CN105923777A - 一种地下水污染的植物修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下水污染的植物修复方法，包括：以污染源为中心调查周边地下水污染环境，模拟污染羽形状特点，确定污染点，进行布井；向井内放置限塑膜，并向膜内添加栽培基质，将修复植物栽种于栽培基质中；所述限塑膜为两端开口的中空柱状结构，顶部与地面平齐，底部深入至地下土壤与地下水位的交界处，能够周向包围修复植株的根系，限制其横向生长；栽培修复植物，直至土壤达标。本发明根据污染羽的特点，在特定污染点上种植修复植物，并在修复植物外周设置了限塑膜，使修复植物能够更合理地向污染的地下水生长，提高了修复效率，实现了高效地下水原位修复的目的。

Description

一种地下水污染的植物修复方法

技术领域

本发明涉及污染环境修复技术领域，尤其涉及一种地下水污染的植物修复方法。

背景技术

经过几十年的工业化进程，大量工厂因为严重污染而被关停。经过调查发现，绝大多数工厂均存在不同程度的污染，而且由于污染时间长、地质地形复杂多样，污染情况更加复杂。受污染的土壤一方面将直接污染地下水，给人们造成用水危机，另一方面污染物随地下水转移，不仅污染地下土壤，而且也可能对地势较低的地表带来严重的生态危机。

污染物进入到土壤饱和带以后随着水流方向形成明显的污染羽。由于污染羽位于地下较深处，水体流经的土壤同样遭受污染，难以通过短期的工程手段完成修复目标。因此，现有工程实施通过在地下水下游处开挖水井，将污染地下水抽出后通过异位污水处理工艺，获得较好处理效果。但此法需要长期抽水并转运处理，能耗高、成本巨大，修复后土壤中的污染物仍然可能再次浸出超标，修复效果不稳定。

目前，采用植物修复方法对地下水污染进行治理的研究报道较多，例如：

申请公布号为CN104607448A的发明专利申请文献公开了一种修复Cd污染的土壤或水体的方法，该方法采用南黄堇作为植物材料对Cd污染的土壤或水体进行修复，步骤如下：1)将南黄堇幼苗移植到Cd污染的土壤或水体中，在南黄堇之后的生长过程中保持土壤或水体的pH值在5～8之间；2)定期收割南黄堇的地上或水上部分，持续至土壤或水体中的Cd含量达到环境质量要求。该方法可持续提取土壤及水体中的镉，从而清除土壤或水体中的镉污染。

申请公布号为CN104692531A的发明专利申请文献公开了一种地下水重金属污染修复装置，该装置由抽水系统、布水系统、吸附反应区、植物修复区、快速渗流区和监测系统组成；其中，抽水系统包括：抽水井，深入目标含水层，抽水泵安装在抽水井的进口或位于目标含水层水位面以下，抽水管插设在井筛中间，过滤网安装于抽水管的取水点处；布水系统包括：若干根导水管，其一端均与抽水管连接并呈圆形辐射状均匀分布，弧形布水管连接导水管末端，弧形布水管上设有多个出水孔，布水系统设置于吸附反应区上部填料层中；吸附反应区是由对重金属有吸附作用的介质填料填充而成，吸附反应区侧面和底部设有防渗层；植物修复区位于吸附反应区上方，为一层土壤，植物修复区的土壤层表面种植可富集重金属的植物；快速渗流区位于抽水井的井管外围，填充有沸石和石英砂；监测系统包括一处水位监测点和两处水质监测点。

上述方法对于如何更合理地调整修复植物根系生长情况的研究较少。因此，有必要针对修复植物根系的生长及走向进行研究，以确保植物根系能够更有效处理污染水体，提高水体修复效率。

发明内容

本发明提供了一种地下水污染的植物修复方法，该方法能够合理地调整修复植物根系生长，提高污染水体修复效率。

一种地下水污染的植物修复方法，包括：

(1)以污染源为中心调查周边地下水污染环境，模拟污染羽形状特点，确定污染点，进行布井；

(2)向井内放置限塑膜，并向膜内添加栽培基质，将修复植物栽种于栽培基质中；

所述限塑膜为两端开口的中空柱状结构，顶部与地面平齐，底部深入至地下土壤与地下水位的交界处，能够周向包围修复植株的根系，限制其横向生长；

(3)栽培修复植物，直至土壤达标。

所述限塑膜采用不透水的材质，能够将修复植物的根系限制在指定范围内。作为优选，所述限塑膜为筒状，且直径为0.6～0.8m，深度≥6m。

作为优选，所述限塑膜的材质为高密度聚乙烯；该材料防渗、防腐，可避免四周水源的渗入且使用时间长。

为提高修复效果，需要充分利用土壤、水份、空气等因素引导根系向深层土壤生长；当根系生长到限塑膜底部时，即主要吸收利用污染地下水层的水，在蒸腾作用下，将污染地下水吸至地上部，污染物实现同步转移，在植物体内降解或通过树叶挥发出去，从而实现对地下水的原位修复。

作为优选，所述栽培基质沿纵向分为若干层，从上至下，栽培基质的含沙量逐层降低，有机质含量逐层增加。

更优选，所述栽培基质分为五层，从上至下，各层的含砂量依次为75～95％、55～65％、35～45％、25～34％、5～15％，有机质含量依次为5～15％、16～25％、26～35％、36～45％、46～55％。

上述栽培基质的层次设计有利于植物根系的生长且不断地向深层土壤延伸。

此外，作为优选，向所述限塑膜的内部竖直穿插用于为栽培基质提供水和空气的输送管；便于向植物根系浇水，同时利用根系向水性引导根系向更深地土层生长；在植物生长前期，主要用来浇水，在植物正常存活，根系自主吸水后，此输送管主要作为通气管，有助于满足植物根系对空气的需要。

作为优选，所述输送管上开设有若干输送孔。

作为优选，所述输送管上等间隔设置输送孔。

作为优选，所述输送管的同一高度上设置若干个等孔径的输送孔。

进一步地，所述输送管的直径为10～15cm；所述输送孔的直径为0.8～1.0cm。所述输送管直接插入至与限塑膜平齐的底部。

为了避免栽培基质进入输送管的输送孔中，包裹一层10目的不锈钢丝网(孔径为2mm)。另外，在填入栽培基质时，所有栽培基质的含水量均为75～85％，有利于植物的存活，也可避免砂质材料通过小孔进入输送孔中。

修复植物的种植初期，需要定时向地表浇水，待植物成功存活后通过输送管进行浇水，经常观测植物生长情况，及时补充水分，保证植物正常存活。

植物存活后，需要将限塑膜顶部进行封口处理，以避免雨水从顶部进入。作为优选，所述限塑膜的顶部设有防渗膜，防渗膜上开设有供输送管穿过的开口。

作为优选，所述污染点的确定方法包括：选取所述污染羽的深度在6～10m以内的区域，从该区域内确定污染点。

作为优选，所述修复植物为杨树或柳树。此类树木的根系扎入土壤较深，选着树龄两年以上的树种，易于存活、吸水且去污能力强。

具体地，所述杨树为新疆杨或灰杨；所述柳树为Salix fragilis L.或Salix nigra。

根据种植植物树冠的大小，在植物生长不相互影响的前提下，尽可能密集地的种植植物，作为优选，所述修复植物的株距为5～8m。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明根据污染羽的特点，在特定污染点上种植修复植物，并在修复植物外周设置了限塑膜，使修复植物能够更合理地向污染的地下水生长，提高了修复效率，实现了高效地下水原位修复的目的。

附图说明

图1为地下水污染区域示意图；

图2为针对地下水污染的植物修复的示意图。

其中，1、修复植株；2、限塑膜；3、栽培基质；4、输送管；5、输送孔；6、防渗膜；

A为地上部；B为非饱和带；H为地下水饱和带。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步解释。

实施例1

以杨树(新疆杨)为修复植物，进行试验。

一种地下水污染的植物修复方法，具体包括以下步骤：

(1)以污染源为中心，对周边土壤地下水中的污染物种类、深度和浓度进行调查，根据污染物调查结果，通过Surfer软件模拟制作三维污染羽的形状特点，(如图1所示)。

(2)选择污染羽深度为6～10m以内范围的污染点，开挖直径为0.7m，深度至地下土壤与地下水位交界处的深井。

(3)向井内放置两端开口的中空筒状结构的高密度聚乙烯限塑膜，使限塑膜外壁贴靠深井内壁，并使限塑膜顶部与地面平齐，底部伸入至深井底部。

(4)向限塑膜内添加含水量均为80％的栽培基质，其中，栽培基质沿纵向分为等高度的五层，从上至下，各层的含黄砂量依次为80％、60％、40％、30％、10％，有机质(粪肥)含量依次为10％，20％，30％，40％，50％；其余组分为普通粘土。

(5)再将两年以上树龄的杨树移栽至栽培基质中，种植深度在1.5～2m之间，株距为6m，进行栽培。

(6)栽培期间，向限塑膜的内部竖直穿插一根用于为栽培基质提供水和空气的输送管，输送管上开设有等间隔设置的输送孔，且同一高度上设置有若干个等孔径的输送孔，输送管直径为12cm、输送孔直径为0.8cm。

修复植物的种植初期，定时向地表浇水直至植物移栽成功，植物存活后，通过防渗膜将限塑膜顶部进行封口，防渗膜上开设有供输送管穿过的开口，再通过输送管进行灌水，每次灌水量为20L，第1个月每天一次，第2个月每周两次，第3-4个月每周1次，之后视树木的成活状况酌情灌水，使树木能够正常存活。在不进行灌水时，输送管作为通气管路为栽培基质提供空气。

(7)依据步骤(6)，持续栽培修复植物杨树，直至土壤达标。

根据上述种植方法，修复植物种植1年左右即可存活，2～3年内其根系即可达到污染区域的边缘。当所种植的杨树根系达到污染区域以后，植物根系即可从地下水中获取水分，并将地下水中的污染物吸收转运至植物地上部，通过检测地上部枝叶、茎部及地下部根系中污染物的含量，判断重金属和有机污染物的含量。

植物种植的场地为典型工业污染场地，污染物包括镉、锌、铅和铜等重金属、三氯乙烯、硝基苯、苯系物、多氯联苯、多环芳烃；经检测，其中，镉浓度为9.8mg/L，锌浓度为210mg/L，铅浓度为230mg/L，铜浓度为185mg/L；三氯乙烯和硝基苯的平均浓度为21mg/L和39mg/L；苯系物的平均污染浓度为15.3mg/L；多氯联苯的平均浓度为19.6mg/L；多环芳烃的平均污染浓度为7.4mg/L。

检测杨树对污染的地下水中重金属和有机质的吸收情况。

具体检测方法如下：取修复植物栽种第3年的叶片、茎部和根系，测定叶片、茎和根系中各重金属元素及有机物的含量(用酸液完全消解后通过ICP-OES测定)，了解杨树种植的第3年对地下污染土壤中重金属和有机质的吸收情况，结果如表1所示。下列指标的测定方法，如无特殊指明均采用常规测定方法。

表1杨树对土壤常见污染物的吸收、去除效果

注：上述重金属修复过程中，杨树未表现毒害效应。

实施例2

以柳树(Salix nigra)为修复植物，进行试验，具体修复方法及测定方法均与实施例1相同，结果如表2所示。

表2柳树对土壤常见污染物的吸收、去除效果

注：上述重金属修复过程中，柳树未表现毒害效应。

从通过上述结果可以明确种植杨树和柳树在种植后的第3年对重金属和有机污染物有明显的提取效果，而且根、茎、叶对污染物的积累能力各不相同。对于重金属主要体现在植物的积累，而部分有机污染物在植物根系、植物体内均可能发生降解作用，部分可挥发污染物可通过叶片的蒸腾作用。

以重金属污染为例，在一棵干重为150kg的杨树或柳树内，重金属分布在树干和每年脱落的叶片两个部分，树干对重金属的提取效果如表3所示。除树干、树根对重金属的提取外，每年脱落的叶片也积累了大量重金属，以每棵树每年产生10～30kg的树叶计算，则10年会产生100-300kg的叶片，其重金属去除量与一棵150kg的树干去除量相当。

表3每棵杨树、柳树对重金属的提取效果

从上述结果可以看出，柳树和杨树对有机污染的去除作用复杂、多样，目标污染物包括农药、三氯乙醛、多环芳烃、多氯联苯等。植物根系有助于维持微生物群落结构的多样性，显著提高有机污染物的可降解性。

因此，大部分容易降解的低分子有机物质均在植物根系的微生物作用下降解并被植物作为养料利用，少量的难降解有机物质随植物根系吸收水分进入植物体，然后部分通过蒸腾、体内降解等作用排放或分解有机污染物，极少量有机质残留在植物体内。

通过限制植物根系的活动范围能够有效增加植物根系与地下水的接触面积，增强植物根系吸收和降解污染物的能力。根据上述研究数据，向污染羽中种植深根树种—柳树、杨树，能够有效地降解或吸收地下水中的有机污染重和重金属，显著降低地下水中污染物的含量，对场地深层污染土壤植物修复提供了新的方法。

Claims (10)

1.一种地下水污染的植物修复方法，其特征在于，包括：

(1)以污染源为中心，调查周边地下水污染环境，模拟污染羽形状特点，确定污染点，进行布井；

(2)向井内放置限塑膜，并向膜内添加栽培基质，将修复植物栽种于栽培基质中；

所述限塑膜为两端开口的中空柱状结构，顶部与地面平齐，底部深入至地下土壤与地下水位的交界处，能够周向包围修复植株的根系，限制其横向生长；

(3)栽培修复植物，直至土壤达标。

2.如权利要求1所述的植物修复方法，其特征在于，所述限塑膜的材质为高密度聚乙烯。

3.如权利要求1所述的植物修复方法，其特征在于，所述栽培基质沿纵向分为若干层，从上至下，栽培基质的含沙量逐层降低，有机质含量逐层增加。

4.如权利要求3所述的植物修复方法，其特征在于，所述栽培基质分为五层，从上至下，各层的含砂量依次为75～95％、55～65％、35～45％、25～34％、5～15％，有机质含量依次为5～15％、16～25％、26～35％、36～45％、46～55％。

5.如权利要求1所述的植物修复方法，其特征在于，向所述限塑膜的内部竖直穿插用于为栽培基质提供水和空气的输送管。

6.如权利要求5所述的植物修复方法，其特征在于，所述输送管上开设有若干输送孔。

7.如权利要求6所述的植物修复方法，其特征在于，所述输送管上等间隔设置输送孔。

8.如权利要求5所述的植物修复方法，其特征在于，所述限塑膜的顶部设有防渗膜，防渗膜上开设有供输送管穿过的开口。

9.如权利要求1所述的植物修复方法，其特征在于，所述污染点的确定方法包括：选取所述污染羽的深度在6～10m以内的区域，从该区域内确定污染点。

10.如权利要求1所述的植物修复方法，其特征在于，所述修复植物为杨树或柳树。