CN101724404A - 重金属污染土壤改良剂及植物和化学联合修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重金属污染土壤改良剂及植物和化学联合修复方法。所述重金属污染土壤改良剂为赤泥和熟石灰的混合物；本发明利用植物和化学联合修复法，通过化学方法对土壤进行pH调节、通过种植能源作物和超积累植物等进行土壤重金属吸附等，从而起到改良土壤特性、逐步减少土壤重金属含量，并最终达到修复土壤的目的，提高了植物修复的效率，有利于大规模商业化应用。

Description

重金属污染土壤改良剂及植物和化学联合修复方法

技术领域

本发明属于资源环境修复技术领域，具体涉及一种重金属污染土壤改良剂及重金属污染土壤植物和化学联合修复方法。

背景技术

我国矿产资源丰富，矿业开发所造成的土壤污染，量大面广，对自然生态环境造成的破坏和污染日趋严重，是我国污染土壤治理不可忽视的问题。特别是矿区污染土壤再产生机制、污染物迁移规律、治理的目标和方向等方面跟一般的污染土壤有一定的区别，因此，矿山的生态恢复日趋重要，矿区重金属污染土壤的修复技术的研究就有其必要性、特殊性和紧迫性。矿山废弃地生态恢复与重建的关键是先锋植物的筛选和基质改良。

采用添加剂对受重金属污染的土壤进行化学改良在技术上应具备以下几个条件：一是较高的稳定性，添加剂自身不易随时间和环境的改变而分解；二是较强的结合性，即通过专性吸附、沉淀或共沉淀等作用机制对重金属离子有较高的吸附结合能力，从而使重金属离子钝化或失活；三是环境友好性，不会破坏土壤的结构和性质，不会对植物形成新的毒害；四是可操作性，添加剂应成本低廉，可在实践生产中大面积推广应用；五是低选择性，理想的添加剂不仅可钝化某一种重金属离子，而且还可修复重金属复合污染的土壤。

然而，就目前而言，符合上述要求的添加剂很少，而在南方酸性土壤地区，能够适合在受酸性矿山和矿水污染的土壤中的添加剂更是少之又少。该种重金属污染土壤不但具有很强的酸性，其重金属含量也往往严重超标。改良修复该种土壤的关键是结合重金属离子的种类、作物、土壤类型及环境因子，筛选出一种经济、有效、稳定且对环境友好的新型土壤添加剂。此外，还应将添加剂修复与植物修复及农艺调控措施等综合应用到土壤重金属修复中，取长补短，从而更好的实现重金属污染土壤的修复。

与其他物理、化学及工程方法修复重金属污染土壤相比较，植物修复具有成本低、环境友好等优点，一般不会造成二次污染。但现有的植物修复土壤技术也存在着不足之处，主要表现在：

(1)目前大部分用于土壤修复的超积累植物植株矮小，生物量低，抗病和抵御自然灾害能力低，生长缓慢且周期长，因而修复效率和速率较低，因此植物修复在现有技术水平下很难取得好的经济效益，限制了大规模商业化运用和大面积推广。

(2)在超积累实验植物中，一般一种植物只能忍耐或吸收一种或两种在一定浓度范围内的重金属元素，对土壤中其他浓度较高的重金属则表现出某些中毒症状，从而很大程度上限制了植物修复技术在重金属复合污染土壤治理中的应用。

(3)植物是活的有机体，需要有适宜的生长条件，对土壤肥力、气候、水分、盐度、总碱度、排水与灌溉***等自然条件有一定的要求，受酸性矿山和矿水污染的土壤显然不能满足植物生长的需求。

(4)植物根系一般较浅，对浅层土壤污染的修复最为有效，对深层土壤污染和深层地下水污染的修复能力较差，甚至对污染土壤没有明显作用。

综上所述，在进行重金属污染的酸性土壤的修复时，有必要开发一种新的环境治理技术，即能克服植物、化学修复的不足，同时考虑经济和社会效益，可以大规模商业化应用和大面积推广。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种新的重金属污染土壤改良用添加剂，具有较高的稳定性、较强的结合性、良好的环境友好性、成本低廉，不仅可钝化某一种重金属离子，而且还可修复重金属复合污染的土壤。

本发明还有一个目的是提供一种针对受重金属污染土壤的植物和化学联合修复方法。

本发明的目的通过以下技术方案来予以实现：

提供一种重金属污染土壤改良剂(BHB)，包括以下重量百分含量的组分：

赤泥：90～80％；

熟石灰：10～20％。

本发明同时提供一种重金属污染土壤植物和化学联合修复方法，包括以下步骤：

步骤一：向酸性矿山土壤中加入重金属污染土壤改良剂(BHB)，平衡改良土壤；

步骤三：种植能源植物于改良土壤中。

步骤一所述的添加剂为本发明所述的酸性矿山土壤添加剂，添加量为60～80kg/亩。所述平衡时间优选7～14天。

步骤二所述能源植物为甘蔗、木薯、甜高粱或大豆。优选粤糖94-128品种的甘蔗。

种植密度优选为：甘蔗，6000～6500株/亩，每米行长下种6个双芽苗，行距1米左右；木薯，800～900株/亩，株行距0.8×0.8米；甜高粱，5000～6000株/亩，株行距0.2×0.7米。

收获的能源甘蔗可进行燃料乙醇发酵，生产生物燃料。

步骤二也可以采取能源植物与超积累植物间作、套种；所述超积累植物包括东南景天。间作和套种的方法是：甘蔗和东南景天，木薯和东南景天。

本发明在南方酸性受重金属污染农田土壤上施用BHB酸性矿山土壤添加剂，研究结果表明，本发明所述添加剂可以有效中和土壤酸性，将土壤pH值从初始的4.00～5.00调节到6～6.5，降低土壤重金属活性，同时还可以大大提高农作物产量。

通过筛选出重金属吸附能力强、生物量大、高可发酵的能源作物新品种，在经添加剂改良后的重金属污染农田土壤上种植能源作物：通过作物结构调整，发展生物质能源，达到即修复土壤重金属，又具有良好的经济效益的双重目的。本发明优选能源作物品种包括甘蔗和木薯，它们不但是很好的能源作物品种，同时还表现出了良好的重金属吸附能力。

作为更为优选的方案，本发明采用能源作物与超积累植物的间作、套种：利用超积累植物与能源作物的间作、套种，达到快速吸附土壤易被吸附重金属的目的，使土壤环境修复更有效。

本发明的有益效果是：

(1)本发明提供了一种新的重金属污染土壤改良剂(BHB)，具有较高的稳定性、较强的结合性、良好的环境友好性、成本低廉，不仅可钝化多种重金属离子，而且还可修复重金属复合污染的土壤，实现了以废制废，改良效果明显，而且不会产生次级污染，易于大面积推广；

(2)本发明将能源作物的种植与重金属污染土壤的改良修复相结合：有效防止污染直接进入食物链，同时缓解我国当前能源紧缺，实现植物-化学修复方法的完美结合；

(3)本发明同时提供了多种修复方法的并用：能源作物与超积累植物的间作、套种，提高了植物修复的效率，有利于大规模商业化应用。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步详细说明本发明。

实施例1

我国南方酸性重金属污染土壤的修复：以粤北大宝山区矿山和矿水重金属污染地区土壤为试点，轻度重金属污染区土壤的修复改良：

1.测定土壤pH3.86，可滴定酸度1.0911mmol·kg^-1，水溶性(水提)重金属铜含量1.2345mg·kg^-1，铅含量0.3865mg·kg^-1，镉含量0.0173mg·kg^-1，确定土壤酸度和重金属活性；

2.以75kg/亩的量将酸性土壤改良剂加入上述土壤中，采取的方式可以是常规的撒播，所述酸性土壤改良剂为重量百分比为80％的赤泥和20％的熟石灰的混合物，调节土壤pH值，平衡14天；

3.在平衡后的土壤中种植粤糖94-128甘蔗品种，种植密度为：6000～6500株/亩，每米行长下种6个双芽苗，行距1米左右；

4.收获能源甘蔗，进行燃料乙醇发酵，生产生物燃料；

5.收获后，测定土壤pH为6.06，可滴定酸度0.3548mmol·kg^-1，水溶性重金属含量铜为0.2525mg·kg^-1；铅为0.0645mg·kg^-1；镉为0.0043mg·kg^-1。

实施例2

南方重度重金属污染区酸性重金属污染土壤的修复：

1.测定土壤pH4.03，可滴定酸度1.1138mmol·kg^-1，水溶性(水提)重金属铜含量4.5137mg·kg^-1，铅含量0.2712mg·kg^-1，镉含量0.0558mg·kg^-1，确定土壤酸度和重金属活性；

2.以80kg/亩的量将酸性土壤改良剂加入上述土壤中，采取的方式可以是常规的撒播，所述酸性土壤改良剂为重量百分比为85％的赤泥和15％的熟石灰的混合物，调节土壤pH值，平衡10天；

3.在平衡后的土壤中进行能源甘蔗和超级累植物东南景天的轮作；

4.收获后，土壤pH为6.25，可滴定酸度0.3159mmol·kg^-1，水溶性重金属含量铜为0.5146mg·kg^-1；铅为0.0416mg·kg^-1；镉为0.0731mg·kg^-1。

实施例3

北方重金属污染区土壤改良修复(轻度重金属污染区)：

1.测定土壤pH4.97，可滴定酸度0.9146mmol·kg^-1，水溶性(水提)重金属铜含量1.1728mg·kg^-1，铅含量0.3251mg·kg^-1，镉含量0.01547mg·kg^-1，确定土壤酸度和重金属活性；

2.以70kg/亩的量将酸性土壤改良剂加入上述土壤中，采取的方式可以是常规的撒播，所述酸性土壤改良剂为重量百分比为90％的赤泥和10％的熟石灰的混合物，调节土壤pH值，平衡7天；

3.在平衡后的土壤中进行大豆、甜高粱或大豆-甜高粱的间作，甜高粱种植密度为5000～6000株/亩，株行距0.2×0.7米；大豆的种植密度为10000～15000株/亩。

4.收获后，测定土壤pH为6.35，可滴定酸度0.2825mmol·kg^-1，水溶性重金属含量铜为0.1912mg·kg^-1；铅为0.2871mg·kg^-1；镉为0.0064mg·kg^-1。

实施例4

1.测定土壤pH4.81，可滴定酸度1.2361mmol·kg^-1，水溶性(水提)重金属铜含量1.1782mg·kg^-1，铅含量0.9824mg·kg^-1，镉含量0.0219mg·kg^-1，确定土壤酸度和重金属活性；

2.以60kg/亩的量将酸性土壤改良剂加入上述土壤中，采取的方式可以是常规的撒播，所述酸性土壤改良剂为重量百分比为90％的赤泥和10％的熟石灰的混合物，调节土壤pH值，平衡14天；

3.在平衡后的土壤中超积累植物东南景天与木薯间作或套种；木薯，800～900株/亩，株行距0.8×0.8米；东南景天，25000～30000株/亩，株行距0.1×0.3米。

4.收获后，测定土壤pH为6.14，可滴定酸度0.3127mmol·kg^-1，水溶性重金属含量铜为0.2534mg·kg^-1；铅为0.1159mg·kg^-1；镉为0.0058mg·kg^-1。

其它实施例在此不一一赘述，但不因此限定本发明范围。由稳定显著的试点实施效果来看，本发明重金属污染土壤改良剂(BHB)，具有较高的稳定性、较强的结合性、良好的环境友好性、成本低廉，不仅可钝化多种重金属离子，而且还可修复重金属复合污染的土壤，实现植物-化学修复方法的完美结合，以废制废，改良效果明显，而且不会产生次级污染，易于大面积推广。

Claims (9)

1.一种重金属污染土壤改良剂，其特征在于包括以下重量百分含量的组分：

赤泥：90～80％；

熟石灰：10～20％。

2.一种重金属污染土壤植物和化学联合修复方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：往矿山污染土壤中加入权利要求1所述酸性矿山土壤添加剂调节土壤pH值，平衡改良土壤；

步骤二：平衡后种植能源植物于改良土壤中。

3.根据权利要求2所述的重金属污染土壤植物和化学联合修复方法，其特征在于步骤一所述酸性矿山土壤添加剂的添加量为60～80kg/亩。

4.根据权利要求2所述的重金属污染土壤植物和化学联合修复方法，其特征在于步骤一所述的平衡时间为7～14天。

5.根据权利要求2所述的重金属污染土壤植物和化学联合修复方法，其特征在于步骤二所述能源植物为甘蔗、木薯、甜高粱或大豆。

6.根据权利要求5所述的重金属污染土壤植物和化学联合修复方法，其特征在于能源植物为粤糖94-128品种的甘蔗。

7.根据权利要求5所述的重金属污染土壤植物和化学联合修复方法，其特征在于所述能源植物的种植密度为：甘蔗，6000～6500株/亩，每米行长下种6个双芽苗，行距1米左右；木薯，800～900株/亩，株行距0.8×0.8米；甜高粱，5000～6000株/亩，株行距0.2×0.7米。

8.根据权利要求2所述的重金属污染土壤植物和化学联合修复方法，其特征在于步骤二为采取能源植物与超积累植物间作或套种。

9.根据权利要求8所述的重金属污染土壤植物和化学联合修复方法，其特征在于所述超积累植物为东南景天。