一种丘陵地区重金属污染土壤修复的方法及应用

1.本发明涉及环境工程技术领域，尤其涉及一种丘陵地区重金属污染土壤修复的方法及应用。


背景技术：

2.土壤是万物之源，是人类生产生活的根基。随着现代化工业、农业的发展，土壤中累积的有害物质也在不断增加，在这些受污染的土壤上进行农业生产活动势必形成食品安全问题，在其上进行居住、生活等也会直接危害人类健康，在此之外，部分有害成本还参与了固、液、气等多种形式的自然及生态系统循环，在更广泛的范围内对人体和自然界造成损害。
3.土壤常见的污染形式包括无机污染与有机污染，其中无机污染以重金属元素污染最为显著、危害最大，有机污染以化肥、农药、杀虫杀草剂等最为显著、危害最大。
4.现有技术中对土壤修复剂进行了大量的研究和公开，主要涉及工程措施、化学钝化、植物修复等技术手段。但这些现有技术通常具有修复途径单一、技术同质化严重等问题，导致修复治理效果不明显，成本高、周期长、应用率低，且有潜在二次污染的风险。
5.如发明专利申请cn102559198a公开了一种用低品位磷矿粉为主要原料，与草酸铵混合制成钝化剂的技术方案，并将其用于钝化铜、铅、镉复合污染农田，虽然其工艺简便，成本较低，但这种磷酸盐类钝化剂在实际使用时会降低土壤ph值，当土壤ph值降低时，土壤的重金属可交换态活性增强，毒性浓度升高；并且磷酸盐类钝化剂对污染土壤的钝化效果与重金属种类、土壤性质、含水量、修复时间有很大的关系，在不同的土壤结构下，重金属元素的钝化往往难以达到预期效果。
6.因此，如何提供一种效果好，见效快的土壤修复方法，以解决现有技术当中四川丘陵地区重金属等污染严重的问题，是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种丘陵地区重金属污染土壤修复的方法，通过在目标区域外沿形成一圈生物炭墙，可以对污染物具有良好的阻控作用，又向目标区域内撒入微生物粉，达到土壤污染物修复的目的。
8.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
9.本发明提供了一种丘陵地区重金属污染土壤修复的方法，包括如下步骤：
10.(1)在重金属污染土壤区域外围开一圈沟，向沟内撒入混合生物质炭，所述混合生物质炭高出于地面，形成生物炭墙；
11.(2)在步骤(1)得到的生物炭墙上种植植物；
12.(3)向重金属污染土壤区域内撒入微生物粉。
13.优选的，步骤(1)所述沟深为50～70cm，沟宽为14～18cm。
14.优选的，步骤(1)所述生物炭墙的高度为18～22cm。
15.优选的，所述混合生物质炭包括如下质量份数的组分：生物质炭20～30份、田园土70～90份、粉煤灰20～30份和凹凸棒土15～25份。
16.优选的，所述生物质炭的制备方法为：将农林废弃物秸秆断氧碳化，然后粉碎至90～110目；
17.所述碳化的温度为450～550℃，所述碳化的时间为1～2h。
18.优选的，步骤(2)所述植物为皇竹草、黑麦草、北美车前草和北美鬼针中的一种。
19.优选的，步骤(3)所述微生物粉包括如下质量份数的组分：枯草芽孢杆菌2～6份、巨大芽孢杆菌3～7份、蜡状芽孢杆菌3～7份、荧光假单胞菌2～6份、铜绿假单胞菌5～9份、红球菌2～6份、玉米粉20～30份、淀粉6～14份、棉子饼粉20～30份和麸皮10～16份。
20.优选的，步骤(3)所述微生物粉的用量为50～70kg/亩。
21.优选的，所述微生物粉的制备方法为：将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、荧光假单胞菌、铜绿假单胞菌、红球菌、玉米粉、淀粉、棉子饼粉和麸皮混合即可。
22.本发明还提供了所述的一种丘陵地区重金属污染土壤修复的方法在玉米或小麦种植中的应用。
23.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
24.1、本发明在目标土壤的外沿开沟，撒入混合生物质炭，并不是填满沟即可，而是继续施用，形成了具有一定高度的生物炭墙，达到了对外源污染物的阻隔作用。
25.2、本发明在生物炭墙上又种植黑麦草等具有重金属修复功能的植物，不仅起到了吸附重金属离子的目的，也是保证了生物炭墙不会被风蚀和雨水冲刷，一举两得。而且，在实施过程中需要及时收割，避免对农作物的遮挡。
26.3、本发明还在重金属污染的区域内撒入微生物粉，通过微生物的作用对重金属离子进行了进一步的降解和控制。
27.4、本发明所述生物炭墙所包围的区域最大为100m2，每100平米作为一个小区，小区末端(即丘陵斜坡的下坡位)开沟设生物炭墙。生物炭墙内侧保留一个宽为10cm，深度6～10cm的凹面，坡上的地表径流内含有大量污染物，经过凹面时可延长通过生物炭墙的时间，有利于生物炭对污染物的吸附与降解。
28.如果包围的区域太大，修复效果会下降，对于目标区域大于100m2的情况，可以设置多个生物炭墙，以提高修复效果。
具体实施方式
29.本发明提供了一种丘陵地区重金属污染土壤修复的方法，包括如下步骤：
30.(1)在重金属污染土壤区域外围开一圈沟，向沟内撒入混合生物质炭，所述混合生物质炭高出于地面，形成生物炭墙；
31.(2)在步骤(1)得到的生物炭墙上种植植物；
32.(3)向重金属污染土壤区域内撒入微生物粉。
33.在本发明中，步骤(1)所述沟深为50～70cm；优选为54～66cm；进一步优选为58～62cm；更优选为60cm。
34.在本发明中，步骤(1)所述沟宽为14～18cm；优选为15～17cm；进一步优选为16cm。
35.在本发明中，步骤(1)所述生物炭墙的高度为18～22cm；优选为19～21cm；进一步
优选为20cm。
36.在本发明中，所述混合生物质炭包括如下质量份数的组分：生物质炭20～30份、田园土70～90份、粉煤灰20～30份和凹凸棒土15～25份；优选为生物质炭22～28份、田园土74～86份、粉煤灰22～28份和凹凸棒土17～23份；进一步优选为生物质炭24～26份、田园土78～82份、粉煤灰24～26份和凹凸棒土19～21份；更优选为生物质炭25份、田园土80份、粉煤灰25份和凹凸棒土20份。
37.在本发明中，所述生物质炭的制备方法为：将农林废弃物秸秆断氧碳化，然后粉碎至90～110目；优选为94～106目；进一步优选为98～102目；更优选为100目。
38.在本发明中，所述碳化的温度为450～550℃；优选为470～530℃；进一步优选为490～510℃；更优选为500℃。
39.在本发明中，所述碳化的时间为1～2h；优选为1.5h。
40.在本发明中，步骤(2)所述植物为皇竹草、黑麦草、北美车前草和北美鬼针中的一种；种植方法与现有技术相同。
41.在本发明中，步骤(3)所述微生物粉包括如下质量份数的组分：枯草芽孢杆菌2～6份、巨大芽孢杆菌3～7份、蜡状芽孢杆菌3～7份、荧光假单胞菌2～6份、铜绿假单胞菌5～9份、红球菌2～6份、玉米粉20～30份、淀粉6～14份、棉子饼粉20～30份和麸皮10～16份；
42.优选为枯草芽孢杆菌3～5份、巨大芽孢杆菌4～6份、蜡状芽孢杆菌4～6份、荧光假单胞菌3～5份、铜绿假单胞菌6～8份、红球菌3～5份、玉米粉22～28份、淀粉8～12份、棉子饼粉22～28份和麸皮11～15份；
43.进一步优选为枯草芽孢杆菌4份、巨大芽孢杆菌5份、蜡状芽孢杆菌5份、荧光假单胞菌4份、铜绿假单胞菌7份、红球菌4份、玉米粉24～26份、淀粉10份、棉子饼粉24～26份和麸皮12～14份；
44.更优选为枯草芽孢杆菌4份、巨大芽孢杆菌5份、蜡状芽孢杆菌5份、荧光假单胞菌4份、铜绿假单胞菌7份、红球菌4份、玉米粉25份、淀粉10份、棉子饼粉25份和麸皮13份。
45.在本发明中，步骤(3)所述微生物粉的用量为50～70kg/亩；优选为54～66kg/亩；进一步优选为58～62kg/亩；更优选为60kg/亩。
46.在本发明中，所述微生物粉的制备方法为：将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、荧光假单胞菌、铜绿假单胞菌、红球菌、玉米粉、淀粉、棉子饼粉和麸皮混合即可。
47.本发明还提供了所述的一种丘陵地区重金属污染土壤修复的方法在玉米或小麦种植中的应用。
48.下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
49.实施例1
50.一种丘陵地区重金属污染土壤修复的方法，步骤如下：
51.(1)选择四川丘陵地区的山脚下的一块重金属污染土壤区域作为土壤修复区域，在重金属污染土壤区域，沿着最外沿开一圈沟，沟深为50cm，沟宽为14cm，向沟内撒入混合生物质炭，混合生物质炭需要高出于地面18cm，形成一圈生物炭墙；
52.所述混合生物质炭由如下质量份数的组分制备而成：生物质炭20份、田园土70份、粉煤灰20份和凹凸棒土15份；
53.所述生物质炭的制备方法为：将农林废弃物秸秆450℃断氧碳化1h，然后粉碎至90目；
54.(2)在步骤(1)得到的生物炭墙上种植皇竹草；
55.(3)在生物炭墙围绕的区域内，也就是向重金属污染土壤区域内撒入微生物粉，用量为50kg/亩；
56.所述微生物粉由如下质量份数的组分制备而成：枯草芽孢杆菌2份、巨大芽孢杆菌3份、蜡状芽孢杆菌3份、荧光假单胞菌2份、铜绿假单胞菌5份、红球菌2份、玉米粉20份、淀粉6份、棉子饼粉20份和麸皮10份；
57.所述微生物粉的所述微生物粉的制备方法为：将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、荧光假单胞菌、铜绿假单胞菌、红球菌、玉米粉、淀粉、棉子饼粉和麸皮混合即可。
58.实施例2
59.一种丘陵地区重金属污染土壤修复的方法，步骤如下：
60.(1)选择四川丘陵地区的山脚下的一块重金属污染土壤区域作为土壤修复区域，在重金属污染土壤区域，沿着最外沿开一圈沟，沟深为70cm，沟宽为18cm，向沟内撒入混合生物质炭，混合生物质炭需要高出于地面22cm，形成一圈生物炭墙；
61.所述混合生物质炭由如下质量份数的组分制备而成：生物质炭30份、田园土90份、粉煤灰30份和凹凸棒土25份；
62.所述生物质炭的制备方法为：将农林废弃物秸秆550℃断氧碳化2h，然后粉碎至110目；
63.(2)在步骤(1)得到的生物炭墙上种植黑麦草；
64.(3)在生物炭墙围绕的区域内，也就是向重金属污染土壤区域内撒入微生物粉，用量为70kg/亩；
65.所述微生物粉由如下质量份数的组分制备而成：枯草芽孢杆菌6份、巨大芽孢杆菌7份、蜡状芽孢杆菌7份、荧光假单胞菌6份、铜绿假单胞菌9份、红球菌6份、玉米粉30份、淀粉14份、棉子饼粉30份和麸皮16份；
66.所述微生物粉的所述微生物粉的制备方法为：将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、荧光假单胞菌、铜绿假单胞菌、红球菌、玉米粉、淀粉、棉子饼粉和麸皮混合即可。
67.实施例3
68.一种丘陵地区重金属污染土壤修复的方法，步骤如下：
69.(1)选择四川丘陵地区的山脚下的一块重金属污染土壤区域作为土壤修复区域，在重金属污染土壤区域，沿着最外沿开一圈沟，沟深为60cm，沟宽为16cm，向沟内撒入混合生物质炭，混合生物质炭需要高出于地面20cm，形成一圈生物炭墙；
70.所述混合生物质炭由如下质量份数的组分制备而成：生物质炭25份、田园土80份、粉煤灰25份和凹凸棒土20份；
71.所述生物质炭的制备方法为：将农林废弃物秸秆500℃断氧碳化1.5h，然后粉碎至100目；
72.(2)在步骤(1)得到的生物炭墙上种植北美车前草；
73.(3)在生物炭墙围绕的区域内，也就是向重金属污染土壤区域内撒入微生物粉，用量为60kg/亩；
74.所述微生物粉由如下质量份数的组分制备而成：枯草芽孢杆菌4份、巨大芽孢杆菌5份、蜡状芽孢杆菌5份、荧光假单胞菌4份、铜绿假单胞菌7份、红球菌4份、玉米粉25份、淀粉10份、棉子饼粉25份和麸皮13份；
75.所述微生物粉的所述微生物粉的制备方法为：将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、荧光假单胞菌、铜绿假单胞菌、红球菌、玉米粉、淀粉、棉子饼粉和麸皮混合即可。
76.实施例4对比试验
77.(1)选择四川丘陵一块山脚区域作为土壤修复的目标区域，大小为2000m2，测定目标区域的铅离子和镉离子的浓度，结果如表1所示：
78.表1试验前不同重金属离子浓度测定结果
79.重金属离子浓度(mg/kg)铅435.612镉0.622
80.(2)以实施例3的方法为实验组；
81.对照组1，其他方法与实施例3相同，区别仅在于没有使用混合生物质炭，即没有形成生物炭墙；
82.对照组2，其他方法与实施例3相同，区别仅在于没有使用微生物粉；
83.空白对照组，不作任何处理；
84.(3)在区域之间不会造成相互影响的前提下，在目标区域内各试验组随机划分三块试验区域进行土壤修复工作，每块试验区域大小为50m2，然后种植玉米。在玉米收获后，测定各试验区域土壤及玉米果穗中的重金属离子的浓度，计算玉米的亩产量，取平均值，结果如表2所示。
85.表2
86.87.其中，玉米果穗中铅离子和镉离子的检测指标浓度应≤
88.0.2mg/kg。
89.由表2记载的内容可知，以实施例3的方法效果最好，对重金属离子的去除效果最优，玉米的平均产量最高。而如果不设置生物炭墙，或者不施用本发明所述微生物粉，会显著降低本发明所述复方重金属离子的去除能力。而且，从表2中也可以看出，使用本发明方法获得的玉米果穗中的重金属含量也符合检测标准要求。所以，本发明所述修复方法可以迅速有效的去除土壤中重金属污染，效果优异。通过发明人的长期实验表明，连续使用本发明方法3年即可使重金属污染区域完全修复。
90.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。