CN105149341A - 一种污泥地重金属污染土壤的修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种污泥地重金属污染土壤的修复方法，通过在土壤中施入生物炭基肥，混合均匀，陈化；陈化结束后，放入蚯蚓进行养殖；蚯蚓正常引入土壤后，种植蓖麻的同时在土壤中施入生物炭基肥，一定时期后将蓖麻整体移除；蓖麻植株整体移除后，放入蚯蚓进行养殖；蚯蚓正常引入土壤后，种植柳树的同时在土壤中施入生物炭基肥，一定时期后将柳树整体移除；循环重复执行上述步骤，直至土壤中重金属的含量达到安全标准。本发明对于污泥地重金属污染土壤的修复处理效果理想、处理时间短、地域适用性广而且不产生对土壤的二次污染。

Description

一种污泥地重金属污染土壤的修复方法

技术领域

本发明涉及污染土壤治理领域，特别涉及一种污泥地重金属污染土壤的修复方法。

背景技术

随着我国污水处理厂的逐步增多与污水处理技术的发展，污水在处理过程中产生的污泥也在逐步增多，由于其体积庞大、组分复杂、含水率高、强度低，同时还含有大量致病微生物、寄生虫卵、重金属等有害物质，且伴有恶臭产生，这些不利因素给其运输、贮存和后续的资源化利用都带来了诸多不便，目前，很多工厂仍然将污泥随意外运，简单填埋或堆放，给环境造成了破坏。

污泥中的重金属污染，已成为世界关注的环境问题。污泥中的重金属可来自于大气降尘、大气降水、土壤冲刷、地表径流、各类污水、农药、固体垃圾等，在某种程度上污泥可以看作是重金属的储存库。当污泥的氧化还原条件发生变化时，重金属重新转化为溶解状态而释放；另外，重金属不能被生物降解，但具有生物累积的特性，可以通过食物链产生生物富集和浓缩效应，最终影响到“食物链”的顶级生物或者人类。

目前处理污泥中重金属污染的方法主要有：固化/稳定化、微生物淋滤、焚烧。固定方法处理污泥中重金属污染是国内外应用较广的技术之一，但现有固化用的胶凝材料不仅来源单一，而且造价过高，同时也会使污泥固化体浸出液pH值过高，在固化污泥再利用过程中，固化体与地下水或地表水接触产生的强碱性会危害生态系统中的水质；微生物对污泥中重金属的溶解，是通过细菌对污泥中铁和硫的氧化作用，使得污泥中氧化还原电位升高，pH值降低，从而使重金属发生溶解，将溶解的重金属淋滤出来，就可以降低污泥中重金属的含量，尽管微生物淋滤法剔除污泥中重金属的效果良好，但是如何妥善处理高浓度重金属淋出液仍然是个棘手的问题；焚烧法处理污泥，可以有效分解污泥中的有毒有害成分，使重金属富集，便于集中处理，但是，污泥焚烧过程会产生二次污染，包括有害气体、有害废渣等。

因此，针对污泥地土壤重金属污染的现状，采取合适的土壤修复措施，对于污泥地农业生产、居住环境、生态建设以及区域社会经济可持续发展具有重要的现实意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种对污泥重金属污染处理成本低、处理效果理想、处理时间短、地域适用性广的修复方法，实现污泥地土壤处理的无害化、减量化、资源化。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种污泥地重金属污染土壤的修复方法，包括以下步骤：

1）在污泥地重金属污染的土壤中施入生物炭基肥，混合均匀，陈化20~30天；

2）待步骤1）中生物炭基肥陈化结束后，放入蚯蚓进行养殖；

3）待步骤2）中蚯蚓正常引入土壤后，连续种植1~2个周期的蓖麻，每个周期种植蓖麻的同时都在土壤中施入生物炭基肥，以蓖麻果实成熟收获结束为一个周期，每个周期蓖麻果实收获结束后将蓖麻整体移除；

4）待步骤3）中蓖麻植株整体移除后，放入蚯蚓进行养殖；

5）待步骤4）中蚯蚓正常引入土壤后，连续种植1~2个周期的柳树，每个周期种植柳树的同时都在土壤中施入生物炭基肥，一个周期结束后将柳树整体移除，以10~12个月为一个周期；

6）循环重复执行步骤1）~步骤5），直至土壤中重金属的含量达到安全标准。

优选的，所述生物炭基肥包括：65~80重量份蓖麻或柳树废弃物制成的生物炭、5~10重量份的磷酸二铵、4~6重量份的草木灰、5~8重量份的氯化钠、15~20重量份的粉煤灰、25~30重量份的尿素、7~11重量份的柠檬酸和10~16重量份的葡萄糖酸。

优选的，所述生物炭基肥的施入量为5~8kg/亩，所述蚯蚓投放到土壤中的用量为0.2~0.3kg/m²。

优选的，所述生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为5~6mm的颗粒。

优选的，所述生物炭的制备步骤为：

1）蓖麻或柳树废弃物经炭化处理得到有机炭产物，有机炭产物在80~90℃下烘干，粉碎；

2）将步骤1）所得有机炭产物置于生物炭炉中450~500℃热解，冷却至室温；

3）将步骤2）所得产物用质量分数10%的稀盐酸和质量分数5%的稀硝酸以体积比1~2.5：1混合后酸洗1~3h，再用去离子水冲洗至中性，过滤，于85℃下烘干，自然冷却至室温，研磨过筛，装袋备用。

优选的，所述生物炭的粒径为2~3mm。

优选的，所述蚯蚓养殖期间每3~5天浇一次水，使重金属污染土壤的含水量保持在40~55%。

优选的，所述种植蓖麻的方法为幼苗栽种，所述幼苗栽种为：将28~30cm的幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层10~15cm深度种植，株距为20~25cm，行距为20~25cm。

优选的，所述幼苗选用通过15%~20%的H₂O₂消毒处理后蒸馏水洗涤浸泡12h、籽粒饱满且不下沉的蓖麻种子长成的蓖麻幼苗。

优选的，所述柳树选用1.5~2m的柳树苗栽种。

本发明的有益效果是：

1.蓖麻、柳树具有很好的重金属耐性，适合于大面积重金属铅污染的土壤，蓖麻、柳树的栽种修复可以改善污染土壤的土质，对环境扰动少、不破坏土壤理化性质，还能起到实现美化环境的作用，更重要的是有效的避免了污染物再次进入食物链，最大限度的减少了修复土壤中可引起的二次污染，成本低、能使地表长期稳定，并且在消除土壤重金属污染的同时，消除污染土壤周围的大气和水体中的污染物，有利于改善生态环境提高土壤生物多样性。

2.本发明生物炭基肥除了有生物炭之外，还含有一定的磷酸二铵、氯化钠、柠檬酸和葡萄糖酸，氯化钠作为离子交换剂，Na⁺能和重金属离子发生离子交换，与污泥中重金属离子发生离子交换，置换出污泥中的重金属离子，柠檬酸和葡萄糖酸为环保型物质，过量的处理剂不会对环境造成二次污染，这对于改善污泥地土壤的物理结构有很好的修复作用，在栽种植物的同时协同施用，可以对土壤中大部分重金属起到很好的解吸作用，使之与土壤分离，进入液相，从而更有利于植物的富集吸收。

3.在土壤动物修复重金属污染土壤的技术中，蚯蚓因其重金属富集量大、生长周期短、提取简单、效果明显等特点而成为土壤修复极具潜力的一项技术，本发明在生物炭和植物对污泥地土壤进行修复的同时将蚯蚓引入养殖，可以更好的富集吸收污泥地土壤中的重金属，改善植物根际土壤环境，增加土壤生物多样性。

4.本发明将治理过土壤的蓖麻和柳树废弃物所得的生物炭用酸洗一段时间后，通过去离子水的反复浸洗至中性，然后烘干，将炭化物质与含有重金属的溶液分离，可以对重金属进行回收再利用。

总之，本发明是一种安全、环保、高效、经济和实用的污泥地重金属污染土壤的修复方法，不带来二次污染，无毒性，处理效果理想，处理时间短，地域适用性广。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步阐述本发明内容。

生物炭以稻壳、秸秆或在重金属污染的土壤中种植后收获的蓖麻和柳树丢弃物（根、茎、叶等）为炭源制得，其中pH为8.28，比表面积达4.5~750m²/g，中孔比表面积为6.5~400m²/g，孔容积为0.0055~0.6500ml/g，中孔容积为0.0035~0.5500ml/g。

整块污泥地污染实验区域进行样方划分，长宽均为5m，每个样方之间留宽为0.8m的垄，每个样方根据对角线原则设置5个采样点。采取试验田表层0~25cm的土壤，阴凉通风晾干，去除杂质。测定土壤pH6.4，重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别为985.3、187.8、7.27、412.6、8.12和347.4mg/kg。

根据国家土壤环境质量标准GB15618-2008可知，土壤pH＞5.5~6.5的情况下，农业用地旱地重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As二级标准值分别为200，80，0.30，50，0.35和40mg/kg，因此，上述整块实验区域存在较严重的重金属污染。

实施例1

1）在污泥地重金属污染的土壤中施入生物炭基肥，混合均匀，陈化30天；

2）待步骤1）中生物炭基肥陈化结束后，放入蚯蚓进行养殖，蚯蚓投放到土壤中的用量为0.2kg/m²；

3）待步骤2）中蚯蚓正常引入土壤后，选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡12h，籽粒饱满且下沉的一年生通蓖5号蓖麻种子长成30cm的健康幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层10cm深度种植，株距为20cm，行距为25cm。三月下旬，在污泥地重金属污染的实验田中连续栽种2个周期的一年生通蓖5号蓖麻，种植蓖麻的同时在土壤中施入生物炭基肥，每4天浇一次水，使土壤的含水量保持在55%，以保证蓖麻和蚯蚓正常生长，种植植物期间，每隔30天，对土壤进行过筛，分离出其中的成蚓，将幼蚓和蚓卵留于土壤中，收集成蚓后将土壤掺入0.5kg/m²尿素后回铺，连续种植2个周期的蓖麻，以蓖麻果实成熟收获结束为一个周期，每个周期蓖麻果实收获结束后将蓖麻整体移除；

4）待步骤3）中蓖麻植株整体移除后，放入蚯蚓进行养殖，蚯蚓投放到土壤中的用量为0.25kg/m²；

5）待步骤4）中蚯蚓正常引入土壤后，三月中上旬，选用健康茁壮2m的白皮柳树苗栽种柳树，种植柳树的同时在土壤中施入生物炭基肥，每4天浇一次水，使土壤的含水量保持在55%，以保证柳树和蚯蚓正常生长，种植植物期间，每隔30天，对土壤进行过筛，分离出其中的成蚓，将幼蚓和蚓卵留于土壤中，收集成蚓后将土壤掺入0.5kg/m²尿素后回铺，连续种植2个周期的柳树，每个周期结束后将柳树整体移除，以12个月为一个周期；

按照步骤1）~步骤5）修复污泥地重金属污染的土壤后，测定土壤中重金属的含量达到安全标准。

步骤3）和步骤5）中移除的一年生通蓖5号蓖麻和白皮柳树废弃物与稻壳、秸秆经炭化处理，有机炭产物在90℃下烘干后粉碎，置于生物炭炉中恒温500℃热解，质量分数10%的稀盐酸和5%的稀硝酸以体积比1：1混合后酸洗1h，再用去离子水冲洗至中性，过滤，于85℃下烘干，待温度自然冷却至室温后，将制得的生物炭用研钵磨碎并过2mm筛，装袋备用，然后将70重量份的生物炭与8重量份的磷酸二铵、6重量份的草木灰、5重量份的氯化钠、18重量份的粉煤灰、30重量份的尿素、11重量份的柠檬酸、13重量份的葡萄糖酸混合到一起并搅拌均匀获得生物炭基肥，生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为6mm的颗粒后，施入7kg/亩的生物炭基肥到步骤1）、步骤3）和步骤5）的土壤中。

经过上述方法对实验区土壤进行治理后，土壤中重金属含量达到土壤安全标准，结果显示：相比较于原土壤，土壤pH上升至7.2，重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别为127.6、62.4、0.19、29.7、0.22和28.7mg/kg，土壤中Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别下降了87.05%，66.77%，97.39%，92.80%，97.29%，91.74%。

实施例2

1）在污泥地重金属污染的土壤中施入生物炭基肥，混合均匀，陈化30天；

2）待步骤1）中生物炭基肥陈化结束后，放入蚯蚓进行养殖，蚯蚓投放到土壤中的用量为0.3kg/m²；

3）待步骤2）中蚯蚓正常引入土壤后，选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡12h，籽粒饱满且下沉的一年生油蓖5号蓖麻种子长成30cm的健康幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层10cm深度种植，株距为20cm，行距为25cm。三月下旬，在污泥地重金属污染的实验田中连续栽种2个周期的一年生油蓖5号蓖麻，种植蓖麻的同时在土壤中施入生物炭基肥，每4天浇一次水，使土壤的含水量保持在55%，以保证蓖麻和蚯蚓正常生长，种植植物期间，每隔30天，对土壤进行过筛，分离出其中的成蚓，将幼蚓和蚓卵留于土壤中，收集成蚓后将土壤掺入0.5kg/m²尿素后回铺，连续种植2个周期的蓖麻，以蓖麻果实成熟收获结束为一个周期，每个周期蓖麻果实收获结束后将蓖麻整体移除；

4）待步骤3）中蓖麻植株整体移除后，放入蚯蚓进行养殖，蚯蚓投放到土壤中的用量为0.2kg/m²；

5）待步骤4）中蚯蚓正常引入土壤后，三月中上旬，选用健康茁壮2m的白皮柳树苗栽种柳树，种植柳树的同时在土壤中施入生物炭基肥，每4天浇一次水，使土壤的含水量保持在55%，以保证柳树和蚯蚓正常生长，种植植物期间，每隔30天，对土壤进行过筛，分离出其中的成蚓，将幼蚓和蚓卵留于土壤中，收集成蚓后将土壤掺入0.5kg/m²尿素后回铺，连续种植2个周期的柳树，每个周期结束后将柳树整体移除，以12个月为一个周期；

按照步骤1）~步骤5）修复污泥地重金属污染的土壤后，测定土壤中重金属的含量达到安全标准。

步骤3）和步骤5）中移除的一年生油蓖5号蓖麻和白皮柳树废弃物与稻壳、秸秆经炭化处理，有机炭产物在90℃下烘干后粉碎，置于生物炭炉中恒温500℃热解，质量分数10%的稀盐酸和5%的稀硝酸以体积比2：1混合后酸洗3h，再用去离子水冲洗至中性，过滤，于85℃下烘干，待温度自然冷却至室温后，将制得的生物炭用研钵磨碎并过2mm筛，装袋备用，然后将75重量份的生物炭与8重量份的磷酸二铵、6重量份的草木灰、7重量份的氯化钠、18重量份的粉煤灰、28重量份的尿素、7重量份的柠檬酸、10重量份的葡萄糖酸混合到一起并搅拌均匀获得生物炭基肥，生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为5mm的颗粒后，施入5kg/亩的生物炭基肥到步骤1）、步骤3）和步骤5）的土壤中。

经过上述方法对实验区土壤进行治理后，土壤中重金属含量达到土壤安全标准，结果显示：相比较于原土壤，土壤pH上升至7.0，重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别为132.4、58.2、0.22、32.4、0.20和30.9mg/kg，土壤中Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别下降了86.56%，69.01%，96.97%，92.15%，97.54%，91.10%。

实施例3

1）在污泥地重金属污染的土壤中施入生物炭基肥，混合均匀，陈化30天；

2）待步骤1）中生物炭基肥陈化结束后，放入蚯蚓进行养殖，蚯蚓投放到土壤中的用量为0.2kg/m²；

3）待步骤2）中蚯蚓正常引入土壤后，选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡12h，籽粒饱满且下沉的一年生油蓖4号蓖麻种子长成30cm的健康幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层15cm深度种植，株距为25cm，行距为25cm。三月下旬，在污泥地重金属污染的实验田中连续栽种2个周期的一年生油蓖4号蓖麻，种植蓖麻的同时在土壤中施入生物炭基肥，每4天浇一次水，使土壤的含水量保持在45%，以保证蓖麻和蚯蚓正常生长，种植植物期间，每隔30天，对土壤进行过筛，分离出其中的成蚓，将幼蚓和蚓卵留于土壤中，收集成蚓后将土壤掺入0.5kg/m²尿素后回铺，连续种植2个周期的蓖麻，以蓖麻果实成熟收获结束为一个周期，每个周期蓖麻果实收获结束后将蓖麻整体移除；

4）待步骤3）中蓖麻植株整体移除后，放入蚯蚓进行养殖，蚯蚓投放到土壤中的用量为0.25kg/m²；

5）待步骤4）中蚯蚓正常引入土壤后，三月中上旬，选用健康茁壮2m的旱柳柳树苗栽种柳树，种植柳树的同时在土壤中施入生物炭基肥，每4天浇一次水，使土壤的含水量保持在55%，以保证柳树和蚯蚓正常生长，种植植物期间，每隔30天，对土壤进行过筛，分离出其中的成蚓，将幼蚓和蚓卵留于土壤中，收集成蚓后将土壤掺入0.5kg/m²尿素后回铺，连续种植2个周期的柳树，每个周期结束后将柳树整体移除，以12个月为一个周期；

按照步骤1）~步骤5）修复污泥地重金属污染的土壤后，测定土壤中重金属的含量达到安全标准。

步骤3）和步骤5）中移除的一年生油蓖4号蓖麻和旱柳柳树废弃物与稻壳、秸秆经炭化处理，有机炭产物在90℃下烘干后粉碎，置于生物炭炉中恒温500℃热解，质量分数10%的稀盐酸和5%的稀硝酸以体积比2.5：1混合后酸洗2h，再用去离子水冲洗至中性，过滤，于85℃下烘干，待温度自然冷却至室温后，将制得的生物炭用研钵磨碎并过3mm筛，装袋备用，然后将78重量份的生物炭与8重量份的磷酸二铵、5重量份的草木灰、6重量份的氯化钠、18重量份的粉煤灰、25重量份的尿素、8重量份的柠檬酸、12重量份的葡萄糖酸混合到一起并搅拌均匀获得生物炭基肥，生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为5mm的颗粒后，施入8kg/亩的生物炭基肥到步骤1）、步骤3）和步骤5）的土壤中。

经过上述方法对实验区土壤进行治理后，土壤中重金属含量达到土壤安全标准，结果显示：相比较于原土壤，土壤pH下降至7.0，重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别为134.7、58.5、0.18、31.8、0.23和29.4mg/kg，土壤中Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别下降了86.33%，68.65%，97.52%，92.29%，97.17%，91.54%。

实施例4

当上述实验区域土壤含有一定岩石或者土质稍微坚硬时，可采取如下实验方法：

1）在污泥地重金属污染的土壤中施入生物炭基肥，混合均匀，陈化30天；

2）待步骤1）中生物炭基肥陈化结束后，放入蚯蚓进行养殖，蚯蚓投放到土壤中的用量为0.3kg/m²；

3）待步骤2）中蚯蚓正常引入土壤后，选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡12h，籽粒饱满且下沉的一年生通蓖5号蓖麻种子长成30cm的健康幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层15cm深度种植，株距为25cm，行距为25cm。在岩石类土壤或土质稍微坚硬的土壤中，将幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层可以使得幼苗扎根更加稳定，根须生长范围更加广泛，有利于幼苗生长。三月下旬，在污泥地重金属污染的实验田中连续栽种2个周期的一年生通蓖5号蓖麻，种植蓖麻的同时在土壤中施入生物炭基肥，每4天浇一次水，使土壤的含水量保持在50%，以保证蓖麻和蚯蚓正常生长，种植植物期间，每隔30天，对土壤进行过筛，分离出其中的成蚓，将幼蚓和蚓卵留于土壤中，收集成蚓后将土壤掺入0.5kg/m²尿素后回铺，连续种植2个周期的蓖麻，以蓖麻果实成熟收获结束为一个周期，每个周期蓖麻果实收获结束后将蓖麻整体移除；

4）待步骤3）中蓖麻植株整体移除后，放入蚯蚓进行养殖，蚯蚓投放到土壤中的用量为0.25kg/m²；

5）待步骤4）中蚯蚓正常引入土壤后，三月中上旬，选用健康茁壮2m的白皮柳树苗栽种柳树，白皮柳树苗在移栽前将其育种在螺旋状培养皿中精心培养，使得白皮柳树根茎成螺旋状生长，这样可以保证白皮柳在岩石类土壤或者稍微坚硬的土壤中扩大根茎的生长面积，有利于白皮柳的生长和对重金属的修复，种植柳树的同时在土壤中施入生物炭基肥，每4天浇一次水，使土壤的含水量保持在50%，以保证柳树和蚯蚓正常生长，种植植物期间，每隔30天，对土壤进行过筛，分离出其中的成蚓，将幼蚓和蚓卵留于土壤中，收集成蚓后将土壤掺入0.5kg/m²尿素后回铺，连续种植2个周期的柳树，每个周期结束后将柳树整体移除，以12个月为一个周期；

按照步骤1）~步骤5）修复污泥地重金属污染的土壤后，测定土壤中重金属的含量达到安全标准。

步骤3）和步骤5）中移除的一年生通蓖5号蓖麻和白皮柳树废弃物与稻壳、秸秆经炭化处理，有机炭产物在90℃下烘干后粉碎，置于生物炭炉中恒温500℃热解，质量分数10%的稀盐酸和5%的稀硝酸以体积比2.5：1混合后酸洗2h，再用去离子水冲洗至中性，过滤，于85℃下烘干，待温度自然冷却至室温后，将制得的生物炭用研钵磨碎并过3mm筛，装袋备用，然后将69重量份的生物炭与10重量份的磷酸二铵、6重量份的草木灰、7重量份的氯化钠、19重量份的粉煤灰、28重量份的尿素、9重量份的柠檬酸、10~16重量份的葡萄糖酸混合到一起并搅拌均匀获得生物炭基肥，生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为5mm的颗粒后，施入7kg/亩的生物炭基肥到步骤1）、步骤3）和步骤5）的土壤中。

经过上述方法对实验区土壤进行治理后，土壤中重金属含量达到土壤安全标准，结果显示：相比较于原土壤，土壤pH上升至7.1，重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别为129.8、61.7、0.16、28.6、0.19和27.5mg/kg，土壤中Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别下降了86.83%，67.15%，97.80%，93.07%，97.66%，92.08%。

从实施例1~4的修复结果可知，采用本发明的修复方法，通过生物炭基肥、植物、蚯蚓的协同交叉修复处理，可以改善污泥地重金属污染土壤的理化性质，在一定程度上降低土壤的酸性，在4~5年内大大的降低了土壤中Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As等重金属的含量，进一步的对土壤重金属污染进行更好地修复。

为了突出本发明的创新点，使本领域的技术人员能够充分理解本发明，现列举本发明在试验阶段或采用现有技术的对比实施例，并对其与本发明的实施例进行效果说明。

对比例1

在上述实验区域的试验田内生物炭基肥处理后仅种植蓖麻：

1）将生物炭基肥施入到污泥地重金属污染的土壤中，混合均匀，陈化30天；

2）待步骤1）中生物炭基肥陈化结束后栽种蓖麻，选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡12h，籽粒饱满且下沉的一年生通蓖5号蓖麻种子长成30cm的健康幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层10cm深度种植，株距为20cm，行距为25cm。不定期浇水除草，以保证蓖麻正常生长。三月下旬，在实验田中种植连续栽种5个周期的一年生通蓖5号蓖麻，种植蓖麻的同时在土壤中施入生物炭基肥，每个周期蓖麻果实收获结束后将蓖麻整体移除，5个周期后对土壤酸碱性、土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度含量进行分析。

步骤2）中移除的蓖麻废弃物与稻壳、秸秆经炭化处理，有机炭产物在90℃下烘干后粉碎，置于生物炭炉中恒温500℃热解，质量分数10%的稀盐酸和5%的稀硝酸以体积比2.5：1混合后酸洗2h，再用去离子水冲洗至中性，过滤，于85℃下烘干，待温度自然冷却至室温后，将制得的生物炭用研钵磨碎并过3mm筛，装袋备用，然后将65重量份的生物炭与10重量份的磷酸二铵、6重量份的草木灰、8重量份的氯化钠、15重量份的粉煤灰、25重量份的尿素、7重量份的柠檬酸、16重量份的葡萄糖酸混合到一起并搅拌均匀获得生物炭基肥，生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为5mm的颗粒后，施入8kg/亩的生物炭基肥到步骤1）和步骤2）的土壤中。

对比例2

在上述实验区域的试验田内生物炭基肥处理后仅栽种柳树：

1）将生物炭基肥施入到污泥地重金属污染的土壤中，混合均匀，陈化30天；

2）三月中上旬，选用健康茁壮2m的白皮柳树苗栽种柳树，连续栽种5个周期，每个周期种植柳树的同时都在土壤中施入生物炭基肥，一个周期结束后将柳树整体移除，以12个月为一个周期，5个周期后对土壤酸碱性、土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度含量进行分析。

步骤2）中移除的柳树废弃物与稻壳、秸秆经炭化处理，有机炭产物在90℃下烘干后粉碎，置于生物炭炉中恒温500℃热解，质量分数10%的稀盐酸和5%的稀硝酸以体积比2.5：1混合后酸洗2h，再用去离子水冲洗至中性，过滤，于85℃下烘干，待温度自然冷却至室温后，将制得的生物炭用研钵磨碎并过3mm筛，装袋备用，然后将80重量份的生物炭与5重量份的磷酸二铵、6重量份的草木灰、7重量份的氯化钠、16重量份的粉煤灰、26重量份的尿素、8重量份的柠檬酸、12重量份的葡萄糖酸混合到一起并搅拌均匀获得生物炭基肥，生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为5mm的颗粒后，施入8kg/亩的生物炭基肥到步骤1）和步骤2）的土壤中。

对比例3

在上述实验区域的试验田内养殖蚯蚓后，再种植油蓖4号蓖麻和旱柳柳树：

1）在污泥地重金属污染的土壤中，放入蚯蚓养殖，蚯蚓投放到土壤中的用量为0.3kg/m²，

2）待步骤1）中蚯蚓正常引入土壤后，选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡12h，籽粒饱满且下沉的一年生油蓖4号蓖麻种子长成30cm的健康幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层15cm深度种植，株距为25cm，行距为25cm。三月下旬，在实验田中连续栽种2个周期的一年生油蓖4号蓖麻，每5天浇一次水，使土壤的含水量保持在50%，以保证油蓖4号蓖麻和蚯蚓正常生长，种植植物期间，每隔30天，对土壤进行过筛，分离出其中的成蚓，将幼蚓和蚓卵留于土壤中，收集成蚓后将土壤掺入0.5kg/m²尿素后回铺，以蓖麻果实成熟收获结束为一个周期，种植蓖麻的同时在土壤中施入生物炭基肥，以蓖麻果实成熟收获结束为一个周期，2个周期蓖麻果实收获结束将蓖麻整体移除；

3）待步骤2）中蓖麻整体移除后，三月中上旬，选用健康茁壮2m的旱柳柳树苗栽种柳树，连续种植2个周期柳树，每5天浇一次水，使土壤的含水量保持在55%，以保证柳树和蚯蚓正常生长，种植植物期间，每隔30天，对土壤进行过筛，分离出其中的成蚓，将幼蚓和蚓卵留于土壤中，收集成蚓后将土壤掺入0.5kg/m²尿素后回铺，，每个周期种植柳树的同时都在土壤中施入生物炭基肥，一个周期结束后将柳树整体移除，以12个月为一个周期，2个周期结束将柳树整体移除后对土壤酸碱性、土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度含量进行分析。

步骤2）和步骤3）中移除的一年生油蓖4号蓖麻和旱柳柳树废弃物与稻壳、秸秆经炭化处理，有机炭产物在90℃下烘干后粉碎，置于生物炭炉中恒温500℃热解，10%的稀盐酸和5%的稀硝酸以体积比2.5：1混合后酸洗3h，再用去离子水冲洗至中性，过滤，于85℃下烘干，待温度自然冷却至室温后，将制得的生物炭用研钵磨碎并过2mm筛，装袋备用，然后将68重量份的生物炭与10重量份的磷酸二铵、5重量份的草木灰、6重量份的氯化钠、18重量份的粉煤灰、28重量份的尿素、8重量份的柠檬酸、16重量份的葡萄糖酸混合到一起并搅拌均匀获得生物炭基肥，生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为5mm的颗粒后，施入7kg/亩的生物炭基肥到步骤2）和步骤3）重金属污染的土壤中。

对比例4

在上述实验区域的试验田内种植一年生通蓖5号蓖麻后，养殖蚯蚓，再种植旱柳柳树：

1|）选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡12h，籽粒饱满且下沉的一年生通蓖5号蓖麻种子长成30cm的健康幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层15cm深度种植，株距为25cm，行距为25cm。三月下旬，在污泥地重金属污染的实验田中连续栽种2个周期的一年生通蓖5号蓖麻，种植蓖麻的同时在土壤中施入生物炭基肥，以蓖麻果实成熟收获结束为一个周期，蓖麻果实收获结束后将蓖麻整体移除；

2）待步骤1）中通蓖5号蓖麻整体移除后，放入蚯蚓养殖，蚯蚓投放到土壤中的用量为0.3kg/m²，

3）待步骤2）中蚯蚓正常引入土壤后，三月中上旬，选用健康茁壮2m的旱柳柳树苗栽种柳树，每5天浇一次水，使土壤的含水量保持在55%，以保证柳树和蚯蚓正常生长，种植植物期间，每隔30天，对土壤进行过筛，分离出其中的成蚓，将幼蚓和蚓卵留于土壤中，收集成蚓后将土壤掺入0.5kg/m²尿素后回铺，连续栽种2个周期柳树，每个周期种植柳树的同时都在土壤中施入生物炭基肥，一个周期结束后将柳树整体移除，以12个月为一个周期，2个周期结束将柳树整体移除后，对土壤酸碱性、土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度含量进行分析。

步骤1）和步骤3）中移除的一年生油蓖4号蓖麻和旱柳柳树废弃物与稻壳、秸秆经炭化处理，有机炭产物在90℃下烘干后粉碎，置于生物炭炉中恒温500℃热解，10%的稀盐酸和5%的稀硝酸以体积比2.5：1混合后酸洗3h，再用去离子水冲洗至中性，过滤，于85℃下烘干，待温度自然冷却至室温后，将制得的生物炭用研钵磨碎并过2mm筛，装袋备用，然后将80重量份的生物炭与6重量份的磷酸二铵、4重量份的草木灰、8重量份的氯化钠、20重量份的粉煤灰、30重量份的尿素、11重量份的柠檬酸、10~16重量份的葡萄糖酸混合到一起并搅拌均匀获得生物炭基肥，生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为5mm的颗粒后，施入7kg/亩的生物炭基肥到步骤1）、步骤2）和步骤3）重金属污染的土壤中。

对比例5

在上述实验区域的试验田内施入生物碳基肥，养殖了蚯蚓后，只种植一年生油蓖4号蓖麻：

1）将生物炭基肥施入到污泥地重金属污染的土壤中，混合均匀，陈化30天；

2）待步骤1）中生物炭基肥陈化结束后，放入蚯蚓养殖，蚯蚓投放到土壤中的用量为0.2kg/m²；

3）待步骤2）中蚯蚓正常引入土壤后，选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡12h，籽粒饱满且下沉的一年生油蓖4号蓖麻种子长成30cm的健康幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层15cm深度种植，株距为25cm，行距为25cm。三月下旬，在实验田中连续栽种5个周期的一年生油蓖4号蓖麻，每5天浇一次水，使土壤的含水量保持在50%，以保证油蓖4号蓖麻和蚯蚓正常生长，种植植物期间，每隔30天，对土壤进行过筛，分离出其中的成蚓，将幼蚓和蚓卵留于土壤中，收集成蚓后将土壤掺入0.5kg/m²尿素后回铺，以蓖麻果实成熟收获结束为一个周期，种植蓖麻的同时在土壤中施入生物炭基肥，以蓖麻果实成熟收获结束为一个周期，5个周期蓖麻果实收获结束将蓖麻整体移除后，对土壤酸碱性、土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度含量进行分析。

步骤3）移除的一年生油蓖4号蓖麻废弃物与稻壳、秸秆经炭化处理，有机炭产物在90℃下烘干后粉碎，置于生物炭炉中恒温500℃热解，质量分数10%的稀盐酸和5%的稀硝酸以体积比2.5：1混合后酸洗2h，再用去离子水冲洗至中性，过滤，于85℃下烘干，待温度自然冷却至室温后，将制得的生物炭用研钵磨碎并过3mm筛，装袋备用，然后将70重量份的生物炭与10重量份的磷酸二铵、6重量份的草木灰、5重量份的氯化钠、20重量份的粉煤灰、28重量份的尿素、8重量份的柠檬酸、13重量份的葡萄糖酸混合到一起并搅拌均匀获得生物炭基肥，生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为5mm的颗粒后，施入7kg/亩的生物炭基肥到步骤1）和步骤3）的土壤中。

对比例6

在上述实验区域的试验田内施入生物碳基肥，养殖了蚯蚓后，只种植旱柳柳树：

1）将生物炭基肥施入到污泥地重金属污染的土壤中，混合均匀，陈化30天；

2）待步骤1）中生物炭基肥陈化结束后，放入蚯蚓养殖，蚯蚓投放到土壤中的用量为0.2kg/m²；

3）待步骤2）中蚯蚓正常引入土壤后，三月中上旬，选用健康茁壮2m的旱柳柳树苗栽种柳树，连续种植5个周期柳树，每5天浇一次水，使土壤的含水量保持在55%，以保证柳树和蚯蚓正常生长，种植植物期间，每隔30天，对土壤进行过筛，分离出其中的成蚓，将幼蚓和蚓卵留于土壤中，收集成蚓后将土壤掺入0.5kg/m²尿素后回铺，，每个周期种植柳树的同时都在土壤中施入生物炭基肥，一个周期结束后将柳树整体移除，以12个月为一个周期，5个周期结束将柳树整体移除后对土壤酸碱性、土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度含量进行分析。

步骤3）移除的旱柳柳树废弃物与稻壳、秸秆经炭化处理，有机炭产物在90℃下烘干后粉碎，置于生物炭炉中恒温500℃热解，质量分数10%的稀盐酸和5%的稀硝酸以体积比2.5：1混合后酸洗2h，再用去离子水冲洗至中性，过滤，于85℃下烘干，待温度自然冷却至室温后，将制得的生物炭用研钵磨碎并过3mm筛，装袋备用，然后将65重量份的生物炭与5重量份的磷酸二铵、6重量份的草木灰、8重量份的氯化钠、20重量份的粉煤灰、30重量份的尿素、7重量份的柠檬酸、16重量份的葡萄糖酸混合到一起并搅拌均匀获得生物炭基肥，生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为6mm的颗粒后，施入7kg/亩的生物炭基肥到步骤1）和步骤3）的土壤中。

土壤治理效果

根据国家土壤环境质量标准GB15618-2008可知，土壤pH＞5.5~6.5的情况下，农业用地旱地重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As二级标准值分别为200，80，0.30，50，0.35和40mg/kg。对本发明实施例1~4及对比例1~6所述重金属污染的土壤治理方法的效果从土壤pH值、重金属最终含量（mg/kg）两个方面进行评价和检验，如表1所示。

表1

由表1可以看出，1）对比实施例1~4与实验区土壤，经过4~5年的修复后土壤中重金属的含量大大降低，并均在国家土壤环境质量标准二级标准值以下，而且对于污泥地污染土壤的酸碱性也有更好地修复和改善。2）对比例3~6与对比例1、2相比可以发现，多元化修复方法相互协同修复对重金属的修复和土壤的治理较单一修复方法效果更好。3）对比例1~6与实施例1~4相比，实施例1~4中通过含有一定的磷酸二铵、氯化钠、柠檬酸和葡萄糖酸生物炭基肥的施入修复，可以改善土壤物理结构、增加土壤肥力的作用，蚯蚓的养殖加入可以从一定程度上改善土壤污泥土壤性质，还可以吸收富集重金属，植物的交叉种植对土壤重金属的修复和对土壤结构以及性质的进一步改善，土壤最终的土质得到更好地修复，土壤中重金属的含量也大大降低，对土壤中重金属的修复较为全面，而对比例1~6中可以看出缺少其中任何一种修复方法对污泥土壤中重金属的修复效果都有所降低，最终治理结束后土壤中重金属的含量仍然较大，在相同的修复时间内修复的效果也相对较为缓慢。

本发明在治理重金属污染的土壤过程中，农作物的种植、植物的栽种周期以及生物炭基肥与蚯蚓养殖的修复时间需根据土壤性质和土壤地区的不同适当变通，从而进行更好的修复治理。

本发明一种污泥地重金属污染土壤的修复方法所述及的各项权利要求及技术支撑已经明确，凡依据本发明的技术支撑实质所作的任何修改与变化仍属于本发明技术支撑的范围内。

Claims (10)

1.一种污泥地重金属污染土壤的修复方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）在污泥地重金属污染的土壤中施入生物炭基肥，混合均匀，陈化20~30天；

2）待步骤1）中生物炭基肥陈化结束后，放入蚯蚓进行养殖；

3）待步骤2）中蚯蚓正常引入土壤后，连续种植1~2个周期的蓖麻，每个周期种植蓖麻的同时都在土壤中施入生物炭基肥，以蓖麻果实成熟收获结束为一个周期，每个周期蓖麻果实收获结束后将蓖麻整体移除；

4）待步骤3）中蓖麻植株整体移除后，放入蚯蚓进行养殖；

5）待步骤4）中蚯蚓正常引入土壤后，连续种植1~2个周期的柳树，每个周期种植柳树的同时都在土壤中施入生物炭基肥，一个周期结束后将柳树整体移除，以10~12个月为一个周期；

6）循环重复执行步骤1）~步骤5），直至土壤中重金属的含量达到安全标准。

2.如权利要求1所述一种污泥地重金属污染土壤的修复方法，其特征在于：所述生物炭基肥包括：65~80重量份蓖麻或柳树废弃物制成的生物炭、5~10重量份的磷酸二铵、4~6重量份的草木灰、5~8重量份的氯化钠、15~20重量份的粉煤灰、25~30重量份的尿素、7~11重量份的柠檬酸和10~16重量份的葡萄糖酸。

3.如权利要求1所述一种污泥地重金属污染土壤的修复方法，其特征在于：所述生物炭基肥的施入量为5~8kg/亩，所述蚯蚓投放到土壤中的用量为0.2~0.3kg/m²。

4.如权利要求1或2所述一种污泥地重金属污染土壤的修复方法，其特征在于：所述生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为5~6mm的颗粒。

5.如权利要求2所述一种污泥地重金属污染土壤的修复方法，其特征在于：所述生物炭的制备步骤为：

1）蓖麻或柳树废弃物经炭化处理得到有机炭产物，有机炭产物在80~90℃下烘干，粉碎；

2）将步骤1）所得有机炭产物置于生物炭炉中450~500℃热解，冷却至室温；

3）将步骤2）所得产物用质量分数10%的稀盐酸和质量分数5%的稀硝酸以体积比1~2.5：1混合后酸洗1~3h，再用去离子水冲洗至中性，过滤，于85℃下烘干，自然冷却至室温，研磨过筛，装袋备用。

6.如权利要求2或5所述一种污泥地重金属污染土壤的修复方法，其特征在于：所述生物炭的粒径为2~3mm。

7.如权利要求1所述一种污泥地重金属污染土壤的修复方法，其特征在于：所述蚯蚓养殖期间每3~5天浇一次水，使重金属污染土壤的含水量保持在40~55%。

8.如权利要求1所述一种污泥地重金属污染土壤的修复方法，其特征在于：所述种植蓖麻的方法为幼苗栽种，所述幼苗栽种为：将28~30cm的幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层10~15cm深度种植，株距为20~25cm，行距为20~25cm。

9.如权利要求8所述一种污泥地重金属污染土壤的修复方法，其特征在于：所述幼苗选用通过15%~20%的H₂O₂消毒处理后蒸馏水洗涤浸泡12h、籽粒饱满且不下沉的蓖麻种子长成的蓖麻幼苗。

10.如权利要求1所述一种污泥地重金属污染土壤的修复方法，其特征在于：所述柳树选用1.5~2m的柳树苗栽种。