CN101780468B - 重金属污染土壤的凹凸棒原位修复技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重金属污染土壤的凹凸棒土修复技术，在重金属污染的中添加比例小于或等于8％的凹凸棒土混合，凹凸棒土粒度为过100目筛。该修复技术可以有效固定土壤中的多种重金属，尤其是Cu、Zn、Cd，防止重金属在土壤中迁移进入植物体内，从根本上防止重金属进入食物链，操作简单，治理成本低，且不会产生二次污染，能够在短时间内降低污染程度，减少植物对重金属的吸收，是一种安全、有效的重金属污染土壤修复方法。

Description

重金属污染土壤的凹凸棒原位修复技术

技术领域

本发明属于资源环境技术领域，具体涉及重金属污染土壤的原位修复技术。 

背景技术

随着工农业的迅猛增长，土壤重金属污染的问题越来越严重。据国家环保总局报道，目前我国受Cd、As、Cr、Pb等重金属污染的耕地面积近2000万hm²，约占总耕地面积的1/5。由于重金属污染同时具有普遍性、隐蔽性、长期性等特点，治理重金属污染土壤仍是当今世界的一大难题。土壤重金属污染一方面会通过污染食物链或污染大气而危害人畜的健康，引发癌症或慢性疾病等；另一方面可能导致农作物减产或绝收。 

目前土壤重金属污染治理方法主要有物理工程措施、生物措施、改良措施、农业措施四种。每种方法都存在其优缺点：用工程措施来治理重金属污染土壤，具有效果彻底、稳定等优点，但工程量大、治理费用高和易引起土壤肥力减弱。生物措施实施较简便、投资较少和对环境拢动少，但治理效率低(如超积累植物通常都矮小、生物量低、生长缓慢且周期长)，不能治理重污染土壤(因高耐重金属植物不易寻找)。而加入到修复现场土壤环境中的微生物抗性差、难以很快适应，在土 壤环境中的移动性能差，易受污染物毒性效应的抑制。用农业措施来治理重金属污染土壤，具有可与常规农事操作结合起来进行、费用较低、实施较方便等优点，但存在有些方法周期长和效果不显著等缺点。在近几年公开的专利申请文件中，有利用植物浆液作为修复剂的方法，如申请号为200610022669.6(公开号为CN1974032A)的申请文件公开了一种名称为“一种修复矿山土壤和污泥重金属污染的方法”的技术方案，该技术方案是在污染土壤中种植秃疮花以达到修复土壤的目的；还有类似的利用种植多种植物来达到修复多种重金属污染土壤目的的，例如，申请号为200710070571公开号为CN101116864A)得申请文件公开了一种名为“镉锌铅铜复合污染土壤的植物系统修复方法”的技术方案，就是采用在被镉、锌、铅、铜复合污染的土壤间作东南景天和海洲香薷，通过东南景天根系对镉、锌、铅的吸收，海洲香薷对铜的吸收，定期收割东南景天和海洲香薷。这一类方法除了生长缓慢且周期长(需要植物种植生长收获期及后续处理)，还存在超积累植物通常都矮小、生物量低，且不能治理多种重金属污染，不能治理重污染土壤。 

此外，申请号为200510031863(公开号为CN1714955A)的申请文件公开了一种名称为“重金属污染土壤阴极酸化电动力修复方法”，其主要将污染土壤加一定量的水，再通入恒直流电，污染土壤中的重金属在电场的作用下迁移出土壤，虽然能够达到一定的效果，但难以大面积推广，还可能会对土壤的性质和结构造成破坏。 

本发明所用凹凸棒土是一种典型的2∶1型富镁硅酸盐粘土矿物，具有特殊的纤维结构，不同寻常的吸附性能和非常高的阳离子交换量。凹凸棒土的典型化学式为Mg₅Si₈O₂₀(OH)₂(OH₂)₄·4H₂O，理论化学成分为，按重量百分比计，SiO₂ 56.96％，MgO 23.83％，H₂O 19.11％。pH值约 为8.5。由于内部多孔道，比表面大，可达500m²·g^-1以上，大部份的阳离子、水分子和一定大小的有机分子均可直接被吸附进孔道中，电化学性能稳定，不易被电解质所絮凝，在高温和盐水中稳定性良好。 

凹凸棒石矿物几乎遍及世界各地，我国江苏、安徽、山东、辽宁等地探明许多凹凸棒土矿点，产量以江苏盱眙居首位，占中国凹凸棒石储量的70％，占全球凹凸棒石粘土总储量的近50％，现已探明其储量高达2.72亿吨，远景储量达5亿吨，为世界优质矿藏。 

虽然我国凹凸棒土的资源储量很大，但是由于发现的较晚，其开发利用水平较低，加上国家非金属矿加工业基础相对薄弱，可以生产的凹凸棒土产品和其它国家相比还相当的少，以致于使这种经济意义重大的矿藏的应用还只限于一般的填料，甚至以原土的形式廉价地出口，造成资源的浪费。 

发明内容

本发明的目的是克服已有技术的不足之处，提供一种多种重金属污染土壤的原位修复技术，具有成本低廉、效果好、操作简单、应用范围广的优点。 

本发明的方法是：将凹凸棒土直接添加到重金属污染的土壤中，充分混匀，比例≤8％wt，粒度为≤100目。 

有益效果： 

(1)本发明所采用的修复剂为凹凸棒土，是天然的纳米材料，体现了天然自净化作用的特色，可以有效固定土壤中的多种重金属，尤其是Cu、Zn、Cd，防止重金属在土壤中迁移进入植物体内，从根本上防止重金属进入食物链。应用凹凸棒土修复重金属污染土壤，土壤中 有效态Cu、Zn、Cd的含量显著降低，从而减少了重金属对植物的毒害作用。植物的生物量显著增加，植株的重金属含量显著降低。 

(2)该修复技术适合于原位修复，与工程措施、电动修复等方法相比，操作简单，便于实施，与活性炭(20-22$·kg^-1)、沸石(15.4$·kg^-1)、纳米零价铁(40$·kg^-1)等常用修复剂相比，凹凸棒土(0.04-0.12$·kg^-1)成本低，且化学性能稳定，不会产生二次污染，能够在短时间内降低污染程度，减少植物对重金属的吸收，有利于大面积土地的修复，是一种安全、有效的重金属污染修复材料。 

(3)应用凹凸棒土修复重金属污染土壤，可同时固定土壤中多种重金属，在短时间内降低污染程度。由于凹凸棒土是土壤粘土矿物，用它作为修复剂，不会对土壤产生二次污染。 

附图说明

图1为凹凸棒土的扫描电镜照片。 

具体实施方式

下面结合附图具体说明。 

图1为以下实施例采用的凹凸棒土的扫描电镜照片。从图中可以看到，凹凸棒土呈棒状结构，棒状宽度为十几纳米，长度为几十到几百纳米，外比表面积较大。实施例采用的凹凸棒土是产自南京六合地区，粒度为小于或等于100目。凹凸棒土的性质见表1。 

表1凹凸棒土的基本性质 

从表1中可以看出，凹凸棒土主要矿物成分为凹凸棒石(72％wt)，含少量蒙脱石(19％wt)和石英(9％wt)。 

实施例1 

本实例采用室内培养实验，恒温恒湿下，在重金属污染土壤中添加凹凸棒土。 

试验用的培养器皿为：250ml的聚乙烯塑料瓶。采用的重金属污染土壤为：过2mm筛的江西贵溪重金属污染土壤600g(风干土计)。 

将实验用重金属土壤平均分成三等分装瓶，每瓶中添加不同含量的凹凸棒，添加量不超过8％wt，将凹凸棒与土壤混匀，然后再加水调节至土壤最大田间持水量的70％wt，放入培养箱，25℃恒温培养1个月后，用0.1M的HCl浸提，计算经过处理的土壤中有效态重金属的含量。施入凹凸棒土的土壤其有效态重金属的含量显著降低，其中8％wt处理的效果最好，土壤中有效态Cu、Zn、Cd含量分别降低了29.2％wt、36.6％wt、28.9％wt。 

实施例2 

本实例采用盆栽试验，温室条件下，在重金属污染土壤中添加凹凸棒土，种植黑麦草。 

每公斤土添加不同含量的凹凸棒土，添加量比例不超过8％wt。污染土加入凹凸棒土培养两周后，施入基肥。通过称重法浇水保持土壤的含水量为田间持水量的60％wt～70％wt。收获两茬黑麦草，两茬的生长期均为50天。与不添加对照相比，当添加量为8％wt时，第一茬地上部份生物量增加了184％wt，第二茬生物量增加了159％wt。表2为凹凸棒土添加量为4％重金属在植物和土壤中的降低效率。 

表2 

重金属	第一茬植株中  重金属总量降  低效率％	第二茬植株中  重金属总量降  低效率％	土壤中有效态  重金属降低效  率％
				Cu	52.7	62.8	35.5
Zn	29.7	50.4	47.4
				Cd	15.0	0	4.7

表3为当凹凸棒土添加量为8％wt时，重金属在植物和土壤中的降低效率。 

表3 

重金属	第一茬植株中  重金属总量降  低效率％	第二茬植株中  重金属总量降  低效率％	土壤中有效态  重金属降低效  率％
				Cu	56.8	71.3	51.5
Zn	25.7	54.2	56.3
				Cd	38.5	20.9	15.6

计算公式为： 

$K=1-\frac{\mathrm{Ce}}{\mathrm{Ci}}$

上式中：K＝重金属总量降低效率；Ce＝污染土壤固定后植株或土壤中的重金属含量(mg/kg)；Ci＝污染土壤固定前植株或土壤中的重金属含量(mg/kg)。 

从表2及表3中可以对比看出，添加8％wt凹凸棒土对污染土壤Cu、Zn、Cd同时具有很好的固定效果，其中对Cu的固定效果最好，与对照相比，第一茬、第二茬黑麦草地上部的Cu含量分别降低了56.8％wt、71.3％wt，土壤中有效态Cu含量降低了51.6％wt。 

Claims (1)

1.一种重金属污染土壤的凹凸棒土原位修复技术，其特征在于，将凹凸棒土直接添加到重金属污染的土壤中混匀，土壤中添加凹凸棒土的比例≤8％wt，添加凹凸棒土的粒度为≤100目。

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