CN102441563A

CN102441563A - 一种利用柠檬酸促进蚕豆修复治理铀污染土壤的方法

Info

Publication number: CN102441563A
Application number: CN2011103357479A
Authority: CN
Inventors: 王丹; 钟钼芝; 徐长合; 唐运来; 陈晓明; 罗学刚
Original assignee: Southwest University of Science and Technology
Current assignee: Southwest University of Science and Technology
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2012-05-09

Abstract

本发明公开了一种利用柠檬酸促进蚕豆修复治理铀污染土壤的方法，其特征是包括：在含污染物铀的土壤中种植蚕豆，并在土壤中施入柠檬酸水溶液，当植物蚕豆生长到结荚果或者成熟期时，将植物蚕豆收割或整体从污染土壤中移走；移走后还可以再种植下一批蚕豆，并在土壤中施入柠檬酸水溶液，当植物蚕豆生长到结荚果或者成熟期时，将植物蚕豆整体从污染土壤中移走，重复上述过程，直至土壤中的铀含量达到环境安全标准。本发明使蚕豆更好地发挥对铀的吸收、富集能力，修复铀污染土壤具有投资少和维护成本低、工程量小，管理技术要求低、在修复铀污染土壤的同时通过蚕豆的固氮作用提高土壤肥力的特点，具有良好的环境效益、社会效益和经济效益。

Description

一种利用柠檬酸促进蚕豆修复治理铀污染土壤的方法

技术领域

本发明属于污染的土壤的再生，涉及一种利用柠檬酸促进蚕豆修复治理铀污染土壤的方法。特别适用于铀污染土壤的修复治理。

背景技术

目前，铀尾矿的专用贮存设施为铀尾矿库。据不完全统计，全世界的铀尾矿总量已达200亿吨。近期，主要产铀国每年产生的铀尾矿量约数千万吨。当铀尾矿库因服务期满或其它原因将永久性停止使用时，考虑到工作人员和公众的健康、安全以及对环境的保护，需对铀尾矿库进行一系列的环境治理和相关的管理活动，即退役工作。经退役治理后，不仅要保证尾矿库各项工程长期安全、稳定，而且要控制其放射剂量应低于规定的管理目标值，从而达到有限制地开放使用的目的。

铀尾矿中含有²³⁸U、²³⁴U、²³⁰Th、²²⁶Ra、²²²Rn、²¹⁰Po、²¹⁰Pb等放射性物质，其放射性活度通常为n×10⁵ Bq/kg，在铀尾矿中通常还含有一些伴生的重金属如Cd、Zn等；沉积滩面上γ辐射吸收剂量率通常为n×10^-6 Gy/h；平均²²²Rn析出率约为3.25～9.85 Bq/(m²·s)。

我国从20世纪40年代开始，大量在役或退役铀尾矿库中铀等放射性核素摄入地下水中并随地下水流动而扩散，给地下水和生态环境造成严重危害，也给人们的身体健康和国家经济带来巨大损失。铀尾矿库区中存在一定的放射性物质，且均比天然辐射本底值高2～3个数量级，其中最主要的放射性核素是铀、镭、氡等。尽管这些放射性核素的活度较低，但其半衰期长、废物数量大、分布面广，对环境构成长久潜在危害[熊正为，彭福全，王志勇．铀尾矿库区地下水铀污染研究[J]．湘潭师范学院学报(自然科学版)，2009，31(1)：120-123]。

由于核污染危害巨大，核污染的大面积清除是世界性难题，各界人士都在寻求清除核污染的方法，也取得了一定的成效。各国大多采用方法有：物理法、化学法、电化学法、物理-化学连用法、微生物清除法和土壤的核污染去除法，但这些方法的处理成本较高，且容易对环境造成二次交叉污染，不能从根本上解决核素清除问题。虽然森林修复法能大面积修复污染土壤，并且可发展工业原料林、薪炭林，但其要求的核素浓度不能太高，使其应用受到了很大的限制[谯华，周从直，熬漉等.核污染的危害及其去除方法[J].后勤工程学院学报，2007，(1)：154-157]。

针对传统处理核素污染方法的特点，20世纪80年代后，植物修复技术成为了科学家研究的热点，与传统的处理方法相比较，具有投资少、操作方便、不造成二次污染、安全的特点。植物修复就是筛选和培育特种植物，特别是对目标污染物具有超常吸收和富集能力的植物，种植在污染的土壤上，利用植物根系来吸收土壤中的污染物，收获植物，以达到清除污染的目的。放射性污染植物修复技术就是利用植物根系吸收水分和养分的过程来吸收、转化污染体(如土壤和水)中的放射性核素，以期达到清除核素、修复或治理目的的一种环境治理技术。放射性污染植物修复技术按其修复的机理和过程可分为植物提取、植物稳定、根际过滤和植物挥发四部分[华珞，陈世宝，白玲玉等．有机肥对镉锌污染土壤的改良效应[J]．农业环境保护， 1998，17 (2)：55-59]。

现有技术中，在放射性污染植物修复技术中植物提取的研究相对较多，工程性的试验也已开展。植物提取是指利用某种放射性核素的超积累植物将土壤中的核素转运出来，富集并搬运到植物根系可吸收部位和地上部位，待植物收获后再进行处理，连续种植这种植物，可使土壤中放射性核素的含量降低到可接受水平。但植物提取过程中，肥料没有按植物所需施用，使植物生物量小、生长速度慢，导致植物提取的效率很低。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，通过种植富集植物、并施用柠檬酸，提供一种治理速度快、成本低、效果好的利用柠檬酸促进蚕豆修复治理铀污染土壤的方法。

本发明的内容是：一种利用柠檬酸促进蚕豆修复治理铀污染土壤的方法，其特征是包括：在含污染物铀的土壤中种植蚕豆，并在土壤中施入柠檬酸水溶液，当植物蚕豆生长到结荚果或者成熟期时，将植物蚕豆收割或整体从污染土壤中移走。

本发明的内容中：所述将植物蚕豆整体从污染土壤中移走后，再种植下一批蚕豆，并在土壤中施入柠檬酸水溶液，当植物蚕豆生长到结荚果或者成熟期时，将植物蚕豆整体从污染土壤中移走，重复上述过程，直至土壤中的铀含量达到环境安全标准，从而彻底除去土壤中超标的铀。

本发明的内容中：所述柠檬酸水溶液的施用量可以为每666.7平方米土壤施用浓度为2.5、5 、10、20mmol/L的柠檬酸水溶液350L。

所述350 L的柠檬酸水溶液可以分成1～2次施入土壤中，相邻两次施用的间隔时间为0～5天，即可以一次性施入，或者每1～5天施用一次，在2次内施用完；第一次施入柠檬酸水溶液的时间可以是植物蚕豆播种后1个月，施用至植物蚕豆根际范围。

所述土壤中污染物铀的浓度可以为每千克土壤中含铀（污染物铀的化合物，以铀计量）5～15毫克（平均值）。即：当土壤中铀含量在此范围时，施入的所述柠檬酸水溶液具有最佳的促进蚕豆修复治理铀污染土壤的效果。

本发明的内容中：将收割或整体从污染土壤中移走的蚕豆可以采用焚烧的方法进行无害化处理（焚烧后残留的含铀的固体物可进一步采用回收金属、填埋等现有技术方式进行处理）。

本发明的内容中：所述植物蚕豆的播种量和播种方法等同现有技术。

所述蚕豆（拉丁学名：Vicia faba Linn），别称：胡豆、佛豆、胡豆、川豆、倭豆、罗汉豆；为一年生或越年生草本植物，属豆科植物，茎方形，中心空，花白色有紫斑，结荚果；种子供食用；中国蚕豆种植面积广泛，以四川、云南、江苏、湖北等地为多。

与现有技术相比，本发明具有下列特点和有益效果：

（1）本发明系发明人经过长期的研究，创造性地筛选出，在柠檬酸的处理下，可以明显提高蚕豆吸收铀的能力；将蚕豆种植在铀污染的土壤中，施用螯合剂柠檬酸，可促进蚕豆吸收土壤中的铀，永久性地解决土壤铀污染问题；

（2）本发明通过在铀污染的土壤中种植蚕豆，在施用柠檬酸后，由蚕豆根系大量吸收污染土壤中的铀，并将铀转运到蚕豆的茎、叶、荚果，当蚕豆生长到荚果期或成熟期时，将蚕豆整株或地上部分从污染土壤中收获，从而实现去除污染土壤中铀污染物的目的，在修复铀污染土壤的同时通过蚕豆的固氮作用提高土壤肥力；

（3）采用本发明，能使蚕豆更好地发挥对铀的吸收、富集能力，修复铀污染土壤具有投资少和维护成本低、工程量小，管理技术要求低、治理方法费用低廉、可操作性强、不破坏环境土壤结构、且能利用蚕豆根的固氮作用提高土壤肥力，不引起二次污染，土壤治理效果好，实用性强、在修复铀污染土壤的同时通过蚕豆的固氮作用提高土壤肥力的特点，具有良好的环境效益、社会效益和经济效益。

附图说明

图1是柠檬酸处理下对照土壤中蚕豆单株铀含量和比较图；

图2是柠檬酸处理下轻度污染土壤中蚕豆铀含量和比较图；

图3是柠檬酸处理下重度污染土壤中蚕豆铀含量和比较图。

具体实施方式

下面给出的实施例拟以对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1：蚕豆在对照土壤中柠檬酸作用下吸收铀的特性

本试验在西南科技大学生命科学与工程学院东六实验楼进行，参试蚕豆种子购于绵阳云川种子公司，以不人为添加铀的天然土壤为对照土壤。蚕豆育苗开始时间为2010年9月28日，待幼苗长至1个月时，定植于装有8.5kg无铀污染土壤（土壤的理化性质见表1）的塑料盆（直径33cm，高26cm）中，1天后把不同浓度柠檬酸以水溶液的形式均匀喷洒于盆中，其浓度梯度设置均为2.5、5.0、10.0、20.0(mmol/L)。按照生长需要定时浇水，生长140天后进行取样分析。

表1　　土壤物理化学性质

试验结果表明：从说明书附图1可以看出，在对照土壤中，施用不同浓度柠檬酸均比不施用的对照能显著提高蚕豆单株吸收铀的含量。蚕豆施用5mmol/L的柠檬酸时，蚕豆铀含量达到最大值2.234μg/株，而不施用柠檬酸的蚕豆仅能吸收0.483μg/株，施用5mmol/L的柠檬酸处理吸收的铀含量为对照的4.62倍。

实施例2：蚕豆在铀轻度污染土壤中柠檬酸作用下吸收铀的特性

本试验在西南科技大学生命科学与工程学院东六实验楼进行，参试蚕豆种子购于绵阳云川种子公司，采用人工模拟土壤环境，以醋酸双氧铀（UO₂(CH₃CO₂)₂·2H₂O）为铀源，在植物定植前3d，按所设定的浓度将铀以水溶液的形式喷施于事先准备好的土壤中，设定土壤污染浓度的轻度污染为每千克土壤添加铀量5mg/kg。蚕豆育苗开始时间为2010年9月28日，待幼苗长至1个月时，定植于装有8.5kg铀污染土壤（土壤的理化性质见表1）的塑料盆（直径33cm，高26cm）中，1天后把不同种类不同浓度螯合剂以水溶液的形式均匀喷洒于盆中，螯合剂为柠檬酸，其浓度梯度设置均为2.5、5.0、10.0、20.0(mmol/L)。按照生长需要定时浇水，生长140天后进行取样分析。

试验结果表明：从说明书附图2可以看出，在轻度污染土壤中，施用不同浓度柠檬酸均比不施用的对照能显著提高蚕豆单株吸收铀的含量。在5mg/kg铀的污染土壤中，蚕豆施用5mmol/L的柠檬酸时，蚕豆铀含量达到最大值 71.11μg/株，比不施用柠檬酸的对照增加了99.38％，按照1盆栽种3株蚕豆计算，1季将提取0.213mg的铀，占土壤中铀含量的4.26％。

实施例3：蚕豆在重度污染土壤中柠檬酸作用下吸收铀的特性

本试验在西南科技大学生命科学与工程学院东六实验楼进行，参试蚕豆种子购于绵阳云川种子公司，采用人工模拟土壤环境，以醋酸双氧铀（UO₂(CH₃CO₂)₂·2H₂O）为铀源，在植物定植前3d，按所设定的浓度将铀以水溶液的形式喷施于事先准备好的土壤中，设定土壤污染浓度的重度污染为每千克土壤添加铀量10mg/kg。蚕豆育苗开始时间为2010年9月28日，待幼苗长至1个月时，定植于装有8.5kg铀污染土壤（土壤的理化性质见表1）的塑料盆（直径33cm，高26cm）中，1天后把不同种类不同浓度螯合剂以水溶液的形式均匀喷洒于盆中，螯合剂为柠檬酸，其浓度梯度设置均为2.5、5.0、10.0、20.0(mmol/L)。按照生长需要定时浇水，生长140天后进行取样分析。

试验结果表明：从说明书附图3可以看出，在重度污染土壤中，施用不同浓度柠檬酸比不施用的对照均能显著提高蚕豆单株吸收铀的含量。在10mg/kg铀的污染土壤中，蚕豆施用5mmol/L的柠檬酸时，蚕豆铀含量达到最大值121.15μg/株，比不施用柠檬酸的对照增加了99.46％，按照1盆栽种3株蚕豆苗计算，1季将提取0.365mg的铀，占土壤中铀含量的3.65％。

实施例4：柠檬酸处理下蚕豆铀转运系数和富集系数

本试验在西南科技大学生命科学与工程学院东六实验楼进行，参试蚕豆种子购于绵阳云川种子公司，土壤对照浓度、轻度污染浓度和重度污染浓度分别为：0 mg/kg铀，5 mg/kg铀和10 mg/kg铀（铀以醋酸双氧铀UO₂(CH₃CO₂)₂·2H₂O)为铀源），蚕豆育苗开始时间为2010年9月28日，待幼苗长至1个月时，定植于装有8.5kg铀污染土壤（土壤的理化性质见表1）的塑料盆（直径33cm，高26cm）中，1天后把不同浓度螯合剂以水溶液的形式均匀喷洒于盆中（其浓度梯度设置均为2.5、5.0、10.0、20.0(mmol/L)），按照生长需要定时浇水，生长140天后将植株分根、茎、叶和果四个部分进行采样分析。最后根据不同器官的铀含量进行转运系数和富集系数的计算。

富集系数是指植物某一部位的元素含量与土壤中相应元素含量之比，它在一定程度上反映着土壤--植物系统中元素迁移的难易程度，它反映了植物将元素吸收、转移到体内的能力。富集系数越大表明植物富集元素的能力越强。一般超富集植物的富集系数要求在1以上。其计算公式为：

富集系数=植物地上部器官中核素含量/土壤中核素含量

转运系数是地上部某元素含量与地下部某元素含量之比，用来评价植物将某元素从地下部向地上部的运输和富集能力。转运系数大的植物从根系向地上部器官转移的吸收量大。一般超富集植物的转运系数要求在1以上。

转运系数=植物地上部器官中核素含量/植物根部核素含量。

表2　柠檬酸处理下蚕豆U转运系数

从表2可知：在柠檬酸处理下，蚕豆铀转运系数无论在对照土壤、轻度污染土壤还是重度污染土壤中，都比不施用柠檬酸的对照高；在柠檬酸处理下，随着柠檬酸浓度的增加，蚕豆铀含量呈现出先增加后减少的趋势。在柠檬酸浓度为5mmol/L时，轻度污染土壤和重度污染土壤中蚕豆铀转运系数都达到最大值，分别为 3.571和 5.794。对照土壤中的转运系数最高为2.5 (mmol/L)处理。

表3　柠檬酸处理下蚕豆铀富集系数

从表3可知：在柠檬酸处理下，蚕豆铀富集系数无论在轻度污染土壤还是重度污染土壤中，都比不施用柠檬酸的对照高；在柠檬酸处理下，随着柠檬酸浓度的增加，蚕豆铀含量呈现出先增加后减少的趋势。在柠檬酸浓度为5mmol/L时，轻度污染土壤和重度污染土壤中蚕豆铀富集系数都达到最大值，分别为1.39和2.16。

从上面的结果可以看出，螯合剂对于提高蚕豆提取土壤中的铀具有较强的促进作用。因此，螯合剂可以促进蚕豆对铀的吸收，从而缩短铀污染土壤的修复时间，对于铀污染土壤的植物修复具有重大的意义。

实施例5：

一种利用柠檬酸促进蚕豆修复治理铀污染土壤的方法，包括：在含污染物铀的土壤中种植蚕豆，并在土壤中施入柠檬酸水溶液，当植物蚕豆生长到结荚果或者成熟期时，将植物蚕豆收割或整体从污染土壤中移走。

实施例6：

一种利用柠檬酸促进蚕豆修复治理铀污染土壤的方法，包括：在含污染物铀的土壤中种植蚕豆，并在土壤中施入柠檬酸水溶液，当植物蚕豆生长到结荚果或者成熟期时，将植物蚕豆收割或整体从污染土壤中移走；再种植下一批蚕豆，并在土壤中施入柠檬酸水溶液，当植物蚕豆生长到结荚果或者成熟期时，将植物蚕豆整体从污染土壤中移走，重复上述过程，直至土壤中的铀含量达到环境安全标准。

实施例7：

一种利用柠檬酸促进蚕豆修复治理铀污染土壤的方法，柠檬酸水溶液的施用量为每666.7平方米土壤施用浓度为2.5mmol/L的柠檬酸水溶液350L；其它同实施例5或实施例6，省略。

实施例8：

一种利用柠檬酸促进蚕豆修复治理铀污染土壤的方法，柠檬酸水溶液的施用量为每666.7平方米土壤施用浓度为20mmol/L的柠檬酸水溶液350L；其它同实施例5或实施例6，省略。

实施例9：

一种利用柠檬酸促进蚕豆修复治理铀污染土壤的方法，柠檬酸水溶液的施用量为每666.7平方米土壤施用浓度为10mmol/L的柠檬酸水溶液350L；其它同实施例5或实施例6，省略。

实施例10：

一种利用柠檬酸促进蚕豆修复治理铀污染土壤的方法，柠檬酸水溶液的施用量为每666.7平方米土壤施用浓度为5mmol/L的柠檬酸水溶液350L；其它同实施例5或实施例6，省略。

实施例11：

一种利用柠檬酸促进蚕豆修复治理铀污染土壤的方法，柠檬酸水溶液的施用量为每666.7平方米土壤施用浓度为15mmol/L的柠檬酸水溶液350L。

实施例12：

一种利用柠檬酸促进蚕豆修复治理铀污染土壤的方法，柠檬酸水溶液的施用量为每666.7平方米土壤施用浓度为6mmol/L的柠檬酸水溶液350L。

实施例13：

一种利用柠檬酸促进蚕豆修复治理铀污染土壤的方法，柠檬酸水溶液的施用量为每666.7平方米土壤施用浓度为2.5～20mmol/L中任一浓度的柠檬酸水溶液350L。

上述实施例中：所述350L的柠檬酸水溶液分成1～2次施入土壤中，相邻两次施用的间隔时间为0～5天；即可以一次性施入，或者每1～5天施用一次，在2次内施用完；第一次施入柠檬酸水溶液的时间可以是植物蚕豆播种后1个月。

上述实施例特别适用于所述土壤中污染物铀的浓度为每千克土壤中含铀（污染物铀的化合物，以铀计量）5～15毫克。即：当土壤中铀含量在此范围时，施入的柠檬酸水溶液具有最佳的促进蚕豆修复治理铀污染土壤的效果。

上述实施例中：将收割或整体从污染土壤中移走的蚕豆采用焚烧的方法进行无害化处理（焚烧后残留的含铀的固体物可进一步采用回收金属、填埋等现有技术方式进行处理）。

上述实施例中：所述植物蚕豆的播种量和播种方法等同现有技术。

上述实施例中：所采用的各原料均为市售产品。

上述实施例中：各步骤中的工艺参数和各组分用量数值等为范围的，任一点均可适用。

本发明内容及上述实施例中未具体叙述的技术内容同现有技术。

本发明不限于上述实施例，本发明内容所述均可实施并具有所述良好效果。

Claims

1.一种利用柠檬酸促进蚕豆修复治理铀污染土壤的方法，其特征是包括：在含污染物铀的土壤中种植蚕豆，并在土壤中施入柠檬酸水溶液，当植物蚕豆生长到结荚果或者成熟期时，将植物蚕豆收割或整体从污染土壤中移走。

2.按权利要求1所述利用柠檬酸促进蚕豆修复治理铀污染土壤的方法，其特征是还包括：所述将植物蚕豆整体从污染土壤中移走后，再种植下一批蚕豆，并在土壤中施入柠檬酸水溶液，当植物蚕豆生长到结荚果或者成熟期时，将植物蚕豆整体从污染土壤中移走，重复上述过程，直至土壤中的铀含量达到环境安全标准。

3.按权利要求1或2所述利用柠檬酸促进蚕豆修复治理铀污染土壤的方法，其特征是：所述柠檬酸水溶液的施用量为每666.7平方米土壤施用浓度为2.5～20mmol/L的柠檬酸水溶液350L。

4.按权利要求3所述利用柠檬酸促进蚕豆修复治理铀污染土壤的方法，其特征是：所述350L的柠檬酸水溶液分成1～20次施入土壤中，相邻两次施用的间隔时间为0～5天。

5.按权利要求3所述利用柠檬酸促进蚕豆修复治理铀污染土壤的方法，其特征是：所述土壤中污染物铀的浓度为每千克土壤中含铀5～15毫克。

6.按权利要求1或2所述利用柠檬酸促进蚕豆修复治理铀污染土壤的方法，其特征是还包括：将收割或整体从污染土壤中移走的蚕豆采用焚烧的方法进行无害化处理。