利用过硫酸盐氧化联合黑麦草修复芘污染湿地土壤的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多环芳烃芘污染湿地土壤的修复方法，特别是一种利用过硫酸盐氧化联合黑麦草修复芘污染湿地土壤的方法和装置。
【背景技术】
[0002]近年来快速发展的石油、煤气和化工等行业，在缔造飞速发展的国民经济的同时，也为环境带来很大危害。多环芳烃污染是这些行业带来的主要污染之一，多环芳烃进入大气后，可通过化学反应、降尘、降雨、降雪等过程进入土壤及水体中。湿地是地球之肾，湿地土壤是人类社会赖以生存和从事某些生产活动的必需场所，是保持良好生态环境不可或缺的自然资源。在某种程度上，湿地土壤也很脆弱，很容易被人类活动所影响、损害，随着近年来国内社会经济的高速发展，人类活动导致的湿地土壤污染日益加剧，尤其是一些大型河流的岸边湿地土壤环境由于繁忙的航运活动造成的芘污染状况是非常严峻的。
[0003]现有的芘污染湿地土壤的修复方法有物理修复、化学修复和生物修复等，传统的物理化学修复方法成本高且容易带来二次污染，微生物修复方法可能会对土壤和地下水造成生物性污染。化学氧化修复如芬顿氧化、过硫酸盐氧化等，因其具有修复效率高、时间短、对污染物类型和浓度不敏感等优点，已被广泛应用于多环芳烃污染场地的修复。植物修复作为一种环境友好、经济可靠的修复技术，在湿地土壤污染修复领域得到了广泛的研宄。因此，将生物手段和化学手段相结合将是研宄和实践应用的必然趋势。
【发明内容】
[0004]本发明的目的之一在于提供一种利用过硫酸盐氧化联合黑麦草修复芘污染湿地土壤的方法。
[0005]本发明的目的之二在于提供实现上述方法的装置。
[0006]为实现上述目的，本发明的技术方案为:
一种利用过硫酸盐氧化加黑麦草植物修复芘污染湿地土壤的方法，其特征在于该方法的具体步骤为:
a.将过硫酸盐配制成浓度为0.05-0.1OmmoI/L的水溶液；
b.将土壤温度加热55~65°C的温度下，将步骤a所得溶液加入到土壤中，使溶液通过重力作用和毛细现象透过受芘污染的湿地土壤对受污染土壤进行氧化反应，反应时间为4-7天；控制溶液流经土壤的速度为:8~10 cm/h ;所述的溶液与土壤的固液比例为1/2~1/3 ；
c.以每平方米100~120棵的密度，在步骤b所得土壤上种植黑麦草进行植物修复。
[0007]上述的过硫酸盐有:过硫酸钠或过硫酸钾。
[0008]一种实现上述的利用过硫酸盐氧化加黑麦草植物修复芘污染湿地土壤的方法的装置，包括氧化桶(I )和温控装置(II)，其特征在于所述的氧化桶(I )的结构为:桶体(I)的一端开口，底部为斗状，该斗状底内填充砾石，下端连接滤液收集室(4)，在所述的滤液收集室(4)和斗状底之间有筛板(8)，所述的滤液收集室(4)下端与阀门(5)相接；所述的温控装置(II)是由加热带(2)和温控部分组成，所述的加热带以缠绕的方式缠绕在桶体(I)的外围；所述的温度部分是利用温度传感器探测氧化装置内土壤的温度，控制加热带通电与断电的方式实现温度控制。
[0009]本发明设计了利用过硫酸盐氧化芘污染湿地土壤的装置，采用活化效率最高的方式以氧化去除土壤中的多环芳烃芘。将黑麦草在实验室内催芽后，以每平方米100~120棵的种植密度点播于经过硫酸盐氧化修复过的湿地土壤中，采用室内盆栽培养，60天后采样分析。
[0010]在芘污染的湿地土壤中种植黑麦草，通过黑麦草的吸收与代谢，促进土著微生物对湿地土壤中芘的降解，实现降解消除湿地土壤中芘的目的。
[0011]用植物来修复芘污染的湿地土壤，与传统方法相比，投资少、工程量、专业技术要求不高，而且作为一种绿色原位修复技术，所获得的生物量可以集中处理，降低了二次污染的可能性，同时修复过程不会破坏所修复地点的生态环境，反而有助于改善因污染引起的湿地土壤退化等问题，从而恢复被污染湿地的生物多样性，在一定程度上，黑麦草还可以提高修复后湿地环境的景观效应。另外若将黑麦草的生物量部分能源再利用，就有了更好的资源效益。
【附图说明】
[0012]图1用于研宄利用过硫酸盐氧化土壤芘污染的模拟装置
图2过硫酸盐氧化处理对植物地上部分和地下部分鲜重的影响化图3化学氧化联合黑麦草修复过程中芘的浓度变化图4不同处理组中的多酚氧化酶(PPO)、脱氢酶(DHA)和过氧化氢酶(CAT )活性。
【具体实施方式】
[0013]实施例子1:对受芘污染的湿地土壤通过优化后的过硫酸盐氧化进行前期制备过硫酸盐对土壤芘的氧化在一个带有温度控制的装置中进行。参见图1中的装置为一种用于研宄利用过硫酸盐氧化土壤芘污染的模拟装置，包括氧化桶(I )和温控装置(II)。氧污染土放置在化桶(I )的桶体I中。桶体I的斗状底连接滤液收集室4，斗状底和滤液收集室之间之间有筛板8隔开；滤液收集室4下端与阀门5相接，斗状底内填充砾石。温控装置(II)是由加热带2和温控部分组成，加热带环绕在桶体I的外围；温控部分是一个机械式的控温设备，该设备可以根据实验的要求设置所需的温度。
[0014]将过硫酸钠配制成浓度为0.083mmol/L的溶液，按固液比为1:3的比例，将溶液加入到土壤中。控制土壤温度在60°C左右，氧化开始后，溶液经过重力作用和毛细现象透过土壤层，由斗状底收集进入滤液收集室4，滤液收集室4和斗状底阀门5的大小可以控制土壤颗粒孔隙水的水流速度；加热带以缠绕的方式外围加热为桶体加热。
[0015]实施例子2:黑麦草修复芘污染湿地土壤模拟试验
先将黑麦草种植6在供试土壤中。种植密度为每平方米100棵。根据所采用土壤处理的不同可以把盆栽样品分为不同的处理组:未污染土壤种植植物(CNP)、污染土壤且无氧化处理种植植物(CKP)、污染土壤+氧化处理(0D)、污染土壤+氧化处理+淋洗(0W)、污染土壤+氧化处理+淋洗+植物(OWP)、污染土壤+氧化+淋洗+植物+施肥(OWFP)。同时随机更换盆钵在温室中的位置。每种处理做三个平行样。在实验种植及培养的整个培养过程中应注意水分添加以保证模拟的湿地环境，并注意观察模拟实验过程中黑麦草的生长状况；整个培养周期为60天，实验60天后取样分析。
[0016]植物样用自来水充分冲洗以去除粘附于植物样品上的泥土和污物，然后用去离子水冲洗，用滤纸吸取水分，测定其鲜重后在_65°C的冰箱内保存待分析。
[0017]实验内容如下:
(I)过硫酸盐氧化处理对植物地上部分和地下部分鲜重的影响图2显示了受污染的土壤对植物的地上部分和地下部分鲜重有一定程度的抑制作用。而氧化处理使得植物地上部分与地下部分鲜重的比值上升。
[0018](2)化学氧化联合黑麦草修复下芘的浓度变化
图3显示了过硫酸盐氧化是一个较为剧烈的化学氧化过程，经过60°C活化处理，约50%的芘被去除。同时，未经过氧化处理的土壤经过60天的自然衰减后，芘降解量很少，其浓度维持在较高的水平，约430 mg/kg。通过氧化处理和黑麦草修复处理后，土壤中芘的浓度降低至 130 mg/kg ο
[0019](3)不同处理组下的多酚氧化酶(ΡΡ0)、脱氢酶(DHA)和过氧化氢酶(CAT)活性图4显示了经过氧化处理后，多酚氧化酶(PPO)和脱氢酶(DHA)的活性均显著的下降，
而土壤过氧化氢酶(CAT)的活性明显增大。通过60天的黑麦草种植，PPO和DHA的活性均可以恢复到最初的水平，但是CAT的活性仍维持在较高的水平。
[0020]通过模拟实验研宄结果证明本发明提供的一种利用过硫酸盐氧化联合黑麦草修复芘污染湿地土壤的方法是可行的，并具有良好的应用潜力。该方法与传统的污染湿地土壤的物理化学方法相比，具有修复效率高、费用低、可操作性强、环境风险小等特点，且具有良好的环境效益、社会效益和经济效益，为芘污染湿地土壤环境修复提供了一种新的方法。
【主权项】
1.一种利用过硫酸盐氧化加黑麦草植物修复芘污染湿地土壤的方法，其特征在于该方法的具体步骤为: a.将过硫酸盐配制成浓度为0.05-0.1Ommo I/L的水溶液； b.将土壤温度加热55~65°C的温度下，将步骤a所得溶液加入到土壤中，使溶液通过重力作用和毛细现象透过受芘污染的湿地土壤对受污染土壤进行氧化反应，反应时间为4-7天；控制溶液流经土壤的速度为:8~10 cm/h ;所述的溶液与土壤的固液比例为1/2~1/3 ； c.以每平方米100~120棵的密度，在步骤b所得土壤上种植黑麦草进行植物修复。
2.根据权利要求1所述的利用过硫酸盐氧化加黑麦草植物修复芘污染湿地土壤的方法，其特征在于所述的过硫酸盐有:过硫酸钠、过硫酸钾。
3.一种实现根据权利要求1所述的利用过硫酸盐氧化加黑麦草植物修复芘污染湿地土壤的方法的装置，包括氧化桶(I )和温控装置(II)，其特征在于所述的氧化桶(I)的结构为:桶体(I)的一端开口，底部为斗状，该斗状底内填充砾石，下端连接滤液收集室(4)，在所述的滤液收集室(4)和斗状底之间有筛板(8)，所述的滤液收集室(4)下端与阀门(5)相接；所述的温控装置(II)是由加热带(2)和温控部分组成，所述的加热带以缠绕的方式缠绕在桶体(I)的外围；所述的温度部分是利用温度传感器探测氧化装置内土壤的温度，控制加热带通电与断电的方式实现温度控制。
【专利摘要】本发明涉及一种利用过硫酸盐氧化联合黑麦草修复芘污染湿地土壤的方法和装置，主要是以黑麦草为材料，结合过硫酸盐氧化修复芘污染湿地土壤的技术。本发明采用活化效率最高的方式，加热来活化过硫酸盐氧化去除湿地土壤中的芘。将黑麦草在实验室内催芽后，以每平方米100~120棵的种植密度点播于过硫酸盐氧化修复过的湿地土壤中，采用室内盆栽培养，60天后采样分析。该方法与传统的污染湿地土壤的物理化学方法相比，具有修复效率高、费用低、可操作性强、环境风险小等特点，且具有良好的环境效益、社会效益和经济效益，为芘污染湿地土壤环境修复提供了一种新的方法。
【IPC分类】B09C1-08, B09C1-00
【公开号】CN104874597
【申请号】CN201510336000
【发明人】刘晓艳, 李红兵, 朱水平, 陈枭, 殷甜甜, 陶恺赟, 侯芸芸
【申请人】上海大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月17日