CN111229824B - 一种灯心草修复多环芳烃污染土壤的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种灯心草修复多环芳烃污染土壤的方法，所述方法包括以下步骤：1）整地：对污染区的土地进行破碎翻耕；2）种植：在撒播灯心草种子或移栽灯心草幼苗；3）管理：待种子成熟收获灯心草的草种，留茬并收割地上部分，保留地下部分，并将收割的地上部分移出地块进行无害化处理；4）补种：根据灯心草的成活率进行补种；5）定期检测土壤中的多环芳烃含量，循环步骤3~6，直至多环芳烃含量符合要求既可以停止循环。本发明将灯心草用于多环芳烃土壤污染修复，无需特殊管理，简单易行且有效，无二次污染，还能促进土壤物质转化，改善土壤结构，提高土壤肥力；本发明创造性将灯心草与浮萍联合使用，协作处理多环芳烃，大大提高处理效率。
Description
技术领域
本发明属于多环芳烃污染土壤植物修复技术领域，具体涉及一种灯心草修复多环芳烃污染土壤的方法。
背景技术
多环芳烃（PAHs）是一类广泛存在于环境介质中的有机污染物，由两个或两个以上的苯环构成的线状、角状或簇状的中性或非极性化合物，其化学结构稳定，具有“三致”效应，难降解，易在生物体内蓄积。
一般认为多环芳烃主要是由石油、煤炭、木材、气体燃料、纸张等含碳氢化合物的不完全燃烧以及在还原气氛中热分解而产生的。环境 PAHs 的自然源包括：火山爆发，森林植被和灌木丛燃烧以及细菌对动物、植物的生化作用等。但是，人为活动特别是化石燃料的燃烧是环境 PAHs 的主要来源。
在工业发达国家，人为燃料燃烧是土壤 PAHs 的主要来源。因此，近 100~150 年来，土壤 PAHs 的浓度在不断增加，尤其是城市地区。严重污染区 PAHs 的存在与下列工业行为有关：化石燃料的汽化和液化；利用化石燃料生产热和电；焦炭生产；催化裂解；碳黑的生产和应用；煤焦油的生产和应用；原油及其衍生物的精练和分馏；木材的保护性处理和防腐剂生产；石油贮存、转运、处理与应用；废物倾倒和垃圾填埋；露天燃烧（垃圾、轮胎、塑料等）和焚化过程等。我国的PAHs 污染主要体现在土壤、大气、江河沉积物等方面。我国PAHs的年排放总量超过 25000 t。
污染土壤修复的方法有物理法、化学法和生物法, 通常根据污染物种类不同而采取不同的修复方法，植物修复(Phytoremediation)技术是近年来发展起来的一项主要用于清除环境中有毒污染物的绿色修复技术。植物修复是利用植物来转移、容纳或转化污染物，以减少污染物对环境危害的一种绿色修复技术。但是目前的植物修复存在周期长、所选植物针对性弱、吸收不佳、土壤中污染物处理不均衡的问题。
基于以上问题，有必要发明一种灯心草修复多环芳烃污染土壤的方法。
发明内容
为解决多环芳烃土壤污染的问题，本发明提供一种利用灯心草修复多环芳烃的方法。
本发明的技术方案如下，包括以下步骤：
1）整地：对污染区的土地进行破碎翻耕，并平整地面；
2）种植：在经过步骤（1）处理的土壤上撒播灯心草种子或移栽已培育好的灯心草幼苗；
3）管理：等待种子成熟收获灯心草的草种，留茬并收割地上部分，保留地下部分，并将收割的地上部分移出地块进行无害化处理；
4）补种：根据灯心草的成活率进行补种；
5）定期检测土壤中的多环芳烃含量，循环步骤3~5，直至多环芳烃含量符合要求即可以停止循环。
优选的，步骤（1）中所述的翻耕深度为10~30cm。
优选的，步骤（2）中撒播的种子选择优质、抗病、高产、颗粒饱满、适应力和生命力强的，撒播种子量为10~25g/m2，移栽间距为5~8cm，所移栽的幼苗根系发达。
优选的，步骤（3）的管理中还包括当灯心草幼苗生长至高度为8~12cm时，向地块注水，注水深度为3~6cm，注水后向水中放入浮萍，使得浮萍与灯心草共生，共生期为30-60天，共生期结束，先捞去浮萍并进行无害化处理，接着排空明水，等待灯心草生长至种子成熟。
优选的，所述的注水为注入含有乙醇、表面活性剂的水，其中乙醇与水的体积比为0.1~0.5：1000，表面活性剂的含量为1-10ppm。
优选的，步骤（3）中所述的留茬高度为1~5cm。
优选的，步骤（4）中所述的补种为补种至灯心草的株距在5~8cm，并根据灯心草的生长情况补加0~1000Kg/667m2的种植土。
优选的，步骤（5）中所述的要求为土壤中总多环芳烃浓度≤1mg/kg。
优选的，所述的灯心草含有菲类活性物质，具有对多环芳烃的耐性和吸收降解能力。
所述的灯心草为灯心草科灯心草属，拉丁名：Juncus effuses，湿生植物。
所述的浮萍拉丁名：Lemna minor，湿生植物。
和现有技术对比，本发明的优势如下：
1、本发明所使用的植物修复，效果显著，无需专用化学修复剂，适用性好，成本低廉，对环境友好，无需进行特别管理，环境修复效果好，具有经济效益和生态效益双重功能，绿色环保。
2、本发明能够实现多环芳烃污染非常严重的土壤，简单有效，无二次污染，尤其适合大面积土壤修复，提高植被覆盖度。
3、本发明所种植的灯心草含有多环芳烃类活性物质，具有对多环芳烃的耐性和吸收降解能力，生长速度快，生命力强，生物量大，能促进土壤物质转化，改善土壤结构，提高土壤肥力，活化土壤中的多环芳烃，从而促进植物对多环芳烃的吸收。
4、本发明采用将灯心草与浮萍共生的方法，在灯心草生长初期注水，一方面为水生植物灯心草提供更加有利的生长环境，促进根系生长，另一方面为浮萍生长提供条件；本发明注入的水中含有少量乙醇和极少量表面活性剂，乙醇与水无限互溶，并在表面活性剂的作用下溶解土壤表层的多环芳烃使其存在在水中，之后浮萍在水中培养，少量的乙醇存在刺激浮萍生长活动，缩短其生育期，加快浮萍的光合作用，而浮萍的生长大量吸附水中溶解的多环芳烃，待共生期结束，浮萍将水中多环芳烃吸收并被捞取无害化处理，而土壤中的其他多环芳烃被灯心草吸收，并随着茎叶的收割被无害化处理；待土壤检测符合要求后，直接将灯心草整株拔除处理即可；处理时间可以缩短至1~2个生长周期，有效解决了现有多环芳烃植物修复过程周期长的问题。
与传统的修复方法相比，本发明具有对污染物降解彻底、处理费用较低、保持原土壤理化性质和应用广泛、不易产生二次污染等特点，更适用于大面积土壤多环芳烃污染的修复。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
实施例1
选择对象为某钢铁厂周边土壤，选择5m×5m的小区，对小区的土地进行破碎翻耕，并平整地面，间距为6cm移栽灯心草幼苗，待植株成熟之后收割地上部分，留茬3cm，并测定土壤中多环芳烃含量，将收割的地上部分做无害化处理。来年根据灯心草长势补种，并循环上述步骤。经过一年植物修复后，测定土壤中多环芳烃总含量降低11.5%，经过两年植物修复后测定土壤多环芳烃含量降低33%，三年植物修复后多环芳烃总含量降低50%。
实施例2
选择对象为某燃煤场周边土壤，选择5m×5m的小区，对小区的土地进行破碎翻耕，并平整地面，间距为6cm移栽灯心草幼苗，待植株成熟之后收割地上部分，留茬3cm，并测定土壤中多环芳烃含量，将收割的地上部分做无害化处理。来年根据灯心草长势补种，并循环上述步骤。经过一年植物修复后，测定土壤中多环芳烃总含量降低20.2%，经过两年植物修复后测定土壤多环芳烃含量降低30.4%，三年植物修复后多环芳烃总含量降低46.83%。
实施例3
选择对象为某城区周边土壤，选择5m×5m的小区，对小区的土地进行破碎翻耕，并平整地面，间距为6cm移栽灯心草幼苗，待植株成熟之后收割地上部分，留茬3cm，并测定土壤中多环芳烃含量，将收割的地上部分做无害化处理。来年根据灯心草长势补种，并循环上述步骤，经过一年植物修复后，测定土壤中多环芳烃总含量降低16.3%，经过两年植物修复后测定土壤多环芳烃含量降低32.7%，三年植物修复后多环芳烃总含量降低59.2%。
实施例4
一种灯心草修复多环芳烃污染土壤的方法，所述土壤为钢铁厂污染土壤，多环芳烃总含量为100mg/kg，包括以下步骤：
1）整地：对污染区的土地进行破碎翻耕10cm，并平整地面；
2）种植：在经过步骤（1）处理的土壤上撒播灯心草种子或移栽已培育好的灯心草幼苗；撒播的为颗粒饱满、适应力和生命力强的种子，撒播种子量为10g/m2，移栽间距为5cm。
3）管理：当灯心草幼苗生长至高度为8cm时，向地块注水，所述的注水为注入含有乙醇、表面活性剂的水，其中乙醇与水的体积比为0.1：1000，表面活性剂的含量为1ppm，注水深度为3cm，注水后向水中放入浮萍，使得浮萍与灯心草共生，共生期为30天，共生期结束，先捞去浮萍并进行无害化处理，接着排空明水，灯心草生长至种子成熟收获灯心草的草种，留茬1cm并收割地上部分，保留地下部分，并将收割的地上部分移出地块进行无害化处理；
4）补种：根据灯心草的成活率进行补种；补种至灯心草的株距在5cm，并根据灯心草的生长情况补加0Kg/667m2的种植土。
5）循环步骤3~5，循环2次后，检测土壤中总多环芳烃浓度为152μg/kg，停止循环，并将灯心草植株拔除进行无害化处理。
实施例5
一种灯心草修复多环芳烃污染土壤的方法，所述土壤为焦化厂污染土壤，多环芳烃总含量为65mg/kg，包括以下步骤：
1）整地：对污染区的土地进行破碎翻耕30cm，并平整地面；
2）种植：在经过步骤（1）处理的土壤上撒播灯心草种子或移栽已培育好的灯心草幼苗；撒播的为颗粒饱满、适应力和生命力强的种子，撒播种子量为25g/m2，移栽间距为8cm。
3）管理：当灯心草幼苗生长至高度为12cm时，向地块注水，所述的注水为注入含有乙醇、表面活性剂的水，其中乙醇与水的体积比为0.5：1000，表面活性剂的含量为10ppm，注水深度为6cm，注水后向水中放入浮萍，使得浮萍与灯心草共生，共生期为60天，共生期结束，先捞去浮萍并进行无害化处理，接着排空明水，等待灯心草生长至种子成熟收获灯心草的草种，留茬5cm并收割地上部分，保留地下部分，并将收割的地上部分移出地块进行无害化处理；
4）直接检测土壤中总多环芳烃浓度为0.96mg/kg，停止循环，并将灯心草植株拔除进行无害化处理，即可。
实施例6
一种灯心草修复多环芳烃污染土壤的方法，所述土壤为钢铁厂污染土壤，
一种灯心草修复多环芳烃污染土壤的方法，所述土壤为废弃钢铁厂污染土壤，多环芳烃总含量为78mg/kg，包括以下步骤：
1）整地：对污染区的土地进行破碎翻耕20cm，并平整地面；
2）种植：在经过步骤（1）处理的土壤上撒播灯心草种子或移栽已培育好的灯心草幼苗；撒播的为颗粒饱满、适应力和生命力强的种子，撒播种子量为15g/m2，移栽间距为6cm。
3）管理：当灯心草幼苗生长至高度为10cm时，向地块注水，所述的注水为注入含有乙醇、表面活性剂的水，其中乙醇与水的体积比为0.2：1000，表面活性剂的含量为5ppm，注水深度为4cm，注水后向水中放入浮萍，使得浮萍与灯心草共生，共生期为40天，共生期结束，先捞去浮萍并进行无害化处理，接着排空明水，等待灯心草生长至种子成熟收获灯心草的草种，留茬2cm并收割地上部分，保留地下部分，并将收割的地上部分移出地块进行无害化处理；
4）补种：根据灯心草的成活率进行补种；补种至灯心草的株距在8cm，并根据灯心草的生长情况补加1000Kg/667m2的种植土。
5）循环步骤3~5，共循环1次后，检测土壤中总多环芳烃浓度为0.90mg/kg，停止循环，并将灯心草植株拔除进行无害化处理。
实施例7
一种灯心草修复多环芳烃污染土壤的方法，所述土壤为废弃焦化厂污染土壤，多环芳烃总含量为88mg/kg，包括以下步骤：
1）整地：对污染区的土地进行破碎翻耕25cm，并平整地面；
2）种植：在经过步骤（1）处理的土壤上撒播灯心草种子或移栽已培育好的灯心草幼苗；撒播的为颗粒饱满、适应力和生命力强的种子，撒播种子量为20g/m2，移栽间距为7cm。
3）管理：当灯心草幼苗生长至高度为9cm时，向地块注水，所述的注水为注入含有乙醇、表面活性剂的水，其中乙醇与水的体积比为0.3：1000，表面活性剂的含量为7ppm，注水深度为5cm，注水后向水中放入浮萍，使得浮萍与灯心草共生，共生期为50天，共生期结束，先捞去浮萍并进行无害化处理，接着排空明水，等待灯心草生长至种子成熟收获灯心草的草种，留茬1~5cm并收割地上部分，保留地下部分，并将收割的地上部分移出地块进行无害化处理；
4）补种：根据灯心草的成活率进行补种；补种至灯心草的株距在7cm，并根据灯心草的生长情况补加300Kg/667m2的种植土。
5）循环步骤3~5，循环2次后检测土壤中总多环芳烃浓度为0.82mg/kg，停止循环，并将灯心草植株拔除进行无害化处理。
Claims (6)
1.一种灯心草修复多环芳烃污染土壤的方法，其特征在于包括以下步骤：
1）整地：对污染区的土地进行破碎翻耕，并平整地面；
2）种植：在经过步骤（1）处理的土壤上撒播灯心草种子或移栽已培育好的灯心草幼苗；
3）管理：等待种子成熟收获灯心草的草种，留茬并收割地上部分，保留地下部分，并将收割的地上部分移出地块进行无害化处理；当灯心草幼苗生长至高度为8~12cm时，向地块注水，注水深度为3~6cm，注水后向水中放入浮萍，使得浮萍与灯心草共生，共生期为30-60天，共生期结束，先捞去浮萍并进行无害化处理，接着排空明水，等待灯心草生长至种子成熟；所述的注水为注入含有乙醇、表面活性剂的水，其中乙醇与水的体积比为0.1~0.5：1000，表面活性剂的含量为1-10ppm；
4）补种：根据灯心草的成活率进行补种；
5）定期检测土壤中的多环芳烃含量，循环步骤3~5，直至多环芳烃含量符合要求即可以停止循环。
2.根据权利要求1所述的灯心草修复多环芳烃污染土壤的方法，其特征在于步骤（1）中所述的翻耕深度为10~30cm。
3.根据权利要求1所述的灯心草修复多环芳烃污染土壤的方法，其特征在于步骤（2）中撒播的为颗粒饱满、适应力和生命力强的种子，撒播种子量为10~25g/m2，移栽间距为5~8cm。
4.根据权利要求1所述的灯心草修复多环芳烃污染土壤的方法，其特征在于步骤（3）中所述的留茬高度为1~5cm。
5.根据权利要求1所述的灯心草修复多环芳烃污染土壤的方法，其特征在于步骤（4）中所述的补种为补种至灯心草的株距在5~8cm，并根据灯心草的生长情况补加0~1000Kg/667m2的种植土。
6.根据权利要求1所述的灯心草修复多环芳烃污染土壤的方法，其特征在于步骤（5）中所述的要求为土壤中总多环芳烃浓度≤1mg/kg。
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