CN102303039A - 一种利用植物去除铀尾砂和放射性污染土壤中226Ra的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用植物去除铀尾砂和放射性污染土壤中²²⁶Ra的方法。本发明主要利用²²⁶Ra的富集植物-井栏边草(Pieris multifida)，富集铀尾砂和放射性污染土壤中的²²⁶Ra，同时向上输运到达植物地上部分，从而去除铀尾砂和放射性污染土壤中的²²⁶Ra。具体步骤是：(1)孢子萌发培育；(2)幼苗盆栽处理；(3)移载到铀尾砂或放射性污染土壤中(4)收割地上部分并进行集中处理。本发明既具有取材方便、成本低廉、修复效率高，又具有易管理、处理步骤简便、环境风险小等多重优点，适用于铀矿山、铀水冶厂和尾矿库等的铀尾砂及周边放射性污染土壤中²²⁶Ra的去除。

Description

一种利用植物去除铀尾砂和放射性污染土壤中226Ra的方法

技术领域

本发明涉及一种放射性污染的植物修复领域，具体的说是一种通过种植²²⁶Ra的富集植物-井栏边草(Pieris multifida)，去除铀尾砂和放射性污染土壤中的²²⁶Ra的技术。

背景技术

根据我国核工业《三十年辐射环境质量评价》报告，铀矿冶***产生的放射性核素，对周围公众照射的集体剂量，约占核燃料***总集体剂量的91.5％，而其主要污染源是铀矿开采过程中采掘出来的废石、选矿淘汰的废石，以及预处理及水冶过程中的产生的废渣、尾矿，还有受其污染的土壤。

对于堆浸和铀水冶，铀的回收率一般为80％-95％。因此，铀矿石中初始铀(²³⁸U的半衰期为4.49×10⁹a)含量的5％-20％，几乎全部的²³⁰Th(半衰期83000a)、²²⁶Ra(半衰期1600a)仍存在于铀尾砂中，占矿石总放射性的70-80％。由于铀尾砂中含有铀矿石中铀系全部衰变子体、水冶后残余的铀和99％以上的²³⁰Th及²²⁶Ra等放射性核素，这些核素将长期衰变释放氡及其子体，对周边环境造成长久的潜在危害。尤其是²²⁶Ra产生的中子照射，会导致人体和生物体白血球增加，引起癌变和其它放射性病变，是铀尾砂中主要的污染物之一。

根据我国目前的生产工艺技术，一般每生产1t铀金属，就会产生600t左右的铀尾砂。

据统计，目前世界上积存的铀尾砂已超过200亿t，我国铀尾砂等固体废物堆放场约有200处，分布在全国14个省区的30多个地县。其中约80％的铀废石和90％的铀尾砂分布在湖南，江西和广东等省，这些地区雨量充沛，人口稠密。我国铀尾砂具有堆存量大、占地面积广、距离村镇近等特征。铀尾砂堆放地域植被缺乏，水土流失严重，其中放射性核素²²⁶Ra可能随雨水和扬尘扩散，污染周边土壤。因此对铀尾砂和放射性污染土壤中的²²⁶Ra进行去除已势在必行。

目前，对铀尾砂和²²⁶Ra污染土壤的处理方法有覆盖法、挖走异地掩埋法和加衬里法。这些方法往往只能减缓²²⁶Ra对周边环境的辐射，而不能从根本上把²²⁶Ra从铀尾砂和土壤中去除。而对铀尾砂和放射性污染土壤中²²⁶Ra的去除方法目前主要采用的是物理分离法和土壤洗涤法。物理分离法是通过浮选和高强度磁分离，利用重力和密度差去除铀尾砂和放射性污染土壤中的²²⁶Ra。土壤洗涤法是利用无害浸提液，浸提铀尾砂和放射性污染土壤中的²²⁶Ra。采用这些传统方法对铀尾砂和放射性污染土壤中的²²⁶Ra进行去除，在实际运行过程中存在许多不足之处，其共同缺点就是能耗高、试剂消耗量大、费用昂贵、工艺流程冗长、后续处理烦琐、往往容易对环境造成二次污染。因而，在实际中难以推行。

植物修复是采用超积累植物，将土壤中某种过量元素或化合物大量地转移到植株体内(特别是地上部分)，从而修复土壤的原位治理技术。与传统的修复技术相比，植物修复具有投资和维护成本低、操作简便、不造成二次污染等优点，且有可能通过资源化利用而取得经济效益，具有广阔的应用前景。采用植物对铀尾砂中的铀进行修复已有成功的案例，现在国内“申请号/200810030860.4/发明名称/基于铀尾矿渣污染土壤的植物修复方法”和“专利号/ZL 200910044229.4/发明名称/一种利用植物修复铀尾砂的方法”分别披露了利用美洲商陆和博落回修复含铀尾渣(砂)，但其修复的对象仅仅是针对铀尾渣(砂)中铀，而对铀尾渣(砂)²²⁶Ra的修复未见报道。这些对铀尾砂中铀修复的成功案例表明对铀尾砂其及放射性污染土壤中的²²⁶Ra进行植物修复，将²²⁶Ra吸收积累在植物的地上部分，从而降低铀尾砂及其放射性污染土壤中²²⁶Ra的含量，阻控²²⁶Ra的迁移扩散，减小²²⁶Ra对公众的辐照是可行的。然而，大部分植物对²²⁶Ra无富集作用，虽然已有文献报道了极少数植物对²²⁶Ra有富集作用，但这些植物只能仅仅将²²⁶Ra囤积在其根部，而不能输运到其地上部分。这就要求筛选新的²²⁶Ra富集植物，这种植物不仅能富集²²⁶Ra，而且能将其输运到其地上部分，以利于收割和集中处理，从而在更大程度上去除铀尾砂和放射性污染土壤中的²²⁶Ra去除。

发明内容

针对上述情况，本发明的目的，提供一种利用植物去除铀尾砂和放射性污染土壤中²²⁶Ra的方法。本发明直接将²²⁶Ra的富集植物----井栏边草(Pieris multifida)的其幼苗栽种于铀尾砂和放射性污染土壤中，使其成活、生长，并富集铀尾砂和放射性污染土壤中的²²⁶Ra，同时将所富集的²²⁶Ra输运到其地上部分，待生长到一定时期，收割地上部分，进行集中处理，从而去除铀尾砂和放射性污染土壤中的²²⁶Ra。该方法既具有取材方便、成本低廉、修复效率高，又具有易管理、处理步骤简便、环境风险小等多重优点。

其具体措施是：

(1)孢子萌发培育：将井栏边草的成熟孢子，均匀播于孢子培养基上或高压灭菌过的腐叶土上，放置于恒温培养箱中，在温度为20℃，湿度为85％的条件下，培养7-9d至孢子萌发。

(2)盆栽处理：待孢子萌发5-7d后，将幼苗栽培到花盆中，在温度为18-20℃，湿度为70％-85％的条件下进行培养。

(3)移栽到铀尾砂和放射性污染土壤中：当盆栽苗龄达到20-25d时，将幼苗移栽到铀尾砂和放射性污染土壤中，让其生长80-150d后收割地上部分，并集中进行处理。收割时保留3-5cm的地上茎作基茬。待基茬上的新苗长到50-70cm时，再进行一次收割，保留3-5cm的地上茎作基茬。

(4)集中处理：将收割的地上部分转移到安全地方集中进行干燥、粉碎、焚烧、填埋，实现有效阻控²²⁶Ra的扩散处理。

本发明以²²⁶Ra富集植物-井栏边草(Pieris multifida)为材料，解决了铀尾砂和放射性污染土壤中²²⁶Ra去除难题，具有重要的环保价值。

本专利所发明的一种利用植物去除铀尾砂和放射性污染土壤中²²⁶Ra的方法，与现有的技术方法相比，具有以下技术优势；

(1)所选用的多年生、生长快、生物量大的井栏边草，能富集大量²²⁶Ra到其地上部分，且其地上部分通过人工或机械化收割后，可集中转移到安全地方进行处理，操作管理简便。

(2)本发明使用的井栏边草，根系发达，生长旺盛，容易繁殖，应用于铀尾砂和放射性污染土壤中²²⁶Ra的去除，具有成本低、去除效率高、潜在经济效益可观的优点。

(3)井栏边草不会被牛羊采食，因此²²⁶Ra不会通过食物链传递而增加环境风险。

(4)采用栽培井栏边草去除铀尾砂和放射性污染土壤中的²²⁶Ra，可大大减少²²⁶Ra进入地下水和农田，另外在铀尾砂上栽培植物，可固定铀尾砂，减少扬尘，减阻²²⁶Ra等污染物的扩散。

(5)本发明所建立的铀尾砂和放射性污染土壤中²²⁶Ra的去除模式系绿色原位修复，所收获的地上部分可集中进行安全填埋，不会造成二次污染，同时修复进程不会破坏原有的生态环境，并有助于加速铀尾砂的风化、有助于改善土壤因²²⁶Ra污染而引起的土质退化和生产力下降，恢复并提高铀尾砂和放射性污染土壤的生物多样性，且能美化环境。

本发明适用于铀矿山、铀水冶厂和铀尾矿库等的铀尾砂及周边放射性污染土壤中²²⁶Ra的去除。

具体实施方式

I材料组成

井栏边草(Pieris multifida)、铀尾砂、放射性污染土壤。

II材料配置及施用方法

孢子萌发培育，是将井栏边草的成熟孢子，均匀播于孢子培养基上或高压灭菌过的腐叶土上，放置于恒温培养箱中，在温度为20℃、湿度为85％的条件下，培养7-9d直至孢子萌发。盆栽处理，是待孢子萌发5-7d后，将幼苗栽培到花盆中，在温度为18-20℃，湿度为70％-85％的条件下进行培养。当苗龄达到20-25d时，将幼苗移栽到铀尾砂和放射性污染土壤中，让其生长80-150d后收割地上部分，并集中进行处理。收割时保留3-5cm的地上茎作基茬。待基茬上的新苗长到50-70cm时，再进行一次收割。最后将收割的地上部分转移到安全地方集中进行干燥、粉碎、焚烧、填埋。

III原理

多年生井栏边草(Pieris multifida)，为凤尾蕨科凤尾蕨属植物。根状茎短而直立，粗1-1.5cm。植株高30-70cm，密被钻形黑褐色鳞片。叶二型，丛生，无毛；叶柄长5-25cm，灰棕色或禾秆色；生孢子囊的能育叶片呈卵形，一回羽状，上面绿色，下面淡绿色，长20-45cm，宽15-25cm，下部羽片常2-3叉，除基部一对有叶柄外，其余各对基部下延，在叶轴两侧形成狭翼，羽片线形，3-7对，对生或近对生，宽3-7mm，全缘，沿羽片下面边缘着生孢子囊群。孢子囊群线形，囊群盖稍超出叶缘，膜质；上部羽片多不***，先端渐尖，不育，边缘有细锯齿；不生孢子囊群的羽片或小羽片均较宽，线形或卵圆形，边缘有不整齐的尖锯齿。喜温暖湿润和半阴环境，常生于阴湿墙脚、井边和石灰岩上。广泛分布于河北、河南、山东、安徽、江苏、浙江、湖南、湖北、江西、福建、台湾、广东、广西、贵州和四川等省区。

通过室外调查，我们发现铀尾砂和放射性污染土壤中生长着大量井栏边草，表现出对²²⁶Ra具有极强的耐受性。通过室内培养实验和分析检测，发现井栏边草可以富集大量的²²⁶Ra，而且可以把²²⁶Ra富集到其地上部分。

当铀尾砂中²²⁶Ra的含量为8350Bq/kg，井栏边草的苗龄达3个月时，其平均身高达55cm。当行距为12cm，株距为10cm时，则1m²种植地内其地上部分的生物量平均可达1050g干灰重，其中叶为900g，茎为150g。叶中²²⁶Ra的平均含量为150.6Bq/g，茎中的²²⁶Ra的平均含量为0.12Bq/g，根中²²⁶Ra平均含量为1.78Bq/g。可见，在铀尾砂中栽培井栏边草3个月后，1m²的井栏边草可去除掉大约135558Bq的²²⁶Ra。

当放射性污染土壤中²²⁶Ra的含量为360Bq/kg，井栏边草的苗龄达5个月时，其平均身高达65cm。当行距为12cm，株距为10cm时，1m²种植地内地上部分的生物量平均为1350g干灰重，其中叶为1100g，茎为250g。叶中²²⁶Ra的平均含量为26.6Bq/g，茎中²²⁶Ra的平均含量为0.01Bq/g，根中²²⁶Ra的平均含量为0.08Bq/g。可见，在放射性污染土壤中栽培井栏边草5个月后，1m²种植地内的井栏边草可去除大约29262.5Bq的²²⁶Ra。

IV具体实施方式

一种利用植物去除铀尾砂和放射性污染土壤中²²⁶Ra的方法，它将²²⁶Ra的富集植物---井栏边草(Pieris multifida)幼苗栽种于铀尾砂和放射性污染土壤中，使其成活、生长、至收割并进行集中处理的步骤是：

(1)孢子萌发培育：将井栏边草的成熟孢子，均匀播于孢子培养基上或高压灭菌过的腐叶土上，放置于恒温培养箱中，在温度为20℃，湿度为85％的条件下，培养7-9d直至孢子萌发。

(2)盆栽处理：待孢子萌发5-7d后，将幼苗栽培到花盆中，在温度为18-20℃，湿度为70％-85％的条件下进行培养。

(3)移栽到铀尾砂和放射性污染土壤中：当盆栽苗龄达到20-25d时，将幼苗移栽到铀尾砂和放射性污染土壤中，让其生长80-150d后收割地上部分，并集中进行处理。收割时保留3-5cm的地上茎作基茬。待基茬上的新苗长到50-70cm时，再进行一次收割，保留3-5cm的地上茎作基茬。

(4)集中处理：将收割的地上部分转移到安全地方集中进行干燥、粉碎、焚烧、填埋，实现有效阻控²²⁶Ra的扩散处理。

V实施例

实施例1，每年2月份，将井栏边草的成熟孢子均匀播于固体琼脂培养基上，放置于恒温培养箱中，在温度为20℃，湿度为85％的条件下，培养7-9d直至孢子萌发。。孢子萌发5-7d后，将幼苗栽培到花盆中，在温度为18-20℃，湿度为70％-85％的条件下培养。当盆栽苗龄达到20-25d时，将幼苗移栽到²²⁶Ra含量为8350Bq/kg铀尾砂中，栽种的行距为12cm，株距为10cm，90d后收割地上部分，留3-5cm的地上茎作基茬。1m²种植地内其地上部分的生物量平均为1050g干灰重，其中叶为900g，茎为150g。叶中²²⁶Ra的平均含量为150.6Bq/g，茎中²²⁶Ra的平均含量为0.12Bq/g，根中²²⁶Ra的平均含量为1.78Bq/g。待基茬上新苗长到50-70cm时，再进行一次收割。此时，1m²种植地内地上部分的生物量平均为880g干灰重，其中叶为780g，茎为100g。叶中²²⁶Ra才平均含量为136.6Bq/g，茎的²²⁶Ra平均含量为0.10Bq/g，根中²²⁶Ra的平均含量为1.52Bq/g。最后将收割的地上部分转移到安全地方集中进行干燥、粉碎，焚烧、填埋。应用本专利，在铀尾砂中栽培井栏边草一年后，1m²的井栏边草可去除掉大约242116Bq的²²⁶Ra。

实施例2，每年2月份，将井栏边草的成熟孢子均匀播于高压灭菌过的腐叶土上，放置于恒温培养箱中，在温度为20℃，湿度为85％的条件下，培养7-9d直至孢子萌发。。孢子萌发5-7d后，将幼苗栽培到花盆中，在温度为18-20℃，湿度为70％-85％的条件下培养。当盆栽苗龄达到20-25d时，将幼苗移栽到²²⁶Ra含量为6780Bq/kg铀尾砂中，栽种的行距为12cm，株距为10cm，90d后收割地上部分，留3-5cm的地上茎作基茬。1m²种植地内其地上部分的生物量平均为1080g干灰重，其中叶为920g，茎为160g。叶中²²⁶Ra的平均含量为128.5Bq/g，茎中²²⁶Ra的平均含量为0.08Bq/g，根中²²⁶Ra的平均含量为1.62Bq/g。待基茬上新苗长到50-70cm时，再进行一次收割。此时，1m²种植地内其地上部分的生物量平均为920g干灰重，其中叶为790g，茎为130g。叶中²²⁶Ra的平均含量为102.5Bq/g，茎中²²⁶Ra的平均含量为0.06Bq/g，根中²²⁶Ra平均含量为1.13Bq/g。最后将收割的地上部分转移到安全地方集中进行干燥、粉碎，焚烧、填埋。应用本专利，在铀尾砂中栽培井栏边草一年后，1m²的井栏边草可去除掉大约199215.6Bq的²²⁶Ra。

实施例3，每年2月份，将井栏边草的成熟孢子均匀播于固体琼脂培养基上，放置于恒温培养箱中，在温度为20℃，湿度为85％的条件下，培养7-9d直至孢子萌发。。孢子萌发5-7d后，将幼苗栽培到花盆中，在温度为18-20℃，湿度为70％-85％的条件下培养。当盆栽苗龄达到20-25d时，，将幼苗移栽到²²⁶Ra含量为680Bq/kg放射性污染土壤中，栽种的行距为12cm，株距为10cm，150d后收割地上部分，留3-5cm的地上茎作基茬。1m²内地上部分的生物量平均为1260g干灰重，其中叶为1050g，茎为210g。叶中²²⁶Ra的平均含量为58.5Bq/g，茎中²²⁶Ra的平均含量为0.05Bq/g，根中²²⁶Ra的平均含量为1.13Bq/g。待基茬上新苗长到50-60cm时，再进行一次收割。此时，1m²种植地内其地上部分的生物量平均为860g干灰重，其中叶为750g，茎为110g。叶中²²⁶Ra的平均含量为46.0Bq/g，茎中²²⁶Ra的平均含量为0.04Bq/g，根中²²⁶Ra平均含量为0.96Bq/g。最后将收割的地上部分转移到安全地方集中进行干燥、粉碎，焚烧、填埋。应用本专利，在放射性污染土壤中栽培井栏边草一年后，1m²的井栏边草可去除掉大约95939.9Bq的²²⁶Ra。

实施例4，每年2月份，将井栏边草的成熟孢子均匀播于高压灭菌过的腐叶土上，放置于恒温培养箱中，在温度为20℃，湿度为85％的条件下，培养7-9d直至孢子萌发。。孢子萌发5-7d后，将幼苗栽培到花盆中，在温度为18-20℃，湿度为70％-85％的条件下培养。当盆栽苗龄达到20-25d时，将幼苗移栽到²²⁶Ra含量为360Bq/kg放射性污染土壤中，栽种的行距为12cm，株距为10cm，150d后收割地上部分，留3-5cm的地上茎作基茬。1m²种植地内其地上部分的生物量平均为1350g干灰重，其中叶为1100g，茎为250g。叶中²²⁶Ra的平均含量为26.6Bq/g，茎中²²⁶Ra的平均含量为0.01Bq/g，根中²²⁶Ra的平均含量为0.08Bq/g。待基茬上新苗长到50-60cm时，再进行一次收割。此时，1m²种植地内其地上部分的生物量平均为1020g干灰重，其中叶为860g，茎为160g。叶中²²⁶Ra的平均含量为17.2Bq/g，茎中²²⁶Ra的平均含量为0.01Bq/g，根中²²⁶Ra的平均含量为0.20Bq/g。最后将收割的地上部分转移到安全地方集中进行干燥、粉碎，焚烧、填埋。应用本专利，在放射性污染土壤中栽培井栏边草一年后，1m²的井栏边草可去除掉大约30743.3Bq的²²⁶Ra。

以上仅仅是本发明的较佳实施方式，根据本发明的上述构思，本领域的熟练人员还可以对此作出各种修改和变换。例如，种植在不同²²⁶Ra浓度的铀尾砂和放射性污染土壤中，对栽种的行距、株距及各种营养条件进行改良，采用不同的收割方式和时期，不同的孢子萌发、培养和育苗方法等等。然而，类似的这种变换和修改均属于本发明的实质。

Claims (1)

1.一种利用植物去除铀尾砂和放射性污染土壤中²²⁶Ra的方法，其特征在于，具体步骤是：

(1)孢子萌发培育：将井栏边草的成熟孢子，均匀播于孢子培养基上或高压灭菌过的腐叶土上，放置于恒温培养箱中，在温度为20℃，湿度为85％的条件下，培养7-9d至孢子萌发；

(2)盆栽处理：待孢子萌发5-7d后，将幼苗栽培到花盆中，在温度为18-20℃，湿度为70％-85％的条件下进行培养；

(3)移栽到铀尾砂和放射性污染土壤中：当盆栽苗龄达到20-25d时，将幼苗移栽到铀尾砂和放射性污染土壤中，让其生长80-150d后收割地上部分，并集中进行处理；收割时保留3-5cm的地上茎作基茬；待基茬上的新苗长到50-70cm时，再进行一次收割，保留3-5cm的地上茎作基茬；

(4)集中处理：将收割的地上部分转移到安全地方集中进行干燥、粉碎、焚烧、填埋，实现有效阻控²²⁶Ra的扩散处理。