CN105537265B - 一种重金属污染土壤的水葫芦修复方法及修复系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了重金属污染土壤的水葫芦修复方法及修复系统，所述修复方法为：(1)建造修复池，在修复池内自底部向上依次铺设鹅卵石层、底部粗砂层、重金属污染土壤层和顶部粗砂层；(2)取水葫芦植株栽植于顶部粗砂层中；(3)自来水流入修复池，依次向上灌满鹅卵石层、底部粗砂层、金属污染土壤层和顶部粗砂层；(4)定期从取样口取样分析，监测各层的重金属指标，判断重金属污染土壤层的重金属指标是否达标；(5)观测液面情况，及时补水；视水葫芦生长情况定期收获过多的水葫芦；(6)重复步骤(4)和(5)，直至重金属污染土壤层的重金属指标达标，完成修复；本发明能够有效达到土壤重金属修复目标。
Description
技术领域
本发明涉及重金属污染土壤修复和水葫芦资源化利用领域，具体涉及一种重金属污染土壤的水葫芦修复方法及修复系统。
背景技术
随着人口增长和社会经济发展，人类对土壤环境的干扰日益加剧，土壤生态系统遭到了前所未有的破坏。尤其是以矿山开采、含重金属农药和化肥的施用为途径的土壤重金属污染形势严峻。土壤重金元素易累积，不能被土壤微生物分解，且能通过食物链富集并最终危害人类健康。有研究表明，我国每年因土壤重金属污染造成粮食减产1000多万吨，累计经济损失达200多亿元。因此，重金属污染土壤的治理不仅仅是环境问题，同时也是迫切需要解决的社会问题，有关土壤重金属治理方法的研究已成为目前的研究热点。
在土壤重金属污染修复的众多方法当中，植物修复技术因其对环境友好、成本低、易操作而得到广泛的关注和应用，特别是重金属超富集植物的筛选受到了特别的重视。事实上，适应性广、生长快、生物量大的重金属富集植物是植物修复的关键。当前应用于土壤重金属修复的植物众多，但主要是陆生植物，包括用于植物提取的遏蓝菜属植物，用于植物固定的油菜、杨树、苎麻等，用于植物挥发的印度芥菜、洋麻等，用于植物根际过滤的向日葵等，以及用于根际促进和植物降解的其他陆生植物。而大部分水生植物主要应用于湿地及水环境重金属污染修复，没有直接在土壤重金属修复上的应用，土壤重金属修复成为难题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够达到土壤重金属修复目标的重金属污染土壤的水葫芦修复方法及修复系统。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
该种重金属污染土壤的水葫芦修复方法，：具体步骤为：
(1)建造修复池，在修复池内自底部向上依次铺设鹅卵石层、底部粗砂层、重金属污染土壤层和顶部粗砂层；
修复池一侧具有和鹅卵石层连通的进水管，修复池的另一侧具有和鹅卵石层连通的液面观察管；修复池上对应于鹅卵石层、底部粗砂层、重金属污染土壤层和顶部粗砂层均具有独立的取样口；
(2)取水葫芦植株栽植于顶部粗砂层中；
(3)关闭取样口，自来水从进水管流入修复池，依次向上灌满鹅卵石层、底部粗砂层、金属污染土壤层和顶部粗砂层，修复池内水面高度不超过顶部粗砂层；
(4)定期从取样口取样分析，监测各层的重金属指标，判断重金属污染土壤层的重金属指标是否达标；
(5)根据液面观察管的液面情况，及时补水；视水葫芦生长情况定期收获过多的水葫芦；
(6)重复步骤(4)和(5)，直至重金属污染土壤层的重金属指标达标，完成修复。
所述步骤(2)中，水葫芦新植株按30-80株/m2的密度栽植于顶部粗砂层中。
所述步骤(2)中，水葫芦新植株具有4-5片叶子。
所述步骤(1)中，鹅卵石层厚度为15-20cm；底部粗砂层厚度为5-15cm；重金属污染土壤层厚度为25-50cm；顶部粗砂层厚度为10-15cm。
所述步骤(1)中，鹅卵石层中鹅卵石粒度为50-100mm；底部粗砂层及顶部粗砂层中粗砂粒度为10-15mm。
该种重金属污染土壤的水葫芦修复系统，用于上述的重金属污染土壤的水葫芦修复方法，包括修复池，所述修复池内自底部向上依次铺设鹅卵石层、底部粗砂层、重金属污染土壤层和顶部粗砂层；所述修复池一侧设有和鹅卵石层连通的进水管，所述修复池的另一侧设有和鹅卵石层连通的液面观察管；所述修复池上对应于鹅卵石层、底部粗砂层、重金属污染土壤层和顶部粗砂层均设有独立的取样口。
所述鹅卵石层厚度为15-20cm；所述底部粗砂层厚度为5-15cm；所述重金属污染土壤层厚度为25-50cm；所述顶部粗砂层厚度为10-15cm。
所述鹅卵石层中鹅卵石粒度为50-100mm；所述底部粗砂层及顶部粗砂层中粗砂粒度为10-15mm。
本发明的优点在于：该重金属污染土壤的水葫芦修复方法及修复系统，在重金属污染土壤表面铺垫粗砂，控制污染土壤层及沙层水分条件达到促进水葫芦存活并快速生长，实现土壤重金属修复目标；本发明将水葫芦首次引入到对土壤重金属的直接处理中，扩大了水葫芦资源化利用途径；本方法创新了水葫芦的栽培方式，为水葫芦进入垂直流人工湿地污水处理系统提供了借鉴；方法处理土壤重金属无能耗，环境友好。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明重金属污染土壤的水葫芦修复系统的结构示意图。
上述图中的标记均为：
1、修复池，2、鹅卵石层，3、底部粗砂层，4、重金属污染土壤层，5、顶部粗砂层，6、进水管，7、取样口，8、液面观察管，9、水葫芦。
具体实施方式
下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1所示，该重金属污染土壤的水葫芦修复系统，包括修复池1，修复池1内自底部向上依次铺设鹅卵石层2、底部粗砂层3、重金属污染土壤层4和顶部粗砂层5；修复池1一侧设有和鹅卵石层2连通的进水管6，修复池1的另一侧设有和鹅卵石层2连通的液面观察管8；修复池1上对应于鹅卵石层2、底部粗砂层3、重金属污染土壤层4和顶部粗砂层5均设有独立的取样口7。
取样口7和进水管6上均设有控制阀门。
液面观察管8为带刻度的硬质玻璃管。液面观察管8能够实时观察修复池1内的液面情况，以及时补充水分，满足系统的运行需求。修复池1上对应于各层均设有取样口7，方便取样监测土壤重金属处理情况。
鹅卵石层2厚度为15-20cm；底部粗砂层3厚度为5-15cm；重金属污染土壤层4厚度为25-50cm；顶部粗砂层5厚度为10-15cm。
鹅卵石层2中鹅卵石粒度为50-100mm；底部粗砂层3及顶部粗砂层5中粗砂粒度为10-15mm。
鹅卵石层2、底部粗砂层3、重金属污染土壤层4及顶部粗砂层5选择合理的层厚，鹅卵石层2、底部粗砂层3及顶部粗砂层5选择合理的粒径，以达到重金属污染土壤的良好处理效果和效率。
鹅卵石也可以是大粒径的砾石。上述粗砂也可以使石英砂、蛭石等填料。
该重金属污染土壤的水葫芦修复方法，利用上述的重金属污染土壤的水葫芦修复系统来实现，具体步骤为：
(1)建造修复池1，在修复池1内自底部向上依次铺设鹅卵石层2、底部粗砂层3、重金属污染土壤层4和顶部粗砂层5；
修复池1一侧具有和鹅卵石层2连通的进水管6，修复池1的另一侧具有和鹅卵石层2连通的液面观察管8；修复池1上对应于鹅卵石层2、底部粗砂层3、重金属污染土壤层4和顶部粗砂层5均具有独立的取样口7；
(2)取水葫芦植株栽植于顶部粗砂层5中；
(3)关闭取样口7，自来水从进水管6流入修复池1，依次向上灌满鹅卵石层2、底部粗砂层3、金属污染土壤层和顶部粗砂层5，修复池1内水面高度不超过顶部粗砂层；
(4)定期从取样口7取样分析，监测各层的重金属指标，判断重金属污染土壤层4的重金属指标是否达标；
(5)根据液面观察管8的液面情况，及时补水；视水葫芦生长情况定期收获过多的水葫芦；
(6)重复步骤(4)和(5)，直至重金属污染土壤层4的重金属指标达标，完成修复。
所述步骤(2)中，水葫芦新植株按30-80株/m2的密度栽植于顶部粗砂层5中；水葫芦新植株按照一定密度种植于顶部粗砂层5中，以保证其具有良好的净化处理效果。
所述步骤(2)中，水葫芦新植株具有4-5片叶子；水葫芦新植株易于栽植。
所述步骤(1)中，鹅卵石层2厚度为15-20cm；底部粗砂层3厚度为5-15cm；重金属污染土壤层4厚度为25-50cm；顶部粗砂层5厚度为10-15cm。
所述步骤(1)中，鹅卵石层2中鹅卵石粒度为50-100mm；底部粗砂层3及顶部粗砂层5中粗砂粒度为10-15mm。
鹅卵石层2、底部粗砂层3、重金属污染土壤层4及顶部粗砂层5选择合理的层厚，鹅卵石层2、底部粗砂层3及顶部粗砂层5选择合理的粒径，以达到重金属污染土壤的良好处理效果和效率。
以本优选实施方式为例进一步说明，水葫芦为自然水体中生长的水葫芦，包括河流、池塘及其他自然水体。以方形塑料水箱为容器构建修复池1，在修复池1底部向上依次铺设15cm厚鹅卵石层2和5cm厚底部粗砂层3后，将重金属污染土壤倒入，重金属污染土壤层4厚度为25cm；而后在重金属污染土壤层4上方铺设10cm厚顶部粗砂层5；将4-5片叶子的水葫芦新植株按50株/平方米的密度栽植于顶部粗砂层5中；自来水从进水管6流入修复池1，并依次向上灌满鹅卵石层2、底部粗砂层3、重金属污染土壤层4和顶部粗砂层5，但水面不超过顶部粗砂层5。在各层次中部均设有取样口7，方便取样监测土壤重金属处理情况。出水口在系统运行过程保持关闭。同时，在系统外部设有液面观测器以观察系统内的液面情况。在系统运行过程要定期补水以保持系统各层次被水浸没状态，同时当水葫芦挤满处理系统时及时收获过多的水葫芦，提高土壤重金属处理效率。
水葫芦根系发达、生长迅速且耐污能力强，在条件适宜时易疯长；本发明充分利用水葫芦自身繁殖迅速、生长快和生物量大等优势的同时，实现对重金属污染土壤的修复；将水葫芦应用于生态环境治理，不仅取得了良好的效果，且成本低。
该重金属污染土壤的水葫芦修复方法及系统；通过在重金属污染土壤表面铺垫粗砂，控制污染土壤层及沙层水分条件达到促进水葫芦存活并快速生长的目的，实现土壤重金属修复目标；借鉴了盐碱地“水走盐留”的形成模式，土壤重金属将随着顶部沙层水分的蒸发、水葫芦蒸腾作用不断向上移，最终被水葫芦吸收累积，再通过对水葫芦的收获有望使土壤重金属得到彻底修复；将水葫芦首次引入到对土壤重金属的直接处理中，扩大了水葫芦资源化利用途径；本方法创新了水葫芦的栽培方式，为水葫芦进入垂直流人工湿地污水处理系统提供了借鉴；本方法处理土壤重金属无能耗，环境友好。
显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种重金属污染土壤的水葫芦修复方法，其特征在于：具体步骤为：
(1)建造修复池，在修复池内自底部向上依次铺设鹅卵石层、底部粗砂层、重金属污染土壤层和顶部粗砂层；
修复池一侧具有和鹅卵石层连通的进水管，修复池的另一侧具有和鹅卵石层连通的液面观察管；修复池上对应于鹅卵石层、底部粗砂层、重金属污染土壤层和顶部粗砂层均具有独立的取样口；
(2)取水葫芦植株栽植于顶部粗砂层中；
(3)关闭取样口，自来水从进水管流入修复池，依次向上灌满鹅卵石层、底部粗砂层、重金属污染土壤层和顶部粗砂层，修复池内水面高度不超过顶部粗砂层；
(4)定期从取样口取样分析，监测各层的重金属指标，判断重金属污染土壤层的重金属指标是否达标；
(5)根据液面观察管的液面情况，及时补水；视水葫芦生长情况定期收获过多的水葫芦；
(6)重复步骤(4)和(5)，直至重金属污染土壤层的重金属指标达标，完成修复。
2.如权利要求1所述的重金属污染土壤的水葫芦修复方法，其特征在于：所述步骤(2)中，水葫芦新植株按30-80株/m2的密度栽植于顶部粗砂层中。
3.如权利要求1所述的重金属污染土壤的水葫芦修复方法，其特征在于：所述步骤(2)中，水葫芦新植株具有4-5片叶子。
4.如权利要求1所述的重金属污染土壤的水葫芦修复方法，其特征在于：所述步骤(1)中，鹅卵石层厚度为15-20cm；底部粗砂层厚度为5-15cm；重金属污染土壤层厚度为25-50cm；顶部粗砂层厚度为10-15cm。
5.如权利要求1所述的重金属污染土壤的水葫芦修复方法，其特征在于：所述步骤(1)中，鹅卵石层中鹅卵石粒度为50-100mm；底部粗砂层及顶部粗砂层中粗砂粒度为10-15mm。
6.一种重金属污染土壤的水葫芦修复系统，用于权利要求1-5任一项所述的重金属污染土壤的水葫芦修复方法，其特征在于：包括修复池，所述修复池内自底部向上依次铺设鹅卵石层、底部粗砂层、重金属污染土壤层和顶部粗砂层；所述修复池一侧设有和鹅卵石层连通的进水管，所述修复池的另一侧设有和鹅卵石层连通的液面观察管；所述修复池上对应于鹅卵石层、底部粗砂层、重金属污染土壤层和顶部粗砂层均设有独立的取样口。
7.如权利要求6所述的重金属污染土壤的水葫芦修复系统，其特征在于：所述鹅卵石层厚度为15-20cm；所述底部粗砂层厚度为5-15cm；所述重金属污染土壤层厚度为25-50cm；所述顶部粗砂层厚度为10-15cm。
8.如权利要求6或7所述的重金属污染土壤的水葫芦修复系统，其特征在于：所述鹅卵石层中鹅卵石粒度为50-100mm；所述底部粗砂层及顶部粗砂层中粗砂粒度为10-15mm。
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