中国南方有色金属矿冶区镉重污染酸性土壤的化学淋洗-植物吸取联合修复方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及重金属污染土壤的治理技术，具体涉及一种中国南方有色金属矿冶区 镉重污染酸性土壤的化学淋洗-植物吸取联合修复方法
【背景技术】
[0002] 最近几十年来，随着我国工业化、城市化进程的快速发展，土壤重金属污染问题日 益突出。有色金属矿冶区等周边存在大量的重金属重度污染土壤，其中镉污染是最受关注 的问题之一。重金属具有残留时间长、隐蔽性强、毒性大等特点。重金属不能被微生物降 解，一旦进入环境即开始积累，以扬尘暴露或食物链传递等途径威胁人体健康。我国南方地 区土壤多数为酸性，土壤中重金属活性高，而南方又是我国重要的水稻产区，水稻对镉（Cd) 的吸收富集能力强，对人体健康产生严重威胁。
[0003] 当前，Cd重度污染酸性土壤的修复主要采用化学钝化技术，结合改种植非粮作物。 化学钝化主要是通过提高土壤酸碱度（pH)，提高土壤对重金属的吸附、沉淀能力，以降低重 金属活性，减少植物吸收性。因化学钝化并未彻底去除重金属，随时间推移及环境条件的改 变，钝化的重金属存在再次释放的风险。
[0004] 作为能彻底去除土壤中的重金属、达到永久修复目的技术，化学淋洗和植物吸取 修复技术受到了众多研宄者的青睐。土壤化学淋洗修复技术（Soil washing)，是指利用螯 合剂、无机酸、有机酸和表面活性剂等，快速将污染物从土壤中移除，短时间内完成高浓度 污染土壤的治理，该技术主要用于小面积重金属重度污染工业场地的修复。但为了达到较 好的重金属去除效果，化学淋洗采用的淋洗剂浓度往往比较高，因而对土壤性质的破坏较 为严重，而且多数采用泥浆搅拌的方式，动力消耗大、固液分离工艺复杂，因而修复成本较 高。植物吸取修复技术（Phytoextraction)，主要利用重金属超积累植物，该技术具有绿色、 廉价、不破坏土壤性质等独特的优越性，适用于重金属中低污染土壤，对重度污染土壤很难 在短时间完成修复。
【发明内容】
[0005] 解决的技术问题：本发明针对镉重度污染酸性土壤，提供一种中国南方有色金属 矿冶区镉重污染酸性土壤的化学淋洗-植物吸取联合修复方法，先采用氯化铁溶液进行自 然淋溶式淋洗，再用水进行自然淋溶式漂洗；对淋洗后的土壤进行改良培肥，然后连续种植 镉超积累植物伴矿景天，收获植物地上部并安全处置，以彻底去除土壤镉。本发明采用较 低浓度的化学淋洗剂，对土壤性质影响小，洗出液易于处理和回用；采用自然淋溶式淋洗方 式，工程量小且对土壤结构破坏小；淋洗后土壤通过改良培肥技术，恢复土壤性质的同时促 进植物生长；种植镉超积累植物伴矿景天既能去除土壤残留的镉，又能恢复土壤理化与生 物学性质。本发明克服单纯化学淋洗后期重金属去除率低的问题以及重度污染土壤上单纯 植物吸取修复周期长的不足，可以大大降低淋洗剂及漂洗水的用量，降低植物吸取修复周 期、修复成本以及环境风险。该技术在我国南方有色金属矿冶区及周边大面积镉重度污染 酸性农田土壤修复等方面具有广阔的应用前景。
[0006] 技术方案：中国南方有色金属矿冶区镉重污染酸性土壤的化学淋洗-植物吸取联 合修复方法，步骤为：（1)重金属污染土壤磨细过2~5mm筛，并填充到土柱中，土体厚度为 10~20cm，容重为I. 0~I. 2g cnT1; (2)将2~50mmol L ―1的氯化铁溶液倒在土体上方，淋 洗液水层厚度保持在2~5cm，液体随重力从土柱底部自然流出，所用淋洗液体积与土壤质 量之比1. 5:1~4:1，以去除土壤大部分的活性镉；（3)待步骤（2) 土体上方淋洗液全部渗 入土壤后，将去离子水倾倒于土体上方，水层厚度保持在2~5cm，液体随重力从土柱底部 自然流出，所用去离子体积与土壤质量之比1. 5:1~2. 5:1，以去除土体中残留的镉和淋洗 剂；（4)将上述淋洗后的土壤晾干、磨细、过2~5mm筛，添加占土壤重量0.05~0.2%生石 灰、0. 5~2%海泡石、0. 2~1%商品有机肥、以及通过化肥施入占土壤重量0. 02~0. 12% 的总养分（Ν+Ρ205+Κ20)，进行改良；(5)连续种植伴矿景天1~5季，并收获地上部完成修 复。
[0007] 上述淋洗液体积与土壤质量之比优选3:1。
[0008] 上述去离子水体积与土壤质量之比优选2:1。
[0009] 上述海泡石的用量优选为土壤重量的1%。
[0010] 上述生石灰用量优选为土壤重量的0. 18%。
[0011] 上述有机肥用量优选为土壤重量的〇. 5%。
[0012] 有益效果：
[0013] (1)本发明采用自然淋溶式淋洗，与现有的搅拌淋洗相比，淋洗剂停留时间长、反 应充分、利用率高，而且操作程序简单。
[0014] (2)本发明所选用氯化铁溶液对土壤中的镉、铅、锌、铜等污染重金属都有较好的 去除效果、修复效率高。
[0015] (3)本发明中，土壤淋洗过程的目的是快速去除土壤大部分的活性镉，而非直接使 土壤镉总量达到修复终点，因此淋洗剂用量和淋洗强度低，与单纯的土壤淋洗相比，避免了 淋洗后期修复效率低的问题，成本大大降低，且对土壤理化与生物学性质的破坏程度显著 降低。
[0016] (4)本发明使用清水漂洗，减少土壤中淋洗剂和重金属的残留，有利于后期植物的 生长。
[0017] (5)本发明所用的超积累植物伴矿景天，对环境适应能力强、生长快、生物量大，而 且对土壤镉的富集能力强，修复效率高。
[0018] (6)本发明的土壤改良和伴矿景天种植过程，可以使土壤结构、肥力等性质得到全 面恢复。
[0019] (7)本发明通过化学淋洗与植物吸取的联合，与单纯的植物吸取修复相比，可以在 较短时间内完成对重度污染土壤的修复。
【附图说明】
[0020] 图1洗出液重金属、Cl浓度及pH变化示意图。
【具体实施方式】
[0021] 以下通过实施案例对本发明作进一步说明，而非限制本发明。
[0022] 实施例1
[0023] 材料与方法
[0024] 供试土壤分别采自湖南株洲市某有色金属冶炼区周边农田耕作层，土壤类型为红 壤性水稻土，土壤呈强酸性，Cd浓度为3. 12mg kg4,基本性质见表1。土壤自然瞭干、过2mm 筛，将15kg 土填入土柱。土柱内径30cm，土体高度18cm，容重约1.18g cnT3, 土体下方铺设 尼龙网和滤纸，土体上方也铺设一层滤纸，土柱底部设导流口和硅胶管，收集滤液。土体先 用去离子水从底部浸润一周。在室温下，从土柱上方分次缓慢倒入45L (液土比=3) 20mmol Γ1 FeCl3W洗剂对土柱进行淋洗，待FeCl 3淋洗液全部渗出后，再加入30L(液土比=2) 去离子水，淋洗液和水层厚度保持在2~5cm ;定时收集洗出液，测定洗出液体积、金属及 cr浓度。整个淋洗结束后，将土柱内土壤取出晾干，取样测定土壤基本理化性质和重金属 浓度。土柱试验重复3次。
[0025] 表1供试土壤基本性质
[0026]
【主权项】
1. 中国南方有色金属矿冶区镉重污染酸性土壤的化学淋洗-植物吸取联合修复方法， 其特征在于步骤为： (1) 重金属污染土壤磨细过2~5 mm筛，并填充到土柱中，土体厚度为10~20cm，容重为 1. 0-1. 2 g cm S (2) 将2~50 mmol Γ1的氯化铁溶液倒在土体上方，淋洗液水层厚度保持在2~5 cm，液 体随重力从土柱底部自然流出，所用淋洗液体积与土壤质量之比1.5: 1~ 4: 1，以去除土 壤大部分的活性镉； (3 )待步骤（2 ) 土体上方淋洗液全部渗入土壤后，将去离子水倾倒于土体上方，水层厚 度保持在2~5 cm，液体随重力从土柱底部自然流出，所用去离子体积与土壤质量之比1. 5: 1 ~ 2. 5: 1，以去除土体中残留的镉和淋洗剂； (4) 将上述淋洗后的土壤晾干、磨细、过2~5 mm筛，添加占土壤重量0. 05~0. 2%生石灰、 0. 5~2%海泡石、0. 2~1%商品有机肥、以及通过化肥施入占土壤重量0. 02~0. 12%的总养分 (N+ P2O5+K 20)，进行改良； (5) 连续种植伴矿景天1~5季，并收获地上部完成修复。
2. 根据权利要求1所述化学淋洗-植物吸取联合修复方法，其特征在于淋洗液体积与 土壤质量之比3:1。
3. 根据权利要求1所述化学淋洗-植物吸取联合修复方法，其特征在于去离子水体积 与土壤质量之比2:1。
4. 根据权利要求1所述化学淋洗-植物吸取联合修复方法，其特征在于海泡石的用量 为土壤重量的1%。
5. 根据权利要求1所述化学淋洗-植物吸取联合修复方法，其特征在于生石灰用量为 土壤重量的〇. 18%。
6. 根据权利要求1所述化学淋洗-植物吸取联合修复方法，其特征在于有机肥用量为 土壤重量的〇. 5%。
【专利摘要】中国南方有色金属矿冶区镉重污染酸性土壤的化学淋洗-植物吸取联合修复方法，重金属污染土壤磨细过筛，并填充到土柱中；将氯化铁溶液倒在土体上方，液体随重力从土柱底部自然流出，以去除土壤大部分的活性镉；待土体上方淋洗液全部渗入土壤后，将去离子水倾倒于土体上方，液体随重力从土柱底部自然流出，以去除土体中残留的镉和淋洗剂；将上述淋洗后的土壤晾干、磨细、过筛，添加生石灰、海泡石、商品有机肥、以及0.2~1.2g kg-1总养分（N＋P2O5＋K2O）进行改良；连续种植伴矿景天1~5季，并收获地上部完成修复。
【IPC分类】B09C1-00, B09C1-08
【公开号】CN104668281
【申请号】CN201510117369
【发明人】胡鹏杰, 吴龙华, 董长勋, 赵婕, 李云峰
【申请人】中国科学院南京土壤研究所
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年3月17日