CN107737803B - 一种重金属镉污染耕地的修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种重金属镉污染耕地的修复方法，包括以下步骤：向耕地中加水，使耕地浸泡于水中；向处理后的重金属污染耕地加入铁盐溶液，进行翻耕、破碎后平整；在土壤表面覆盖一层纤维膜；重复前述步骤为一个循环。其中，静置时浸泡水面至耕地表面的距离为0.5‑1.5cm，翻耕、破碎次数为1‑3次，铁盐溶液的浓度为0.5‑1.5mg/L，铁盐为氯化铁、硫酸铁中的一种，纤维膜为含活性炭、改性硅藻土、改性高岭土的聚丙烯纤维膜，纤维膜覆盖的时间为3‑5天，循环次数为3‑5次。本发明所提供的修复方法处理效果明显，可以有效降低重金属污染耕地中的镉含量，所使用的氯化铁、聚丙烯纤维膜等试剂和材料价低易得，降低了处理成本，处理效率高、耕地修复速度快。

Description

一种重金属镉污染耕地的修复方法
技术领域
本发明属于耕地污染治理技术领域，具体涉及一种重金属镉污染耕地的修复方法。
背景技术
土壤重金属污染是指由于人类活动，土壤中的微量金属元素在土壤中的含量超过背景值，过量沉积而引起的含量过高，统称为土壤重金属污染。重金属是指比重等于或大于5.0的金属，主要包括镉、汞、铅、铬和类金属砷等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的锌、铜、镍等元素。这些污染元素主要来自农药、废水、污泥和大气沉降等，如镉、铅污染主要来自冶炼排放和汽车废气沉降，汞主要来自含汞废水，砷则被大量用作杀虫剂、杀菌剂、杀鼠剂和除草剂。过量重金属可引起植物生理功能紊乱、营养失调，镉、汞等元素在作物籽实中富集系数较高，即使超过食品卫生标准，也不影响作物生长、发育和产量，此外汞、砷能减弱和抑制土壤中硝化、氨化细菌活动，影响氮素供应。重金属污染物在土壤中移动性很小，不为微生物降解，通过食物链进入人体后，潜在危害极大。一些矿山在开采中尚未建立石排场和尾矿库，废石和尾矿随意堆放，致使尾矿中富含难解的重金属进入土壤，加之矿石加工后余下的金属废渣随雨水进入地下水***，造成严重的土壤重金属污染。工业上真正划入重金属的有10种金属元素：铜、铅、锌、锡、镍、钴、锑、汞、镉和铋。而从土壤-植物***的角度来说，国际学界认为，只有镉、钴、硒等元素对动物和人类健康造成危害的风险最大。因为食物链而造成人体健康受损的，主要是镉和硒。中国多个产地出产的稻米被查出镉超标，土壤污染已成公害，镉米危机的出现，敲响了土壤污染的警钟。
重金属镉污染耕地的修复措施包括化学治理、农业生态修复、微生物修复、动物修复和植物修复。其中化学治理包括淋溶法、施用改良剂等方法，能够在短期内降低土壤中重金属的毒性和生物有效性，人为向土壤中施加化学药剂，易造成二次污染，且该方法是一种原位修复方法，重金属镉仍存留在土壤中，容易再度活化危害植物，其潜在威胁并未消除。农业和生态修复通过调节诸如土壤水分、土壤pH值、土壤阳离子代换量、碳酸钙和土壤氧化还原状况及气温、湿度等因素，降低镉生物有效性，以减弱重金属对植物的毒害作用，虽然镉形态发生了改变，但仍存在土壤中，容易再度活化，对生物产生危害。微生物修复包括生物吸附、胞外沉淀、生物转化、生物累积和外排作用。微生物一方面可以降低土壤中重金属的毒性，并可以吸附积累重金属；另一方面可以改变根系微环境，从而提高植物对重金属的吸收、挥发或固定效率。目前，大部分微生物修复技术还局限在科研和实验室水平，实例研究还不多，无法大面积推广。动物修复利用土壤中的某些低等动物如蚯蚓进行重金属镉污染修复的研究仍局限在实验室阶段，且因受低等动物生长环境等因素制约，其修复效率一般，并不是一种理想的修复技术。植物修复将某种特定的植物种植在重金属污染的土壤上，对土壤中的污染元素具有特殊的吸收富集能力，将植物收获并进行妥善处理(如灰化回收)后将重金属移出土体，达到污染治理与生态修复的目的。耕地中重金属镉吸附、沉积于土壤颗粒中，在淹水厌氧条件下，重金属镉将析出进入溶液体系，更多的位于间隙水中。因此，去除间隙水中的重金属镉是耕地修复的最有效途径。
中国发明专利(CN103788960A)公开了一种修复土壤重金属的功能性肥料及修复剂，将改性凹凸棒土、壳聚糖、生物碳和硫代硫酸钠四种材料进行复合，虽然可以降低土壤中重金属的毒性和溶解性，然而制备工艺复杂、成本高。中国发明专利文献(CN107052043A)公开了一种利用葛根来修复重金属污染土壤的方法，该发明通过种植葛根，利用葛根根系分泌物对土壤中的重金属进行活化，再通过根系表面的有机物对活化重金属实现富集，通过移除葛根完成对土壤的预处理，该法虽然适用于大面积的土壤治理，然而不仅耗时长，同时还要保证葛根的存活。中国发明专利文献(CN105149337A)公开了一种重金属镉污染耕地的土壤修复方法，该方法先向受镉污染的耕地中充水，然后向耕地中投加复混配修复药剂水溶液进行反应，翻耕搅拌后静置，再将反应水引出絮凝沉降处理。该方法虽然可以对受镉污染的耕地土壤进行修复，然而向耕地中添加的药剂容易造成二次污染，并且絮凝沉降后的重金属沉淀会混杂于土壤中，难以分离干净。
综上，目前尚没有一种能够快速、低成本、高效修复重金属镉污染耕地的办法。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种重金属镉污染耕地的修复方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种重金属镉污染耕地的修复方法，包括以下步骤：
(1)向耕地中加水，使耕地浸泡于水中，静置；
(2)向步骤(1)处理后的耕地加入铁盐，进行翻耕、破碎后平整；
(3)在步骤(2)处理后的耕地表面覆盖一层纤维膜；
(4)重复步骤(1)-(3)为一个循环。
优选地，所述步骤(1)中浸泡水面至耕地表面的距离为0.5-1.5cm。
优选地，所述步骤(1)中的静置时间为5-7天。
优选地，所述步骤(2)中进行翻耕、破碎的次数为1-3次。
优选地，所述步骤(2)中铁盐的添加量为，使耕地中的铁盐浓度达到0.5-1.5mg/L。
优选地，所述步骤(2)中的铁盐为氯化铁、硫酸铁中的一种。
优选地，所述步骤(3)中的纤维膜为聚丙烯纤维膜。
进一步优选地，所述的聚丙烯纤维膜含有活性炭、改性硅藻土和改性高岭土吸附剂中的至少一种。
优选地，所述步骤(3)中纤维膜覆盖的时间为3-5天。
优选地，所述步骤(4)中的循环次数为3-5次。
步骤(1)中加入氯化铁的目的是三价铁置换出土壤颗粒吸附的镉离子，氯离子络合活化土壤颗粒吸附的镉离子，步骤(2)土壤表面覆盖一层聚丙烯纤维膜以后，土壤中还原的二价铁离子向氧气浓度高的液面迁移，与氧气在聚丙烯纤维膜上聚集反应生成吸附性极强的无定型铁氧化物，从而吸附土壤中释放出来的镉离子，聚丙烯纤维膜本身所含的活性炭、改性硅藻土和改性高岭土吸附剂中的一种或多种也对镉具有很强的吸附性，能吸附土壤颗粒释放出来的镉离子。
本发明的有益效果
1、本发明所提供的修复方法处理效果明显，可以有效降低重金属污染耕地中的镉含量；
2、本发明中所使用的氯化铁、聚丙烯纤维膜等试剂和材料价低易得，降低了镉污染耕地的处理成本；
3、本发明所提供的方法便于操作，可以同时对多块土地统筹规划、联动处理，处理效率高、耕地修复速度快。
具体实施方式
实施例1
针对某一块被重金属镉污染的耕地，面积为2亩，土壤中重金属镉的平均值为0.48mg/kg，超标1倍以上，通过以下方法对其进行修复：
(1)向耕地中加水，使耕地浸泡于水中，使耕地浸泡于水中5天；
(2)向步骤(1)处理后的耕地加入0.5mg/L氯化铁溶液，进行翻耕、破碎1次后平整；
(3)在步骤(2)处理后的土壤表面覆盖一层不含吸附剂的纤维膜，覆盖3天；
(4)重复步骤(1)-(3)，重复3次。
检测修复前后耕地中的镉含量。
实施例2
针对某一块被重金属镉污染的耕地，面积为2亩，土壤中重金属镉的平均值为0.63mg/kg，超标2倍以上，通过以下方法对其进行修复：
(1)向耕地中加水，使耕地浸泡于水中，使耕地浸泡于水中5天；
(2)向步骤(1)处理后的耕地加入0.8mg/L氯化铁溶液，翻耕、破碎1次后平整；
(3)在步骤(2)处理后的土壤表面覆盖一层含有活性炭的纤维膜，覆盖3天；
(4)重复步骤(1)-(3)，重复3次。
检测修复前后耕地中的镉含量。
实施例3
针对某一块被重金属镉污染的耕地，面积为2亩，土壤中重金属镉的平均值为1.22mg/kg，超标4倍以上，通过以下方法对其进行修复：
(1)向耕地中加水，使耕地浸泡于水中，使耕地浸泡于水中5天；
(2)对步骤(1)处理后的耕地加入0.8mg/L氯化铁溶液，进行翻耕、破碎3次后平整；
(3)在步骤(2)处理后的土壤表面覆盖一层含有活性炭的纤维膜，覆盖5天；
(4)重复步骤(1)-(3)，重复3次。
检测修复前后耕地中的镉含量。
实施例4
针对某一块被重金属镉污染的耕地，面积为2亩，土壤中重金属镉的平均值为2mg/kg，超标6倍以上，通过以下方法对其进行修复：
(1)向耕地中加水，使耕地浸泡于水中，使耕地浸泡于水中5天；
(2)向步骤(1)处理后的耕地加入0.8mg/L氯化铁溶液，进行翻耕、破碎3次后平整；
(3)在步骤(2)处理后的土壤表面覆盖一层含有活性炭的纤维膜，覆盖5天；
(4)重复步骤(1)-(3)，重复5次。
检测修复前后耕地中的镉含量。
实施例5
针对某一块被重金属镉污染的耕地，面积为2亩，土壤中重金属镉的平均值为3.7mg/kg，超标10倍以上，通过以下方法对其进行修复：
(1)向耕地中加水，使耕地浸泡于水中，使耕地浸泡于水中5天；
(2)向步骤(1)处理后的耕地加入0.8mg/L氯化铁溶液，进行翻耕、破碎3次后平整；
(3)在步骤(2)处理后的土壤表面覆盖一层含有活性炭、改性硅藻土和改性高岭土的纤维膜，覆盖5天；
(4)重复步骤(1)-(3)，重复5次。
检测修复前后耕地中的镉含量。
实施例6
本实施例比较了实施例1-5修复前后耕地中的镉含量，检测结果如表1所示。
表1修复前后耕地中的镉含量
镉含量/(mg/kg) 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
修复前的耕地 0.48 0.63 1.22 2 3.7
修复后的耕地 0.21 0.26 0.32 0.28 0.3
降低率 0.56 0.59 0.74 0.86 0.92
比较实施例1和2，虽然实施例2土壤中重金属镉的平均值为0.63mg/kg，大于实施例1土壤中的0.48mg/kg，修复前后耕地中镉含量的降低率从56％提升到59％，说明铁盐溶液浓度的增加和纤维膜中含有的活性炭可以提升对镉的处理效果。比较比较实施例3和4，虽然实施例4土壤中重金属镉的平均值为2mg/kg，大于实施例3土壤中的1.22mg/kg，修复前后耕地中镉含量的降低率从74％提升到86％，说明循环次数对处理效果存在较大的影响。比较比较实施例4和5，修复前后耕地中镉含量的降低率从86％提升到92％，说明纤维膜中含有的三种吸附剂间存在协同作用，当纤维膜中含有三种吸附剂时，对镉的治理效果更佳。

Claims (7)

1.一种重金属镉污染耕地的修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)向耕地中加水，使耕地浸泡于水中，静置；
(2)向步骤(1)处理后的耕地加入铁盐，进行翻耕、破碎后平整；
(3)在步骤(2)处理后的耕地表面覆盖一层纤维膜；
(4)重复步骤(1)-(3)为一个循环；
所述步骤(3)中的纤维膜为聚丙烯纤维膜，土壤中还原的二价铁离子向氧气浓度高的液面迁移，与氧气在所述聚丙烯纤维膜上聚集反应生成无定型铁氧化物；
所述的聚丙烯纤维膜含有活性炭、改性硅藻土和改性高岭土吸附剂；
所述步骤(3)中纤维膜覆盖的时间为3-5天。
2.根据权利要求1所述的重金属镉污染耕地的修复方法，其特征在于，所述步骤(1)中浸泡水面至耕地表面的距离为0.5-1.5cm。
3.根据权利要求1所述的重金属镉污染耕地的修复方法，其特征在于，所述步骤(1)中的静置时间为5-7天。
4.根据权利要求1所述的重金属镉污染耕地的修复方法，其特征在于，所述步骤(2)中进行翻耕、破碎的次数为1-3次。
5.根据权利要求1所述的重金属镉污染耕地的修复方法，其特征在于，所述步骤(2)中铁盐的添加量为，使耕地中的铁盐浓度达到0.5-1.5mg/L。
6.根据权利要求1所述的重金属镉污染耕地的修复方法，其特征在于，所述步骤(2)中的铁盐为氯化铁、硫酸铁中的一种。
7.根据权利要求1所述的重金属镉污染耕地的修复方法，其特征在于，所述步骤(4)中的循环次数为3-5次。
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