CN105170641A - 一种重金属污染土壤的联合修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种重金属污染土壤的联合修复方法，通过在重金属污染的土壤中将生物炭基肥施入到重金属污染的土壤中，混合均匀后，陈化；陈化结束后栽种蓖麻，然后将微生物复合菌剂接种到土壤中，蓖麻果实收获结束后将蓖麻整体移除；蓖麻植株整体移除后，再次施入生物炭基肥到种植过蓖麻的土壤中，混合均匀，陈化；陈化结束后栽种柳树，然后将微生物复合菌剂接种到土壤中，一定周期后整体移除柳树；循环重复执行上述步骤，直至土壤中重金属的含量达到安全标准。本发明土壤治理效果好，见效快时间短，且可以在治理重金属污染土壤的同时美化环境，实用性强。

Description

一种重金属污染土壤的联合修复方法

技术领域

本发明涉及污染土壤治理领域，特别涉及一种重金属污染土壤的联合修复方法。

背景技术

中国现有耕地有近1/5受到不同程度的污染，污染土壤将导致农作物减产，甚至有可能引起农产品中污染物超标，进而危害人体健康。另外，随着经济发展与城市化的加速，工矿企业导致的场地污染也十分严重。由于产业结构与城市布局的变化与调整，有些化工、冶金等污染企业纷纷搬迁，加上一些企业的倒闭，污染场地不断产生。土壤是人类社会生产活动的重要物质基础，是不可缺少、难以再生的自然资源。没有处理的污染场地将是化学定时炸弹，一旦大面积爆发将会对国家可持续发展造成难以估量的影响，因此必须对土壤污染的预防和污染土壤修复予以高度重视。因此有必要妥善管理并加以修复，使其得到合理利用。

随着现代经济的高速发展，人类的活动造成了镉、铅、锌和铬等重金属不断地向环境中释放，在土壤中积累，并通过食物链对人体产生危害，给人尖赖以生存的土壤带来了严重的污染。由于重金属进入土壤后不易分解、转化或富集，以及土壤***本身结构的复杂性，使得土壤重金属污染的治理变得十分困难。因此土壤***中的有毒重金属污染和防治一直是土壤生态学研究的难点和热点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种种植难度低、避免环境污染、不进入食物链且能够提高土壤肥力、全面修复土壤的重金属污染土壤的联合修复方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种重金属污染土壤的联合修复方法，包括以下步骤：

1）将生物炭基肥施入到重金属污染的土壤中，混合均匀，陈化60~70天；

2）待步骤1）中生物炭基肥陈化结束后连续栽种1~2个周期的蓖麻，每个周期蓖麻栽种完成后将微生物复合菌剂接种到土壤中，以蓖麻果实成熟收获结束为一个周期，每个周期蓖麻果实收获结束后将蓖麻整体移除；

3）待步骤2）中蓖麻植株整体移除后，再次施入生物炭基肥到种植过蓖麻的土壤中，混合均匀，陈化60~70天；

4）待步骤3）中生物炭基肥陈化结束后连续种植1~2个周期柳树，每个周期柳树栽种完成后将微生物复合菌剂接种到土壤中，每个周期结束后将柳树整体移除，以10~12个月为一个周期；

5）循环重复执行步骤1）~步骤4），直至土壤中重金属的含量达到安全标准。

优选的，所述生物炭基肥包括：80~90重量份的蓖麻或柳树废弃物制成的生物炭、3~5重量份的硫酸钠、4~6重量份的氯化镁、3~4重量份的硫酸钙、8~12重量份的磷酸铵、10~14重量份的尿素和6~8重量份的高温炉渣。

优选的，所述微生物复合菌剂包括：乳酸菌、铜绿假单胞菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和细黄链霉菌，所述乳酸菌、铜绿假单胞菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和细黄链霉菌的重量比为3~5：1.5~2：0.5~1：0.5~1：2~4。

优选的，所述生物炭基肥的施入量为5~8kg/亩，所述微生物复合菌剂接种到土壤中的用量为0.5~0.8kg/亩。

优选的，所述生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为5~6mm的颗粒。

优选的，所述生物炭的制备步骤为：

1）蓖麻或柳树废弃物经炭化处理得到有机炭产物，有机炭产物在80~90℃下烘干，粉碎；

2）将步骤1）所得有机炭产物置于生物炭炉中450~500℃热解，冷却至室温；

3）将步骤2）所得产物用质量分数10%的稀盐酸和质量分数5%的稀硝酸以体积比1~2.5：1混合后酸洗1~3h，再用去离子水冲洗至中性，过滤，于85℃下烘干，自然冷却至室温，研磨过筛，装袋备用。

优选的，所述生物炭的粒径为2~3mm。

优选的，所述种植蓖麻的方法为幼苗栽种，所述幼苗栽种为：将28~30cm的幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层10~15cm深度种植，株距为20~25cm，行距为20~25cm。

优选的，所述幼苗选用通过15%~20%的H₂O₂消毒处理后蒸馏水洗涤浸泡12h、籽粒饱满且不下沉的蓖麻种子长成的蓖麻幼苗。

优选的，所述柳树选用1.5~2m的柳树苗栽种。

本发明的有益效果是：

1.蓖麻作为重要的经济作物，种植难度低，适用于大面积种植，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，所得蓖麻种子可以生产工业用油，最大限度的减少了修复土壤中可引起的二次污染，同时柳树作为一种绿色植物还具有一定的观赏性，这不仅不会破坏土壤生态环境，还有助于改善有机污染而引起的土壤退化和生产力下降，能使地表长期稳定恢复，并提高生物多样性。

2.本发明生物炭基肥的施加可以维持和改良土壤理化性质、吸附固定土壤中的各种重金属，为植物的生长提供一定的有利条件。

3.微生物的添加，有利于细菌在植物根际定殖，微生物对土壤环境适应能力强，各种组分微生物协同作用，对植物的生长和根系提取重金属起到良好的促进作用，能更好地增加植物的耐性，促进植物在重金属污染的土壤中生长，提高植物对重金属污染土壤的吸收修复能力。

4.本发明将治理过土壤的蓖麻和柳树废弃物所得的生物炭用酸洗一段时间后，通过去离子水的反复浸洗至中性，然后烘干，将炭化物质与含有重金属的溶液分离，可以对重金属进行回收再利用。

总之，本发明是一种安全、环保、高效、经济和实用的重金属污染土壤联合修复方法，重金属固定、钝化和老化效果突出，不带来二次污染，无毒性，对土壤作物和生态环境具有可靠的生物安全性。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步阐述本发明内容。

生物炭以稻壳、秸秆或在重金属污染的土壤中种植后收获的蓖麻和柳树丢弃物（根、茎、叶等）为炭源制得，其中pH为8.28，比表面积达4.5~750m²/g，中孔比表面积为6.5~400m²/g，孔容积为0.0055~0.6500ml/g，中孔容积为0.0035~0.5500ml/g。

微生物复合菌剂中乳酸菌、铜绿假单胞菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和细黄链霉菌均为市售产品，其中乳酸菌10亿cfu/克，铜绿假单胞菌5亿cfu/克，枯草芽孢杆菌100亿cfu/克，地衣芽孢杆菌200亿cfu/克，细黄链霉菌10亿cfu/克。

整块实验区域进行样方划分，长宽均为5m，每个样方之间留宽为0.8m的垄，每个样方根据对角线原则设置5个采样点。采取试验田表层0~25cm的土壤，阴凉通风晾干，去除杂质。测定土壤pH6.7，重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别为367.2、425.3、146.8、968.4、43.6和84.6mg/kg。

根据国家土壤环境质量标准GB15618-2008可知，土壤pH在6.5~7.5的情况下，农业用地旱地重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As二级标准值分别为250，80，0.45，100，0.70和30mg/kg，因此，上述整块实验区域存在较严重的重金属污染。

实施例1

1）将生物炭基肥施入到实验区重金属污染的土壤中，混合均匀，陈化60天；

2）待步骤1）中生物炭基肥陈化结束后栽种蓖麻，选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡12h，籽粒饱满且下沉的一年生通蓖5号蓖麻种子长成30cm的健康幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层10cm深度种植，株距为20cm，行距为25cm。不定期浇水除草，以保证蓖麻正常生长。三月下旬，在实验田中连续栽种2个周期的一年生通蓖5号蓖麻，每个周期蓖麻栽种完成后将微生物复合菌剂接种到土壤中，每个周期蓖麻果实收获结束后将蓖麻整体移除；

3）待步骤2）中一年生通蓖5号蓖麻植株整体移除后，再次施入生物炭基肥到种植过蓖麻的土壤中，混合均匀，陈化60天；

4）待步骤3）中生物炭基肥陈化结束后，三月中上旬，选用健康茁壮1.5m的白皮柳树苗栽种柳树，柳树栽种完成后将微生物复合菌剂接种到土壤中，12个月后将柳树整体移除；

重复执行步骤1）~步骤4）一次，土壤中重金属的含量达到安全标准。

步骤2）和步骤4）中移除的一年生通蓖5号蓖麻和白皮柳树废弃物与稻壳、秸秆经炭化处理得到有机炭产物，有机炭产物在90℃下烘干后粉碎，置于生物炭炉中恒温500℃热解，质量分数10%的稀盐酸和5%的稀硝酸以体积比2.5：1混合后酸洗3h，再用去离子水冲洗至中性，过滤，于85℃下烘干，待温度自然冷却至室温后，将制得的生物炭用研钵磨碎并过2mm筛，装袋备用，然后将80重量份的生物炭与3重量份的硫酸钠、4重量份的氯化镁、3重量份的硫酸钙、8重量份的磷酸铵、10重量份的尿素、6重量份的高温炉渣混合到一起并搅拌均匀获得生物炭基肥，生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为5mm的颗粒后施入8kg/亩的生物炭基肥到步骤1）和步骤3）种植过蓖麻或柳树的重金属污染的土壤中。

步骤2）和步骤4）中微生物复合菌剂以乳酸菌、铜绿假单胞菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和细黄链霉菌分别为3：1.5：0.5：0.5：2的重量比制备，微生物复合菌剂接种于土壤上的用量为0.7kg/亩。

经过上述方法对实验区土壤进行治理后，土壤中重金属含量达到土壤安全标准，结果显示：相比较于原土壤，土壤pH上升至7.1，重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别为168.3、74.7、0.38、87.4、0.65和23.6mg/kg，土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别下降了54.15%，82.44%，99.74%，90.97%，98.51%，72.10%。

实施例2

1）将生物炭基肥施入到实验区重金属污染的土壤中，混合均匀，陈化70天；

2）待步骤1）中生物炭基肥陈化结束后栽种蓖麻，选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡12h，籽粒饱满且下沉的油蓖5号蓖麻种子长成28cm的健康幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层15cm深度种植，株距为25cm，行距为20cm。不定期浇水除草，以保证蓖麻正常生长。三月下旬，在实验田中种植连续栽种2个周期的一年生油蓖5号蓖麻，每个周期蓖麻栽种完成后将微生物复合菌剂接种到土壤中，每个周期蓖麻果实收获结束后将蓖麻整体移除；

3）待步骤2）中油蓖5号蓖麻植株整体移除后，再次施入生物炭基肥到种植过蓖麻的土壤中，混合均匀，陈化70天；

4）待步骤3）中生物炭基肥陈化结束后，三月中上旬，选用健康茁壮2m的白皮柳树苗栽种柳树，柳树栽种完成后将微生物复合菌剂接种到土壤中，12个月后将柳树整体移除；

重复执行步骤1）~步骤4）一次，土壤中重金属的含量达到安全标准。

步骤2）和步骤4）中移除的油蓖5号蓖麻和白皮柳树废弃物与稻壳、秸秆经炭化处理得到有机炭产物，有机炭产物在90℃下烘干后粉碎，置于生物炭炉中恒温500℃热解，质量分数10%的稀盐酸和5%的稀硝酸以体积比1：1混合后酸洗2h，再用去离子水冲洗至中性，过滤，于85℃下烘干，待温度自然冷却至室温后，将制得的生物炭用研钵磨碎并过3mm筛，装袋备用，然后将90重量份的生物炭与5重量份的硫酸钠、6重量份的氯化镁、4重量份的硫酸钙、12重量份的磷酸铵、14重量份的尿素、8重量份的高温炉渣混合到一起并搅拌均匀获得生物炭基肥，生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为6mm的颗粒后施入5kg/亩的生物炭基肥到步骤1）和步骤3）种植过蓖麻或柳树的重金属污染的土壤中。

步骤2）和步骤4）中微生物复合菌剂以乳酸菌、铜绿假单胞菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和细黄链霉菌分别为3：2：0.5：1：2的重量比制备，微生物复合菌剂接种于土壤上的用量为0.6kg/亩。

经过上述方法对实验区土壤进行治理后，土壤中重金属含量达到土壤安全标准，结果显示：相比较于原土壤，土壤pH上升至7.2，重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别为163.1、78.3、0.29、78.6、0.62和27.5mg/kg，土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别下降了55.58%，81.59%，99.80%，91.88%，98.58%，67.49%。

实施例3

1）将生物炭基肥施入到实验区重金属污染的土壤中，混合均匀，陈化60天；

2）待步骤1）中生物炭基肥陈化结束后栽种蓖麻，选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡12h，籽粒饱满且下沉的一年生油蓖4号蓖麻种子长成30cm的健康幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层15cm深度种植，株距为25cm，行距为25cm。不定期浇水除草，以保证蓖麻正常生长。三月下旬，在实验田中种植连续栽种2个周期的油蓖4号蓖麻，每个周期蓖麻栽种完成后将微生物复合菌剂接种到土壤中，每个周期蓖麻果实收获结束后将蓖麻整体移除；

3）待步骤2）中油蓖4号蓖麻植株整体移除后，再次施入生物炭基肥到种植过蓖麻的土壤中，混合均匀，陈化60天；

4）待步骤3）中生物炭基肥陈化结束后，三月中上旬，选用健康茁壮1.5m的旱柳柳树苗栽种柳树，柳树栽种完成后将微生物复合菌剂接种到土壤中，12个月后将柳树整体移除；

重复执行步骤1）~步骤4）一次，土壤中重金属的含量达到安全标准。

步骤2）和步骤4）中移除的油蓖4号蓖麻和旱柳柳树废弃物与稻壳、秸秆经炭化处理得到有机炭产物，有机炭产物在90℃下烘干后粉碎，置于生物炭炉中恒温500℃热解，质量分数10%的稀盐酸和5%的稀硝酸以体积比2.5：1混合后酸洗2h，再用去离子水冲洗至中性，过滤，于85℃下烘干，待温度自然冷却至室温后，将制得的生物炭用研钵磨碎并过2mm筛，装袋备用，然后将90重量份的生物炭与3重量份的硫酸钠、5重量份的氯化镁、4重量份的硫酸钙、10重量份的磷酸铵、12重量份的尿素、8重量份的高温炉渣混合到一起并搅拌均匀获得生物炭基肥，生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为6mm的颗粒后施入6kg/亩的生物炭基肥到步骤1）和步骤3）种植过蓖麻或柳树的重金属污染的土壤中。

步骤2）和步骤4）中微生物复合菌剂以乳酸菌、铜绿假单胞菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和细黄链霉菌分别为4：2：1：0.75：4的重量比制备，微生物复合菌剂接种于土壤上的用量为0.8kg/亩。

经过上述方法对实验区土壤进行治理后，土壤中重金属含量达到土壤安全标准，结果显示：相比较于原土壤，土壤pH上升至7.2，重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别为157.6、70.2、0.37、82.5、0.54和22.9mg/kg，土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别下降了57.08%，83.49%，99.75%，91.48%，98.76%，72.93%。

实施例4

当上述实验区域土壤含有一定岩石或者土质稍微坚硬时，可采取如下实验方法：

1）将生物炭基肥施入到实验区重金属污染的土壤中，混合均匀，陈化60天；

2）待步骤1）中生物炭基肥陈化结束后栽种蓖麻，选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡12h，籽粒饱满且下沉的一年生通蓖5号蓖麻种子长成30cm的健康幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层10cm深度种植，株距为20cm，行距为25cm。在岩石类土壤或土质稍微坚硬的土壤中，将幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层可以使得幼苗扎根更加稳定，根须生长范围更加广泛，有利于幼苗生长。不定期浇水除草，以保证蓖麻正常生长。三月下旬，在实验田中种植连续栽种2个周期的一年生通蓖5号蓖麻，每个周期蓖麻栽种完成后将微生物复合菌剂接种到土壤中，每个周期蓖麻果实收获结束后将蓖麻整体移除；

3）待步骤2）中一年生通蓖5号蓖麻植株整体移除后，再次施入生物炭基肥到种植过蓖麻的土壤中，混合均匀，陈化60天；

4）待步骤3）中生物炭基肥陈化结束后，三月中上旬，选用健康茁壮2m的白皮柳树苗栽种柳树，白皮柳树苗在移栽前将其育种在螺旋状培养皿中精心培养，使得白皮柳树根茎成螺旋状生长，这样可以保证白皮柳在岩石类土壤或者稍微坚硬的土壤中扩大根茎的生长面积，有利于白皮柳的生长和对重金属的修复，柳树栽种完成后将微生物复合菌剂接种到土壤中，12个月后将柳树整体移除；

重复执行步骤1）~步骤4）一次，土壤中重金属的含量达到安全标准。

步骤2）和步骤4）中移除的一年生通蓖5号蓖麻和白皮柳树废弃物与稻壳、秸秆经炭化处理得到有机炭产物，有机炭产物在90℃下烘干后粉碎，置于生物炭炉中恒温500℃热解，质量分数10%的稀盐酸和5%的稀硝酸以体积比2.5：1混合后酸洗3h，再用去离子水冲洗至中性，过滤，于85℃下烘干，待温度自然冷却至室温后，将制得的生物炭用研钵磨碎并过2mm筛，装袋备用，然后将90重量份的生物炭与4重量份的硫酸钠、6重量份的氯化镁、3重量份的硫酸钙、12重量份的磷酸铵、14重量份的尿素、8重量份的高温炉渣混合到一起并搅拌均匀获得生物炭基肥，生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为6mm的颗粒后施入8kg/亩的生物炭基肥到步骤1）和步骤3）种植过蓖麻或柳树的重金属污染的土壤中。

步骤2）和步骤4）中微生物复合菌剂以乳酸菌、铜绿假单胞菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和细黄链霉菌分别为5：1.5~2：1：1：2的重量比制备，微生物复合菌剂接种于土壤上的用量为0.5kg/亩。

经过上述方法对实验区土壤进行治理后，土壤中重金属含量达到土壤安全标准，结果显示：相比较于原土壤，土壤pH上升至7.1，重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别为163.6、75.1、0.42、96.2、0.63和26.8mg/kg，土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别下降了55.45%，82.34%，99.71%，90.07%，98.55%，68.32%。

从实施例1~4的修复结果可知，在重金属污染土壤中生物炭、蓖麻和柳树经过5~7年的协同修复试验能够大大的降低土壤中Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As等重金属的含量，而且对于重金属Pb、Cd、Cu、Hg有着更好地修复，重金属浓度的下降都在90%左右。

为了突出本发明的创新点，使本领域的技术人员能够充分理解本发明，现列举本发明在试验阶段或采用现有技术的对比实施例，并对其与本发明的实施例进行效果说明。

对比例1

在上述试验区域的试验田中仅种植不经过任何处理的一年生通蓖5号蓖麻，连续种植蓖麻的时间为7个周期，以从蓖麻栽种到蓖麻采摘结束为一个周期：

选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡12h，籽粒饱满且下沉的油蓖5号蓖麻种子长成28cm的健康幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层15cm深度种植，株距为25cm，行距为20cm。不定期浇水除草，以保证蓖麻正常生长。三月下旬，在实验田中种植连续栽种7个周期的一年生通蓖5号蓖麻，每个周期蓖麻果实收获结束后将蓖麻整体移除，7个周期后对土壤酸碱性、土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度含量进行分析。

对比例2

在上述试验区域的试验田中仅栽种不经过任何处理的白皮柳树，连续栽种柳树的时间为7个周期，以12个月为一个周期：

三月中上旬，选用健康茁壮1.5m的白皮柳树苗栽种柳树，连续栽种7个周期，每个周期结束后将柳树整体移除，以12个月为一个周期，7个周期后对土壤酸碱性、土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度含量进行分析。

对比例3

在上述实验区域的试验田内生物炭基肥处理后仅种植微生物复合菌剂接种的蓖麻：

1）将生物炭基肥施入到实验区重金属污染的土壤中，混合均匀，陈化60天；

2）待步骤1）中生物炭基肥陈化结束后栽种蓖麻，选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡12h，籽粒饱满且下沉的一年生通蓖5号蓖麻种子长成30cm的健康幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层10cm深度种植，株距为20cm，行距为25cm。不定期浇水除草，以保证蓖麻正常生长。三月下旬，在实验田中种植连续栽种7个周期的一年生通蓖5号蓖麻，每个周期栽种后将微生物复合菌剂接种到土壤中，每个周期蓖麻果实收获结束后将蓖麻整体移除，7个周期后对土壤酸碱性、土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度含量进行分析。

蓖麻和柳树废弃物与稻壳、秸秆经炭化处理得到有机炭产物，有机炭产物在90℃下烘干后粉碎，置于生物炭炉中恒温500℃热解，质量分数10%的稀盐酸和5%的稀硝酸以体积比2.5：1混合后酸洗3h，再用去离子水冲洗至中性，过滤，于85℃下烘干，待温度自然冷却至室温后，将制得的生物炭用研钵磨碎并过2mm筛，装袋备用，然后将80重量份的生物炭与3重量份的硫酸钠、4重量份的氯化镁、3重量份的硫酸钙、8重量份的磷酸铵、10重量份的尿素、6重量份的高温炉渣混合到一起并搅拌均匀获得生物炭基肥，生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为5mm的颗粒后施入8kg/亩的生物炭基肥到步骤1）重金属污染的土壤中。

微生物复合菌剂以乳酸菌、铜绿假单胞菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和细黄链霉菌分别为3：1.5：0.5：0.5：2的重量比制备，微生物复合菌剂接种于土壤上的用量为0.5kg/亩。

对比例4

在上述实验区域的试验田内生物炭基肥处理后仅栽种微生物复合菌剂接种的柳树：

1）将生物炭基肥施入到实验区重金属污染的土壤中，混合均匀，陈化60天；

2）三月中上旬，选用健康茁壮2m的白皮柳树苗栽种柳树，连续栽种7个周期，每个周期栽种后将微生物复合菌剂接种到土壤中，每个周期结束后将柳树整体移除，以12个月为一个周期，7个周期后对土壤酸碱性、土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度含量进行分析。

蓖麻和柳树废弃物与稻壳、秸秆经炭化处理得到有机炭产物，有机炭产物在90℃下烘干后粉碎，置于生物炭炉中恒温500℃热解，质量分数10%的稀盐酸和5%的稀硝酸以体积比2.5：1混合后酸洗3h，再用去离子水冲洗至中性，过滤，于85℃下烘干，待温度自然冷却至室温后，将制得的生物炭用研钵磨碎并过2mm筛，装袋备用，然后将80重量份的生物炭与3重量份的硫酸钠、4重量份的氯化镁、3重量份的硫酸钙、8重量份的磷酸铵、10重量份的尿素、6重量份的高温炉渣混合到一起并搅拌均匀获得生物炭基肥，生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为5mm的颗粒后施入8kg/亩的生物炭基肥到步骤1）重金属污染的土壤中。

微生物复合菌剂以乳酸菌、铜绿假单胞菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和细黄链霉菌分别为3：1.5：0.5：0.5：2的重量比制备，微生物复合菌剂接种于土壤上的用量为0.6kg/亩。

对比例5

在上述实验区域的试验田内生物炭基肥处理后，种植一年生通蓖5号蓖麻和白皮柳树：

1）将生物炭基肥施入到实验区重金属污染的土壤中，混合均匀，陈化60天；

2）待步骤1）中生物炭基肥陈化结束后栽种蓖麻，选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡12h，籽粒饱满且下沉的一年生通蓖5号蓖麻种子长成30cm的健康幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层10cm深度种植，株距为20cm，行距为25cm。不定期浇水除草，以保证蓖麻正常生长。三月下旬，在实验田中种植连续栽种2个周期的一年生通蓖5号蓖麻，每个周期蓖麻果实收获结束后将蓖麻整体移除；

3）待步骤2）中一年生通蓖5号蓖麻植株整体移除后，再次施入生物炭基肥到种植过蓖麻的土壤中，混合均匀，陈化60天；

4）待步骤3）中生物炭基肥陈化结束后，三月中上旬，选用健康茁壮1.5m的白皮柳树苗栽种柳树，12个月后将柳树整体移除；

重复执行步骤1）~步骤4）一次后，对土壤酸碱性、土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度含量进行分析。

步骤2）和步骤4）中移除的一年生通蓖5号蓖麻和白皮柳树废弃物与稻壳、秸秆经炭化处理得到有机炭产物，有机炭产物在90℃下烘干后粉碎，置于生物炭炉中恒温500℃热解，质量分数10%的稀盐酸和5%的稀硝酸以体积比2.5：1混合后酸洗3h，再用去离子水冲洗至中性，过滤，于85℃下烘干，待温度自然冷却至室温后，将制得的生物炭用研钵磨碎并过2mm筛，装袋备用，然后将80重量份的生物炭与3重量份的硫酸钠、4重量份的氯化镁、3重量份的硫酸钙、8重量份的磷酸铵、10重量份的尿素、6重量份的高温炉渣混合到一起并搅拌均匀获得生物炭基肥，生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为5mm的颗粒后施入7kg/亩的生物炭基肥到步骤1）和步骤3）种植过蓖麻或柳树的重金属污染的土壤中。

对比例6

在上述实验区域的试验田内种植接种了微生物复合菌剂的一年生通蓖5号蓖麻和白皮柳树：

1）选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡12h，籽粒饱满且下沉的一年生通蓖5号蓖麻种子长成30cm的健康幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层10cm深度种植，株距为20cm，行距为25cm。不定期浇水除草，以保证蓖麻正常生长。三月下旬，在实验田中种植连续栽种2个周期的一年生通蓖5号蓖麻，每个周期蓖麻栽种完成后将微生物复合菌剂接种到土壤中，每个周期蓖麻果实收获结束后将蓖麻整体移除；

2）待步骤3）中生物炭基肥陈化结束后，三月中上旬，选用健康茁壮1.5m的白皮柳树苗栽种柳树，柳树栽种完成后将微生物复合菌剂接种到土壤中，12个月后将柳树整体移除；

重复执行步骤1）~步骤2）一次后，对土壤酸碱性、土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度含量进行分析。

步骤1）和步骤2）中微生物复合菌剂以乳酸菌、铜绿假单胞菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和细黄链霉菌分别为3：1.5：0.5：0.5：2的重量比制备，微生物复合菌剂接种于土壤上的用量为0.5kg/亩。

土壤治理效果

根据国家土壤环境质量标准GB15618-2008可知，土壤pH6.5~7.5的情况下，农业用地旱地重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As二级标准值分别为250，80，0.45，100，0.70和30mg/kg。对本发明实施例1~4及对比例1~6所述重金属污染的土壤治理方法的效果从土壤pH值、重金属最终含量（mg/kg）两个方面进行评价和检验，如表1所示。

表1

由表1可以看出，1）对比实施例1~4与实验区土壤，经过5~7年的修复后土壤中重金属的含量大大降低，并均在国家土壤环境质量标准二级标准值以下，而且对于重金属Pb、Cd、Cu、Hg有着更好地修复，重金属浓度的下降都非常明显。2）对比例1~6与实施例1~4相比，植物、生物碳、微生物三者的有效协同修复对土壤有一定的修复效果，对土壤中重金属的修复较为全面，缺少其中任何一种修复方法对土壤重金属的修复效果都有所降低，最终治理结束后土壤中重金属的含量差别较大，在相同的修复时间内修复的效果却较为缓慢。3）对比例1、2与实施例1~4或相比，可以看出单一的植物对重金属土壤的修复治理效果较慢，效果较差，而且对土壤中重金属的修复吸收还具有一定的选择性，这对于土壤的修复时较为片面的，相比较而言，实施例1~4中联合修复的方法对重金属土壤的修复更加的全面具体。4）从对比例1与对比例3以及对比例2与对比例4相比可以看出，同种植物的单独修复与同一种植物协同生物炭、微生物联合进行修复的结果相比，前者修复的效率较低，修复过程缓慢，土壤pH的调节也较为不彻底。5）对比例5、6与实施例1~4相比可以看出单一植物与生物炭、微生物的协同修复效果也较为不理想，对重金属的吸收较低也显得较为单一，说明这种单一植物的协同修复重金属容易达到修复吸收饱和状态，在相同的修复时间内，重金属的含量也没有大幅度的下降，这说明不同植物的交叉循环修复有利于更好更全面的吸收重金属。

本发明在治理重金属污染的土壤过程中，农作物的种植、植物的栽种周期以及生物炭与微生物菌剂的修复时间需根据土壤性质和土壤地区的不同适当变通，从而进行更好的修复治理。

本发明一种重金属污染土壤的联合修复方法所述及的各项权利要求及技术支撑已经明确，凡依据本发明的技术支撑实质所作的任何修改与变化仍属于本发明技术支撑的范围内。

Claims (10)

1.一种重金属污染土壤的联合修复方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）将生物炭基肥施入到重金属污染的土壤中，混合均匀，陈化60~70天；

2）待步骤1）中生物炭基肥陈化结束后连续栽种1~2个周期的蓖麻，每个周期蓖麻栽种完成后将微生物复合菌剂接种到土壤中，以蓖麻果实成熟收获结束为一个周期，每个周期蓖麻果实收获结束后将蓖麻整体移除；

3）待步骤2）中蓖麻植株整体移除后，再次施入生物炭基肥到种植过蓖麻的土壤中，混合均匀，陈化60~70天；

4）待步骤3）中生物炭基肥陈化结束后连续种植1~2个周期柳树，每个周期柳树栽种完成后将微生物复合菌剂接种到土壤中，每个周期结束后将柳树整体移除，以10~12个月为一个周期；

5）循环重复执行步骤1）~步骤4），直至土壤中重金属的含量达到安全标准。

2.如权利要求1所述一种重金属污染土壤的联合修复方法，其特征在于：所述生物炭基肥包括：80~90重量份的蓖麻或柳树废弃物制成的生物炭、3~5重量份的硫酸钠、4~6重量份的氯化镁、3~4重量份的硫酸钙、8~12重量份的磷酸铵、10~14重量份的尿素和6~8重量份的高温炉渣。

3.如权利要求1所述一种重金属污染土壤的联合修复方法，其特征在于：所述微生物复合菌剂包括：乳酸菌、铜绿假单胞菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和细黄链霉菌，所述乳酸菌、铜绿假单胞菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和细黄链霉菌的重量比为3~5：1.5~2：0.5~1：0.5~1：2~4。

4.如权利要求1所述一种重金属污染土壤的联合修复方法，其特征在于：所述生物炭基肥的施入量为5~8kg/亩，所述微生物复合菌剂接种到土壤中的用量为0.5~0.8kg/亩。

5.如权利要求1或2所述一种重金属污染土壤的联合修复方法，其特征在于：所述生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为5~6mm的颗粒。

6.如权利要求2所述一种重金属污染土壤的联合修复方法，其特征在于：所述生物炭的制备步骤为：

1）蓖麻或柳树废弃物经炭化处理得到有机炭产物，有机炭产物在80~90℃下烘干，粉碎；

2）将步骤1）所得有机炭产物置于生物炭炉中450~500℃热解，冷却至室温；

3）将步骤2）所得产物用质量分数10%的稀盐酸和质量分数5%的稀硝酸以体积比1~2.5：1混合后酸洗1~3h，再用去离子水冲洗至中性，过滤，于85℃下烘干，自然冷却至室温，研磨过筛，装袋备用。

7.如权利要求2或6所述一种重金属污染土壤的联合修复方法，其特征在于：所述生物炭的粒径为2~3mm。

8.如权利要求1所述一种重金属污染土壤的联合修复方法，其特征在于：所述种植蓖麻的方法为幼苗栽种，所述幼苗栽种为：将28~30cm的幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层10~15cm深度种植，株距为20~25cm，行距为20~25cm。

9.如权利要求8所述一种重金属污染土壤的联合修复方法，其特征在于：所述幼苗选用通过15%~20%的H₂O₂消毒处理后蒸馏水洗涤浸泡12h、籽粒饱满且不下沉的蓖麻种子长成的蓖麻幼苗。

10.如权利要求1所述一种重金属污染土壤的联合修复方法，其特征在于：所述柳树选用1.5~2m的柳树苗栽种。