CN109092882A - 利用生物及碳化材料的复合污染土壤原位生态修复方法 - Google Patents

利用生物及碳化材料的复合污染土壤原位生态修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于治理复合污染土壤的原位生态修复方法，将待修复的污染土壤中添加生物炭及无机改良材料，混合搅拌均匀；污染土壤层上覆一层绿化种植土壤；根据景观需求进行景观植物群落配置，每25‑35天模拟人工降雨一次，以浸透待修复的污染土壤层为准。所述的生物炭为农作物秸秆、枯枝落叶、河底淤泥中的一种或多种经500‑600℃煅烧后得到的产品。所述的无机改良材料包括CoMoS4、NiMoS4、Cu2MoS4、Zn2MoS4中的任意一种或多种。采用本发明的技术方案方法两年后，Cu的去除率为15‑25％、Zn的去除率为20‑28％、Pb的去除率为10‑22％、Cd的去除率为8‑17％。

Description

利用生物及碳化材料的复合污染土壤原位生态修复方法
技术领域
本发明属于园林绿化和环境污染修复领域，涉及一种复合污染原位修复方法，具体来说是一种利用植物、微生物及其碳化多孔循环材料开展土壤重金属污染原位植物修复和景观重建的方法。
背景技术
植物修复是指植物与土壤微生物共同作用，将污染物转变为无害的或可利用形态的过程，同时通过不同种类植物的应用配制同时可达到场地景观重建的效果。目前，单一植物修复对于复合污染土壤的效率相对较低，需要较长时间达到修复目的，且对于复合型土壤污染修复效果差。
发明内容
本发明通过在污染原场地中构建地下部分植物、生物炭、或包括微生物三者相互促进、相互依存的关系达到修复效果和效率的提升，并同时达到场地地上部分的景观重建效果。
本发明所述的用于治理复合污染土壤的原位生态修复方法，包括如下步骤：
(1)将待修复的污染土壤中添加生物炭及无机改良材料，混合搅拌均匀；
(2)污染土壤层上覆一层绿化种植土壤；
(3)根据景观需求进行景观植物群落配置，每25-35天模拟人工降雨一次，以浸透待修复的污染土壤层为准。
所述污染土壤pH>8.5、EC<0.20mS/cm、有机质<10g/kg、质地粘重(黏粒含量约占35％)、水解性氮<40mg/kg、有效磷<5mg/kg、速效钾<60mg/kg；(氮磷钾也可以不写)，另土壤有效态Fe<4mg/kg、有效态Mn<0.6mg/kg、有效态Mg<50mg/kg等。
复合污染土壤重金属有Cu、Zn、Pb、Cd等，其中Cu含量600-900mg/kg、Zn含量800-1200mg/kg、Pb含量500-700mg/kg、Cd含量2-4mg/kg。
所述的生物炭为农作物秸秆、枯枝落叶、河底淤泥中的一种或多种经500-600℃煅烧后得到的产品。
所述的无机改良材料包括CoMoS4、NiMoS4、Cu2MoS4、Zn2MoS4中的任意一种或多种。
生物炭与无机改良材料的质量比为1：0.01-1；生物炭与无机改良材料的量为0.01-1kg/方，也为微生物提供了适宜的生长环境。
所述的污染土壤层需压紧振实，层高为30-60cm；污染土壤层横向上每隔50-80cm插水管排出。
所述的景观植物群落配置包括面积至少为30％的固氮植物。
相思树，合欢，黄槐，黄檀，树豆，阿勃勒，马桑，含羞草，苜蓿，苏铁中的至少5种，配制的绿化种植土壤添加有降解污染物、促进植物生长的微生物菌剂，通过固氮植物增加的土壤氮素，经过降雨淋溶到污染土壤中，为微生物提供氮源，通过植物群落分泌的有机酸可以向下迁移，进入污染土壤，为微生物提供酸性环境。
所述的步骤(1)中还添加有微生物菌剂，所述的微生物包括假单胞菌、不动杆菌、AM菌根菌、芽孢杆菌、根瘤菌中的任意一种或多种。
本发明的技术方案将所述的用于治理复合污染土壤的原位生态修复方法在治理重金属污染上的应用，所述的重金属污染包括Cu、Zn、Pb、Cd重金属污染的一种或多种。
本发明的技术方案通过植物群落直接吸收、根系分泌物、固氮植物N源提供、生物炭等有机改良材料碳源提供等，逐步实现污染土壤修复和植物生长同步。采用本发明的技术方案后，不仅能快速恢复植被，提升城市生态环境；另外，采用该方法两年后，Cu的去除率为15-25％、Zn的去除率为20-28％、Pb的去除率为10-22％、Cd的去除率为8-17％。预估5年后土壤Cu含量可由900mg/kg降低至标准限值要求600mg/kg以下，土壤Zn含量可由1200mg/kg降低至标准限值要求800mg/kg以下，土壤Pb含量可由700mg/kg降低至标准限值要求600mg/kg以下，土壤Cd含量可由4mg/kg降低至标准限值要求2mg/kg以下。
附图说明
图1为本发明治理复合污染土壤的原位生态修复示意图。
1.生态修复植物菌落，2.500mm厚客土层，即正常土壤，3.污染土壤，4.生物炭等多孔性吸附材料，5.普通土壤。
具体实施方式
本发明的技术方案针对污染土壤进行治理，污染土壤的理化性质为pH>8.5、EC<0.20mS/cm、有机质<10g/kg、质地粘重(黏粒含量约占35％)、水解性氮<40mg/kg、有效磷<5mg/kg、速效钾<60mg/kg；(氮磷钾)，另土壤有效态Fe<4mg/kg、有效态Mn<0.6mg/kg、有效态Mg<50mg/kg等。
复合污染土壤重金属有Cu、Zn、Pb、Cd等，其中Cu含量600-900mg/kg、Zn含量800-1200mg/kg、Pb含量500-700mg/kg、Cd含量2-4mg/kg。
实施例1
用于治理复合污染土壤的原位生态修复方法，包括如下步骤：
(1)将待修复的污染土壤中添加生物炭及无机改良材料，混合搅拌均匀；所述的生物炭为油菜、玉米农作物秸秆的混合物经500℃煅烧后得到的粒径小于5μm的颗粒，所述的无机改良材料为CoMoS4、Cu2MoS4以质量比1：1的混合物，生物炭与无机改良材料的质量比为1：0.3；生物炭与无机改良材料的量为0.5kg/方。
(2)污染土壤层上覆一层绿化种植土壤，所述的污染土壤层需压紧振实，层高为40cm；污染土壤层横向上每隔80cm插水管排出。
(3)根据景观需求进行景观植物群落配置，每28天模拟人工降雨一次，以浸透待修复的污染土壤层为准；所述的景观植物群落配置包括面积为45％的固氮植物，固氮植物包括相思树，黄槐，黄檀，阿勃勒，马桑，含羞草，苜蓿搭配种植。采用本发明的技术方案两年后，Cu的去除率为15％、Zn的去除率为20％、Pb的去除率为10％、Cd的去除率为8％。预估5年后土壤Cu含量可由900mg/kg降低至标准限值要求580mg/kg下，土壤Zn含量可由1200mg/kg降低至标准限值要求750mg/kg下，土壤Pb含量可由700mg/kg降低至标准限值要求500mg/kg下，土壤Cd含量可由4mg/kg降低至标准限值要求2.9mg/kg下。
实施例2
用于治理复合污染土壤的原位生态修复方法，包括如下步骤：
(1)将待修复的污染土壤中添加生物炭及无机改良材料，混合搅拌均匀；所述的生物炭为养藕池塘淤泥烘干后，经580℃煅烧后得到的粒径小于3.5μm的颗粒，所述的无机改良材料为NiMoS4、Cu2MoS4以质量比1：0.8的混合物，生物炭与无机改良材料的质量比为1：0.6；生物炭与无机改良材料的量为0.35kg/平方，同时添加假单胞菌、枯草芽孢杆菌的混合菌剂，混合菌剂的添加量为生物炭与无机改良材料总质量的0.15％，其中，假单胞菌的浓度为5×104cfu/ml，枯草芽孢杆菌的的浓度为5×104cfu/ml。
(2)污染土壤层上覆一层绿化种植土壤，所述的污染土壤层需压紧振实，层高为40cm；污染土壤层横向上每隔80cm插水管排出。
(3)根据景观需求进行景观植物群落配置，每28天模拟人工降雨一次，以浸透待修复的污染土壤层为准；所述的景观植物群落配置包括面积为44％的固氮植物，固氮植物包括相思树，合欢，树豆，马桑，含羞草，苜蓿，苏铁搭配种植。
采用本发明的技术方案两年后，Cu的去除率为18％、Zn的去除率为25％、Pb的去除率为14.5％、Cd的去除率为12％。预估5年后土壤Cu含量可由900mg/kg降低至标准限值要求530mg/kg下，土壤Zn含量可由1200mg/kg降低至标准限值要求720mg/kg下，土壤Pb含量可由700mg/kg降低至标准限值要求480mg/kg下，土壤Cd含量可由4mg/kg降低至标准限值要求2.2mg/kg下。
实施例3
用于治理复合污染土壤的原位生态修复方法，包括如下步骤：
(1)将待修复的污染土壤中添加生物炭及无机改良材料，混合搅拌均匀；所述的生物炭为养鱼池塘淤泥烘干后，经580℃煅烧后得到的粒径小于3.5μm的颗粒，所述的无机改良材料为Cu2MoS4、Zn2MoS4以质量比1：0.5的混合物，生物炭与无机改良材料的质量比为1：0.8；生物炭与无机改良材料的量为0.65kg/平方，同时添加AM菌根菌，AM菌根菌的添加量为50g/平方。
(2)污染土壤层上覆一层绿化种植土壤，所述的污染土壤层需压紧振实，层高为50cm；污染土壤层横向上每隔70cm插水管排出。
(3)根据景观需求进行景观植物群落配置，每28天模拟人工降雨一次，以浸透待修复的污染土壤层为准；所述的景观植物群落配置包括面积为60％的固氮植物，固氮植物包括相思树，合欢，树豆，马桑，含羞草，苜蓿，苏铁搭配种植。
采用本发明的技术方案两年后，Cu的去除率为22％、Zn的去除率为20％、Pb的去除率为20％、Cd的去除率为11％。反复步骤(1)，5年后土壤Cu含量可由900mg/kg降低至标准限值要求400mg/kg下，土壤Zn含量可由1200mg/kg降低至标准限值要求680mg/kg下，土壤Pb含量可由700mg/kg降低至标准限值要求450mg/kg下，土壤Cd含量可由4mg/kg降低至标准限值要求2.1mg/kg下。
实施例4
用于治理复合污染土壤的原位生态修复方法，包括如下步骤：
(1)将待修复的污染土壤中添加生物炭及无机改良材料，混合搅拌均匀；所述的生物炭为农作物秸秆、枯枝落叶经600℃煅烧后得到的粒径小于3.5μm的颗粒，所述的无机改良材料为Cu2MoS4，生物炭与无机改良材料的质量比为1：0.09；生物炭与无机改良材料的量为0.4kg/平方，同时添加不动杆菌、根瘤菌的混合菌剂，混合菌剂的添加量为生物炭与无机改良材料总质量的0.15％，其中，不动杆菌的浓度为5×104cfu/ml，根瘤菌的浓度为5×104cfu/ml。
(2)污染土壤层上覆一层绿化种植土壤，所述的污染土壤层需压紧振实，层高为50cm；污染土壤层横向上每隔70cm插水管排出。
(3)根据景观需求进行景观植物群落配置，每28天模拟人工降雨一次，以浸透待修复的污染土壤层为准；所述的景观植物群落配置包括面积为60％的固氮植物，固氮植物包括相思树，合欢，树豆，马桑，含羞草，苜蓿，苏铁搭配种植。
采用本发明的技术方案两年后，Cu的去除率为21.5％、Zn的去除率为23％、Pb的去除率为18％、Cd的去除率为14％。反复步骤(1)，5年后土壤Cu含量可由900mg/kg降低至标准限值要求440mg/kg下，土壤Zn含量可由1200mg/kg降低至标准限值要求730mg/kg下，土壤Pb含量可由700mg/kg降低至标准限值要求480mg/kg下，土壤Cd含量可由4mg/kg降低至标准限值要求2.5mg/kg下。
实施例4
用于治理复合污染土壤的原位生态修复方法，包括如下步骤：
(1)将待修复的污染土壤中添加生物炭及无机改良材料，混合搅拌均匀；所述的生物炭为农作物秸秆、枯枝落叶经600℃煅烧后得到的粒径小于3.5μm的颗粒，所述的无机改良材料为Co2MoS4、Zn2MoS4，Co2MoS4、Zn2MoS4的质量比为1：1，生物炭与无机改良材料的质量比为1：0.6；生物炭与无机改良材料的量为0.45kg/平方，同时添加假单胞菌，假单胞菌的添加量为生物炭与无机改良材料总质量的0.4％，其中，假单胞菌的浓度为5×104cfu/ml。
(2)污染土壤层上覆一层绿化种植土壤，所述的污染土壤层需压紧振实，层高为50cm；污染土壤层横向上每隔70cm插水管排出。
(3)根据景观需求进行景观植物群落配置，每28天模拟人工降雨一次，以浸透待修复的污染土壤层为准；所述的景观植物群落配置包括面积为60％的固氮植物，固氮植物包括相思树，合欢，树豆，马桑，含羞草，苜蓿，苏铁搭配种植。
采用本发明的技术方案两年后，Cu的去除率为22％、Zn的去除率为25％、Pb的去除率为19.5％、Cd的去除率为15.5％。反复步骤(1)，5年后土壤Cu含量可由900mg/kg降低至标准限值要求450mg/kg下，土壤Zn含量可由1200mg/kg降低至标准限值要求750mg/kg下，土壤Pb含量可由700mg/kg降低至标准限值要求500mg/kg下，土壤Cd含量可由4mg/kg降低至标准限值要求2.5mg/kg下。

Claims (9)

1.用于治理复合污染土壤的原位生态修复方法，其特征在于：
（1）将待修复的污染土壤中添加生物炭及无机改良材料，混合搅拌均匀；
（2）污染土壤层上覆一层绿化种植土壤；
（3）根据景观需求进行景观植物群落配置，每 25-35 天模拟人工降雨一次，以
浸透待修复的污染土壤层为准。
2.根据权利要求 1 所述的用于治理复合污染土壤的原位生态修复方法，其特征
是，所述的生物炭为农作物秸秆、枯枝落叶、河底淤泥中的一种或多种经 500-600℃煅烧后得到的产品。
3.根据权利要求 1 所述的用于治理复合污染土壤的原位生态修复方法，其特征在于：所述的无机改良材料包括 CoMoS4、NiMoS4、Cu2MoS4、Zn2MoS4 中的任意一种或多种。
4.根据权利要求 1 所述的用于治理复合污染土壤的原位生态修复方法，其特征在于：生物炭与无机改良材料的质量比为 1：0.01-1；生物炭与无机改良材料的量为 0.01-1kg/方。
5.根据权利要求 1 所述的用于治理复合污染土壤的原位生态修复方法，其特征在于：所述的污染土壤层需压紧振实，层高为 30-60cm；污染土壤层横向上每隔50-80cm 插水管排出。
6.根据权利要求 1 所述的用于治理复合污染土壤的原位生态修复方法，其特征在于：所述的景观植物群落配置包括面积至少为 30%的固氮植物。
7.根据权利要求 1 所述的用于治理复合污染土壤的原位生态修复方法，其特征在于：相思树，合欢，黄槐，黄檀，树豆，阿勃勒，马桑，含羞草，苜蓿，苏铁中的至少 5 种。
8.根据权利要求 1 所述的用于治理复合污染土壤的原位生态修复方法，其特征在于：所述的步骤（1）中还添加有微生物菌剂，所述的微生物包括假单胞菌、不动杆菌、AM 菌根菌、芽孢杆菌、根瘤菌中的任意一种或多种。
9.权利要求 1-8任一项所述的用于治理复合污染土壤的原位生态修复方法在治理重金属污染上的应用，所述的重金属污染包括 Cu、Zn、Pb、Cd 重金属污染的一种或多种。
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