本发明涉及污染土壤防治技术领域，尤其是涉及一种重金属污染土壤的原位修复方法及其用途。
背景技术
土壤是人类赖以生存的环境的重要组成部分，土壤中的污染物会被土壤吸持进入土壤内部，尤其是重金属污染物不能被降解，会在土壤中富集。土壤污染与水污染和大气污染相比具有污染时间长、不可逆和难降解的特点。土壤污染的来源一般包括污水灌溉、固体废弃物和农药以及肥料的污染。目前我国一些地区土壤污染呈现非常严重的态势，对生态环境、食品安全和农业的发展构成严重的威胁，每年超过1200万吨粮食受到重金属污染，每年因为污染而造成的经济损失高达200亿元。
重金属污染是土壤中主要的污染来源。尤其是重金属污染物可以沿着食物链进入人体中，对人体的各脏器机能均有非常大的毒性。重金属可致罹患高血压，甚至引起心脑血管疾病。还能够破坏骨骼和肝肾，甚至引起肾功能衰竭。
重金属镉可以通过生物放大作用，或者生物积累作用，进入人体后对肺、大脑，及血液循环系统产生损伤。铅也是重金属元素中毒性较大的一种，一旦进入人体则很难排出。能够直接伤害人体的脑细胞，特别是胎儿的神经系统，有可能造成先天智力低下，对老年人则会导致老年痴呆。
汞是一种对环境危害较大、人体非必需的元素，自工业化以来大规模的人类活动导致了大量汞排入到环境中。在我国，随着经济的高速增长和城市化的不断提高，全国范围内汞污染土壤问题十分严峻。汞以其毒性的生物积累特征，严重威胁着人类的生命健康和生态环境。汞易与含巯基的蛋白质及酶类结合，导致体内数十种酶失活或膜功能紊乱，从而造成细胞损伤，是汞毒性作用的基础。汞还具有致突变作用，可以引起染色体畸变。低剂量的汞还会影响人的神经系统、肾脏系统、免疫系统、心血管系统以及肌肉活动。任何一种重金属元素的超标都可能对人类乃至整个生态系统产生极为严重的破坏。
重金属污染土壤对作物及农产品质量存在巨大的威胁，对土壤重金属污染的修复研究日益成为当前环境科学与工程领域的热点。传统使用的物理、化学修复技术如客土、淋洗、热解处理等修复污染土壤时均存在一定的局限性，比如不适宜修复大面积污染土壤等，另外这些方法可能影响土壤生物的活性，甚至改变土壤结构，从而导致土壤生物学机能丧失。因此一种有效防治土壤中重金属污染的方法是目前需要的。
有鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
本发明的第一目的在于提供一种重金属污染土壤的原位修复方法，可以修复大面积重金属污染的土壤，能够有效防止污染土壤异位处置产生的二次污染问题，具有安全、清洁，环境效益高和生态效益明显的优点，并且该方法成本低，施工方便。
本发明的第二目的在于提供一种上述原位修复方法在工业污染场地修复中的用途，将上述原位修复方法应用于工业污染场地修复具有施工方便，施工周期短、成本低、环境效益高的优点。
为解决上述技术问题，本发明特采用如下技术方案：
一种重金属污染土壤的原位修复方法，所述原位修复方法包括如下步骤：在经过固化处理的污染土壤上铺设防渗层，然后在防渗层上铺设种植土层，并在种植土层上种植植被。
优选地，所述固化处理包括在土壤表面施用固化剂；优选采用铺洒的方式施用固化剂。
优选地，所述防渗层的厚度为20-45cm；所述防渗层主要由粘土制成。
优选地，所述种植土层的厚度为30-50cm。
优选地，所述植被为灌木类植物和草本植物。
优选地，所述灌木类植物的种植间距为50-150cm。
优选地，所述灌木类植物包括六月雪和/或山莓，所述草本植物包括蜈蚣草和狗尾草。
优选地，所述蜈蚣草的草籽和所述狗尾草的草籽按照(1-5)：(5-1)的重量比进行配种；按照20-40g/m2的播种密度进行播种。
优选地，所述重金属污染的土壤为汞污染的土壤。
本发明还提供了一种上述原位修复方法在工业污染场地修复中的用途。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的重金属污染土壤的原位修复方法通过在经过固化处理的污染土壤上铺设防渗层，然后在防渗层上铺设种植土层，并在种植土层上种植植被，以达到对重金属污染的土壤进行修复的目的。固化处理可以将土壤中的重金属元素固定在土壤中，降低其在环境中的迁移性和生物可利用性，从而降低重金属污染的环境风险；通过铺设防渗层，可以将污染土壤与未污染的土壤或水体分开，以减少或组织污染物扩散造成的二次污染。在经过固化的和防渗处理的污染土壤表面铺设种植土层并种植植被，可以防止下层土壤水土流失，降低污染土壤迁移的可能。
该方法先将污染土壤进行固化处理，可以有效防止污染土壤异位处置产生的二次污染问题，安全、清沽，环境效益、生态效益明显；该原位修复方法使用的固化土壤和种植的制备等材料来源广泛、价格低廉，可就近购买，有效缩短施工周期；该原位修复方法适用范围广，可以修复多种重金属污染的土壤，还可以根据场地大小和污染土壤处理规模调整植株的栽植密度，因此该方法适用范围广，修复成本低、施工周期短，工程可应用性强。本发明提供的污染土壤的原位修复方法不但可以完成污染土壤的原位固化和生态修复，且施工方便，施工周期短、成本低、环境效益较高，具有较好的应用前景。
本发明提供的上述原位修复方法在工业污染场地修复中的用途，具有施工方便，施工周期短、成本低、环境效益高的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施1例提供的重金属污染土壤的原位修复方法的修复流程图；
图2为本发明实施1例提供的土壤结构示意图；
图3为本发明实施1例提供的灌木种植示意图；
图4为本发明实施1例提供的植被种植示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明提供了一种重金属污染土壤的原位修复方法，包括如下步骤：在经过固化处理的污染土壤上铺设防渗层，然后在防渗层上铺设种植土层，并在种植土层上种植植被。
在环境污染方面所说的重金属主要是指汞、镉、铅、铬等生物毒性显著的重元素。重金属不能被生物降解，相反却能在食物链的生物放大作用下，成千百倍地富集，最后进入人体。重金属在人体内能和蛋白质及酶等发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体的某些器官中累积，造成慢性中毒。在环境污染方面所说的重金属还可以包括一些可导致环境污染的类金属，例如类金属砷，在元素周期表中处于金属向非金属过渡的位置，物理性质和化学性质介于金属和非金属之间。
固化处理可以将土壤中的重金属固定在土壤中，降低其在环境中的迁移性和生物可利用性，从而降低重金属污染的环境风险；通过铺设防渗层，可以将污染土壤与未污染的土壤或水体分开，减少或阻止污染物扩散造成的二次污染。在经过固化的和防渗处理的污染土壤表面铺设种植土层并种植植物，可以防止下层土壤水土流失，降低污染土壤迁移的可能。
该方法先将污染土壤进行固化处理，可以有效防止污染土壤异位处置产生的二次污染问题，安全、清沽，环境效益、生态效益明显；该原位修复方法使用的固化土壤和种植的制备等材料来源广泛、价格低廉，可就近购买，有效缩短施工周期；该原位修复方法适用范围广，可以修复多种重金属污染的土壤，还可以根据场地大小和污染土壤处理规模调整植株的栽植密度，因此该方法适用范围广，修复成本低、施工周期短，工程可应用性强。因此本发明提供的污染土壤的原位修复方法不但可以完成污染土壤的原位固化和生态修复，且施工方便，施工周期短、成本低、环境效益较高，具有较好的应用前景。
在一些优选的实施方式中，重金属污染土壤的原位修复方法按照如下步骤进行：
步骤一、场地平整：做好各项准备工作，如清除场地内所有地上、地下障碍物，排除地面积水，铺筑临时道路等。
步骤二、原位固化：根据土壤的污染程度、污染物的总含量、修复目标等确定固化剂的添加比例，优选用原位搅拌设备进行重金属污染土壤的原位固化处理。
在一些可选的实施方式中，所述固化处理包括在土壤表面施用固化剂；优选采用铺洒的方式施用固化剂。固化剂可以通过对重金属的吸附、沉淀(共沉淀)及络合等作用将重金属元素固定在土壤中，具有投入低、操作简便、环境友好的优点。在一些可选的实施方式中，所述固化剂包括石灰、煤粉灰、磷灰石、羟基磷灰石、磷酸二氢钙、沸石、膨润土、海泡石、生物污泥、农家肥或生物炭；可以根据土壤污染的程度和需要固化的土壤面积调整固化剂的种类，以达到优化修复效果的目的。
步骤三、防渗层铺设：根据《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》(gb18599-2001)，防渗层可覆20-45cm厚的粘土。可选地，所述防渗层的厚度例如可以为但不限于为20cm、25cm、30cm、35cm、40cm或45cm。防渗土层太薄不能起到良好的防渗作用，防渗土层过厚则会增加修复成本，通过实验发现20-45cm的防渗层能够起到良好的防渗作用。
步骤四、种植层铺设：对防渗处理后的作业面表层回填种植土，使土壤达到绿化栽植土壤有效土层厚度，有效土层厚度可设为30-50cm，种植土理化指标满足《绿化种植土壤》(cj/t340-2016)的要求。可选地，种植土层的厚度例如可以为但不限于为30cm、35cm、40cm、45cm或50cm。种植土层可以根据种植的植被种类调整，种植土层可选择干净无污染的种植用土，也可以适当添加肥料，但不宜喷洒过多农药造成二次污染。
步骤五、灌木植物种植：灌木种植时根据灌木的冠幅需求，优选灌木种植间距设为(50-150)cm×(50-150)cm，例如可以为但不限于为50cm、60cm、70cm、80cm、90cm、100cm、110cm、120cm、130cm、140cm或150cm，适当的种植间距可以提高灌木的成活率。
灌木是指那些没有明显的主干、呈丛生状态比较矮小的树木，一般可分为观花、观果、观枝干等几类矮小而丛生的木本植物，本实施方式中可以种植例如可以为但不限于为玫瑰、龙船花、映山红、山莓、牡丹、栀子花、金丝桃、六月雪或南天竹中的一种或多种。在一些优选的实施方式中优选种植六月雪和山莓。
六月雪(serissajaponica(thunb.)thunb.)，茜草科常绿小灌木，高可达90厘米，有臭气。叶革质，柄短。花单生或数朵丛生于小枝顶部或腋生，花冠淡红色或白色，花柱长突出，花期5-7月。
山莓(rubuscorchorifoliusl.f.)又名树莓、山抛子、悬钩子，直立灌木，高1-3米；枝具皮刺，幼时为柔毛。单叶，卵形至卵状披针形，多生在向阳山坡、山谷、荒地、溪边和疏密灌丛中潮湿处。
步骤六、草木植物种植：优选种植狗尾草和蜈蚣草，将狗尾草草籽和蜈蚣草籽按照(1-5)：(5-1)的重量比进行配种，20-40g/m2的播种密度进行撒播。可选地，蜈蚣草的草籽和狗尾草的草籽按照(1-5)：(5-1)的重量比进行配种，例如可以为但不限于为1:5、1:4、1:3、1:2、1:1、1:2、1:3、1:4或1:5；优选按照(1-2)：(2-1)的重量比进行配种；按照20-40g/m2的播种密度进行播种混合后的蜈蚣草的草籽和狗尾草的草籽，播种密度例如可以为但不限于为20g/m2、25g/m2、30g/m2、35g/m2或40g/m2，优选按照25-35g/m2的播种密度进行播种。
人们通常将草本植物称作“草”，草本植物可作为观赏植物，经济效益高，生长快，生物学产量高适应性广，抗逆性强，在一些实施方式中可以种植例如可以为但不限于为蜈蚣草、狗尾草、黑麦草、四季青、天堂草或紫羊茅中的一种或者多种。优选种植蜈蚣草和狗尾草。
蜈蚣草(eremochloaciliaris(linn.)merr.)是禾本科蜈蚣草属多年生植物。秆密丛生，纤细直立，叶鞘压扁，互相跨生，鞘口具纤毛，常地生和附生于溪边林下的石缝中和树干上。狗尾草(etariaviridis(l.)beauv.)，一年生，生于荒野、道旁，为旱地作物常见的一种杂草。优选种植蜈蚣草和狗尾草具有成本低廉，植物成活率高的优点。
六月雪、山莓、蜈蚣草和狗尾草均具有良好的抗逆性，在污染的土壤中也可以良好的生长，尤其在汞污染的土壤中，因此，在汞污染的土壤的原位修复方法中优选种植六月雪、山莓、蜈蚣草和狗尾草。
种植灌木类植物和草本植物，具有生长快，抗逆性好并且美观的优点。调整灌木的种植间距、草木的重质量可以优化植物的生长条件，草本植物过多不利于灌木生长，而灌木种植过多过密则不利于灌木生长，上述种植条件经过实验和筛选，可以使植物良好生长。
在一些优选的实施方式中，按季度进行植物后期管理工作，每季度检查水肥情况、存活情况、生长状况等。对于种植的植物要保证存活率在85％以上，如有大面积植被死亡应及时补种。对植物的生长状况及时进行记录，如出现生长不良、植株矮小或者生物量偏低等现象，应对症分析，及时解决，保证修复场地的绿化率。
本发明还提供了上述原位修复方法在工业污染场地修复中的用途。将上述原位修复方法应用于工业污染场地修复具有施工方便，施工周期短、成本低、环境效益高的优点。
下面结合优选实施例进一步说明本发明的有益效果。
实施例1
本实施例提供了一种汞污染土壤的原位修复方法，修复土地面积为10m×10m，修复流程如图1所示，包括如下步骤：
1)场地平整：做好各项准备工作，如清除场地内所有地上、地下障碍物，排除地面积水，铺筑临时道路等。
2)原位固化：在汞污染土壤的表面铺洒煤粉灰固化土壤，然后在固化土壤的表面铺设30-35cm厚的粘土作为防渗层。
3)铺设种植土层，对防渗处理后的作业面表层回填种植土，种植土层厚度为40-45cm，并且种植土理化指标满足《绿化种植土壤》(cj/t340-2016)的要求。土壤结构示意图如图2所示，其中100为固化的污染土壤，200为防渗层，300为种植图层。
4)种植植被：种植灌木和草木类植物，灌木种植六月雪，种植间距为1m×1m；草木种植狗尾草和蜈蚣草，蜈蚣草的草籽和狗尾草的草籽按照1:1的重量比进行配种；按照30g/m2的播种密度进行播种。灌木种植示意图如图3所示，植被种植示意图如图4所示。
实施修复一个月后测量种植土层中不含重金属汞，观察植被的生长情况良好，存活率为95％。
实施例2
本实施例提供了一种汞污染土壤的原位修复方法，修复土地面积为10m×10m，包括如下步骤：
1)场地平整：做好各项准备工作，如清除场地内所有地上、地下障碍物，排除地面积水，铺筑临时道路等。
2)原位固化：在汞污染土壤的表面铺洒石灰固化土壤，然后在固化土壤的表面铺设40-45cm厚的粘土作为防渗层。
3)铺设种植土层，对防渗处理后的作业面表层回填种植土，种植土层厚度为30-35cm，并且种植土理化指标满足《绿化种植土壤》(cj/t340-2016)的要求。
4)种植植被：种植灌木和草木类植物，灌木种植六月雪和树莓，六月雪与树莓的种植比例为5:1，种植间距为0.5m×0.5m；草木种植狗尾草和蜈蚣草，蜈蚣草的草籽和狗尾草的草籽按照5:1的重量比进行配种；按照20g/m2的播种密度进行播种。实施修复一个月后测量种植土层中不含重金属汞，观察植被的生长情况良好，植物存活率为90％。
实施例3
本实施例提供了一种汞污染土壤的原位修复方法，修复土地面积为10m×10m，包括如下步骤：
1)场地平整：做好各项准备工作，如清除场地内所有地上、地下障碍物，排除地面积水，铺筑临时道路等。
2)原位固化：在汞污染土壤的表面铺洒膨润土固化土壤，然后在固化土壤的表面铺设20-25cm厚的粘土作为防渗层。
3)铺设种植土层，对防渗处理后的作业面表层回填种植土，种植土层厚度为45-50cm，并且种植土理化指标满足《绿化种植土壤》(cj/t340-2016)的要求。
4)种植植被：种植灌木和草木类植物，灌木种植六月雪，种植间距为1.5m×1.5m；草木种植狗尾草和蜈蚣草，蜈蚣草的草籽和狗尾草的草籽按照1:5的重量比进行配种；按照40g/m2的播种密度进行播种。
实施修复一个月后测量种植土层中不含重金属汞，观察植被的生长情况良好，植物存活率为97％。
实施例4
本实施例提供了一种汞污染土壤的原位修复方法，修复土地面积为10m×10m，包括如下步骤：
1)场地平整：做好各项准备工作，如清除场地内所有地上、地下障碍物，排除地面积水，铺筑临时道路等。
2)原位固化：在汞污染土壤的表面铺洒羟基磷灰石固化土壤，然后在固化土壤的表面铺设50-60cm厚的粘土作为防渗层。
3)铺设种植土层，对防渗处理后的作业面表层回填种植土，种植土层厚度为15-20cm，并且种植土理化指标满足《绿化种植土壤》(cj/t340-2016)的要求。
4)种植植被：种植狗尾草和蜈蚣草，蜈蚣草的草籽和狗尾草的草籽按照5:1的重量比进行配种；按照50g/m2的播种密度进行播种。
实施修复一个月后测量种植土层中不含重金属汞，观察植被的生长情况良好，植物存活率为85％。
实施例5
本实施例提供了一种汞污染土壤的原位修复方法，修复土地面积为10m×10m，包括如下步骤：
1)场地平整：做好各项准备工作，如清除场地内所有地上、地下障碍物，排除地面积水，铺筑临时道路等。
2)原位固化：在汞污染土壤的表面铺洒磷酸二氢钙固化土壤，然后在固化土壤的表面铺设10-15cm厚的粘土作为防渗层。
3)铺设种植土层，对防渗处理后的作业面表层回填种植土，种植土层厚度为60-70cm，并且种植土理化指标满足《绿化种植土壤》(cj/t340-2016)的要求。
4)种植植被：种植灌木和草木类植物，灌木种植六月雪，种植间距为2m×2m；草木种植狗尾草和蜈蚣草，蜈蚣草的草籽和狗尾草的草籽按照1:2的重量比进行配种；按照30g/m2的播种密度进行播种。
实施修复一个月后测量种植土层中不含重金属汞，观察植被的生长情况良好，植物存活率为85％。
实施例6
本实施例提供了一种汞污染土壤的原位修复方法，与实施例1的区别在于，种植的灌木为牡丹，种植的草木为四季青，四季青按照30g/m2的播种密度进行播种。
实施修复一个月后测量种植土层中不含重金属汞，观察植被的生长情况良好，植物存活率为87％。
实施例7
本实施例提供了一种污染土壤的原位修复方法，与实施例1的区别在于，将实施例1提供的方法应用于重金属铅污染的土壤。
实施修复一个月后测量种植土层中不含重金属铅，观察植被的生长情况良好，存活率为93％。
实施例8
本实施例提供了一种污染土壤的原位修复方法，与实施例1的区别在于，将实施例1提供的方法应用于类金属砷污染的土壤。
实施修复一个月后测量种植土层中不含类金属砷，观察植被的生长情况良好，存活率为90％。
对比例1
本对比例提供了一种汞污染土壤的原位修复方法，与实施例1的区别在于，污染的土壤未经固化直接在土壤表面铺设防渗层。
实施修复一个月后测量种植土层中含重金属汞0.132mg/kg，植物存活率为82％。
对比例2
本对比例提供了一种汞污染土壤的原位修复方法，与实施例1的区别在于，在经固化后的污染土壤表面直接铺设种植土层。
实施修复一个月后测量种植土层中含重金属汞0.175mg/kg，植物存活率为79％。
综上可以看出，使用本发明提供的重金属污染土壤的原位修复方法，通过在经过固化处理的污染土壤上铺设防渗层，然后在防渗层上铺设种植土层，并在种植土层上种植植被，能够有效的将污染的土壤原味固化，不迁移至未污染的土壤，并且经过了防渗处理和铺设种植土层能够使植被良好的生长，防止了表面未受污染的土壤的流失，当不经固化处理或不经防渗处理直接种植植被，会降低污染土壤原位的效果。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。