CN101279325A - 利用互作植物和化学淋洗联合技术修复重金属污染土壤的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用互作植物和化学淋洗联合技术修复重金属污染土壤的方法，是利用东南景天和玉米互作加上用混合添加剂进行化学淋洗实现联合修复。本发明选用互作植物是是玉米与东南景天，同时种植在重金属污染土壤上，当东南景天和玉米进入生长旺盛期时，用混合添加剂对土壤进行淋洗，通过收获植物和淋滤液降低土壤重金属，从而实现重金属污染土壤的修复。本发明生产的玉米籽粒中重金属含量符合国家饲料卫生标准，玉米植株的茎叶部位的重金属含量符合商品有机肥料标准，是具有经济价值的农产品；本发明产生的淋洗废液可以采用石灰固定处理。本发明方法可以实现对污染土壤一边进行农业生产，一边修复治理，是一种新的重金属污染土壤高效低成本修复途径。
Description
技术领域
本发明涉及一种修复重金属污染土壤的联合技术，具体地说是一种利用东南景天和玉米互作、加上化学淋洗联合修复重金属污染土壤的方法。
背景技术
随着工农业生产的发展，土壤-植物-水系统中重金属污染问题日趋严重。目前，我国重金属污染的农田可能达到2000万hm2，占我国耕地的1/5。据农业部环保监测系统2000年对全国24个省、市320个严重污染区548.2万hm2土壤调查发现，大田类农产品污染超标面积占污染区农田面积的20％，其中重金属占超标污染土壤和农作物的80％。2000年全国2.2亿kg粮食调查发现，粮食中重金属Pb、Cd、Hg、As超标率占10％。我国每年被重金属污染的粮食多达1200万t，由农产品的重金属污染导致的经济损失在逐年增加，2000年已达到320亿元人民币；而且可通过雨水的淋洗作用污染地下水，恶化水文环境，并可能通过接触、食物链等途径直接或间接地危害人类。在许多重点地区，土壤及地下水污染已经导致癌症等疾病的发病率和死亡率明显高于没有污染的对照区数倍到10多倍。土壤重金属污染已成为限制中国农产品国际贸易和社会经济可持续发展的重大障碍之一，污染土壤迫切需要修复治理。
随着我国人口的不断增加和对粮食需求的持续上升以及土地资源的日趋匮乏，改良并恢复重金属污染土壤的生产力，已成为今后我国坚持“科学发展观”中急需解决的重要问题。
重金属污染土壤的传统治理方法，包括土壤固化、玻璃化、客土法、电化学法等物理化学方法，这些方法费用昂贵且在实际应用中存在诸多局限。经过多年摸索，科学家们认为植物修复技术是一项利用太阳能动力的处理系统，能够大大减少清洁土壤所需的费用，是一种绿色修复技术。但单纯用超富集植物处理污染土壤，需较长时间，一般3年以上，且必须停止农业生产。
在现有的这些方法中，都要解决修复成本和修复效率这两个技术瓶颈。大多情况下，原位修复比如植物修复、化学淋洗等能显示出其修复效率和成本上的优越性。
但目前没有既不中断农业生产又能产生收益的低成本快速原位修复重金属污染土壤的方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种边生产边修复、修复效率高且能产生收益的污染土壤修复方法。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
提供一种利用互作植物和化学淋洗联合技术修复重金属污染土壤的方法，其特征在于在污染的土地上同时种植东南景天和玉米，在植物生长旺期用混合添加剂溶液对土壤进行淋洗，通过收获植物和淋滤液降低土壤重金属，实现重金属污染土壤的修复。
所述利用互作植物和化学淋洗联合技术修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：
(1)于受重金属污染土壤种植东南景天；
(2)在东南景天之间播种玉米；
(3)在东南景天和玉米进入生长旺盛期时，用混合添加剂溶液对土壤进行淋洗，收集处理含重金属洗液；
(4)收获东南景天和玉米地上部；
(5)连续种植玉米，保持东南景天继续生长，进行淋洗，处理含重金属洗液，直到土壤达到安全标准。
所述玉米品种优选会单4号或云试5号。
所述混合添加剂溶液为柠檬酸、味精废液和EDTA的混合试剂(MC)溶于去离子水形成的溶液，溶液的添加剂浓度为5～20mmol/L；所述混合添加剂溶液淋洗用量为65～265L/m2；所述混合试剂中柠檬酸、味精废液和EDTA的的比例为10∶1∶2。
步骤(1)所述种植东南景天为超累积重金属的东南景天，用枝条直接移栽或进行常规育苗。
步骤(3)所述东南景天和玉米进入生长旺盛期为植物收获期前30～40天；所述淋洗每5～10天1次，共3～5次。
步骤(4)所述收获时间为生长3～4个月时；收获东南景天时地上部留茬1cm。
步骤(4)收获的东南景天进行无害化处理或回收金属；收获的玉米籽粒用作动物饲料或乙醇原料，茎叶用作有机肥料。
步骤(3)或步骤(5)所述含重金属洗液的处理是石灰固定处理。
本发明尤其针对重金属Zn、Cd和Pb污染的土壤。
本发明将东南景天直接扦插种植于重金属污染的土壤，在东南景天之间播种玉米，使二者互作，作物需要时给土壤浇适当的水；用混合添加剂溶液对土壤进行淋洗。东南景天通过根系大量吸收污染土壤中的Zn、Cd，并将其转移到地上部，通过收获植物体从污染介质上移走重金属；玉米较少吸收污染介质中的重金属，收获的玉米是一种具有一定价值的农产品；混合添加剂加入土壤可促进东南景天吸收重金属，同时将耕作土层重金属淋洗到植物根系达不到的深层，通过收集处理含重金属的淋出液，进一步去除土壤中的重金属。
收割的东南景天进行无害化处理或回收金属，玉米作为农产品或能源原料使用，籽粒用作动物饲料或制造生物柴油、乙醇燃料，茎叶用作有机肥料。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所选用的东南景天和玉米，二者互作应用于修复污染土壤，成本低廉，操作简单，修复效率较高；
(2)本发明使用混合试剂溶液对土壤进行淋洗，将植物互作和土壤淋洗技术联合起来，进一步提高了土壤的修复效率；
(3)本发明所选用的玉米，具有很少累积重金属的特点，收获的玉米是符合一定卫生标准的农产品；本发明所用重金属低累积作物玉米品种，收获后，玉米籽粒重金属含量符合国家饲料卫生标准(GB13078-2001)，玉米茎叶部位的重金属含量符合商品有机肥料标准(NY 525-2002)，本发明在修复重金属污染土壤的同时产生了一定收益；
(4)按照本发明方法的植物互作和化学淋洗联用模式，修复重金属污染的同时可继续进行农业生产，即实现边生产边修复。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步详细说明本发明。
实施例1
本实施例试验在华南农业大学环境科学与工程系网室进行，盆栽土壤取自广东乐昌市某铅锌矿废水污染的水稻田，其中重金属Zn、Cd和Pb超过国家土壤环境质量标准(GB15618-1995)。在Zn/Cd超富集植物-东南景天(Sedum alfredii H.)和低累积玉米(Zea mays)互作情况下，对土壤进行淋洗，淋洗试验共设置5个处理，设置方法见表1，每个处理均设4个重复。
选择大小一致的东南景天枝条直接插枝，每盆6棵，玉米直接播种待长出3叶后进行间苗，每盆保留2棵玉米。
在植物收获前40天按表1开始进行淋洗处理，混合添加剂MC溶于2000ml去离子水，对5kg土壤进行缓慢淋洗，收集淋滤液并记录体积；以上淋洗处理可以每5～10天1次，共3～5次。本实施例中采用每5天1次，共4次。玉米和东南景天开花或成熟时，收获东南景天和玉米地上部。其中东南景天留茬1cm，使其继续生长，并继续种植第2季玉米，试验处理与第一季相同。
表1 玉米和东南景天互作盆栽试验淋洗处理
处理号 处理
CK 不淋洗
MC-10 混合添加剂(MC)的浓度为10mmol/L
MC-20 MC的浓度为20mmol/L
MC-50 MC的浓度为50mmol/L
ME-20 MC中的EDTA替换为EDDS，浓度为20mmol/L
测定的玉米各器官组织的重金属含量见表2和表3，籽粒的重金属含量符合国家饲料卫生标准，玉米的其他部分符合商品有机肥料标准。不同淋洗处理的Zn、Cd、Pb的植物吸收量和淋洗量见表4，土壤淋洗弥补了植物提取Pb量少的不足，淋洗Pb量远远大于互作植物对Pb的提取量；互作和化学淋洗联合技术对重金属的去除量大于单一植物提取。连续种植植物和多次对土壤化学淋洗，土壤中的重金属含量不断减少，直到土壤达到所要求的质量标准。
表2 第一季玉米茎和叶的Zn、Cd和Pb含量(mg·kg-1)
表3 第二季玉米籽粒和地上部的Zn、Cd和Pb含量(mg·kg-1)
| CK | 64.49±2.58 | 0.1785±0.0419 | 1.352±0.081 | 378.6±38.6 | 1.167±0.268 | 15.62±2.19 |
| MC-10 | 51.10±8.31 | 0.0404±0.0121 | 1.294±0.249 | 319.7±30.0 | 0.708±0.042 | 15.72±4.51 |
| MC-20 | 50.33±2.33 | 0.1644±0.0396 | 0.5344±0.1054 | 267.6±32.2 | 0.470±0.119 | 14.15±3.72 |
| ME-20 | 43.94±3.80 | 0.3779±0.0201 | 1.413±0.027 | 351.8±40.7 | 0.778±0.285 | 28.59±8.47 |
| MC-50 | 63.57±5.67 | 0.2059±0.0415 | 0.4157±0.0255 | 363.4±22.7 | 0.768±0.120 | 7.33±0.58 |
表4 第一季植物和淋洗对土壤重金属的去除量(mg·pot-1)
| 处理 | 植物提取量 | 淋洗量 | 总去除量 | 去除率(％) |
| Zn | ||||
| CK | 122.3±7.2 | - | 122.3±7.2 | 2.47％ |
| MC-10 | 141.8±21.2 | 39.28±5.31 | 181.1±26.0 | 3.66％ |
| MC-20 | 133.1±21.6 | 32.36±2.94 | 165.5±20.1 | 3.33％ |
| ME-20 | 125.1±16.4 | 28.81±3.49 | 153.9±19.7 | 3.11％ |
| MC-50 | 113.6±26.8 | 44.10±7.64 | 157.7±32.3 | 3.19％ |
| Cd | ||||
| CK | 1.760±0.154 | - | 1.760±0.154 | 28.03％ |
| MC-10 | 1.970±0.324 | 0.1432±0.0196 | 2.114±0.335 | 33.66％ |
| MC-20 | 1.602±0.182 | 0.1328±0.0143 | 1.734±0.170 | 27.63％ |
| ME-20 | 1.791±0.246 | 0.1154±0.0102 | 1.906±0.256 | 30.36％ |
| MC-50 | 1.456±0.401 | 0.1954±0.0122 | 1.651±0.401 | 26.30％ |
| Pb | ||||
| CK | 2.383±0.166 | - | 2.383±0.166 | 0.04％ |
| MC-10 | 2.863±0.400 | 46.97±5.82 | 49.87±6.15 | 0.86％ |
| MC-20 | 2.753±0.344 | 57.54±5.38 | 60.30±5.29 | 1.04％ |
| ME-20 | 2.855±0.317 | 10.18±1.15 | 13.03±1.42 | 0.22％ |
| MC-50 | 2.670±0.514 | 84.84±11.45 | 87.51±11.68 | 1.51％ |
表5 第二季植物和淋洗对土壤重金属的去除量(mg·pot-1)
| 处理 | 植物提取量 | 淋洗量 | 总去除量 | 去除率(％) |
| Zn | ||||
| CK | 71.32±21.36 | - | 71.32±21.36 | 1.44％ |
| MC-10 | 59.56±6.57 | 53.37±9.13 | 112.9±15.7 | 2.28％ |
| MC-20 | 53.58±5.04 | 79.59±17.05 | 133.2±17.4 | 2.69％ |
| ME-20 | 66.65±15.80 | 57.28±5.21 | 123.9±20.6 | 2.50％ |
| MC-50 | 19.14±1.87 | 133.1±15.2 | 152.3±17.1 | 3.08％ |
| Cd | ||||
| CK | 0.2946±0.0986 | - | 0.2946±0.0986 | 4.69％ |
| MC-10 | 0.2805±0.0709 | 0.1282±0.0257 | 0.4087±0.0966 | 6.51％ |
| MC-20 | 0.2268±0.0497 | 0.2202±0.0480 | 0.4470±0.0978 | 7.12％ |
| ME-20 | 0.3471±0.1276 | 0.1252±0.0239 | 0.4723±0.1514 | 7.52％ |
| MC-50 | 0.0954±0.0247 | 0.4208±0.1020 | 0.5162±0.1190 | 8.22％ |
| Pb | ||||
| CK | 1.292±0.399 | - | 1.292±0.399 | 0.02％ |
| MC-10 | 0.9870±0.2043 | 52.76±5.44 | 53.75±5.63 | 0.93％ |
| MC-20 | 0.6672±0.1103 | 76.42±6.22 | 77.09±6.14 | 1.33％ |
| ME-20 | 1.341±0.371 | 11.67±0.54 | 13.02±0.78 | 0.22％ |
| MC-50 | 0.2523±0.0121 | 118.7±10.7 | 119.0±10.7 | 2.05％ |
Claims (10)
1、一种利用互作植物和化学淋洗联合技术修复重金属污染土壤的方法，其特征在于在污染的土地上同时种植东南景天和玉米，在植物生长旺期用混合添加剂溶液对土壤进行淋洗，通过收获植物和淋滤液降低土壤重金属，实现重金属污染土壤的修复。
2、根据权利要求1所述利用互作植物和化学淋洗联合技术修复重金属污染土壤的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)于受重金属污染土壤种植东南景天；
(2)在东南景天之间播种玉米；
(3)在东南景天和玉米进入生长旺盛期时，用混合添加剂溶液对土壤进行淋洗，处理含重金属洗液；
(4)收获东南景天和玉米地上部；
(5)连续种植玉米，保持东南景天继续生长，进行淋洗，处理含重金属洗液，直到土壤达到安全标准。
3、根据权利要求1或2所述利用互作植物和化学淋洗联合技术修复重金属污染土壤的方法，其特征在于所述玉米品种为会单4号或云试5号。
4、根据权利要求1或2所述利用互作植物和化学淋洗联合技术修复重金属污染土壤的方法，其特征在于所述混合添加剂溶液为柠檬酸、味精废液和EDTA的混合试剂溶于去离子水形成的溶液，溶液的添加剂浓度为5～20mmol/L；所述混合添加剂溶液淋洗用量为65～265L/m2；所述混合试剂中柠檬酸、味精废液和EDTA的的比例为10∶1∶2。
5、根据权利要求2所述利用互作植物和化学淋洗联合技术修复重金属污染土壤的方法，其特征在于步骤(1)所述种植东南景天为超累积重金属的东南景天，用枝条直接移栽或进行常规育苗。
6、根据权利要求2所述利用互作植物和化学淋洗联合技术修复重金属污染土壤的方法，其特征在于步骤(3)所述东南景天和玉米进入生长旺盛期为植物收获期前30～40天；所述淋洗每5～10天1次，共3～5次。
7、根据权利要求2所述利用互作植物和化学淋洗联合技术修复重金属污染土壤的方法，其特征在于步骤(4)所述收获时间为生长3～4个月时；收获东南景天时地上部留茬1cm。
8、根据权利要求2所述利用互作植物和化学淋洗联合技术修复重金属污染土壤的方法，其特征在于步骤(4)收获的东南景天进行无害化处理或回收金属；收获的玉米籽粒用作动物饲料或乙醇原料，茎叶用作有机肥料。
9、根据权利要求2所述利用互作植物和化学淋洗联合技术修复重金属污染土壤的方法，其特征在于步骤(3)或步骤(5)所述含重金属洗液的处理是石灰固定处理。
10、根据权利要求2所述利用互作植物和化学淋洗联合技术修复重金属污染土壤的方法，其特征在于所述重金属为Zn、Cd和Pb。
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