TWI605856B

TWI605856B - Method of removing heavy metals from soil

Info

Publication number: TWI605856B
Application number: TW106100845A
Authority: TW
Inventors: Ke Cui
Priority date: 2017-01-11
Filing date: 2017-01-11
Publication date: 2017-11-21
Also published as: TW201825150A

Description

自土壤去除重金屬的方法

本發明關於土壤復育的技術領域，且特別提出一種自土壤去除重金屬的方法。

工業的快速發展雖然帶動整體經濟繁榮，反而導致環境污染，如：空氣汙染、水汙染、土地汙染。重金屬會導致土地污染，且由於汙染源相對難以去除，進入人體內後造成的傷害極大，故重金屬導致的土地汙染格外受關注。

目前常用之處理土壤重金屬的方法有：翻轉稀釋法、化學去除法、及植生復育法。「翻轉稀釋法」主要為將受汙染的土壤翻堆混合，但事實上土壤仍存在有重金屬並未真正自土壤去除。「化學去除法」主要為利用稀酸溶液或螯合劑與受汙染的土壤作用；經化學去除法後，重金屬雖然可自受汙染的土壤去除，但作用後土壤質地與肥力變差，從而影響土壤後續應用。「植生復育法」主要為種植植物於受汙染的土壤，而透過植物吸收重金屬；然而，重金屬與土壤顆粒分別帶有正電荷與負電荷而相互吸引，故重金屬不易移動，使得所須耗費的整治時間長。另方面，植物吸收重金屬後，重金屬多集中於植物根部，因而須移除整株植物始能自土壤去除重金屬。若土壤受汙染的程度過嚴重須多次進行植生復育法，則每次都須重新種植植物並待植物長葉、開花、或結果。如此一來，更延長多次進行整體耗費的整治時間。

職是之故，確實有必要提出一種新的植生復育法以解決目前所採用之植生復育法的問題。

本發明之目的在於改善目前用於處理土壤重金屬之植生復育法的問題，如重金屬移動性不佳所導致每次進行植生復育法耗費的整治時間過長、及/或須整株植物移除所導致多次進行植生復育法整體耗費的整治時間過長等。

於是，為達到上述及/或其他目的，本發明提出一種自土壤去除重金屬的方法，其包括：種植一植物於一受重金屬汙染的土壤；添加一發酵液至土壤中，其中發酵液為培養酵母菌、乳酸菌、光合菌、與假單胞菌至一糖蜜培養液中，直到糖蜜培養液的pH值達4以下所取得的；培養植物至其長葉、開花或結果；以及移除植物地上部。

根據本發明，所用的發酵液可促進植物生長，以提高植物對重金屬所造成之毒害的耐受性。而且，發酵液亦可提升植物吸收重金屬的能力，並協助重金屬自植物地下部轉移至地上部。藉此方式，植物培養後直接移除地上部便可達到自土壤去取重金屬的效果，不一定須整株植物移除。若土壤的汙染程度過嚴重，直接繼續添加發酵液即可進行下一次去除，不一定須重新種植植物。

為讓本發明上述及/或其他目的、功效、特徵更明顯易懂，下文特舉較佳實施方式，作詳細說明於下：

本發明之一實施方式提出一種自土壤去除重金屬的方法，此法透過植物的種植與特定發酵液的處理，以將重金屬自土壤轉移至植物地上部。之後，直接移除植物地上部便可自土壤去除重金屬。攸關此實施方式所提之方法的詳細步驟如下：

首先，種植植物於受重金屬汙染的土壤。一般而言，草本植物的生命周期較木本植物的生命周期短，且草本植物的地上部較木本植物的地上部易移除，因此所用的植物以草本植物為宜。植物的實例可以為但不限於水稻、玉米、印度芥菜、甜菜根、向日葵、白茅、蘆葦、培地茅、美洲闊苞菊、王爺葵、多花油柑、小果葉下珠、箭葉鳳尾蕨、鳳尾蕨、鱗蓋鳳尾蕨、波斯頓蕨、腎蕨、或長葉腎蕨；而，重金屬的實例可以為但不限於鎘、鋅、汞、銅、鉛、砷、鎳、鉻、鋇、硒、或銻。另為促進植物生長，植物種植前或時可添加一肥料至土壤中，而肥料的實例可以為但不限於博西卡（Bokashi）肥料。

其次，添加一發酵液至土壤中，其中發酵液為培養酵母菌、乳酸菌、光合菌、與假單胞菌至一糖蜜培養液中，直到糖蜜培養液的pH值達4以下所取得的。另為放大發酵液體積以讓發酵液可與土壤均勻混合，添加前發酵液可先與一適當液體混合，如：水、生理食鹽水、液肥、或其他適於上述混合菌生長的培養液。此外，於本實施方式，此發酵液添加步驟於植物種植步驟後第15至45天進行。而且，為促進植物吸收重金屬的能力，本實施方式於進行此發酵液添加步驟時更可添加一螯合劑至土壤中，而螯合劑的實例可以為但不限於EDTA（ethylenediaminetetraacetic acid）、DTPA（diethylenetriaminepentaacetate）、NTA（nitrilotriacetic acid）、或EDDS（ethylenediamine-N,N'-disuccinic acid）。

接著，培養植物至其長葉、開花或結果。另外，於本實施方式，培養時每隔4至14天可添加相同發酵液至土壤中以維持發酵液於土壤的濃度。同樣地，為維持螯合劑於土壤的濃度，培養時每隔4至14天可添加相同螯合劑至土壤中。

最後，移除植物地上部。所謂「地上部」是相對於植物地下部，主要指植物未埋於土壤的器官，如莖、葉、花、果實、或其任意組成。須說明的是，植物地上部移除步驟可直接除掉植物地上部而保留地下部於土壤中、或者直接自土壤除掉整株植物來執行。

茲以下列實施例，例示說明本發明：

＜鎘金屬汙染土壤的製備＞

先加入去離子水至一土壤中並混合約1周，以維持土壤田間容水量（field capacity）約50％。加入硝酸鎘溶液至土壤後，以石灰調整土壤pH值，並混合2周，以維持土壤田間容水量約50％。然後，對土壤進行3次乾溼交替，以取得鎘金屬汙染的土壤。若有必要，可預先添加200g博西卡肥料與土壤混合。

＜水稻的種植與有益混合菌之發酵液的添加＞

水稻栽種於鎘金屬汙染的土壤中1個月後，先pH為4以下之有益混合菌的發酵液與水以1：50至1：200的比例混合，以得到稀釋發酵液，再將稀釋發酵液添加至土壤中；而有益混合菌之發酵液的製備為：培養酵母菌、乳酸菌、光合菌、與假單胞菌（於下文，四菌種總稱為「有益混合菌」）至一糖蜜培養液中，直到糖蜜培養液的pH值達4以下。接著，依水稻生理特性培養，培養時每隔1周添加相同稀釋發酵液至土壤中，直到水稻結穗。若有必要，添加稀釋發酵液時，可添加含量2mmol/kg土壤的EDTA溶液至土壤中；且於培養時每隔1周可添加相同量的EDTA溶液至土壤中，共3周。

＜水稻的外觀＞

結穗後，連根拔起整株水稻，並量測水稻高度與重量。如表1所示，鎘金屬確實會影響水稻生長；但於同樣受鎘金屬汙染下，添加有稀釋發酵液的土壤較無添加的土壤有助於水稻生長。表1、水稻於含不同添加物之土壤培養後的生長狀況 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 土壤起始鎘金屬濃度（mg/kg） </td><td> 添加物 </td><td> 稻體高度（cm） </td><td> 稻體重量（kg） </td></tr><tr><td> 0 </td><td> 無 </td><td> 71.0±2.9 </td><td> 104.15±4.18 </td></tr><tr><td> 20 </td><td> 無 </td><td> 63.7±2.6 </td><td> 73.27±3.65 </td></tr><tr><td> 稀釋發酵液 </td><td> 64.5±3.7 </td><td> 79.97±2.77 </td></tr><tr><td> 稀釋發酵液+螯合劑 </td><td> 67.5±4.0 </td><td> 80.52±3.00 </td></tr><tr><td> 稀釋發酵液+博卡西 </td><td> 71.0±2.0 </td><td> 94.67±2.95 </td></tr><tr><td> 稀釋發酵液+螯合劑+博卡西 </td><td> 71.0±3.6 </td><td> 91.22±2.32 </td></tr></TBODY></TABLE>

＜鎘金屬含量的分析＞

結穗後，取1g水稻各器官。加入10mL硝酸至各器官後，靜置1小時。接著，對所得的硝酸溶液依序進行微波處理、過濾、與分析，以取得水稻各器官的鎘金屬含量。

結穗後，另取1g土壤。加入9mL硝酸與3mL氫氟酸至土壤後，靜置1小時。之後，對所取得的酸溶液進行微波處理；於加入15mL的4％硼酸溶液至酸溶液後，再對酸溶液進行微波處理、過濾、與分析，以取得土壤的鎘金屬含量。

如圖1所示，相較於培養於無添加之土壤的水稻，培養於僅添加稀釋發酵液之土壤的水稻能吸收較多量的重金屬，且多數存在於地上部，尤其莖的重金屬濃度大於根的重金屬濃度。另外，相較於無添加的土壤，添加稀釋發酵液與螯合劑的土壤促進水稻吸收重金屬的量略多。雖然相較於無添加的土壤，添加稀釋發酵液與博卡西肥料之土壤及添加稀釋發酵液、螯合劑、與博卡西肥料之土壤促進水稻吸收重金屬的量較少，但後二者對植物生長較前者有助益（表1）。

於此，介紹以下術語：BCF，全名為bioconcentration factor，中文稱作「生物濃縮因子」，指植物根部的重金屬濃度除以土壤之重金屬濃度所得的值；TF，全名為translocation factor，中文稱作「植物傳輸因子」，指植物地上部的重金屬濃度除以植物根部之重金屬濃度所得的值；BAF，全名為bioaccumulation factor，中文稱作「生物累積因子」，指植物地上部的重金屬濃度除以土壤之重金屬濃度所得的值，亦即BCF乘以TF所得的值。

由上述定義可知，BCF代表重金屬自土壤轉移至根部的能力，TF代表重金屬自根部轉移至地上部的能力，BAF代表重金屬自土壤轉移至地上部的能力。由表2可知，無論是否與其他物質混合，添加稀釋發酵液之土壤的TF與BAF均優於無添加的土壤。這表示稀釋發酵液可促進重金屬自土壤轉移至地上部。表2、鎘金屬於含不同添加物之土壤培養水稻後的分布 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 土壤起始鎘金屬濃度（mg/kg） </td><td> 添加物 </td><td> BCF </td><td> TF </td><td> BAF </td></tr><tr><td> 20 </td><td> 無 </td><td> 1.168 </td><td> 0.425 </td><td> 0.496 </td></tr><tr><td> 稀釋發酵液 </td><td> 2.688 </td><td> 1.317 </td><td> 4.013 </td></tr><tr><td> 稀釋發酵液+螯合劑 </td><td> 1.466 </td><td> 1.213 </td><td> 1.778 </td></tr><tr><td> 稀釋發酵液+博卡西 </td><td> 0.511 </td><td> 1.340 </td><td> 0.685 </td></tr><tr><td> 稀釋發酵液+螯合劑+博卡西 </td><td> 1.151 </td><td> 1.066 </td><td> 1.227 </td></tr></TBODY></TABLE>

綜上所述，本實施方式的發酵液可促進植物生長，以提高植物對重金屬所造成之毒害的耐受性。而且，此發酵液亦可提升植物吸收重金屬的能力，並協助重金屬自植物地下部轉移至地上部。藉此方式，植物培養後直接移除地上部便可達到自土壤去取重金屬的效果，不一定須整株植物移除。若土壤的汙染程度過嚴重，直接繼續添加發酵液即可進行下一次去除，不一定須重新種植植物。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，但不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效改變與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

無

圖1為一長條圖，說明水稻各器官於不同方式處理土壤後的鎘金屬吸收量。

Claims

一種自土壤去除重金屬的方法，係包括：種植一植物於一受重金屬汙染的土壤；添加一發酵液及一螯合劑至該土壤中，其中該發酵液為培養酵母菌、乳酸菌、光合菌、與假單胞菌至一糖蜜培養液中，直到該糖蜜培養液的pH值達4以下所取得的；培養該植物至其長葉、開花或結果；以及移除該植物地上部。
如請求項第1項所述之方法，其中該植物為草本植物。
如請求項第1項所述之方法，其中該植物為選自於由水稻、玉米、印度芥菜、甜菜根、向日葵、白茅、蘆葦、培地茅、美洲闊苞菊、王爺葵、多花油柑、小果葉下珠、箭葉鳳尾蕨、鳳尾蕨、鱗蓋鳳尾蕨、波斯頓蕨、腎蕨、及長葉腎蕨所組成的群組。
如請求項第1項所述之方法，其中該重金屬為選自於由鎘、鋅、汞、銅、鉛、砷、鎳、鉻、鋇、硒、及銻所組成的群組。
如請求項第1項所述之方法，其中該植物種植步驟前，更包括：添加一肥料至該土壤中。
如請求項第1項所述之方法，其中該植物種植步驟，更包括：添加一肥料至該土壤中。
如請求項第5或6項所述之方法，其中該肥料為博卡西(Bokashi)肥料。
如請求項第1項所述之方法，其中該植物的地上部為莖、葉、花、或果實。
如請求項第1項所述之方法，其中該發酵液添加步驟為於該植物種植步驟後第15至45天進行。
如請求項第1項所述之方法，其中該植物培養步驟包括：添加同一發酵液至該土壤中。