CN1544166A

CN1544166A - 铜铅复合污染土壤的就地治理方法

Info

Publication number: CN1544166A
Application number: CNA2003101089442A
Authority: CN
Inventors: 杨肖娥; 彭红云; 姜理英
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2003-11-25
Filing date: 2003-11-25
Publication date: 2004-11-10

Abstract

本发明涉及铜铅复合污染土壤的就地治理方法。该方法通过种植紫花香薷，利用紫花香薷的根系大量吸收土壤中的铜铅污染物，并向上输送和转运到地上部，定期或视紫花香薷生长高度收割地上部并将其移走，而从土壤中带走大量铜铅污染物，实现铜铅复合污染土壤的就地治理。该方法投资小、简便、无二次污染，且可保持水土、固定土壤和美化环境。

Description

铜铅复合污染土壤的就地治理方法

技术领域

本发明涉及铜铅复合污染土壤的治理方法。

背景技术

矿山的开发，工业“三废”和机动车尾气的排放，城市生活垃圾、污泥的农用，污水的灌溉，除草剂及化肥的大量使用，污染了土壤、水体和大气，其中土壤重金属污染更为严重。重金属一旦污染土壤，不仅退化土壤肥力，降低作物的产量与品质，恶化水环境，并能通过食物链危及人类生命和健康。我国的重金属污染的农田土壤中，铜及铅的复合污染是个普遍现象。与其它重金属元素相比，虽然铜的毒性较强，可导致一系列的人体生理功能障碍，而铅造成的人体危害尤为可怕。铅对人体多种组织器官产生危害，造成中枢神经损伤，严重的可导致脑病；铅中毒引起血管痉挛，血压升高，增加脑溢血的发病率；铅抑制血红蛋白的产生，导致贫血；铅可致肾脏功能衰退和肾脏病变；铅对生殖***也有毒性作用，使男性生育能力下降，女性流产，早产或死产率增加；更为重要的是铅影响婴幼儿智力和体格的发育，严重影响儿童健康。因此对环境中的铜及铅的治理力度应该受到重视。

目前，重金属污染土壤的修复技术可以分为两大类：物理化学技术和生物学修复技术。较为成熟的且用于土壤重金属污染修复的物理化学技术有：①客土、换土、翻土和去表土；②土壤淋洗技术；③热治分离技术；④电解技术；⑤玻璃化技术等。采用物理化学技术治理污染土壤，从根本上来说并没有达到清除污染的目的，只是将污染从高风险区转移到低风险区或固定在土壤中，暂时减少重金属对植物生态***的危害。另一方面，应用物理化学方法往往耗资巨大，而且所用到的化学药剂还可能造成土壤的二次污染。近年来人们开始关注一种利用生物作用来清除污染的方法，称为生物学修复。其中包括了微生物修复技术和植物修复技术。植物修复就是利用植物吸收，积累或挥发土壤中污染物从而恢复和重建退化的或污染的土壤环境(Raskin，1997；Chaney，1997)。它是一种很有潜力、正在发展的环境修复技术。植物修复技术具有其它物理化学方法所没有的优点：(1)成本低。据估计，如果某种植物的茎部铅积累量达到1％且每年产量40t ha^-1，那么通过10年种植将土壤铅含量从1.4％下降为0.4％所需费用是245,000美元，而用挖掘和填埋方法则需要1600000美元，用土壤淋洗方法需要790000美元。(2)植物利用太阳能，不破坏生态平衡，同时还能美化环境，易为公众所接受。(3)将富铅植物或富铜植物残体用于植物炼矿，可产生经济效益。在美国，出现了一家名为Phytotech的公司，专门利用植物来清除环境中的污染物。1999年全世界植物修复的市场为3400-3800万美元，2000年到2005年市场预计扩大10倍。可见利用植物修复污染土壤特别是重金属复合污染土壤的市场前景是十分广阔的。

发明内容

本发明的目的是提供铜铅复合污染土壤的就地治理方法。

本发明目的是通过种植紫花香薷，利用紫花香薷的根系大量吸收土壤中铜铅污染物，并向上输送和转运到地上部，定期收割地上部并将其移走，从而带走土壤环境中的铜铅污染物，实现铜铅复合污染土壤的就地治理。

本发明所提供的铜铅复合污染土壤的就地治理方法，包括以下步骤：

将紫花香薷直接播种在铜铅复合污染的土壤中，添加改良剂控制土壤pH为中性和偏碱性之间；定期或视紫花香薷生长高度进行收割，并将收割的地上部转移到其他地方集中处理。

上述的定期或视紫花香薷生长高度进行收割，可在紫花香薷生长10个月后，生长到100～120cm高度时收割其地上部。并将收割的地上部材料转移到其他地方集中资源化处理，回收植物残株中可利用的元素。

对于酸性土壤则通过施用碱性改良剂如粉煤灰或碱性有机肥料进行调节。

为提高紫花香薷产量，促进其根系的生长发育形成强大密集的根系，吸收并固定土壤中的大量铜铅污染物，在土壤中施加促进紫花香薷生长的营养元素氮磷钾肥或有机肥料。

为促进紫花香薷对铜及铅的吸收转运，在土壤中施加促进紫花香薷吸收转运铜及铅的有机肥料。

紫花香薷是一年生草本植物，茎直立，在野外高达50～100cm，通常多分枝，叶片呈卵形或宽卵形，长1.7～5.5cm，宽0.9～4cm，叶柄长0.5～3.0cm。据估计，紫花香薷的干物质产量在野外单株重可达98.74g，如果土壤肥沃时则远远可超过98.74g/株。紫花香薷对铅有极强的耐性，在野外能在含铅量高于100mg/kg(醋酸铵有效态铅)的土壤环境中正常生长，其地上部分的铅含量可高达74.4mg/kg，含铅量远高于一般植物(0.02-3mg/kg)。经人工栽培后的紫花香薷，生物产量更高，植株高度更大。在田间条件下，其地上部生物产量可达12.1t/ha，植株高度可达100～120cm。紫花香薷具有发达的根系组织，在铜及铅污染严重的土壤中，紫花香薷能通过强大而又密集的根系吸收和富集及忍耐高水平的铜及铅，而且在可收获部分积累大量的铜和铅，地上部的铜积累量可达1.23～1.82kg/ha，铅积累量高达0.27～0.69kg/ha。紫花香薷对Cu及Pb的强积累特性可应用于铜铅复合污染土壤的植物修复，即利用紫花香薷能在被铜铅污染的土壤中生长并且能吸收积累高水平的铜和铅的能力，收获地上部后可减少土壤中的铜和铅的含量。紫花香薷有相对比其它铜富集植物——海州香薷和铅富集植物——东南景天有更大的生物量，且对干旱和贫瘠的土壤条件有较强的抵抗力，因此在Cu和Pb复合污染土壤的植物修复中具有广泛的应用价值。

紫花香薷在整个生长过程，具有浓郁香味，远甚于海州香薷。紫花香薷的挥发性油成分也具有广谱抗菌和杀菌作用，对痢疾杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色葡萄球菌有强的杀菌作用，对绿浓杆菌、伤寒杆菌均有明显的抑菌作用，可望做成油膏涂鼻剂、喷雾剂、栓剂、空气净化剂等。因此种植紫花香薷对修复治理铜铅复合污染土壤不仅有重要环境意义，也有经济价值。

紫花香薷可生长在中性和偏酸性及偏碱性的土壤中，适应范围广，但土壤的酸碱度对紫花香薷吸收铜和铅有一定影响，在中性和偏酸性条件下更易吸收和富集铜及铅，只是偏酸性土壤增加土壤铜和铅的溶解性，从而造成地下水污染等。因此，对于pH偏酸性的土壤，适当添加粉煤灰或碱性肥料等提高土壤pH值，以钝化土壤铜和铅的有效性，同时大面积种植紫花香薷通过紫花香薷强大而又密集的根系，分泌特定物质酸化根际，改善根际环境，增加根际土壤铜和铅有效性，促进紫花香薷对铜和铅的吸收和富集，加快紫花香薷对铜铅复合污染土壤的修复和治理速度和修复效益。

通过改善栽培措施及耕作条件，可改善土壤理化性质，促进紫花香薷根系生长、发育，加速紫花香薷对土壤中铜和铅的吸收和富集。无机营养元素的添加，有机肥料的施用，都能不同程度地促进铜和铅向紫花香薷地上部转运。对铜铅复合污染土壤结合传统农耕措施和大面积种植紫花香薷，可使土壤中铜和铅更快地向紫花香薷地上部转运，加速紫花香薷对铜铅复合污染土壤的修复效果。当紫花香薷长至10个月后，或视紫花香薷高度为100～120cm时，可收割紫花香薷地上部，转移到其他地方集中资源化处理，并回收其中的元素铜和铅，避免造成二次污染。

与传统的污染土壤修复治理方法相比，通过种植紫花香薷修复铜铅复合污染土壤，主要是利用紫花香薷强大而又密集的根系固定土壤环境中大量的铜和铅，吸收并转运至地上部，从而收割地上部达到从土壤环境至带走大量铜和铅的目的，且通过紫花香薷根部固定铜及铅，可避免造成地下水的污染。在酸性土壤中，应该通过施用粉煤灰等提高土壤pH，以钝化土壤铜和铅的有效性，避免铜和铅污染地下水。覆盖密集的紫花香薷强大根系一方面分泌酸性物质酸化根际，一方面分泌可溶性有机质，促进铜和铅溶解及向紫花香薷地上部转运。另外，本发明提供的治理铜铅复合污染土壤的降低治理方法，具有投资少，维护成本低，工程量适当，管理技术要求不高，可较快减轻污染土壤中的有效铜及有效铅含量；而且不产生二次污染，对水土保持、固定土壤和美化景观环境均具有良好效果。修复治理后的紫花香薷植物资源化利用也可带来一定的经济效益。

附图说明

图1为本发明的3种实施例中紫花香薷根际和非根际土壤pH变化的试验结果，图中，表示紫花香薷非根际土壤pH，表示紫花香薷根际土壤pH；

图2为本发明的3种实施例中紫花香薷根际和非根际土壤可溶性有机质变化的试验结果，图中，表示紫花香薷非根际土壤可溶性有机质，

表示紫花香薷根际土壤可溶性有机质；

图3为本发明的3种实施例中种植紫花香薷前后铜铅复合污染土壤有效铜含量变化的试验结果，图中，

表示种植紫花香薷前土壤表层醋酸铵有效铜，

表示种植紫花香薷后土壤表层醋酸铵有效铜；

图4为本发明的3种实施例中种植紫花香薷前后铜铅复合污染土壤有效铅含量变化的试验结果，图中，

表示种植紫花香薷前土壤表层醋酸铵有效铅，表示种植紫花香薷后土壤表层醋酸铵有效铅；

图5为本发明的3种实施例中紫花香薷地上部清除土壤铜污染的试验结果。

图6为本发明的3种实施例中紫花香薷地上部清除土壤铅污染的试验结果。

具体实施方式

以下实例将进一步说明本发明方法的可行性和积极效果。

实施例1：

在含铜铅分别为1435和1500mg/kg的土壤环境中，仅采用传统方法施加氮磷钾肥后，土壤表层醋酸铵有效铜含量为76.7mg/kg，醋酸铵有效铅含量为49.0mg/kg。种植紫花香薷并按照普通农作物的管理办法，10个月后收割地上部。经测定，种植紫花香薷一季后，土壤表层醋酸铵有效铜含量为52.0mg/kg，减少24.7mg/kg；醋酸铵有效铅含量为29.1mg/kg，减少19.9mg/kg。紫花香薷根际pH降低0.06，根际可溶性有机质含量增加0.15mg/kg。与非根际土壤相比，紫花香薷根际土壤中硝酸铵有效态铜和醋酸铵有效态铜含量分别增加66.5％和32.4％，硝酸铵有效态铅和醋酸铵有效态铅含量分别增加32.4％和53.9％。种植一季后紫花香薷地上部生物产量可达8.1t/ha，地上部从含铜土壤环境中吸收和富集的总铜量为1.35kg/ha，总铅量为0.32kg/ha。紫花香薷地上部清除土壤中铜及铅含量分别为1.35kg/ha和0.32kg/ha。

表1

实施例2

在含铜铅分别为1435和1500mg/kg的土壤环境中，若采用施加有机肥的办法后，土壤表层醋酸铵有效铜含量为78.2mg/kg，醋酸铵有效铅含量为50.0mg/kg。种植紫花香薷并按照普通农作物的管理办法，10个月后收割地上部。经测定，种植紫花香薷一季后，土壤表层醋酸铵有效铜含量为58.5mg/kg，减少19.7mg/kg；醋酸铵有效铅含量为38.6mg/kg，减少11.4mg/kg。紫花香薷根际pH降低0.07，根际可溶性有机质含量增加0.13mg/kg。与非根际土壤相比，紫花香薷根际土壤中硝酸铵有效态铜和醋酸铵有效态铜含量分别增加38.3％和8.93％，硝酸铵有效态铅和醋酸铵有效态铅含量分别增加10.0％和39.3％。种植一季后紫花香薷地上部生物产量为7.9t/ha，地上部从含铜土壤环境中吸收和富集的总铜量为1.23kg/ha，总铅量为0.39kg/ha。紫花香薷地上部清除土壤中铜及铅含量分别为1.23kg/ha和0.39kg/ha。

表2

实施例3

在含铜量为1435mg/kg土壤环境中，若采用同时施加有机肥和粉煤灰的办法后，土壤表层醋酸铵有效铜含量为71.4mg/kg，醋酸铵有效铅含量为44.5mg/kg。种植紫花香薷并按照普通农作物的管理办法，10个月后收割地上部。经测定，种植紫花香薷一季后，醋酸铵有效铜含量为52.0mg/kg，减少可达19.4mg/kg；醋酸铵有效铅含量为30.8mg/kg，减少13.7mg/kg。紫花香薷根际pH降低0.11，根际可溶性有机质含量增加0.14mg/kg与非根际土壤相比，紫花香薷根际土壤中硝酸铵有效态铜和醋酸铵有效态铜含量分别增加54.0％和15.6％，硝酸铵有效态铅和醋酸铵有效态铅含量分别增加30.0％和51.4％。种植一季后紫花香薷地上部生物产量为9.8t/ha，地上部从含铜土壤环境中吸收和富集的总铜量为1.82kg/ha，总铅量为0.47kg/ha。紫花香薷地上部清除土壤中铜及铅含量分别为1.82kg/ha和0.47kg/ha。

表3

Claims

1.铜铅复合污染土壤的就地治理方法，其特征是：

将紫花香薷直接播种在铜铅复合污染的土壤中，添加改良剂控制土壤pH为中性和偏碱性之间；

定期或视紫花香薷生长高度进行收割，并将收割的地上部转移到其他地方集中处理。

2.根据权利要求1所述的铜铅复合污染土壤的就地治理方法，其特征是对于酸性土壤则通过施用碱性改良剂进行调节。

3.根据权利要求2所述的铜铅复合污染土壤的就地治理方法，其特征是所说的碱性改良剂是粉煤灰或碱性有机肥料。

4.根据权利要求1所述的铜铅复合污染土壤的就地治理方法，其特征是在土壤中施加促进紫花香薷生长的氮磷钾肥或有机肥料。

5.根据权利要求1所述的铜铅复合污染土壤的就地治理方法，其特征是在土壤中施加促进紫花香薷吸收转运铜的有机肥料。

6.根据权利要求1所述的铜铅复合污染土壤的就地治理方法，其特征是所说的定期收割为紫花香薷生长10个月后，生长到100～120cm高度时收割其地上部。