CN104550208B - 一种耦合活化和钝化的农田土壤重金属污染修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种耦合活化和钝化的农田土壤重金属污染修复方法，属于环境技术保护领域；本发明所采用的技术方案是：第一阶段，种植重金属超富集植物，在土壤中施加重金属活化剂，收获富集了重金属的植物；第二阶段，在土壤中施加重金属钝化剂，种植和收获重金属含量安全达标的农作物；通过两种不同技术两个治理阶段的耦合应用，一方面使得农田土壤中的重金属浓度高效率地降低，另一方面农田可以尽早地投入安全生产使用，从总体上提高了重金属污染农田修复的效率，适用于大面积重金属污染的农田土壤。
Description
技术领域
本发明属于环境技术保护领域。
背景技术
近些年来，我国的土壤污染问题不断地暴露出来且日趋严重，其中农田土壤重金属污染是主要问题之一，涉及农作物食品安全，因此农田土壤重金属污染治理需求迫切。与大气、水的污染治理相比，土壤修复技术难度大、治理成本高；虽然现有的重金属污染治理方法较多，典型方法包括物理修复法、化学修复法、生物修复法，但是适合于农田大面积成本低的方法较少。
在修复农田土壤重金属污染方面，生物修复法同物理和化学方法相比，一般情况下成本低、不产生二次污染、适于大面积农田土壤的修复，因此逐渐得到广泛重视。植物修复法成为一种重要的生物修复方法，特别是利用超富集植物吸收重金属和钝化土壤中的重金属活性等方法都有不少的研究成果。但是由于这些植物修复法被单一使用，或者简单与化学修复方法结合，使得修复周期长，重金属污染农田长期得不到有效利用这一植物修复法的弱点十分突出，未能尽快地确保农作物食品安全。
发明内容
为了克服上述现有技术方法的不足，本发明提供了一种耦合重金属活化和钝化的土壤污染复合修复方法，将植物修复法与化学修复法有机结合，以实现重金属活化的植物修复和重金属钝化的植物修复优点分别被充分利用，特别适用于大面积重金属污染的农田土壤，尤其是能确保农作物食品安全。
本发明所采用的技术方案是：
土壤重金属污染分为两个修复阶段：第一阶段修复，包括种植重金属超富集植物，在土壤中施加重金属活化剂，收获富集了重金属的植物；第二阶段修复，包括在土壤中施加重金属钝化剂，种植和收获重金属含量安全达标的农作物。
第一阶段：种植重金属超富集植物，在土壤中施加重金属活化剂，收获成熟植物，在相对较短的时间内，在超富集植物的重金属吸收高效段获得较好的土壤重金属去除效率。为了提高植物对重金属的吸收效率，还要在土壤中同时施加重金属的活化剂。对于不同的重金属污染，可以选用的重金属超富集植物以及配合的重金属活化剂如下：
治理铅污染，优选的重金属超富集植物为土荆芥、羽叶鬼针草、杨梅、印度芥菜、野茼蒿，优选重金属活化剂为柠檬酸铵与羟基乙酸复合剂、柠檬酸、酒石酸、EDTA；
治理镉污染，优选的重金属超富集植物为天蓝遏蓝菜、东南景天、印度芥菜、伴矿景天、宝山堇菜、龙葵、商路，优选重金属活化剂为柠檬酸铵与羟基乙酸复合剂、柠檬酸、酒石酸、EDTA、苹果酸；
治理砷污染，优选的重金属超富集植物为蜈蚣草、大叶井口边草，优选重金属活化剂为磷酸二氢铵、柠檬酸钠、EDTA、二巯基丁二酸、酒石酸钠；
治理汞污染，优选的重金属超富集植物为大米草，优选重金属活化剂为硫化钠、硫化钾、碘化钾、硫代硫酸盐；
治理铬污染，优选的重金属超富集植物为芦竹、黄豆、李氏禾、蒲公英、印度芥菜，优选重金属活化剂为柠檬酸、柠檬酸铵、EDTA；
治理铜污染，优选的重金属超富集植物为海州香薷优选的植物为海州香薷、鸭跖草、酸模、紫花香薷、甘薯，优选重金属活化剂为EDTA、EDDS、柠檬酸、苹果酸、酒石酸。
第二阶段：经过第一阶段的治理，土壤中的重金属浓度得到大幅度地降低，重金属中容易被植物吸收的形态、数量极大地减少，继续采用种植重金属超富集植物来降低重金属浓度变得效率低下，不现实不经济。此时农田土壤中的重金属浓度有可能还没有达到标准要求，通过在农田土壤中施加重金属的钝化剂，同时种植对重金属吸收量比较低的农作物，使得收获的农作物中重金属的含量低于标准限值，即种植收获的农作物可以正常安全使用。对于不同的重金属污染土壤，可以选用的重金属钝化剂如下：
对铅、镉的钝化，优选重金属钝化剂为磷酸盐、硅酸钙、沸石、膨润土、巯基化膨润土、含水的铁和锰氧化物、有机肥、腐殖酸、石灰、磷肥、粘土及其复配物；
对砷的钝化，优选重金属钝化剂为磷酸盐、有机肥、镁铝铁锰金属氧化物、石灰；
对汞的钝化，优选重金属钝化剂为磷酸盐、有机肥、腐殖酸、硅藻土、铁锰金属氧化物、石灰；
对铬的钝化，优选重金属钝化剂为磷酸盐与氯化钠复合物、有机肥、赤泥、铁屑、硫酸亚铁、乙酸钠；
对铜的钝化，优选重金属钝化剂为磷酸盐、有机肥、磷石膏、红石膏、白云石残渣、赤泥。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
通过两种不同技术两个治理阶段的耦合应用，一方面使得农田土壤中的重金属浓度大幅度地降低，另一方面农田可以尽早地投入安全生产使用，从总体上提高了重金属污染农田修复的效率。
本发明是对植物修复法与化学修复法的有机结合，特别适用于大面积重金属污染的农田土壤。
具体实施方法
实施例1
某农田处于硫铁矿浮选区域，长期含Cd污染的废水排放造成了周围农田Cd污染，含Cd平均2mg／kg；该污染土壤粘土含量10～16％，pH值6.5。
采用本发明对15亩10000m2Cd污染农田进行修复。
第一阶段，种植天蓝遏蓝菜，施加柠檬酸铵和羟基乙酸，收获天蓝遏蓝菜。
天蓝遏蓝菜为一年生直立草本，高9～60cm，3月末播种，是Cd的超富集植物。
播种遏蓝菜：3月下旬，在土壤修复区域，深翻耕15～25cm，整地作畦；在畦上行距15cm、深1.5cm的浅沟中播撒种子，立即盖土碾压。5～7天后，出苗。
田间管理：当幼苗高6～8cm时及时进行间苗和定苗，补齐缺苗并松土除草，4月中旬灌溉1次，每亩施尿素10kg，灌溉水采用添加柠檬酸铵0.001mol／L与羟基乙酸0.0005mol／L的水溶液，其中柠檬酸铵、羟基乙酸为重金属活化剂；
收获加工：在6月开始采收种子，遏蓝菜边开花变成熟，因此随时采摘成熟果实，晾干后取出种子，选取饱满无病虫害的种子装袋贮存于冰箱中，7月底采用拔除方式收获遏蓝菜；第二年春天播种。
连续3年种植和收获：每次种植前，进行深翻耕20-25cm；连续种植和收获天蓝遏蓝菜3季，第3次收获采用拔除收获天蓝遏蓝菜；检测土壤中重金属Cd含量为pH5.5～6.5，1.3mg／kg，尚未达到土壤环境质量标准(GB15618-1995)中的三级标准(三级土壤质量标准为小于等于1.0mg／kg)，但是已经比较接近；表1为每季收获天蓝遏蓝菜后，土壤中Cd的含量。
表1土壤中镉浓度的变化
| 时间 | 种植前 | 第一年 | 第二年 | 第三年 |
| Cd(mg／kg) | 2 | 1.6 | 1.4 | 1.3 |
第二阶段，施加过磷酸钙磷肥、石灰质土和有机肥钝化重金属镉，种植和收获玉米。
在第三季天蓝遏蓝菜收获后，修复过程进入第二阶段，播种玉米，玉米对重金属Cd吸收量比较低；农田土壤表面每亩施加有机肥3000kg、施加过磷酸钙磷肥200kg、石灰质土400kg，灌溉，收获。
收获的玉米中Cd含量为0.07mg／kg，低于GB2715-2005标准限值0.1mg／kg的要求。
Claims (1)
1.一种耦合活化和钝化 的农田土壤重金属污染修复方法，其特征在于本发明所采用的技术方案是：土壤重金属污染分为两个修复阶段：
第一阶段修复，包括种植重金属超富集植物，在土壤中施加重金属活化剂，收获富集了重金属的植物，使得农田土壤中的重金属浓度高效率地降低,其中，土壤中的重金属为铅、镉、砷、汞、铬、铜中的至少一种，治理铅污染所选重金属超富集植物为土荆芥、羽叶鬼针草、杨梅、印度芥菜、野茼蒿，所选重金属活化剂为柠檬酸铵与羟基乙酸复合剂、柠檬酸、酒石酸、EDTA；治理镉污染所选重金属超富集植物为天蓝遏蓝菜、东南景天、印度芥菜、伴矿景天、宝山堇菜、龙葵、商陆，所选重金属活化剂为柠檬酸铵与羟基乙酸复合剂、柠檬酸、酒石酸、EDTA、苹果酸；治理砷污染所选重金属超富集植物为蜈蚣草、大叶井口边草，所选重金属活化剂为磷酸二氢铵、柠檬酸钠、EDTA、二巯基丁二酸、酒石酸钠；治理汞污染所选重金属超富集植物为大米草，所选重金属活化剂为硫化钠、硫化钾、碘化钾、硫代硫酸盐；治理铬污染所选重金属超富集植物为芦竹、黄豆、李氏禾、蒲公英、印度芥菜，所选重金属活化剂为柠檬酸、柠檬酸铵、EDTA；治理铜污染所选重金属超富集植物为海州香薷、鸭跖草、酸模、紫花香薷、甘薯，所选重金属活化剂为EDTA、EDDS、柠檬酸、苹果酸、酒石酸；
第二阶段修复，包括在土壤中施加重金属钝化剂，种植和收获重金属含量安全达标的农作物，使农田可以尽早地投入安全生产使用，从总体上提高了重金属污染农田修复的效率，其中，对铅、镉的钝化，所选重金属钝化剂为硅酸钙、沸石、膨润土、巯基化膨润土、含水的铁和锰氧化物、有机肥、腐殖酸、石灰、粘土及其复配物；对砷的钝化，所选重金属钝化剂为有机肥、镁铝铁锰金属氧化物、石灰；对汞的钝化，所选重金属钝化剂为有机肥、腐殖酸、硅藻土、铁锰金属氧化物、石灰；对铬的钝化，所选重金属钝化剂为磷酸盐与氯化钠复合物、有机肥、赤泥、铁屑、硫酸亚铁、乙酸钠；对铜的钝化，所选重金属钝化剂为有机肥、磷石膏、红石膏、白云石残渣、赤泥。
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