一种污染土壤改良剂联合植物固化稳定化土壤中重金属铜的方法

1.本发明属于重金属污染土壤治理领域，具体涉及一种污染土壤改良剂联合植物固化稳定化土壤中重金属铜的方法。


背景技术：

2.由于我国工业发展及工程建设的影响，环境中重金属污染问题日益恶化，土壤中铜的污染也逐渐引起了人们重视。含铜矿产的开采、冶炼厂三废的排放、含铜杀菌剂的长期大量使用和城市污泥的堆肥利用，使土壤含铜量达到原始土壤的几倍甚至几十倍，远远超出了土壤环境的承载力，对植物、动物和土壤微生物产生危害，严重威胁到生态系统的稳定和人类的安全。同时土壤重金属污染具有隐蔽性、不可逆性、长期性、累积性和难治理性的特点。当前经济快速发展下，土地资源日益紧张，土地污染问题也加剧了资源的过度消耗，这种现象如果长时间得不到制止和处理，就会影响经济的可持续发展，因此，土壤重金属铜污染的治理问题逐渐成为工程界的研究热点之一。
3.目前，我国对于重金属铜污染土壤修复技术多采用生物、化学、物理三种方法转移、吸收、降解和转化土壤中的污染物，使其浓度降低到可接受水平，或将有毒有害的污染物转化为无害的物质。生物修复是指利用某些特定的动、植物和微生物降低土壤中重金属污染物而达到净化土壤的目的。生物修复包括土著动物修复、微生物修复和植物修复。其中，植物修复技术近年来备受人们的关注，被学术界称为“绿色修复”，对铜污染土壤的植物修复主要是对铜超积累植物的研究，从“超积累植物”概念提出以后，以头花蓼为代表有关耐金属与超富集植物的研究逐渐增多。
4.头花蓼属于蓼科，蓼属多年生草本植物。喜凉爽气候，较耐寒，适应性强，对土壤要求不高，在石灰土中均能生长。其根茎为匍匐茎，基部木质化，茎节处可生根，多分枝，在海拔600m以下的地方都能带老茎过冬，这些特征使头花蓼对重金属铜有极强的吸收和积累作用，但单一的植物修复方法前期植物生长，根系不健全，效果不显著、见效慢、修复效果不稳定，再加上受到气候、土壤环境的限制，使得这些植物的重金属积累量有限，从而在其应用上受到限制。
5.我国的各类农作物秸秆资源十分丰富，总产量达到7亿多吨，其中大部分都直接通过田间燃烧方式处理，燃烧后形成的草木灰，既造成大量的生物质能源的浪费，也给环境带来严重污染；锯末，是指在进行木材加工时因为切割而从树木上散落下来的树木本身的沫状木屑，由于我国范围内对木材加工剩余物再利用还存在许多盲区，导致了这些锯末大多被当作废物处理掉，并未得到高效利用；结合我国大量存在的固体废弃物，如果能够将这些固体废弃物合理利用，将其潜在的环境生态风险降为最低，同时制备成吸附剂用来吸附土壤中的污染物，将会达到“以废治废”的目的。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于解决上述现有技术存在的问题，提供一种污染土壤改良剂联合植物固化稳定化土壤中重金属铜的方法。
7.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
8.一种污染土壤改良剂联合植物固化稳定化土壤中重金属铜的方法，涉及一种污染土壤改良剂，为锯末、草木灰；同时涉及一种重金属铜的富集植物头花蓼，包括以下步骤：
9.(1)取秸秆烧尽后的草木灰，研磨过筛后，备用。
10.(2)取经过粉碎机粉碎的锯末过筛，再做干燥处理，备用。
11.(3)将上述步骤(1)中过筛的草木灰施入土壤中，进行翻耕，使其充分混合均匀；待土壤ph稳定后，将步骤(2)中过筛的锯末施入土壤中，再进行翻耕，使其充分混合均匀。
12.(4)待步骤(3)将锯末施入土壤稳定3
‑
5天后，再将重金属铜富集植物头花蓼种植于土壤。
13.优选的，上述方法的步骤(1)中，草木灰研磨过0.1
‑
2mm筛，得到粒径0.1
‑
2mm的草木灰。
14.优选的，上述方法的步骤(2)中，经过粉碎机粉碎的锯末过0.2
‑
2mm筛，得到粒径0.2
‑
2mm的锯末。
15.优选的，上述方法的步骤(3)中，草木灰投入土壤中稳定1
‑
2周，待土壤ph达到9.0及以上并基本保持不变后再投入锯末。
16.优选的，上述方法的步骤(3)中，每亩铜污染土壤中施入200
‑
300kg含草木灰和锯末的污染土壤改良剂，污染土壤改良剂以质量份数计包含：70
‑
60份草木灰、40
‑
30份锯末。
17.优选的，上述方法的步骤(4)中，植物头花蓼的种植，包括以下步骤：
18.(1)将植物头花蓼的种子置于35℃
‑
40℃温水中浸泡3个小时，从下沉的种子中选择粒大饱满的种子种植于土壤。
19.(2)种植时温度控制在7℃
‑
12℃，土壤含水质量50％
‑
70％，种植深度5
‑
7cm；后续植物生长过程中逐步提高温度至18℃
‑
25℃，土壤含水质量保持30％
‑
40％。
20.(3)当富集植物头花蓼对重金属铜的吸收达到最高值或已成熟衰老时，将富集植物头花蓼整株去除。
21.一种铜污染土壤改良剂，包含锯末、草木灰，其可直接用于固化稳定化土壤中重金属铜，或与铜富集植物联合用于固化稳定化土壤中重金属铜。进一步地，所述的铜污染土壤改良剂包含70
‑
60份草木灰、40
‑
30份锯末，使用时，每亩施加200
‑
300kg铜污染土壤改良剂。
22.本发明方法固化修复重金属同的原理为：(1)草木灰的投加可造成土壤ph的提高，促进了土壤中重金属铜离子与oh结合生成沉淀；同时，增加了土壤表面的可变负电荷，促进土壤胶体对重金属铜离子的吸附，为重金属铜离子提供了更多的吸附位点。(2)锯末具有较高的比表面积，对重金属铜离子有较高的吸附能力和表面络合能力，与此同时，草木灰的投加造成土壤ph的提高，随着ph值的提高，锯末对重金属铜离子的吸附量有很大的提升，因为锯末中的木质素、半纤维素含有大量的羟基，随着ph提高，羟基位点解离出氢离子，铜离子取而代之。(3)重金属铜的富集植物头花蓼可在碱性环境下生长，在草木灰、锯末对重金属铜离子吸收达到峰值，无力吸附的时候，后续头花蓼的生长可对重金属铜离子继续进行吸收，同时，草木灰促进头花蓼发芽生根，抑制病虫害、提供肥料，供给营养元素，帮助头花蓼
生长健壮，提高其对铜离子的吸收能力。
23.本发明的有益技术效果：
24.1、本发明提供了一种污染土壤改良剂联合植物固化稳定化土壤中重金属铜的方法。草木灰、锯末对重金属铜的吸附可以弥补植物修复前期头花蓼幼苗根系生长不健全，对重金属铜的吸收能力不足的薄弱时期；后续草木灰、锯末对重金属铜的吸附达到峰值，无力吸附时，头花蓼可对重金属铜持续吸收。
25.2、在草木灰、锯末和头花蓼各自吸附和吸收重金属铜的能力基础上，草木灰的添加再一次极大的激发了锯末和头花蓼对重金属铜的吸附能力和吸收能力，有效降低土壤中的重金属铜离子含量。
26.3、头花蓼做为非食用性植物用于修复土壤有效避免了污染物再次进入食物链，最大限度的减少了治理土壤中可引起的二次污染。
27.4、本发明所用污染土壤改良剂中的原料锯末为一种工业废料，草木灰为农业秸秆焚烧废弃物，达到了以废治废的效果，既减少了这些固体废弃物对生态环境的破环，也为这些固体废弃物合理再利用寻找到了一条新的出路。
28.5、本发明方法工艺简单，污染土壤改良剂原料为固体废弃物，价格低廉，修复成本低。
具体实施方式
29.下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
30.将整块实验区域划分出5个样方，每个样方长5m、宽4m，且每块样方之间相距1m。取每个样方表层25cm处的土壤进行毒性浸出，毒性浸出结果见表1中“未处理”所示。
31.实施例1：
32.本实施例中施加重金属污染土壤改良剂8kg，其中各组分所占质量百分比为：草木灰65％，锯末35％。具体包括以下步骤：
33.(1)将研磨后过1mm筛的草木灰施入重金属铜污染土壤中，进行翻耕，使其充分混合均匀后稳定两周，施入草木灰前测得重金属铜污染土壤ph为7.9，两周后重金属铜污染土壤ph上升至9.2且保持基本不变。
34.(2)将锯末粉碎机粉碎并过2mm筛，放入105℃烘箱烘干24h后将锯末施入重金属铜污染土壤中，再次进行翻耕，使其充分混合均匀后陈化5天。
35.(3)选用通过20％的h2o2消毒处理然后蒸馏水洗涤头花蓼种子并于35℃
‑
40℃温水中浸泡12h，籽粒饱满且下沉的头花蓼种子种植于步骤(2)中的重金属铜污染土壤中，种植深度5
‑
7cm，温度控制在7℃
‑
12℃，土壤含水质量50％
‑
70％；后续植物生长过程中逐步提高温度至18℃
‑
25℃，土壤含水质量保持30％
‑
40％，同时不定期除草、浇水，待头花蓼长满120天后即可整株去除。
36.采用《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(hj/t299
‑
2007)对未处理过和用改良剂联合植物修复处理过的重金属污染土壤的分别进行毒性浸出，结果显示改良剂联合
植物修复处理过的重金属污染土壤浸出浓度明显低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(gb5085.3
‑
2007)规定的标准值，毒性浸出结果见表1中“未处理”和“实施例1”所示。
37.表1重金属铜污染土壤处理前、处理后的浸出浓度(mg/l)
[0038][0039]
实施例2：
[0040]
为与实施例1作为对比，本实施例中采用单一污染土壤改良剂的方法对重金属铜污染土壤进行修复。
[0041]
本实施例中采用与实施例1相同的污染土壤改良剂用量和污染土壤改良剂各组分所占质量百分比。将研磨后过1mm筛的草木灰施入重金属铜污染土壤中，进行翻耕，使其充分混合均匀后稳定两周，施入草木灰前测得重金属铜污染土壤ph为7.9，两周后重金属铜污染土壤ph上升至9.1且保持基本不变；将锯末粉碎机粉碎并过2mm筛，放入105℃烘箱烘干24h后将锯末重金属铜污染土壤中，再次进行翻耕，使其充分混合均匀后陈化5天。
[0042]
采用《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(hj/t299
‑
2007)对用单一污染土壤改良剂处理过的重金属污染土壤的进行毒性浸出，结果显示单一污染土壤改良剂处理过的重金属污染土壤浸出浓度虽低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(gb5085.3
‑
2007)规定的标准值，但明显高于用改良剂联合植物修复处理过的重金属污染土壤浸出浓度，且后期对重金属铜的吸收达到峰值，无法对重金属铜进行持续吸附。毒性浸出结果见表1中“实施例2”所示。
[0043]
实施例3：
[0044]
为与实施例1作为对比，本实施例中采用单一植物修复的方法对重金属铜污染土壤进行修复。
[0045]
选用通过20％的h2o2消毒处理然后蒸馏水洗涤头花蓼种子并于35℃
‑
40℃温水中浸泡12h，籽粒饱满且下沉的头花蓼种子种植于重金属铜污染土壤中，种植深度5
‑
7cm，温度控制在7℃
‑
12℃，土壤含水质量50％
‑
70％；后续植物生长过程中逐步提高温度至18℃
‑
25℃，土壤含水质量保持30％
‑
40％，同时不定期除草、浇水，待头花蓼长满120天后即可整株去除。
[0046]
采用《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(hj/t299
‑
2007)对用单一植物修复处理过的重金属污染土壤的进行毒性浸出，结果显示单一植物修复处理过的重金属污染土壤浸出浓度虽低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(gb5085.3
‑
2007)规定的标准值，但明显高于用改良剂联合植物修复处理过的重金属污染土壤浸出浓度，且植物生长前期对
重金属铜的吸收速度缓慢。毒性浸出结果见表1中“实施例3”所示。
[0047]
实施例4：
[0048]
为与实施例2作为对比，本实施例中采用单一草木灰的方法对重金属铜污染土壤进行修复。
[0049]
本实施例中称量8kg的草木灰，并将其施入重金属铜污染土壤中。将研磨后过1mm筛的草木灰直接施入重金属铜污染土壤中，进行翻耕。
[0050]
采用《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(hj/t299
‑
2007)对用单一草木灰处理过的重金属污染土壤的进行毒性浸出，结果显示单一草木灰处理过的重金属污染土壤浸出浓度虽低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(gb5085.3
‑
2007)规定的标准值，但明显高于用单一污染土壤改良剂处理过重金属污染土壤浸出浓度，且后期对重金属铜的吸收达到峰值，无法对重金属铜进行持续吸附。毒性浸出结果见表1中“实施例4”所示。
[0051]
实施例5：
[0052]
为与实施例2作为对比，本实施例中采用单一锯末的方法对重金属铜污染土壤进行修复。
[0053]
本实施例中称量8kg的锯末，并将其施入重金属铜污染土壤中。将锯末粉碎机粉碎并过2mm筛，放入105℃烘箱烘干24h后将锯末施入重金属铜污染土壤中，进行翻耕。
[0054]
采用《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(hj/t299
‑
2007)对用单一锯末处理过的重金属污染土壤的进行毒性浸出，结果显示单一锯末处理过的重金属污染土壤浸出浓度虽低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(gb5085.3
‑
2007)规定的标准值，但明显高于用单一污染土壤改良剂处理过重金属污染土壤浸出浓度，且后期对重金属铜的吸收达到峰值，无法对重金属铜进行持续吸附。毒性浸出结果见表1中“实施例5”所示。