CN100471586C - 利用紫花茉莉持续提取污泥中锌以及修复土壤锌污染的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用紫花茉莉(Mirabilis jalapa L.)持续提取污泥中锌以及修复土壤锌污染的方法。本方法主要利用能富集锌重金属的紫花茉莉，吸收并活化污染土壤中的锌，同时向上运输和转运到达地上部，待紫花茉莉地上部形成一定的生物量，定期收割地上部(一年收割一次)，保留地下部块根，收割地上部时留茬2～3节，第二年块根以及掉落的种子将发芽生长，则可进行持续提取。本发明建立了一种持续提取模式，可持续转移污染土壤或施入土体的污泥中大量的锌，直到土壤或污泥中的锌含量达环境安全标准。

Description

利用紫花茉莉持续提取污泥中锌以及修复土壤锌污染的方法

技术领域

本发明涉及环保技术领域，尤其涉及一种利用紫花茉莉(Mirabilis jalapa L.)持续提取污泥中锌以及修复土壤锌污染的方法。

技术背景

近年来土壤和污泥中毒性重金属的污染日益成为了一个突出的环境和人类健康问题。脱水污泥是城市污水处理后的产物，目前世界上每年产生的干污泥量已超过1亿t。污泥中含有丰富的有机质、氮、磷、钾和植物生长所需的其他营养物质。所以，污泥的农用化是解决大量城市污泥的有效途径之一。随污泥中营养成分一起进入土壤的还有重金属元素，锌就是其中之一.另外，我国有着丰富的锌矿产资源，富含锌矿体的自然风化和相应的露天开采、冶炼等矿业活动，以及大量施用化肥、农药等化工产品，也导致了我国大面积的土壤锌等重金属污染。过量暴露的锌直接威胁人居环境及食品安全，若通过食物链大量进入人体，具致癌致畸致突变以及干扰激素内分泌等作用，危及居民健康和家畜安全。

当前，可供治理土壤重金属污染的方法主要理化修复法和生物修复法

理化法有客土(换土)法、沉淀法、淋洗法、电化法、磁化法。这些物理或化学方法各有其优点，但一般都存在花费高、工程量较大、易造成二次污染等问题。

生物法有微生物和植物修复方法，微生物生物修复的局部成功仅局限于一些有机污染物的降解，在处理金属污染物，特别是在土壤中并非有效。植物修复(phytoremediation)是一种新兴的重金属污染原位(in situ)绿色修复技术，作为其核心技术之一的植物提取技术(phytoextraction)，已发展成为环境科学领域的研究与应用热点，并引起政府、学术界和企业界的高度重视。

从当前国内外植物提取技术研究与实践进展来看，尚存在并需解决以下问题：(1)可供选择的能富集重金属锌的植物品种较少，特别是地域适应性广的植物极少；(2)被推荐优先使用的超富集植物(hyperaccumulator)，普遍生物量偏低，重金属的总体去除效率较低，同时还存在异地气候适应等问题；(3)污染土壤中重金属生物有效性(bioavailability)有待提高；(4)从应用来看，发达国家的植物修复技术部分已投入实际应用，并获得了较好的环境、经济和社会效益，而我国尚处于起步阶段，相关技术还处于实验室或中试阶段。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用紫花茉莉(Mirabilis jalapa L.)持续提取污泥中锌以及修复土壤锌污染的方法。

本发明所用的锌超富集植物紫花茉莉(Mirabilis jalapa L.)，原产中南美洲，在我国长江以南地区自然生长，较多分布，常年可采集到，其种子或块根也较易发芽繁殖。该紫花茉莉植物分类学特征如下：

1.紫花茉莉为石竹目，紫茉莉科植物，一年生或多年生草本，植株高约1米，茎粗2～4cm，多数有5～6个分枝，节膨大突出，易折断。根粗肥，圆锥形或纺锤形，外皮暗灰褐色，南方俗称“入地老鼠”，晒干后有鳞片状剥裂，肉眼可见有横长形皮孔，内部肉质白色、粉质。

2.叶片对生，呈卵形或者广卵形，长约3～10cm，宽可达3.5cm。

3.花1至数朵聚集成顶生聚伞花序，每朵花基部都有1萼状苞，呈5裂；花喇叭状，径达3.8cm；花萼呈花瓣状，喇叭形，筒长4～6.5cm，有紫红色、白色、黄色和杂色等品种，一般在早晨或者晚上开花；花被筒长，在子房上部稍缢缩，顶端5裂；雄蕊5～6，与花被等长或外伸；子房上位，呈卵圆形，有1室，花柱丝状。

4.瘦果接近球形，有棱，成熟时呈黑色，俗称“小地雷”，为宿存苞片所包。种子长约0.8cm，内含有丰富的白色粉质胚乳。

本发明所用紫花茉莉(Mirabilis jalapa L.)，自然条件下其重金属锌富集特征如下：

紫花茉莉地上部重金属锌的富集为：328mg/kg(干基)，地下部为：76mg/kg(干基)，地上部大于地下部，由于每造可收获地上部生物量达11250kg/hm²(干基)，故指标达富集水平。

紫花茉莉虽然具有以上特性，但是长期以来，并未加以应用。尤其是持续性地提取模式，更是一个空白领域。

本发明通过种植紫花茉莉，持续提取并活化土壤或污泥中的锌，同时向上运输和转运到达地上部，待地上部形成一定的生物量，定期收割地上部，保留地下部，则可进行持续提取，持续转移土壤中大量的锌，从而经过一段时间的提取，最后连地下块根一起收获，从而清除土壤或污泥中锌的污染。

本发明方法的具体步骤如下：

(1)控制锌污染的土壤或含锌污泥pH于5.0～7.5之间；可视生长介质实际酸碱度，通过施用酸性或碱性肥料(如石灰)加以调节；

(2)每年2～3月份，将生长至3～5片叶的紫花茉莉植株幼苗移栽或用种子、块根直播到已按前述要求调节pH的锌污染的土壤或施入含锌污泥的土地中；

所述紫花茉莉植株幼苗可选用自然生长在我国长江以南的，直接移栽幼苗到锌污染的土壤或施含锌污泥的土地里。

也可采收其种子和块根进行直播或育苗移栽。用种子育苗时，种子萌发及幼苗培育的条件为：将紫花茉莉种子于水中浸泡24小时，放置暗处发芽5～7天后，在土壤中育苗，空气相对湿度70～90％，温度18～25℃；块根育苗条件为：将紫花茉莉块根埋于砂中，每天淋透水份，空气相对湿度60～80％，温度15～23℃。

(3)每年冬季11～12月份定期收割地上部一次，收割地上部时留茬2～3节，收割的紫花茉莉地上部可进行统一处理，在垃圾填埋区安全填埋或焚烧；第二年留在地下的块根长出新芽，掉落地里的种子出苗后适当间苗，让紫花茉莉持续生长，持续收割紫花茉莉地上部，直到土壤或施污泥土地中的锌达安全标准。

本发明在技术上的突出特点在于采用了持续提取模式，解决了紫花茉莉实际应用中的条件控制等技术难题，使该技术的实际应用成为可能，并建立了修复模式系绿色原位修复，因此具有以下突出效果：

1.本发明所选用的紫花茉莉，可超富集重金属锌，应用于植物提取污染土壤或污泥锌，成本低，修复效率高，潜在经济效益可观；且容易繁殖、易形成大生物量，抗病虫害、多年生长等特点，适合于污染土壤或污泥锌的植物提取；

2.按照本发明方法的持续提取模式，简化了修复土壤或污泥锌污染的程序，适合于推广应用；

3.本发明建立的修复模式系绿色原位修复，所收获的地上部进行集中安全填埋或焚烧，不会造成二次污染，同时修复进程不会破坏土壤生态环境，并有助于改善土壤因重金属污染而引起的土壤退化和生产力下降，恢复并提高土壤生物多样性，对污泥锌的提取可使其达农用化排放标准。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：土壤修复

于2-3月将紫花茉莉种子撒播于平整的大田苗圃，覆盖细砂或泥土，空气相对湿度70～90％，温度20℃。待紫花茉莉幼苗生长至3～5片叶，移栽入重金属污染土壤，土壤重金属锌本底含量≥250mg/kg，保持土壤pH至6～7.5，行距1米，株距0.5米。生长10个月收获地上部，留茬2～3节。第一次收获的紫花茉莉，经测定地上部重金属锌含量≥328mg/kg(干重)，紫花茉莉持续生长、持续提取土壤锌，持续收割紫花茉莉地上部，土壤中的锌含量不断减少，直到污染土壤锌含量减少到正常土壤水平，土壤锌污染消除。

实施例2：土壤修复

于2-3月将紫花茉莉种子撒播于重金属污染土壤中，覆盖细砂或泥土，空气相对湿度70～90％，温度20℃。土壤重金属锌本底含量≥250mg/kg，保持土壤pH至6～7.5。待紫花茉莉幼苗生长至3～5片叶，保持行距1米，株距0.5米。生长10个月收获地上部，留茬2～3节。第一次收获的紫花茉莉，经测定地上部重金属锌含量≥328mg/kg(干重)，紫花茉莉持续生长、持续提取土壤锌，持续收割紫花茉莉地上部，土壤中的锌含量不断减少，直到污染土壤锌含量减少到正常土壤水平，土壤锌污染消除。

实施例3：污泥锌提取

于2-3月将紫花茉莉块根埋于砂中，每天淋透水份，空气相对湿度60～80％，温度20℃。待幼苗生长至3～5片叶，移栽于施用污泥后锌含量为250mg/kg的土壤，保持土壤pH5～6；行距1米，株距0.5米。生长10个月，收获地上部，留茬2～3节。经测定，收获的紫花茉莉地上部重金属锌含量≥328mg/kg(干重)；紫花茉莉持续提取锌，持续收割紫花茉莉地上部，施入土体中的污泥锌含量不断减少，直到锌含量减少到正常水平，污泥锌达农用化排放标准。

实施例4：污泥锌提取

于2-3月将紫花茉莉块根埋于施用污泥后锌含量为250mg/kg的土壤中，保持土壤pH5～6，覆盖细砂，每天淋透水份，空气相对湿度60～80％，温度20℃。待幼苗生长至3～5片叶，保持行距1米，株距0.5米。生长10个月，收获地上部，留茬2～3节。经测定，收获的紫花茉莉地上部重金属锌含量≥328mg/kg(干重)；紫花茉莉持续提取锌，持续收割紫花茉莉地上部，施入土体中的污泥锌含量不断减少，直到锌含量减少到正常水平，污泥锌达农用化排放标准。

Claims (5)

1.一种利用紫花茉莉持续提取污泥中锌以及修复土壤锌污染的方法，具体步骤包括：

(1)控制锌污染的土壤或含锌污泥pH于5.0～7.5之间；

(2)每年2～3月份，将紫花茉莉植株植入已按前述要求调节pH的锌污染的土壤或施入含锌污泥的土地中或用种子、块根直播到已按前述要求调节pH的锌污染的土壤或施入含锌污泥的土地中；

(3)每年冬季11～12月份定期收割地上部一次，收割地上部时留茬2～3节，收割的紫花茉莉地上部可进行统一处理，在垃圾填埋区安全填埋或焚烧；第二年留在地下的块根长出新芽，掉落地里的种子出苗后适当间苗，让紫花茉莉持续生长，持续收割紫花茉莉地上部，直到土壤或施污泥土地中的锌达安全标准。

2.按照权利要求1所述的利用紫花茉莉持续提取污泥中锌以及修复土壤锌污染的方法，其特征在于所述步骤(2)中是选用自然生长在我国长江以南的紫花茉莉植株，将生长至3～5片叶的紫花茉莉植株幼苗直接移栽幼苗到已按步骤(1)要求调节pH的锌污染的土壤或施入含锌污泥的土地里。

3.按照权利要求1所述的利用紫花茉莉持续提取污泥中锌以及修复土壤锌污染的方法，其特征在于所述步骤(2)中用紫花茉莉种子育苗时，种子萌发及幼苗培育的条件一般为：将紫花茉莉种子于水中浸泡24小时，放置暗处发芽5～7天后，在土壤中育苗，空气相对湿度70～90％，温度18～25℃。

4.按照权利要求1所述的利用紫花茉莉持续提取污泥中锌以及修复土壤锌污染的方法，其特征在于所述步骤(2)中块根育苗条件为：将紫花茉莉块根埋于砂中，每天淋透水份，空气相对湿度60～80％，温度15～23℃。

5.按照权利要求1至4之一所述的利用紫花茉莉持续提取污泥中锌以及修复土壤锌污染的方法，其特征在于所述步骤(1)中通过施用酸性或碱性肥料调节土壤的pH。