒿在沙质土中易存活，并且碱蒿也是重金属ni和/或cd的耐受物种，当土壤中重金属ni和/或cd的浓度严重超标时，碱蒿仍能正常生长，且其地上部分植物体内ni含量超过400mg/kg，cd含量超过2mg/kg，具有生物量较大、地上部分对ni和/或cd的吸收总量较高，对ni和/或cd耐受性较强的特点。本发明利用研究发现的具有较强ni和/或cd吸附能力的植物品种及其特性，修复重金属ni和/或cd污染的沙质土壤，该方法具有成本低、效果好、不存在二次污染、易于控制等特点。

进一步地，本发明为了防止土壤中存在未被处理的死角，特采用同心圆辐射的方式进行栽种，研究显示该种种植方式，植株根系可充分延伸，土地处理面最大。

进一步地，本发明对成熟的碱蒿生物质进行全部收割，通过相应的预处理进而发酵制沼气，残渣集中密闭焚烧，灰烬用来提取重金属ni和/或cd，通过连续种植，直至土壤中ni和/或cd含量达到土壤质量一级标准为止。该技术易掌握及推广，成本低。收割后的生物质可制得生物燃料，附加值高；残渣通过密闭焚烧，少量灰烬可以提取重金属ni和/或cd，既不会污染环境，又可实现重金属污染物向资源的转化。

【附图说明】

图1是本发明实施例1重金属ni平均含量的变化图。

图2是本发明实施例1重金属cd平均含量的变化图。

图3是本发明实施例1第一个三年间土壤重金属ni、cd含量的变化图。

图4是本发明实施例2重金属ni平均含量的变化图。

图5是本发明实施例2重金属cd平均含量的变化图。

图6是本发明实施例2第一个三年间土壤重金属ni、cd含量的变化图。

图7是本发明实施例3重金属ni平均含量的变化。

图8是本发明实施例3重金属cd平均含量的变化图。

图9是本发明实施例3第一个三年间土壤重金属ni、cd含量的变化图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

本发明制备方法通过如下步骤进行的：

1)通过监测，确定受重金属ni和/或cd污染的区域及该区域土壤中ni和/或cd含量，在土壤中重金属ni的浓度小于或等于600mg/kg、重金属cd的浓度小于或等于10mg/kg的受污染区域土壤上，选择株高均为5～10cm、长势良好、生物质量相差＜5g的碱蒿幼苗，在每年三四月份进行栽种；

2)栽种方式选择同心圆辐射，即首先确定区域中心为原点，以半径30～50cm向外辐射同心圆，相邻两圆半径差在30～80cm，同一圆周上植株间隔20～60cm，栽种密度视土壤中重金属ni和/或cd的浓度大小，浓度大栽种要密集，反之亦然，同时相邻两茬植株不能栽种在同一位置上。

3)碱蒿在适宜的自然条件下任其自由生长，不进行人工干扰，5～6个月成熟后收割其植株全部，对收割的生物质进行适当预处理，然后发酵制沼气，残渣集中密闭焚烧，灰烬用来提取重金属ni和/或cd，每年连续种植，直至土壤中ni和/或cd含量达到土壤质量一级标准为止。

本发明利用植物修复法去除沙质土壤中重金属ni和/或cd污染，主要利用碱蒿对重金属ni和/或cd的吸收去除土壤重金属ni和/或cd污染的，具有绿化环保、成本低、附加值高、易操作等特点。

下面通过实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

1)通过监测，确定受重金属ni、cd污染的区域及该区域土壤中ni、cd含量，在土壤中重金属ni的浓度小于或等于600mg/kg、重金属cd的浓度小于或等于10mg/kg的受污染区域土壤上，选择株高均为5cm、长势良好、生物质量相差＜5g的碱蒿幼苗，进行栽种；

2)栽种方式选择同心圆辐射，即首先确定区域中心为原点，以半径30cm向外辐射同心圆，相邻两圆半径差在30cm，同一圆周上植株间隔20cm。

3)碱蒿在适宜的自然条件下任其自由生长，不进行人工干扰，成熟后收割其植株全部，对收割的生物质进行适当预处理，然后发酵制沼气，残渣集中密闭焚烧，灰烬用来提取重金属ni、cd，连续种植，直至土壤中ni、cd含量达到土壤质量一级标准为止。

定期对不同层次采样，进行重金属ni、cd含量分析。

去除效果：见图1、图2、图3。图1、图2显示：随着时间的推移，重金属ni、cd在碱蒿中的平均含量逐渐增加，土壤中的对应含量则逐渐降低。当碱蒿成熟时(一年生)，土壤中的重金属ni、cd含量分别由599.19mg/kg降到了441mg/kg、10mg/kg降到了7.8mg/kg。图3显示经过连续三年的栽种，土壤中的重金属ni、cd含量分别降到了219mg/kg、4.4mg/kg，按照这个速率，连续种植10年，土壤中重金属ni、cd含量可达到gb15618-1995一级标准(ni≤40mg/kg，cd≤0.2mg/kg)。同时利用每年收割的碱蒿发酵制沼气，还可带来附加效益。

实施例2

1)通过监测，确定受重金属ni、cd污染的区域及该区域土壤中ni、cd含量，在土壤中重金属ni的浓度小于或等于600mg/kg、重金属cd的浓度小于或等于10mg/kg的受污染区域土壤上，选择株高均为6cm、长势良好、生物质量相差＜5g的碱蒿幼苗，进行栽种；

2)栽种方式选择同心圆辐射，即首先确定区域中心为原点，以半径35cm向外辐射同心圆，相邻两圆半径差在40cm，同一圆周上植株间隔30cm。

3)碱蒿在适宜的自然条件下任其自由生长，不进行人工干扰，成熟后收割其植株全部，对收割的生物质进行适当预处理，然后发酵制沼气，残渣集中密闭焚烧，灰烬用来提取重金属ni、cd，连续种植，直至土壤中ni、cd含量达到土壤质量一级标准为止。

定期对不同层次采样，进行重金属ni、cd含量分析。

去除效果：见图4、图5、图6。图4、图5显示：随着时间的推移，重金属ni、cd在碱蒿中的平均含量逐渐增加，土壤中的对应含量则逐渐降低。当碱蒿成熟时，土壤中的重金属ni、cd含量分别由599.23mg/kg降到了424mg/kg、9.9mg/kg降到了7.3mg/kg。图6显示经过连续三年的栽种，土壤中的重金属ni、cd含量分别降到了201mg/kg、4.1mg/kg，按照这个速率，连续种植10年，土壤中重金属ni、cd含量可达到gb15618-1995一级标准(ni≤40mg/kg，cd≤0.2mg/kg)。

实施例3

1)通过监测，确定受重金属ni、cd污染的区域及该区域土壤中ni、cd含量，在土壤中重金属ni的浓度小于或等于600mg/kg、重金属cd的浓度小于或等于10mg/kg的受污染区域土壤上，选择株高均为7cm、长势良好、生物质量相差＜5g的碱蒿幼苗，进行栽种；

2)栽种方式选择同心圆辐射，即首先确定区域中心为原点，以半径40cm向外辐射同心圆，相邻两圆半径差在50cm，同一圆周上植株间隔40cm。

3)碱蒿在适宜的自然条件下任其自由生长，不进行人工干扰，成熟后收割其植株全部，对收割的生物质进行适当预处理，然后发酵制沼气，残渣集中密闭焚烧，灰烬用来提取重金属ni、cd，连续种植，直至土壤中ni、cd含量达到土壤质量一级标准为止。

定期对不同层次采样，进行重金属ni、cd含量分析。

去除效果：见图7、图8、图9。

图7、图8显示：随着时间的推移，重金属ni、cd在碱蒿中的平均含量逐渐增加，土壤中的对应含量则逐渐降低。当碱蒿成熟时，土壤中的重金属ni、cd含量分别由598.5mg/kg降到了451mg/kg、9.8mg/kg降到了7.1mg/kg。图9显示经过连续三年的栽种，土壤中的重金属ni、cd含量分别降到了229mg/kg、4.0mg/kg，按照这个速率，连续种植10年，土壤中重金属ni、cd含量也可达到gb15618-1995一级标准(ni≤40mg/kg，cd≤0.2mg/kg)。

实施例4

通过监测，确定受重金属ni、cd污染的区域及该区域土壤中ni、cd含量，在土壤中重金属ni的浓度小于或等于600mg/kg、重金属cd的浓度小于或等于10mg/kg的受污染区域土壤上，选择株高均为8cm、长势良好、生物质量相差＜5g的碱蒿幼苗，进行栽种；栽种方式选择同心圆辐射，即首先确定区域中心为原点，以半径45cm向外辐射同心圆，相邻两圆半径差在60cm，同一圆周上植株间隔50cm。碱蒿在适宜的自然条件下任其自由生长，不进行人工干扰，成熟后收割其植株全部，对收割的生物质进行适当预处理，然后发酵制沼气，残渣集中密闭焚烧，灰烬用来提取重金属ni、cd，连续种植，直至土壤中ni、cd含量达到土壤质量一级标准为止。

实施例5

通过监测，确定受重金属ni、cd污染的区域及该区域土壤中ni、cd含量，在土壤中重金属ni的浓度小于或等于600mg/kg、重金属cd的浓度小于或等于10mg/kg的受污染区域土壤上，选择株高均为10cm、长势良好、生物质量相差＜5g的碱蒿幼苗，进行栽种；栽种方式选择同心圆辐射，即首先确定区域中心为原点，以半径50cm向外辐射同心圆，相邻两圆半径差在80cm，同一圆周上植株间隔60cm。碱蒿在适宜的自然条件下任其自由生长，不进行人工干扰，成熟后收割其植株全部，对收割的生物质进行适当预处理，然后发酵制沼气，残渣集中密闭焚烧，灰烬用来提取重金属ni、cd，连续种植，直至土壤中ni、cd含量达到土壤质量一级标准为止。

上述方法用较低的成本即可去除土壤重金属ni、cd的污染，同时种植的碱蒿还具有显著的环保绿化效应，成熟的碱蒿用来开发生物燃料，又带来较高的附加值，连续种植10年，沙质土壤重金属ni、cd的含量即可达到gb15618-1995一级标准(ni≤40mg/kg，cd≤0.2mg/kg)。

以上述及内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。