CN106493168B - 一种修复铅、镉复合污染土壤的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种修复铅、镉复合污染土壤的方法，首先在铅、镉污染土壤中施用氯化钠，之后种植伴矿景天，对土壤中镉进行提取，以达到降低土壤中镉含量的目的；待伴矿景天收获后，在土壤中施用水溶性磷酸盐，以降低土壤中铅的有效性。本发明的优点在于修复方法简单、易掌握，首先进行镉的植物提取修复，再进行铅的磷酸盐稳定，修复效果远远好于现有方法，施入铅、镉复合污染土壤中的氯既促进了伴矿景天对土壤中镉的提取，又促进了磷酸盐对土壤中铅的稳定。

Description

一种修复铅、镉复合污染土壤的方法
技术领域
本发明涉及污染土壤修复技术，尤其是涉及一种利用水溶性磷酸盐、氯化钠和伴矿景天相结合修复铅、镉复合污染土壤的方法。
背景技术
铅和镉是土壤中常见的污染重金属。这些污染重金属的主要来源包括有色金属开采和冶炼及含铅汽油的使用等。另外，铅、镉复合污染土壤也很常见，这类污染土壤主要存在于有色金属开采或冶炼企业周围，如锌、铜、铅等金属的开采和冶炼均可造成土壤铅、镉污染。在未污染土壤中，镉的含量一般在0.1 mg/kg左右，铅的含量在15-35 mg/kg之间，而有色金属冶炼企业附近土壤中的铅含量常常会达到100-1000 mg/kg，土壤中镉的含量会达到0.5-5 mg/kg。
土壤中铅、镉含量过高，会影响当地生态系统及居民身体健康。主要表现在：（1）抑制植物生长，导致植物体铅、镉含量过高。这类例子包括被广泛报道的“镉米”及某些地区出现的镉超标的小麦等。（2）影响土壤微生物的种类和数量；（3）土壤铅、镉通过食物链、呼吸等途径进入人体，影响当地居民健康。（4）高含量的土壤重金属可通过地表径流等途径进入水体，影响水体质量及水生生物健康。
重金属污染土壤的修复方法有多种，从目前的实际应用来看，换土、稳定、植物修复等方法均是重金属污染土壤较有效的修复方法。
植物提取修复是重金属污染土壤的修复方法之一，这种方法适合于植物有效性和移动性较高的重金属，如镉。植物提取修复，是将植物种植在重金属污染土壤上，植物生长过程中吸收重金属后，通过收获并带走植物体，达到降低土壤重金属含量的目的。目前已经发现了几种对土壤中镉有较强吸收能力的植物，如伴矿景天（Sedum plumbizincicola）即是一种对土壤镉有较强吸收能力的植物。在污染土壤上生长时，伴矿景天地上部镉含量（干重）可达到50-100 mg/kg左右，植物地上部镉含量与土壤镉含量的比值可以达到40-60左右，表明伴矿景天对土壤镉有明显的积累特性。然而，伴矿景天虽然是最有效的提取土壤镉的植物之一，但其对镉污染土壤的修复效率仍然较低，因为通过收获伴矿景天，每年仅能带走土壤中约5%左右的镉，要使污染土壤中的镉含量达到安全水平，至少需要十年以上甚至更长时间。
对于有效性较低的铅元素，可以采用稳定的方法来降低其在土壤中的有效性，从而达到降低植物吸收数量的目的。实践证明，磷酸盐是最有效的铅稳定剂。磷酸盐加入铅污染土壤后，可以与土壤中的铅、氯等形成以氯磷酸铅为主的多种难溶性铅化合物，从而明显降低土壤中铅的有效性，减少铅从土壤向植物体的转移；虽然磷酸盐对土壤中的镉也有一定的稳定效果，但该稳定效果不如磷酸盐对铅的稳定效果强。然而，从实际修复效果来看，在铅污染土壤中施用磷酸盐后，土壤铅的有效性下降仍然不多，土壤中铅仍然有较高的有效性，且土壤中还有较高的磷有效性。
综上，目前对铅、镉复合污染土壤的修复，一般是采用利用磷酸盐或者其他稳定剂同时稳定铅、镉两种污染元素的方法，或仅采用植物提取的方法来降低土壤中的镉含量。现有采用植物修复的方法虽然可降低土壤中的镉含量，但效率较低，而且也未考虑土壤中铅污染的问题；而采用在土壤中加入稳定剂，以期同时稳定铅、镉的方法进行修复，则由于土壤镉的有效性较高，因此，稳定剂对镉的稳定效果较差。
所以截至目前，业界对于铅、镉复合污染土壤尚未有有效且定型的修复方法。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术存在的缺陷，提供一种修复铅、镉复合污染土壤的方法，该方法达到了同时促进植物对镉的提取和促进磷酸盐对铅的稳定的目的。
为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：
本发明所述的修复铅、镉复合污染土壤的方法是：首先在铅、镉污染土壤中施用氯化钠，之后种植伴矿景天，对土壤中镉进行提取，以达到降低土壤镉含量的目的；待伴矿景天收获后，在土壤中施用水溶性磷酸盐，以降低土壤中铅的有效性；具体步骤为：
第一步，于十月份在铅、镉复合污染土壤中按1.5 g/m2的用量均匀撒入氯化钠，翻耕入0~20 cm土层，并适量施入氮、磷肥，之后翻耕；或者将氮、磷肥同时和氯化钠一起撒在土表并翻耕混入0~20 cm土层中；之后，按一定行距、株距扦插长度约10 cm的伴矿景天枝条，并在伴矿景天生长期进行常规管理；
第二步，在第二年七月份将伴矿景天收获；取0~20 cm土层中土壤混合样品，测定其中全铅含量，然后根据下式计算P（磷）用量：
A=C×1.16 (mg /kg) （1）
其中：上式中 C为以mg /kg为单位的0~20 cm土层中土壤全铅含量的数值，
A为以kg/hm2为单位的P（磷）用量；
将计算出用量的水溶性磷酸盐均匀撒在土壤表面，翻耕入0~20 cm土层，保持土壤湿润60天。
本发明所用的水溶性磷酸盐必须为普通过磷酸钙、重过磷酸钙等水溶性磷肥，不能是含磷复合肥或难溶性磷肥，如磷酸铵、磷矿粉等。
本发明的优点在于修复方法简单、易掌握，首先进行镉的植物提取修复，再进行铅的磷酸盐稳定，修复效果远远好于现有方法，施入铅、镉复合污染土壤中的氯既促进了伴矿景天对土壤中镉的提取，又促进了磷酸盐对土壤中铅的稳定。
试验证明，本发明利用水溶性磷酸盐稳定土壤中铅时，由于土壤中加入了氯化钠，可促进磷酸盐对土壤中铅的稳定（磷酸盐稳定土壤铅的产物之一是氯磷酸铅，其组成中含有氯，因此，加入氯可以促进氯磷酸铅的生成，从而促进磷酸盐对铅的稳定）；同时由于在复合污染土壤中加入了氯，土壤中镉的有效性由于得到了氯的促进得以大大提高，提高了伴矿景天对土壤中镉的提取。
具体实施方式
下面通过具体实例对本发明做更加详细的论述。
选择河南省某地因铅冶炼形成的铅、镉复合污染土壤区域作为项目区域。项目区土地面积为500 m2（宽10 m，长50 m）。2015年10月开始试验，测定项目区0~20 cm土壤中全铅和全镉含量分别为185和2.10 mg/kg。
1、将项目区分为10个小区，小区长度为项目区宽度，即10 m；小区宽度为4 m，每两个小区中间留宽度为1 m的保护行，即每个小区的面积为40 m2。以上10个小区5个作为处理小区，另外5个作为对照小区。10个小区在项目区内完全随机排列。
2、氯化钠用量计算：5×40×1.5=300 g。将以上氯化钠均匀地分为5份，撒于5个处理小区土表。根据土壤肥力测定结果，每小区需施用尿素0.5 kg，普通过磷酸钙3 kg。在10个小区中分别施用0.5 kg尿素和3 kg普通过磷酸钙。以上肥料均匀撒于土壤表层。之后，将0~20 cm土壤人工翻耕、混合均匀，之后再耙平。
3、在每个小区内，按间隔20 cm沿小区长边方向开沟，沟的深度约为5 cm，根据墒情在沟内适当灌水，之后将长度10 cm左右、采集天数小于5天的伴矿景天枝条扦插入土壤中，并压实。
4、在伴矿景天生长期间根据土壤墒情适时灌水，一般10月到12月中旬每15~20天灌水一次，12月下旬到次年3月每25~35天灌水一次，4月到7月每5~10天灌水一次。
5、2016年7月5日收获伴矿景天。收获时用镰刀将伴矿景天贴近地面割下，称重，之后运到晾晒场晾晒。同时，分别将每个小区收获的伴矿景天混合均匀后，从中取出约1 kg作为样品，依次用自来水和蒸馏水洗涤干净后烘干，称重，粉碎，测定各小区伴矿景天全镉和全铅含量。根据伴矿景天鲜重产量和含水量计算各小区伴矿景天干重产量。
6、水溶性磷酸盐用量计算
项目区土壤全铅含量为185 mg/kg，因此，根据式（1），
A=C×1.16 (mg/kg) （1），得到P的用量为185×1.16=214.6 kg/hm2
采用P2O5含量为12%的普通过磷酸钙，计算出普通过磷酸钙用量为0.41 kg/m2（转换方法：按磷肥标出的P2O5的含量，根据P和O的原子量计算，P2O5中P的含量为43.66%。因此，根据磷肥产品上标注的含量及上文中的A值，计算出磷肥用量。如，过磷酸钙的P2O5含量为12%，则P含量为5.23%。如P用量为1 kg/hm2，则磷肥用量为19.1 kg/hm2）。因此，每小区普通过磷酸钙用量为16.4 kg。
7、按上述用量于7月7日向10个小区土壤中分别施入普通过磷酸钙：称量普通过磷酸钙16.4 kg，将其均匀撒于地表，用铁锨翻耕20 cm，使磷肥与土壤混合均匀；
8、由于试验期间项目区降雨较多，因此无需灌溉土壤即能保持湿润。
9、两个月后（9月7日）采集土样：从各小区随机选取4个点作为采样点（采样点距离小区边缘0.6 m以上），分别在0~20 cm土层中取重量相同的土样并混合在一起成为该小区土壤样品；将土壤样品于室内风干，过2 mm尼龙筛后，测定DTPA提取态铅。
10、修复结果对比
（1）伴矿景天对土壤镉的提取对比
5个处理小区伴矿景天中的全镉含量分别为76.1、92.1、83.6、82.4和92.1 mg/kg，平均值为85.3 mg/kg，标准差为6.86。
5个对照小区伴矿景天中的全镉含量分别为66.2、66.3、78.7、76.2和74.4 mg/kg，平均值为72.4 mg/kg，标准差为5.78。
即加氯化钠处理后，处理小区植物中镉含量的平均值比对照值高17.8%。对数据的统计分析表明，加氯化钠处理后的伴矿景天与对照区域的伴矿景天相比，植物中镉含量存在显著差异（p<0.02）。以上含量均为干重含量。
5个处理小区的伴矿景天的干重产量平均值为0.40 kg/m2，5个对照小区伴矿景天的干重产量的平均值为0.43 kg/m2。
根据以上植物产量和镉含量计算，处理小区植物的镉吸收量为34.0 mg/m2，对照小区植物的镉吸收量为31.1 mg/m2。处理小区植物的镉吸收量比对照小区高9.32%。以上结果表明，土壤加入氯化钠后，伴矿景天对土壤镉的植物提取得到明显促进。
（2）土壤铅有效性对比
5个处理小区土壤铅的有效性分别为50.9、48.8、49.7、55.4和52.3 mg/kg，平均值为51.4 mg/kg，标准差为2.58；
5个对照小区土壤铅的有效性分别为61.3、52.4、60.5、68.9和59.2 mg/kg，平均值为60.5 mg/kg，标准差为5.88。
处理小区土壤铅有效性比对照小区降低了15.0%。数据的统计分析表明，处理小区土壤铅有效性显著低于对照小区（p<0.05）。这表明，土壤中施用氯化钠后，水溶性磷酸盐对土壤铅的稳定得到促进。
试验结果表明，在铅、镉复合污染的土壤中施用氯化钠，再采用伴矿景天和水溶性磷酸盐共同修复镉、铅污染土壤，氯化钠可以明显起到促进伴矿景天对土壤中镉的提取并且促进水溶性磷酸盐对土壤中铅稳定的双重目的。

Claims (2)

1.一种修复铅、镉复合污染土壤的方法，其特征在于：首先在铅、镉污染土壤中施用氯化钠，之后种植伴矿景天，对土壤中镉进行提取，以达到降低土壤镉含量的目的；待伴矿景天收获后，在土壤中施用水溶性磷酸盐，以降低土壤中铅的有效性；具体步骤为：
第一步，于十月份在铅、镉复合污染土壤中按1.5g/m2的用量均匀撒入氯化钠，翻耕入0～20 cm土层，并适量施入氮、磷肥，之后翻耕；或者将氮、磷肥同时和氯化钠一起撒在土表并翻耕混入0～20 cm土层中；之后，按一定行距、株距扦插长度约10 cm的伴矿景天枝条，并在伴矿景天生长期进行常规管理；
所述第一步中的磷肥为普通过磷酸钙，普通过磷酸钙的用量为3kg/40m2；
第二步，在第二年七月份将伴矿景天收获；取0～20 cm土层中土壤混合样品，测定其中全铅含量，然后根据下式计算P用量：A=C×1.16 (mg/kg) （1）其中：上式中 C为以mg/kg为单位的0～20cm土层中土壤全铅含量的数值，A为以kg/hm2为单位的P用量；将计算出用量的水溶性磷酸盐均匀撒在土壤表面，翻耕入0～20 cm土层，保持土壤湿润60天。
2.根据权利要求1所述的修复铅、镉复合污染土壤的方法，其特征在于：所述水溶性磷酸盐为过磷酸钙或重过磷酸钙。
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