CN1810398A

CN1810398A - 一种利用骨炭治理铅污染土壤的方法

Info

Publication number: CN1810398A
Application number: CN 200510006261
Authority: CN
Inventors: 朱永官; 陈世宝; 黄益宗; 滕曼
Original assignee: Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Current assignee: Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2006-08-02

Abstract

本发明提供了一种利用骨炭治理铅污染土壤的方法，采用材料来源广泛、价值低廉的骨炭与土壤环境中的铅发生化学反应(沉淀、吸附、络合、氧化－还原等)，形成稳定的化合物，降低土壤中铅的生物有效性，从而降低植物根系对铅的吸收和积累，以达到治理土壤铅污染的目的。本发明的具体方法是将骨炭制成300－350目的粉末，按2－16克/公斤土壤的比例将骨炭埋入土壤中。

Description

一种利用骨炭治理铅污染土壤的方法

所属领域

本发明属于重金属污染土壤的治理与修复技术，具体地说涉及一种利用骨炭治理铅污染土壤的方法。

背景技术

由于长期进行污水灌溉和污泥施用、人为活动引起的大气沉降、矿产资源的不合理开发以及化肥、农药的大量施用等，造成土壤重金属污染日趋严重。我国上海、广州、天津、沈阳、西安等城郊的菜地土壤均受到重金属Pb、Cd、Hg等的污染。目前，我国受Cd、As、Pb、Hg、Zn等重金属污染的耕地面积近2.0×10⁷hm²，约占总耕地面积的五分之一；其中工业“三废”污染耕地1.0×10⁷hm²，污水灌溉的农田面积3.3×10⁷hm²。土壤重金属污染不仅影响农田和森林土壤的理化性质，使土壤质地变劣，而且重金属污染还毒害农田和森林生态***中的各种生物生长，影响粮食产量。我国每年因重金属污染而减产粮食超过1.0×10⁷t，另外被重金属污染的粮食每年也多达1.2×10⁷t，由此造成的经济损失合计至少为200亿元。土壤中的重金属被农作物、林木、动物吸收和富集后，可经过食物链进入人体从而危害人类健康。例如重金属铅进入人体后，在血液中经过反应变成可溶性磷酸氢铅和甘油酸铅，其中96％迅速与红细胞结合，4％留在血浆中与血红蛋白相结合。通过血液循环铅主要分布到肝、肾、脾、脑中，尤以肝、肾浓度最高。最后绝大部分的铅均转移到骨骼中并形成难溶性的磷酸铅。铅对人体的神经***、消化***、生殖***和骨骼造血功能等均产生毒害作用。铅被称为“儿童智力的杀手”，它可通过胎盘由母体进入胎儿体内，导致婴幼儿先天性母源性铅负荷增加。由于儿童大脑处于神经***快速发育阶段，对铅有特殊敏感性，铅易在脑中积蓄，从而导致儿童发育迟缓，出现智力上的缺陷。

重金属污染土壤的治理方法主要有：1)物理法，包括排土、换土、去表土、客土、深耕翻土、淋洗、电化法等措施；2)化学法，包括氧化、还原、沉淀、吸附、拮抗法等；2)生物法，利用某些动物、植物和微生物对污染物进行吸收积累和降解转化。这几种方法虽然对土壤重金属污染治理具有一定的改良效果，但是它们也存在较大的局限性。例如物理法投资成本较大、易造成二次污染、破坏土壤结构、土壤肥力下降等；植物修复技术属于生物修复的范畴，也是当前人们的研究热点。迄今为止，人们已从自然界中筛选到400多种重金属超积累植物，多为十字花科植物，其中镍的超积累植物约有277种，它们可作为修复重金属污染土壤的优先考虑品种。植物修复技术虽然以其成本低、不破坏土壤结构和不造成二次污染等优点而备受人们推崇，但是目前发现的超积累植物大多数植株矮小、生长缓慢、生物量较小，难以在实际生产中应用。总之，用于修复重金属污染土壤的实用、可靠和成熟的方法技术较少。因此，寻求高效、经济、实用的重金属污染土壤的治理技术成为当前人们优先考虑的问题之一。

美国环保局将固化作用和稳定化作用(Solidification/Stabilization(S/S))定为一种确认的治理技术，并且选择S/S作为25％的超级基金治理项目的治理技术。所谓S/S技术是将污染土壤从现场挖出后置于一定的处理设施中进行处理，将污染土壤、沉积物或污泥与某种粘合剂混合，通过粘合剂使土壤、沉积物中的重金属固定，使其不再向周围环境迁移。目前，S/S技术也已被用于治理高速公路附近的铅/酸电池废弃物的污染。

目前用于修复重金属污染土壤的实用、可靠和成熟的方法技术不多，探讨高效、经济、实用的重金属污染土壤的治理技术将是摆在人们面前的重要课题之一。

骨炭用于去除饮用水中的氟化物在国内外已有较多报道，而且正在成为比较成熟的技术，但利用骨炭进行重金属(铅)污染土壤的修复治理，至今尚未见有报道。骨炭是由动物骨骼经炭化去除全部有机物后的产品，经济价值低廉，无论从治理效率、治理费用、现场可操作性及环境风险方面考虑都具有很高的实用价值和应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用骨炭治理铅污染土壤的方法，本发明采用材料来源广泛、价值低廉的骨炭与土壤环境中的铅发生化学反应(沉淀、吸附、络合、氧化-还原等)，形成稳定的化合物，降低土壤中铅的生物有效性，从而降低植物根系对铅的吸收和积累，以达到治理土壤铅污染的目的。

本发明的具体方法是将骨炭制成300-350目的粉末，按2-16克/公斤土壤的比例将骨炭埋入土壤中。

附图说明

图1是骨炭对铅的吸附等温线示意图。

图2是骨炭对污染土壤铅形态变化的影响示意图，其中：Exch.＝可交换态铅；Carb.＝碳酸盐结合态铅；Fe/Mn＝铁锰氧化态铅；OM＝有机质结合态铅；Resid.＝残余态铅。

具体实施方式

需要说明的是，由于本发明采用的骨炭是商品骨炭，因此不对如何制备骨炭作任何说明。

下面实施例中是以来源于英国(英国Brimac公司Brimac 216型骨炭)和我国浙江省(浙江省赛达富公司生产)的骨炭为例进行说明，但本发明可采用的骨炭不仅限于举例的两种。

实施例

本例采用英国和我国浙江省的骨炭应用于铅污染土壤，研究其对植物吸收重金属铅的影响。

将上述两种骨炭分别研磨成320目(300-350目均可)，为在后述的表格和附图中便于叙述，将英国骨炭以E为代表符号，中国浙江省骨炭以C为代表符号。骨炭应用前均用去离子水多次冲洗，直到骨炭的pH值与去离子水接近为止，并于105℃的温度烘干24小时后备用；

采集铅污染的土壤，铅含量313.2mg kg^-1，风干、磨碎、过2-mm筛，以备实验应用。

植物为中国芥蓝菜。

A、铅吸附试验

分别称取0.5g上述两种骨炭于50mL塑料离心管中，加入30mL不同浓度的Pb(NO₃)₂溶液。以0.01mol·L^-1KNO₃作为支持电解质，调节pH为5.0，使Pb的初始浓度系列为2000、3000、3500、4000、4500和5000mg·L^-1。每个处理3次重复。将加好样的离心管盖好并密封，于25℃条件下恒温振荡24小时。静止、离心(10000r.min^-1)5分钟，过滤，用FAAS法测定土壤溶液中的Pb浓度。根据初始液和平衡液中Pb的浓度差计算土壤Pb吸附量。

B、污染土壤治理试验

试验按骨炭的用量不同设9个处理：0(空白，CK)；英国骨炭2.0(E-1)、4.0(E-2)、8.0(E-3)、16.0(E-4)g.kg^-1土；中国浙江骨炭2.0(C-1)、4.0(C-2)、8.0(C-3)、16.0(C-4)g.kg^-1土(说明：骨炭后的符号E-1......E-4、C-1......C4j是为了便于在后述的表格和附图中叙述，而对骨炭不同的加入量所设定的代表符号)。试验用盆为小塑料盆，每盆装土1kg。中国芥蓝菜种子经催芽后移栽入盆中。每盆以溶液的形式添加N肥0.2g N kg^-1土(硫酸铵)和K肥0.125g K kg^-1土(氯化钾)。试验重复4次，共36盆。每天用去离子水给作物补充水分，使土壤水分达到田间持水量的60％左右。试验在可调节光照和温度的人工气候室内进行，培养时间2个月。植物收获后在70℃的温度下烘干。植物和土壤样品用硝酸-高氯酸法进行消解，用ICP-OES(电感耦合等离子原子发射光谱仪)测定样品中的Pb含量。

经上述实验，本发明的效果请参照图1。由于骨炭的主要成份为羟基磷灰石(Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂)，因此骨炭对铅的吸附机制主要是羟基磷灰石对铅的分解-沉淀过程。

骨炭在铅污染土壤中应用，可发现骨炭能明显降低中国芥蓝菜根系和茎叶中的铅含量，且随着用量的增加效果越显著(表1)。当中国浙江骨炭的用量为16.0g.kg^-1土时，中国芥蓝菜茎叶和根系中的铅含量分别比不施骨炭的处理减少45.8和30.2％；而施相同数量的英国骨炭时，茎叶和根系中的铅含量分别减少56.0和75.9％。对污染土壤进行连续浸提，结果发现这两种骨炭有使土壤中的铅由非残余态向残余态转变的功能(图2)。在不施骨炭的处理，土壤中的铅主要以有机质结合态和铁锰氧化态形式存在(占总铅55.4％)。当添加不同用量的骨炭且培养85天后，土壤中的可交换态铅均比对照减少。骨炭的用量较大时(E-3、E-4、C-3和C-4处理)，土壤中的铅明显地从非残余态向残余态转变。比如，不添加骨炭时土壤中的残余态铅占总铅含量的39.2％，分别添加16.0g.kg^-1土的英国骨炭和中国浙江骨炭时，残余态铅的比率分别增加到82.8和82.7％。因此，本发明利用骨炭可作为修复铅污染土壤的一种较理想的材料，它可以降低土壤中铅的生物有效性，减少植物对铅的吸收和积累。另外，骨炭还使土壤中铅的稳定性增加，从而有利于对铅污染土壤的原位修复。

表1骨炭对中国芥蓝菜吸收铅(mg kg^-1)的影响

处理	茎叶	根
处理	茎叶	根	CKE-1E-2E-3E-4C-1C-2C-3C-4	4.45±0.06a3.85±0.11a3.61±0.62b3.31±0.27c1.97±0.10d4.13±0.13a3.96±0.05b3.01±0.11c2.04±0.07d	27.81±0.70a23.24±1.29b14.86±0.83c7.75±0.46d6.72±0.51d23.65±0.82b16.84±0.72c8.75±0.92d8.42±0.53d

注：数据后面的字母相同者为差异不显著，不同字母者为达到p＜0.05的显著水平。

Claims

1.一种利用骨炭治理铅污染土壤的方法，将骨炭制成300-350目的粉末，按2-16克/公斤土的比例将骨炭埋入土壤中。

2.权利要求1的方法，其特征在于，所述骨炭制成320目粉末。

3.权利要求1的方法，其特征在于，所述骨炭为英国和中国骨炭。