CN105170642A

CN105170642A - 一种工业废地土壤重金属污染的修复方法

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Publication number: CN105170642A
Application number: CN201510635708.9A
Authority: CN
Inventors: 马新攀
Original assignee: Henan Hang Zhi Patent Services Co Ltd
Current assignee: Fujian fertile soil environmental protection group Co.,Ltd.
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2015-12-23
Anticipated expiration: 2035-09-30
Also published as: CN105170642B

Abstract

本发明提供了一种工业废地土壤重金属污染的修复方法，通过在重金属污染的土壤中施入生物炭基肥和微生物复合菌剂，混合均匀后，陈化；陈化结束后栽种柳树，一定时期后将柳树整体移除；柳树整体移除后，再次向种植过柳树的土壤中施入生物炭基肥和微生物复合菌剂，混合均匀，陈化；陈化修复结束后种植蓖麻，蓖麻果实收获结束后将蓖麻整体移除；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。本发明土壤治理效果好，见效快时间短，且可以在治理工业废地重金属污染土壤的同时美化环境，实用性强。

Description

一种工业废地土壤重金属污染的修复方法

技术领域

本发明涉及污染土壤治理领域，特别涉及一种工业废地土壤重金属污染的修复方法。

背景技术

工业是现代城市发展的主要因素，大规模的工业建设带动了城市的发展，给城市以生命力，使城市发展、壮大，并富有生气，但同时也给城市带来各种问题，工业生产过程中重金属不断地向环境中释放，在土壤中不断积累，给人类赖以生存的土壤带来了严重的污染。废水和废弃物长期对土壤的污染改变了土壤的酸碱性和土壤系统结构，大量的重金属进入土壤后不易分解、转化或富集，较差的土壤酸碱性也不利于植物和农作物的生长，使得土壤污染的治理变得十分困难。

目前，重金属污染修复主要有：一是改变重金属的存在状态，降低其在环境中的迁移性和生物可利用性；二是通过农艺措施利用富集植物吸收土壤中重金属，再将该植物移除，即利用植物及其根际微生物对土壤污染物的吸收、挥发、转化、降解、固定作用而去除土壤中污染物的修复技术。环境中的重金属如果进入植物可食部分，将危害人类健康。但植物修复也具有一定的缺陷，例如：重金属富集植物通常生物量低，生长比较慢；对金属有选择性，不适合多种重金属复合污染的治理；植物对重金属的吸收能力往往受到土壤环境和气候条件的限制；此外污染物可能通过落叶重新回到土壤中。这些都限制了植物修复技术在重金属污染土壤治理方面的应用。

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，提供一种改善土壤结构和理化性质、避免环境污染、不进入食物链且能够提高土壤肥力、全面修复工业废地土壤重金属污染的修复方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种工业废地土壤重金属污染的修复方法，包括以下步骤：

1）向重金属污染的土壤中施入生物炭基肥和微生物复合菌剂，混合均匀，陈化修复60~70天；

2）待步骤1）中生物炭基肥和微生物复合菌剂陈化修复结束后连续种植1~2个周期柳树，每个周期结束后将柳树整体移除，以10~12个月为一个周期；

3）待步骤2）中柳树植株整体移除后，再次向种植过柳树的土壤中施入生物炭基肥和微生物复合菌剂，混合均匀，陈化60~70天；

4）待步骤3）中生物炭基肥和微生物复合菌剂陈化修复结束后连续种植1~2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；

5）循环重复执行步骤1）~步骤4），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：65~75重量份蓖麻或柳树废弃物制成的生物炭、1~4重量份的硫酸钾、6~10重量份的石灰粉、4~6重量份的碳酸钠、6~9重量份的磷酸二铵、18~22重量份的尿素和6~8重量份的高温炉渣。

优选的，所述微生物复合菌剂包括：乳酸菌、圆褐固氮菌、沼泽红假单孢菌、枯草芽孢杆菌和细黄链霉菌，所述乳酸菌、圆褐固氮菌、沼泽红假单孢菌、枯草芽孢杆菌和细黄链霉菌的重量比为3~5：4~6：1.5~2.5：0.5~1：1~3。

优选的，所述生物炭基肥的施入量为5~8kg/亩，所述微生物复合菌剂接种到土壤中的用量为0.5~0.8kg/亩。

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1~2h、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.蓖麻作为重要的经济作物，种植难度低，适用于大面积种植，做为非食用性植物用于修复土壤有效避免了污染物再次进入食物链，所得蓖麻种子可以生产工业用油，最大限度的减少了修复土壤中可引起的二次污染，同时柳树作为一种绿色植物还具有一定的观赏性，这不仅不会破坏土壤生态环境，还有助于改善有机污染而引起的土壤退化和生产力下降，能使地表长期稳定恢复，并提高生物多样性。

2.本发明生物炭基肥的施加可以维持和改良土壤理化性质、吸附固定土壤中的各种重金属，调节土壤酸碱性，为植物的生长提供一定的有利条件，从而调节物质循环，对土壤起到改良作用。

3.微生物的添加，可以增加植物根部重金属浓度，促进重金属的吸收或固定，通过其分泌的各种有机酸或特殊物质来活化重金属，增加其在植物根部浓度，将富集在植物根都的重金属转运到植物体内，在移除植物体时降低土壤中重金属的浓度，借此达到植物吸收和固定重金属的目的，如圆褐固氮菌可以进行生物固氮等促进植物营养吸收，各种组分微生物协同作用，对植物的生长和根系提取重金属起到良好的促进作用，能更好地增加植物的耐性，促进植物在重金属污染的土壤中生长，提高植物对重金属污染土壤的吸收修复能力。

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，生物炭基肥中含有部分碱性成分，可以更好的治理土壤酸性，改善土壤结构增加土壤肥力。

总之，本发明是一种安全、环保、高效、经济和实用的工业废地重金属污染土壤修复方法，不带来二次污染，无毒性，对土壤结构、理化性质和生态环境具有可靠的生物安全性。

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。

微生物复合菌剂中乳酸菌、圆褐固氮菌、沼泽红假单孢菌、枯草芽孢杆菌和细黄链霉菌均为市售产品，其中乳酸菌10亿cfu/克，圆褐固氮菌30亿cfu/克，沼泽红假单孢菌30亿cfu/克，枯草芽孢杆菌100亿cfu/克，细黄链霉菌10亿cfu/克。

整块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pH5.6，重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别为932.7、843.2、75.4、726.6、52.8和82.3mg/kg。

根据国家土壤环境质量标准GB15618-2008可知，土壤pH5.5~6.5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200，80，0.3，50，0.35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）向重金属污染的土壤中施入生物炭基肥和微生物复合菌剂，混合均匀，陈化修复60天；

2）待步骤1）中生物炭基肥和微生物复合菌剂陈化修复结束后，三月中上旬，选用健康茁壮1.5m的白皮柳树苗连续2个周期栽种柳树，每个周期结束后将柳树整体移除，以12个月为一个周期；

3）待步骤2）中白皮柳树植株整体移除后，再次向种植过柳树的土壤中施入生物炭基肥和微生物复合菌剂，混合均匀，陈化60天；

4）待步骤3）中生物炭基肥陈化结束后栽种一年生通蓖5号蓖麻，选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡2h，籽粒饱满且下沉的一年生通蓖5号蓖麻种子长成28cm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20cm。不定期浇水除草，以保证蓖麻正常生长。三月下旬，在实验田中连续栽种1个周期的一年生通蓖5号蓖麻，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；

5）重复执行步骤1）~步骤4）一次，土壤中重金属的含量达到安全标准。

步骤2）和步骤4）中移除的一年生通蓖5号蓖麻和白皮柳树废弃物与稻壳、秸秆经炭化处理得到有机炭产物，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65重量份的生物炭与1重量份的硫酸钾、6重量份的石灰粉、4重量份的碳酸钠、6重量份的磷酸二铵、18重量份的尿素、6重量份的高温炉渣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）种植过蓖麻或柳树的重金属污染的土壤中。

步骤1）和步骤3）中微生物复合菌剂以乳酸菌、圆褐固氮菌、沼泽红假单孢菌、枯草芽孢杆菌和细黄链霉菌分别为3：4：1.5：0.5：1的重量比制备，微生物复合菌剂接种于土壤上的用量为0.5kg/亩。

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116.3、52.4、0.20、35.6、0.25和28.7mg/kg，土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别下降了87.53%，93.78%，99.73%，95.10%，99.53%，65.13%。

实施例2

2）待步骤1）中生物炭基肥和微生物复合菌剂陈化修复结束后，三月中上旬，选用健康茁壮1.5m的旱柳柳树苗连续2个周期栽种柳树，每个周期结束后将柳树整体移除，以12个月为一个周期；

3）待步骤2）中旱柳柳树植株整体移除后，再次向种植过柳树的土壤中施入生物炭基肥和微生物复合菌剂，混合均匀，陈化60天；

4）待步骤3）中生物炭基肥陈化结束后栽种一年生油蓖4号蓖麻，选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡2h，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。不定期浇水除草，以保证蓖麻正常生长。三月下旬，在实验田中连续栽种1个周期的一年生油蓖4号蓖麻，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；

步骤2）和步骤4）中移除的一年生油蓖4号蓖麻和旱柳柳树废弃物与稻壳、秸秆经炭化处理得到有机炭产物，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4重量份的硫酸钾、10重量份的石灰粉、6重量份的碳酸钠、9重量份的磷酸二铵、22重量份的尿素、8重量份的高温炉渣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8kg/亩的生物炭基肥到步骤1）和步骤3）种植过蓖麻或柳树的重金属污染的土壤中。

步骤1）和步骤3）中微生物复合菌剂以乳酸菌、圆褐固氮菌、沼泽红假单孢菌、枯草芽孢杆菌和细黄链霉菌分别为5：6：2.5：1：3的重量比制备，微生物复合菌剂接种于土壤上的用量为0.8kg/亩。

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112.8、54.3、0.22、38.5、0.26和30.1mg/kg，土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别下降了87.90%，93.56%，99.70%，94.70%，99.51%，63.43%。

实施例3

2）待步骤1）中生物炭基肥和微生物复合菌剂陈化修复结束后，三月中上旬，选用健康茁壮2m的旱柳柳树苗连续2个周期栽种柳树，每个周期结束后将柳树整体移除，以12个月为一个周期；

4）待步骤3）中生物炭基肥和微生物复合菌剂陈化结束后栽种一年生油蓖5号蓖麻，选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡1h，籽粒饱满且下沉的一年生油蓖5号蓖麻种子长成29cm的健康幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层12cm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，在实验田中连续栽种1个周期的一年生油蓖5号蓖麻，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；

5）重复执行步骤1）~步骤4）两次，土壤中重金属的含量达到安全标准。

步骤2）和步骤4）中移除的一年生油蓖5号蓖麻和旱柳柳树废弃物与稻壳、秸秆经炭化处理得到有机炭产物，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2mm筛，装袋备用，然后将70重量份的生物炭与3重量份的硫酸钾、8重量份的石灰粉、5重量份的碳酸钠、8重量份的磷酸二铵、20重量份的尿素、7重量份的高温炉渣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6kg/亩的生物炭基肥到步骤1）和步骤3）种植过蓖麻或柳树的重金属污染的土壤中。

步骤1）和步骤3）中微生物复合菌剂以乳酸菌、圆褐固氮菌、沼泽红假单孢菌、枯草芽孢杆菌和细黄链霉菌分别为4：5：2：1：2的重量比制备，微生物复合菌剂接种于土壤上的用量为0.6kg/亩。

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113.4、53.5、0.23、36.9、0.24和29.6mg/kg，土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别下降了87.84%，93.66%，99.69%，94.92%，99.54%，64.03%。

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：

2）待步骤1）中生物炭基肥和微生物复合菌剂陈化修复结束后，三月中上旬，选用健康茁壮2m的白皮柳柳树苗连续2个周期栽种柳树，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，每个周期结束后将柳树整体移除，以12个月为一个周期；

3）待步骤2）中白皮柳柳树植株整体移除后，再次向种植过柳树的土壤中施入生物炭基肥和微生物复合菌剂，混合均匀，陈化60天；

4）待步骤3）中生物炭基肥和微生物复合菌剂陈化修复结束后栽种一年生通蓖5号蓖麻，选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡1h，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12cm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。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1个周期的一年生油蓖5号蓖麻，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；

步骤2）和步骤4）中移除的一年生油蓖5号蓖麻和旱柳柳树废弃物与稻壳、秸秆经炭化处理得到有机炭产物，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2mm筛，装袋备用，然后将75重量份的生物炭与4重量份的硫酸钾、8重量份的石灰粉、5重量份的碳酸钠、8重量份的磷酸二铵、18重量份的尿素、8重量份的高温炉渣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3）种植过蓖麻或柳树的重金属污染的土壤中。

步骤1）和步骤3）中微生物复合菌剂以乳酸菌、圆褐固氮菌、沼泽红假单孢菌、枯草芽孢杆菌和细黄链霉菌分别为3：4：2：0.8：2的重量比制备，微生物复合菌剂接种于土壤上的用量为0.8kg/亩。

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117.6、56.8、0.29、39.2、0.30和32.5mg/kg，土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别下降了87.39%，93.26%，99.62%，94.60%，99.43%，60.51%。

从实施例1~4的修复结果可知，在重金属污染土壤中生物炭、蓖麻和柳树经过6~7年的协同修复试验能够大大的降低土壤中Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As等重金属的含量，而且对于重金属Pb、Cd、Cu、Hg有着更好地修复，重金属浓度的下降都在90%以上。

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和微生物复合菌剂处理后只种植柳树：

2）待步骤1）中生物炭基肥和微生物复合菌剂陈化修复结束后，三月中上旬，选用健康茁壮1.5m的白皮柳树苗连续7个周期栽种柳树，每个周期结束后将柳树整体移除，以12个月为一个周期，7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）中移除的白皮柳树废弃物与稻壳、秸秆经炭化处理得到有机炭产物，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2：1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2mm筛，装袋备用，然后将70重量份的生物炭与3重量份的硫酸钾、8重量份的石灰粉、5重量份的碳酸钠、8重量份的磷酸二铵、20重量份的尿素、7重量份的高温炉渣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）种植过蓖麻或柳树的重金属污染的土壤中。

步骤1）中微生物复合菌剂以乳酸菌、圆褐固氮菌、沼泽红假单孢菌、枯草芽孢杆菌和细黄链霉菌分别为4：5：2：1：2的重量比制备，微生物复合菌剂接种于土壤上的用量为0.6kg/亩。

对比例2

在上述实验区域的试验田内生物炭基肥和微生物复合菌剂处理后只种植蓖麻：

2）待步骤1）中生物炭基肥和微生物复合菌剂陈化结束后栽种一年生油蓖5号蓖麻，选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡1h，籽粒饱满且下沉的一年生油蓖5号蓖麻种子长成29cm的健康幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层12cm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，在实验田中连续栽种7个周期的一年生油蓖5号蓖麻，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，7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）移除的一年生油蓖5号蓖麻废弃物与稻壳、秸秆经炭化处理得到有机炭产物，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2：1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2mm筛，装袋备用，然后将70重量份的生物炭与3重量份的硫酸钾、8重量份的石灰粉、5重量份的碳酸钠、8重量份的磷酸二铵、20重量份的尿素、7重量份的高温炉渣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6kg/亩的生物炭基肥到步骤1）和步骤3）种植过蓖麻或柳树的重金属污染的土壤中。

步骤1）中微生物复合菌剂以乳酸菌、圆褐固氮菌、沼泽红假单孢菌、枯草芽孢杆菌和细黄链霉菌分别为4：5：2：1：2的重量比制备，微生物复合菌剂接种于土壤上的用量为0.5kg/亩。

对比例3

在上述实验区域的试验田内只用生物炭基肥处理后，种植一年生通蓖5号蓖麻和白皮柳树：

1）向重金属污染的土壤中施入生物炭基肥，混合均匀，陈化修复60天；

2）待步骤1）中生物炭基肥陈化修复结束后，三月中上旬，选用健康茁壮1.5m的白皮柳树苗连续2个周期栽种柳树，每个周期结束后将柳树整体移除，以12个月为一个周期；

3）待步骤2）中白皮柳树植株整体移除后，再次向种植过柳树的土壤中施入生物炭基肥，混合均匀，陈化60天；

4）待步骤3）中生物炭基肥陈化结束后栽种一年生油蓖5号蓖麻，选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡2h，籽粒饱满且下沉的一年生油蓖5号蓖麻种子长成29cm的健康幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层12cm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，在实验田中连续栽种1个周期的一年生油蓖5号蓖麻，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；

5）重复执行步骤1）~步骤4）一次后对土壤酸碱性、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4）中移除的一年生油蓖5号蓖麻和旱柳柳树废弃物与稻壳、秸秆经炭化处理得到有机炭产物，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2mm筛，装袋备用，然后将70重量份的生物炭与3重量份的硫酸钾、8重量份的石灰粉、5重量份的碳酸钠、8重量份的磷酸二铵、20重量份的尿素、7重量份的高温炉渣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）种植过蓖麻或柳树的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只用微生物复合菌剂处理后，种植一年生通蓖5号蓖麻和白皮柳树：

1）向重金属污染的土壤中施入微生物复合菌剂，混合均匀，陈化修复60天；

2）待步骤1）中微生物复合菌剂陈化修复结束后，三月中上旬，选用健康茁壮1.5m的白皮柳柳树苗连续2个周期栽种柳树，每个周期结束后将柳树整体移除，以12个月为一个周期；

3）待步骤2）中白皮柳柳树植株整体移除后，再次向种植过柳树的土壤中施入微生物复合菌剂，混合均匀，陈化60天；

4）待步骤3）中微生物复合菌剂修复结束后栽种一年生油蓖5号蓖麻，选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡2h，籽粒饱满且下沉的一年生油蓖5号蓖麻种子长成29cm的健康幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层12cm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，在实验田中连续栽种1个周期的一年生油蓖5号蓖麻，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；

步骤1）和步骤3）中微生物复合菌剂以乳酸菌、圆褐固氮菌、沼泽红假单孢菌、枯草芽孢杆菌和细黄链霉菌分别为4：5：2：1：2的重量比制备，微生物复合菌剂接种于土壤上的用量为0.8kg/亩。

对比例5

在上述实验区域的试验田内只种植柳树和蓖麻：

1）三月中上旬，选用健康茁壮1m的白皮柳树苗连续栽种2个周期白皮柳，一个周期结束后将白皮柳整体移除，以12个月为一个周期。

2）待步骤1）中1个周期的柳树种植完毕移除后，选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡2h，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12cm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，在实验田中连续栽种1个周期的一年生油蓖5号蓖麻，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；

3）重复执行步骤1）~步骤2）一次后对土壤酸碱性、土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度含量进行分析。

土壤治理效果

根据国家土壤环境质量标准GB15618-2008可知，土壤pH5.5~6.5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200，80，0.3，50，0.35和40mg/kg。对本发明实施例1~4及对比例1~5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与实验室土壤，经过6~7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，而且对于重金属Pb、Cd、Cu、Hg有着更好地修复，重金属浓度的下降都非常明显。2）对比例1~5与实施例1~4相比，植物、生物碳、微生物三者的有效协同修复对土壤有一定的修复效果，对土壤中重金属的修复较为全面，缺少其中任何一种修复方法对土壤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差别较大，在相同的修复时间内修复的效果却较为缓慢。3）对比例1、2与实施例1~4或相比，可以看出单一植物与生物炭、微生物的协同修复效果也较为不理想，对重金属的吸收较低也显得较为单一，说明这种单一植物的协同修复重金属容易达到修复吸收饱和状态，在相同的修复时间内，重金属的含量也没有大幅度的下降，这说明不同植物的交叉循环修复有利于更好更全面的吸收重金属，相比较而言，实施例1~4中联合修复的方法对重金属土壤的修复更加的全面具体。4）从对比例4与实施例1~4相比可以看出，生物炭基肥的施加可以维持和改良土壤理化性质、吸附固定土壤中的各种重金属，调节土壤酸碱性，为植物的生长提供一定的有利条件，但是从实施例1~4可以看出微生物与生物炭的协同作用下相较于单一生物炭修复土壤的效果更佳明显。5）从对比例3与实施例1~4相比可以看出，微生物的添加，可以溶解转运土壤中的无机矿物元素促进植物营养吸收，各种组分微生物协同作用，对植物的生长和根系提取重金属起到良好的促进作用，提高了植物对重金属污染土壤的吸收修复能力，但是从实施例1~4可以看出微生物与生物炭的协同作用下相较于单一微生物修复土壤的效果更佳明显。6）从对比例5与实施例1~4相比可以看出，植物对金属的吸收修复具有选择性，对重金属的吸收能力容易受到土壤环境的限制，修复效率比较低。

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与微生物菌剂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。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种工业废地土壤重金属污染的修复方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.如权利要求1所述一种工业废地土壤重金属污染的修复方法，其特征在于：所述生物炭基肥包括：65~75重量份蓖麻或柳树废弃物制成的生物炭、1~4重量份的硫酸钾、6~10重量份的石灰粉、4~6重量份的碳酸钠、6~9重量份的磷酸二铵、18~22重量份的尿素和6~8重量份的高温炉渣。

3.如权利要求1所述一种工业废地土壤重金属污染的修复方法，其特征在于：所述微生物复合菌剂包括：乳酸菌、圆褐固氮菌、沼泽红假单孢菌、枯草芽孢杆菌和细黄链霉菌，所述乳酸菌、圆褐固氮菌、沼泽红假单孢菌、枯草芽孢杆菌和细黄链霉菌的重量比为3~5：4~6：1.5~2.5：0.5~1：1~3。

4.如权利要求1-3任一项所述一种工业废地土壤重金属污染的修复方法，其特征在于：所述生物炭基肥的施入量为5~8kg/亩，所述微生物复合菌剂接种到土壤中的用量为0.5~0.8kg/亩。

5.如权利要求1或2所述一种工业废地土壤重金属污染的修复方法，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。

6.如权利要求2所述一种工业废地土壤重金属污染的修复方法，其特征在于：所述生物炭的制备步骤为：

7.如权利要求2或6所述一种工业废地土壤重金属污染的修复方法，其特征在于：所述生物炭的粒径为2~3mm。

8.如权利要求1所述一种工业废地土壤重金属污染的修复方法，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所述一种工业废地土壤重金属污染的修复方法，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1~2h、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所述一种工业废地土壤重金属污染的修复方法，其特征在于：所述柳树选用1.5~2m的柳树苗栽种。