专利名称：一种治理土壤或水体镉污染的方法
技术领域：
本发明涉及环境污染修复领域，具体地说，涉及一种治理土壤 或水体镉污染的方法。
背景技术：
镉(cadmium, Cd)是环境中对植物、动物以及人类毒性最强的重金 属元素之一，具有很强的致畸、致癌和致突变性。而土壤和水体中的 镉均很容易通过食物链进入人体，直接危害人类的健康；因此，镉污 染土壤和水体的治理技术一直是备受全世界关注的热点研究课题。我国有着丰富的镉(通常与铅锌矿伴生)矿产资源，由于富含镉矿 体的自然风化和相应的露天开采、冶炼等矿业活动以及大量施用化 肥、农药等化工产品；目前，我国有相当大面积的土壤和水体受到了 镉等重金属的污染，而矿山及冶炼厂周边地区的污染情况尤为严重。 总之，过量暴露的镉正直接威胁着我国的人居环境及食品安全。目前，可供治理土壤或水体镉等重金属污染的方法主要有理化修 复法和生物修复法。理化修复法主要有客土 (换土)法、沉淀法、淋洗法、电化法、 磁化法等。这些物理或化学方法各有其优点，但都存在费用昂贵、工 程庞大、易造成二次污染等问题。生物修复法主要有微生物和植物修复方法两种。微生物修复的局
部成功仅局限于一些有机污染物的降解；而在处理金属污染，特别是 土壤金属污染方面，微生物修复并不是那么有效。植物修复(phytoremediation)是一种新兴的重金属污染原位(in situ)绿色修复技 术；而作为其核心技术之一的植物提取技术(phytoextraction)，已发展 成为环境科学与技术领域的研究与应用热点，并引起政府、学术界和 企业界的高度重视。
从当前国内外植物提取技术研究与实践进展来看，尚存在待解决 的以下问题(l)可供选择的能(超)富集镉的植物种类很少，特别是能 超富集镉同时又具有大生物量的植物(如木本植物)目前还没有文献 报道；(2)被推荐优先使用的超富集植物(hyperaccumulator)，普遍生物 量偏低，生长缓慢，重金属的总体去除效率较低，同时还存在异地气 候适应等问题；(3)污染土壤中重金属生物有效性(bioavailability)有待 提高；(4)从应用来看，发达国家的植物修复技术部分已投入实际应 用，并获得了较好的环境、经济和社会效益，而我国尚处于起步阶段， 相关技术还处于实验室或中试阶段
发明内容
本发明的目的是针对目前土壤和水体镉污染严重的问题，提供 一种成本低、修复效率高、不会造成二次污染、不会破坏土壤或水 体生态系统的治理土壤或水体镉污染的方法。本发明经过大量的实验研究，发现将木本植物杨桃种植到受镉 污染的土壤或水体中，杨桃能持续提取并活化土壤或水体中的镉， 同时向上运输和转运到达地上部(枝和叶)形成一定的生物量，不定
期适当收割地上部，保留地下部，则可进行持续提取、转移土壤或 水体中大量的镉，从而经过一定的提取周期达到治理土壤或水体镉 污染的目的。种植杨桃时要控制土壤或水体pH为5 7，可采用酸性或碱性肥 料(或石灰)调节。杨桃在水体生长支撑的处理为将杨桃植入浮床， 根部通过浮床上钻制的小孔直接与污染水体接触。种植一段时间后， 根据杨桃的生长情况，定期收割枝叶进行安全填埋或焚烧后填埋；收割时，保留树干和新生的枝叶，收获枝叶的同时留下3 5厘米长的枝段，使其能抽出新枝，进行持续提取。本发明所用的能超富集镉的木本植物杨桃(Averrhoa carambola L.)在我国主要分布在广东、福建、广西和海南等华南地区和台湾省。 该植物的分类学特征如下(1) 为酢浆草科杨桃属植物；常绿乔木，可高达十多米；幼枝被 柔毛，有小皮孔。(2) —回奇数羽状复叶互生；小叶5-13片，卵形至椭圆形，长3-6.5 厘米，宽2-3.5厘米；叶下面被疏柔毛。(3) 花序圆锥状；花小，白色或淡紫色，近钟形；萼片5，红紫 色；5瓣花，倒卵形；雄蕊IO， 5个较短且无花药。(4) 桨果卵形或矩圆形，淡黄绿色，表面光滑，具5翅状棱角。本发明所用的能超富集镉的木本植物杨桃(Averrhoa carambola L.)有以下生物学特性 (1) 主根强且发达，在冲积壤土地上种植可深入土壤1米以上；在土层深厚、地下水位低时可达3米多；吸收根分布较浅，表土下2-3 厘米已有分布，通常以表土下10-20厘米处吸收根最多。(2) 抽枝能力强，只要温度、水肥适宜，周年均可萌发新梢； 一般 每年有5-6次新梢，而且新梢生长迅速；此外，杨桃枝桩(修剪短截 时留下3-5厘米长的枝段)上能抽出新枝，为其他很多木本所没有的 特性。(3) 杨桃成枝力强；因而能较快地形成大生物量。杨桃的以上生物学特性有利于提高其对土壤或水体中镉的总体 去除效率而且使持续提取易于实施，从而提高修复效率。而至于杨桃 在植物修复实践中由于其果实所导致的潜在健康风险问题，则可以通 过喷施疏花、落果剂或在其挂果前收割等办法加以解决。本发明所用的杨桃在自然条件下(非矿区，土壤镉含量很低)富集 镉的的能力很强；以华南地区主要种植的4个品种(台湾、马来西亚、 泰国和花地)为例，它们在自然条件下富集镉的特征如下这4个杨桃品种(台湾、马来西亚、泰国和花地)的枝、叶重金 属镉平均含量分别达到10和11 mg/kg(以干重计)；而它们的枝对 镉的生物富集系数(bioaccumulationfactor)依次达到29.6， 11.1， 14.7 和14.3，均表现出对镉超强的富集能力。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果(1)本发明采用能超富集镉的木本植物杨桃，应用于镉污染土壤或
水体的植物提取，成本低，修复效率高，潜在的经济效益可观；(2) 本发明采用的杨桃，根系发达，生长旺盛，生物量大，容易繁 殖，适合于镉污染土壤或水体的植物提取；(3) 本发明建立了一套连续提取模式，简化了修复土壤或水体镉污 染的程序，适合于推广应用；(4) 本发明建立的修复模式系绿色原位修复，所收获的地上部进行 集中安全填埋或焚烧后填埋，不会造成二次污染，同时修复进程不会 破坏土壤或水体生态环境，并有助于改善土壤因重金属污染而引起的 土壤退化和生产力下降，恢复并提高土壤生物多样性，对水体的修复 可明显改善水质。
具体实施方式
以下通过两个实施例对本发明作进一步说明。 实施例l: 土壤修复采收杨桃的成熟果实后，堆放3-5天，待果肉变软、腐烂后，人 工取出种子，然后放置2-3天，待附在种子上的果胶腐烂后，用清水 漂洗干净，即可阴干备用。将阴千的种子和河沙拌匀撒播在苗床上，盖沙土厚0.6-0.8厘米， 浇水并覆一层塑料薄膜，以后保持苗床湿润，并注意防止老鼠和蚂蚁 搬吃种子，在温室中育苗，空气相对湿度60 — 75%，温度25—3(TC。温室正常土壤中培育华南地区主要种植的4个杨桃品种(台湾、 马来西亚、泰国和花地)的幼苗；待幼苗生长至10—15厘米，移栽入 重金属污染土壤，供试土壤镉含量为60 mg/kg，施石灰调节pH至5 一7，行距35厘米，株距20厘米。生长5个月后，保留树干和部分 枝叶(主要是新生的)，收获枝叶的同时留下3—5厘米长的枝段。第 一次收获的杨桃，经测定4个杨桃品种(台湾、马来西亚、泰国和花 地)其枝的镉含量依次达到156.6， 180.6， 133.9和168.3 mg/kg (以千 重计)；而叶的镉含量也依次达到251.9， 259.6， 235.1和252.3 mg/kg (以干重计)。让杨桃连续生长、连续提取土壤镉，连续收割其地上部， 土壤中的镉含量不断减少，直至正常水平。收割的地上部可进行统一 处理，如直接在垃圾填埋区安全填埋或焚烧后填埋。实施例2:水体修复采收杨桃的成熟果实后，堆放3-5天，待果肉变软、腐烂后，人 工取出种子，然后放置2-3天，待附在种子上的果胶腐烂后，用清水 漂洗干净，即可阴干备用。将阴干的种子和河沙拌匀撒播在苗床上，盖沙土厚0.6-0.8厘米， 浇水并覆一层塑料薄膜，以后保持苗床湿润，并注意防止老鼠和蚂蚁 搬吃种子，在温室中育苗，空气相对湿度60 — 75%，温度25 — 3(TC。温室正常土壤中培育华南地区主要种植的4个杨桃品种(台湾、马来西亚、泰国和花地)的幼苗；待幼苗生长至10 — 15厘米，移栽入设置有镉污染水体的浮床，根部通过在浮床上钻制的小孔，直接与污染水体接触，生长前期加海绵(或脱脂棉)于小孔中稳固植株；水体
镉本底含量l一25mg/L，施石灰调节pH至5 — 7。生长3个月后， 保留树干和部分枝叶(主要是新生的)，收获枝叶的同时留下3—5厘 米长的枝段。经测定，第一次收获的4个杨桃品种(台湾、马来西亚、 泰国和花地)其枝的镉含量依次152.4-358.4， 116.4-615.6， 116.8-345.4 和152.3-381.8 mg/kg(以干重计)；而叶的镉含量也依次达到 183.4-454.7， 105.4-304.5， 100.2-284.8和220.9-421.8 mg/kg (以干重 计)。让杨桃连续生长、连续提取水体中的镉，连续收割其地上部， 水体中的镉含量不断减少，直至正常水平。收割的地上部可进行统 一处理，如直接在垃圾填埋区安全填埋或焚烧后填埋。
权利要求
1.一种治理土壤或水体镉污染的方法，其特征是将杨桃植入受镉污染的土壤或水体中，吸收土壤或水体中的镉。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征是种植杨桃要控制土壤或水 体pH为5 7。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，杨桃在水体生长支撑的处理为将杨桃植入浮床，根部通过浮床上钻制的小孔直接与污染 水体接触。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据杨桃的生长情况， 定期收割枝叶进行安全填埋或焚烧后填埋；收割时，保留树干和新生 的枝叶，收获枝叶的同时留下3 5厘米长的枝段，使其能抽出新枝， 进行持续提取，直至镉含量达到标准要求。
全文摘要
本发明公开了一种治理土壤或水体镉污染的方法。本发明利用能超富集镉的木本植物杨桃(Averrhoa carambola L.)，活化并吸收污染土壤或水体中的镉，连续收割其地上部，即可进行连续提取，直至土壤或水体镉含量达环境安全标准。本发明所提供的方法具有成本低、修复效率高、易于推广应用等优点，应用本方法不会造成二次污染，同时修复进程不会破坏土壤或水体生态系统，并有助于改善土壤或水体因镉污染而引起的土壤或水体退化和生产力下降的状况。
文档编号C02F3/32GK101125338SQ200710030649
公开日2008年2月20日 申请日期2007年9月29日 优先权日2007年9月29日
发明者斌 廖, 李金天, 束文圣, 蓝崇钰 申请人:中山大学