CN106607454A - 一种煤矿塌陷区铬污染土壤修复方法 - Google Patents

一种煤矿塌陷区铬污染土壤修复方法 Download PDF

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Abstract

一种煤矿塌陷区铬污染土壤修复方法，首先采用网格多点法进行土壤样品采集，然后对所采集的土壤样品的铬含量进行测定，并依据土壤铬含量测定结果将土壤划分等级，然后翻耕铬污染土壤表层厚10～18cm的土壤，再根据所划分的土壤等级施撒对应用量的微生物菌剂和土壤改良颗粒，最后对铬污染土地进行灌溉，灌水深度为20cm以上，土壤相对湿度达85％以上，并保持该相对湿度10～20天即可，所述微生物菌剂是由吸附载体和吸附于所述载体上的有效活菌组成。本方法修复效率高、成本低，无二次污染，因地制宜，能更加精准快速的修复煤矿塌陷区铬污染土壤，有效阻止铬在土壤中迁移，并且在土壤修复过程中长期为土壤提供营养元素，提高土壤的可利用价值。

Description

一种煤矿塌陷区铬污染土壤修复方法
技术领域
本发明涉及煤矿塌陷区土壤修复技术领域，具体涉及一种煤矿塌陷区铬污染土壤修复方法。
背景技术
煤矿塌陷区土地铬污染严重，我国煤矿塌陷区铬污染土壤修复后通常用作农业使用，如果修复不完全，铬通过根系进入植物中，导致植物生长不良，对植物造成危害，甚至导致植物死亡。铬可以在植物体内积蓄，当铬积蓄超出正常含量的植物进入食物链时，就会影响动物乃至人类的健康。
目前，我国铬污染土地多数未得到治理，对环境造成巨大的隐患。土壤铬污染具有隐蔽性、滞后性和长期性，对生态环境造成危害，且铬是迁移性污染物，铬进入土壤中后，被污染的土壤范围逐渐扩大。
自然界中的铬主要以三价和六价同时出现，三价铬是一种人体必需的微量元素，而六价铬则被列为对人体危害最大的8种化学物质之一，六价铬毒性一般为三价铬毒性的100多倍，是国际公认的3中致癌金属物之一，同时也是美国EPA公认的129种重点污染物之一。目前，对于铬污染土地的修复技术主要包括微生物去除法，化学法（药剂洗涤、热分解等），物理法（电流使带电粒子迁移等）以及种植植物，大量的方法还处于实验室研究阶段，现场实施较困难，同时，现有铬污染土地处理技术工艺相对落后，导致了铬污染土地修复效率低、成本高，二次污染及环境风险大的问题。
煤矿塌陷区的土地凹凸不平，土壤含铬量差异较大，因此在对土壤进行修复时，需要进行土壤样品采集和分析测试。采集土壤样品时，由于土壤含铬量差异太大，传统的“S”或者“对角线”法很难反应土壤含铬量的实际情况，目前对铬污染土壤进行修复时，没有充分考虑土壤含铬量的空间差异性，在土壤样品采集和修复上没有考虑空间差异性，存在一定不足。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种煤矿塌陷区铬污染土壤修复方法，修复效率高、成本低，无二次污染，因地制宜，能更加精准快速的修复煤矿塌陷区铬污染土壤，有效阻止铬在土壤中迁移，防止土壤污染范围扩大，并且在土壤修复过程中长期为土壤提供营养元素，提高土壤的可利用价值。
本发明所采用的技术方案是：一种煤矿塌陷区铬污染土壤修复方法，首先采用网格多点法进行土壤样品采集，然后对所采集的土壤样品的铬含量进行测定，并依据土壤铬含量测定结果将土壤划分等级，然后翻耕铬污染土壤表层厚10～18cm的土壤，再根据所划分的土壤等级施撒对应用量的微生物菌剂和土壤改良颗粒，最后对铬污染土地进行灌溉，灌水深度为20cm以上，土壤相对湿度达85％以上，并保持该相对湿度10～20天即可，所述微生物菌剂是由吸附载体和吸附于所述载体上的有效活菌组成，且每克微生物菌剂中含有的有效活菌总数为（5～150）×108CFU，所述有效活菌由土壤短芽孢杆菌、云芝栓孔菌和枯草芽孢杆菌混合组成，且土壤短芽孢杆菌、云芝栓孔菌和枯草芽孢杆菌的有效活菌数比例为1～3.5：1～1.5：2～2.5，所述吸附载体是由椰糠、硅藻土和膨润土按照重量比1：2：1混合制成；
所述土壤改良颗粒按照重量比是由120～140份豆渣、50～60份牡丹籽壳、100～120份秸秆、30～40份竹炭粉和150～200份改性米糠蛋白溶液制成，所述改性米糠蛋白溶液按照重量比是由10～15份米糠蛋白与100～120份蒸馏水混合后依次加入0.5～1份谷氨酰胺转氨酶和0.1～0.2份二甲酸钾在45～50℃温度下加热2h制得。
所采用的网格多点法中的网格尺寸为（10～45）m×（10～45）m。
所述土壤改良颗粒的具体制备方法为：按照上述重量比称取豆渣、牡丹籽壳、秸秆、竹炭粉、米糠蛋白、蒸馏水、谷氨酰胺转氨酶和二甲酸钾，将称取的牡丹籽壳和秸秆混合后放入粉碎机中粉碎为200～400目的粉末，将得到的粉末与竹炭粉、豆渣混合后烘干，然后置于造粒机中造粒，得到混合颗粒，再取米糠蛋白和蒸馏水混合后加入谷氨酰胺转氨酶和二甲酸钾并加热至45～50℃，保持该温度2小时，得到改性米糠蛋白溶液，再将改性米糠蛋白溶液喷涂到混合颗粒上，烘干后即制得土壤改良颗粒。
所述依据土壤铬含量测定结果将土壤划分等级是指：依据土壤铬含量测定结果，将土壤划分为五个等级，一级土壤的土壤铬含量低于365mg/kg，二级土壤的土壤铬含量不低于365mg/kg且低于449 mg/kg，三级土壤的土壤铬含量不低于449 mg/kg且低于578 mg/kg，四级土壤的土壤铬含量不低于578 mg/kg且低于712mg/kg，五级土壤的土壤含铬量不低于712mg/kg。
所述五个等级的土壤中所施加的微生物菌剂和土壤改良颗粒量为：网格内的土壤为一级土壤时，微生物菌剂的施撒量为每亩2～3kg，土壤改良颗粒的施撒量为每亩200～400kg；网格内的土壤为二级土壤时，微生物菌剂的施撒量为每亩3～5kg，土壤改良颗粒的施撒量为每亩400～600kg；网格内的土壤为三级土壤时，微生物菌剂的施撒量为每亩5～7kg，土壤改良颗粒的施撒量为每亩600～800kg；网格内的土壤为四级土壤时，微生物菌剂的施撒量为每亩7～9kg，土壤改良颗粒的施撒量为每亩800～1000kg；网格内的土壤为五级土壤时，微生物菌剂的施撒量为每亩9～11kg，土壤改良颗粒的施撒量为每亩1000～1200kg。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
一、本发明能在短时间内修复铬污染土壤，提高土壤肥力，修复效率高，成本低，无二次污染，可以恢复煤矿塌陷区铬污染土壤的使用功能；
二、采用网格多点采样法进行土壤样品的采集，分级施撒微生物菌剂和土壤改良颗粒，克服了煤矿塌陷区土壤含铬量空间差异大的缺点，达到了准确修复的效果，并且降低成本，能快速均匀提高土壤肥力；
三、通过施撒微生物菌剂和土壤改良颗对土壤进行修复，使得修复后的土壤可用作农业耕地，并可为微生物和植物提供有效的营养元素；
四、本发明中使用的微生物菌剂可以有效改善铬在土壤中的存在形态，使用该微生物菌剂对铬污染土壤进行修复后，修复后的土壤可以用作农业种植，可以降低铬通过根系进入植物中的量，同时大大降低了铬在植物中的积累量，该微生物菌剂中使用的吸附载体通透性、保水能力及营养供给能力俱佳，能有效保持有效活菌的活性，且该微生物菌剂能降低土壤中铬的活性，固持土壤中的铬，有效阻止铬迁移，使铬污染土壤范围不会进一步扩大；
五、本发明中使用的土壤改良颗粒能为土壤提供营养元素并减少土壤中铬粒子的移动性，该土壤改良颗粒能缓慢分解，延长作用期，米糠蛋白在谷氨酰胺转氨酶和二甲酸钾共同作用下改性，有利于蛋白质分子的展开，并催化蛋白质多肽发生分子内和分子间发生共价交联，具体表现为黏度增大，具有较高的剪切力抵抗性和胶粘性，使得制成的改性米糠蛋白溶液对混合颗粒包覆后，在混合颗粒外层形成缓慢分解的蛋白层，长期为土壤提供营养元素；
六、通过施用微生物菌剂和土壤改良颗粒，使有机和生物相结合，速效和缓效相结合，优势互补，达到彻底修复煤矿塌陷区铬污染土壤的效果。
具体施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的阐述，本发明的保护范围不局限于以下实施例。实施本发明的过程、条件、试剂等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
实施例1
一种煤矿塌陷区铬污染土壤修复方法，包括以下步骤：
（1）采用网格多点采样法进行土壤样品的采集，采集深度为10cm；
（2）对所采集的土壤样品的铬含量进行测定，并依据土壤铬含量测定结果将土壤划分为五个等级，一级土壤的土壤铬含量低于365mg/kg，二级土壤的土壤铬含量不低于365mg/kg且低于449 mg/kg，三级土壤的土壤铬含量不低于449 mg/kg且低于578 mg/kg，四级土壤的土壤铬含量不低于578 mg/kg且低于712mg/kg，五级土壤的土壤含铬量不低于712mg/kg；
（3）按照重量比1：2：1取椰糠、硅藻土和膨润土后混合制成吸附载体，然后取土壤短芽孢杆菌、云芝栓孔菌和枯草芽孢杆菌并与吸附载体混合以制成微生物菌剂，其中，土壤短芽孢杆菌、云芝栓孔菌和枯草芽孢杆菌的有效活菌数比例为1：1：2，所述的微生物菌剂中，每克微生物菌剂中含有的有效活菌总数为5×108CFU；
（4）按照重量比取10份米糠蛋白与100份蒸馏水混合后依次入0.5份谷氨酰胺转氨酶和0.1份二甲酸钾在45℃温度下加热2h，得到改性米糠蛋白溶液，再按照重量比称取120份豆渣、50份牡丹籽壳、100份秸秆、30份竹炭粉和150份改性米糠蛋白溶液，将称取的牡丹籽壳和秸秆混合后放入粉碎机中粉碎为200目的粉末，将得到的粉末与竹炭粉、豆渣混合后烘干，然后置于造粒机中造粒，得到混合颗粒，再将改性米糠蛋白溶液喷涂到混合颗粒上，烘干后即制得土壤改良颗粒；
（5）翻耕铬污染土壤表层厚10cm的土壤，并根据所划分的土壤等级施撒对应用量的微生物菌剂和土壤改良颗粒，网格内的土壤为一级土壤时，微生物菌剂的施撒量为每亩2kg，土壤改良颗粒的施撒量为每亩200kg；网格内的土壤为二级土壤时，微生物菌剂的施撒量为每亩3kg，土壤改良颗粒的施撒量为每亩400kg；网格内的土壤为三级土壤时，微生物菌剂的施撒量为每亩5kg，土壤改良颗粒的施撒量为每亩600kg；网格内的土壤为四级土壤时，微生物菌剂的施撒量为每亩7kg，土壤改良颗粒的施撒量为每亩800kg；网格内的土壤为五级土壤时，微生物菌剂的施撒量为每亩9kg，土壤改良颗粒的施撒量为每亩1000kg；
（6）对铬污染土地进行灌溉，灌水深度为20cm以上，土壤相对湿度达85％以上，并保持该相对湿度10天。
本实施例中，步骤（1）中的网格尺寸为10m×10m。
实施例2
一种煤矿塌陷区铬污染土壤修复方法，包括以下步骤：
（1）采用网格多点采样法进行土壤样品的采集，采集深度为14cm；
（2）对所采集的土壤样品的铬含量进行测定，并依据土壤铬含量测定结果将土壤划分为五个等级，一级土壤的土壤铬含量低于365mg/kg，二级土壤的土壤铬含量不低于365mg/kg且低于449 mg/kg，三级土壤的土壤铬含量不低于449 mg/kg且低于578 mg/kg，四级土壤的土壤铬含量不低于578 mg/kg且低于712mg/kg，五级土壤的土壤含铬量不低于712mg/kg；
（3）按照重量比1：2：1取椰糠、硅藻土和膨润土后混合制成吸附载体，然后取土壤短芽孢杆菌、云芝栓孔菌和枯草芽孢杆菌并与吸附载体混合以制成微生物菌剂，其中，土壤短芽孢杆菌、云芝栓孔菌和枯草芽孢杆菌的有效活菌数比例为3：1.5：2，所述的微生物菌剂中，每克微生物菌剂中含有的有效活菌总数为85×108CFU；
（4）按照重量比取12份米糠蛋白与110份蒸馏水混合后依次入0.8份谷氨酰胺转氨酶和0.15份二甲酸钾在48℃温度下加热2h，得到改性米糠蛋白溶液，再按照重量比称取130份豆渣、55份牡丹籽壳、110份秸秆、35份竹炭粉和180份改性米糠蛋白溶液，将称取的牡丹籽壳和秸秆混合后放入粉碎机中粉碎为300目的粉末，将得到的粉末与竹炭粉、豆渣混合后烘干，然后置于造粒机中造粒，得到混合颗粒，再将改性米糠蛋白溶液喷涂到混合颗粒上，烘干后即制得土壤改良颗粒；
（5）翻耕铬污染土壤表层厚14cm的土壤，并根据所划分的土壤等级施撒对应用量的微生物菌剂和土壤改良颗粒，网格内的土壤为一级土壤时，微生物菌剂的施撒量为每亩2.5kg，土壤改良颗粒的施撒量为每亩300kg；网格内的土壤为二级土壤时，微生物菌剂的施撒量为每亩4kg，土壤改良颗粒的施撒量为每亩500kg；网格内的土壤为三级土壤时，微生物菌剂的施撒量为每亩6kg，土壤改良颗粒的施撒量为每亩700kg；网格内的土壤为四级土壤时，微生物菌剂的施撒量为每亩8kg，土壤改良颗粒的施撒量为每亩900kg；网格内的土壤为五级土壤时，微生物菌剂的施撒量为每亩10kg，土壤改良颗粒的施撒量为每亩1100kg；
（6）对铬污染土地进行灌溉，灌水深度为20cm以上，土壤相对湿度达85％以上，并保持该相对湿度15天。
本实施例中，步骤（1）中的网格尺寸为25m×25m。
实施例3
一种煤矿塌陷区铬污染土壤修复方法，包括以下步骤：
（1）采用网格多点采样法进行土壤样品的采集，采集深度为18cm；
（2）对所采集的土壤样品的铬含量进行测定，并依据土壤铬含量测定结果将土壤划分为五个等级，一级土壤的土壤铬含量低于365mg/kg，二级土壤的土壤铬含量不低于365mg/kg且低于449 mg/kg，三级土壤的土壤铬含量不低于449 mg/kg且低于578 mg/kg，四级土壤的土壤铬含量不低于578 mg/kg且低于712mg/kg，五级土壤的土壤含铬量不低于712mg/kg；
（3）按照重量比1：2：1取椰糠、硅藻土和膨润土后混合制成吸附载体，然后取土壤短芽孢杆菌、云芝栓孔菌和枯草芽孢杆菌并与吸附载体混合以制成微生物菌剂，其中，土壤短芽孢杆菌、云芝栓孔菌和枯草芽孢杆菌的有效活菌数比例为3.5：1：2.5，所述的微生物菌剂中，每克微生物菌剂中含有的有效活菌总数为150×108CFU；
（4）按照重量比取15份米糠蛋白与120份蒸馏水混合后依次入1份谷氨酰胺转氨酶和0.2份二甲酸钾在50℃温度下加热2h，得到改性米糠蛋白溶液，再按照重量比称取140份豆渣、60份牡丹籽壳、120份秸秆、40份竹炭粉和200份改性米糠蛋白溶液，将称取的牡丹籽壳和秸秆混合后放入粉碎机中粉碎为400目的粉末，将得到的粉末与竹炭粉、豆渣混合后烘干，然后置于造粒机中造粒，得到混合颗粒，再将改性米糠蛋白溶液喷涂到混合颗粒上，烘干后即制得土壤改良颗粒；
（5）翻耕铬污染土壤表层厚18cm的土壤，并根据所划分的土壤等级施撒对应用量的微生物菌剂和土壤改良颗粒，网格内的土壤为一级土壤时，微生物菌剂的施撒量为每亩3kg，土壤改良颗粒的施撒量为每亩400kg；网格内的土壤为二级土壤时，微生物菌剂的施撒量为每亩5kg，土壤改良颗粒的施撒量为每亩600kg；网格内的土壤为三级土壤时，微生物菌剂的施撒量为每亩7kg，土壤改良颗粒的施撒量为每亩800kg；网格内的土壤为四级土壤时，微生物菌剂的施撒量为每亩9kg，土壤改良颗粒的施撒量为每亩1000kg；网格内的土壤为五级土壤时，微生物菌剂的施撒量为每亩11kg，土壤改良颗粒的施撒量为每亩1200kg；
（6）对铬污染土地进行灌溉，灌水深度为20cm以上，土壤相对湿度达85％以上，并保持该相对湿度20天。
本实施例中，步骤（1）中的网格尺寸为45m×45m。

Claims (5)

1.一种煤矿塌陷区铬污染土壤修复方法，首先采用网格多点法进行土壤样品采集，然后对所采集的土壤样品的铬含量进行测定，并依据土壤铬含量测定结果将土壤划分等级，然后翻耕铬污染土壤表层厚10～18cm的土壤，再根据所划分的土壤等级施撒对应用量的微生物菌剂和土壤改良颗粒，最后对铬污染土地进行灌溉，灌水深度为20cm以上，土壤相对湿度达85％以上，并保持该相对湿度10～20天即可，其特征在于：所述微生物菌剂是由吸附载体和吸附于所述载体上的有效活菌组成，且每克微生物菌剂中含有的有效活菌总数为（5～150）×108CFU，所述有效活菌由土壤短芽孢杆菌、云芝栓孔菌和枯草芽孢杆菌混合组成，且土壤短芽孢杆菌、云芝栓孔菌和枯草芽孢杆菌的有效活菌数比例为1～3.5：1～1.5：2～2.5，所述吸附载体是由椰糠、硅藻土和膨润土按照重量比1：2：1混合制成；
所述土壤改良颗粒按照重量比是由120～140份豆渣、50～60份牡丹籽壳、100～120份秸秆、30～40份竹炭粉和150～200份改性米糠蛋白溶液制成，所述改性米糠蛋白溶液按照重量比是由10～15份米糠蛋白与100～120份蒸馏水混合后依次加入0.5～1份谷氨酰胺转氨酶和0.1～0.2份二甲酸钾在45～50℃温度下加热2h制得。
2.如权利要求1所述的一种煤矿塌陷区铬污染土壤修复方法，其特征在于：所采用的网格多点法中的网格尺寸为（10～45）m×（10～45）m。
3.如权利要求1所述的一种煤矿塌陷区铬污染土壤修复方法，其特征在于：所述土壤改良颗粒的具体制备方法为：按照权利要求1所述重量比称取豆渣、牡丹籽壳、秸秆、竹炭粉、米糠蛋白、蒸馏水、谷氨酰胺转氨酶和二甲酸钾，将称取的牡丹籽壳和秸秆混合后放入粉碎机中粉碎为200～400目的粉末，将得到的粉末与竹炭粉、豆渣混合后烘干，然后置于造粒机中造粒，得到混合颗粒，再取米糠蛋白和蒸馏水混合后加入谷氨酰胺转氨酶和二甲酸钾并加热至45～50℃，保持该温度2小时，得到改性米糠蛋白溶液，再将改性米糠蛋白溶液喷涂到混合颗粒上，烘干后即制得土壤改良颗粒。
4.如权利要求1所述的一种煤矿塌陷区铬污染土壤修复方法，其特征在于：所述依据土壤铬含量测定结果将土壤划分等级是指：依据土壤铬含量测定结果，将土壤划分为五个等级，一级土壤的土壤铬含量低于365mg/kg，二级土壤的土壤铬含量不低于365mg/kg且低于449 mg/kg，三级土壤的土壤铬含量不低于449 mg/kg且低于578 mg/kg，四级土壤的土壤铬含量不低于578 mg/kg且低于712mg/kg，五级土壤的土壤含铬量不低于712mg/kg。
5.如权利要求4所述的一种煤矿塌陷区铬污染土壤修复方法，其特征在于：所述五个等级的土壤中所施加的微生物菌剂和土壤改良颗粒量为：网格内的土壤为一级土壤时，微生物菌剂的施撒量为每亩2～3kg，土壤改良颗粒的施撒量为每亩200～400kg；网格内的土壤为二级土壤时，微生物菌剂的施撒量为每亩3～5kg，土壤改良颗粒的施撒量为每亩400～600kg；网格内的土壤为三级土壤时，微生物菌剂的施撒量为每亩5～7kg，土壤改良颗粒的施撒量为每亩600～800kg；网格内的土壤为四级土壤时，微生物菌剂的施撒量为每亩7～9kg，土壤改良颗粒的施撒量为每亩800～1000kg；网格内的土壤为五级土壤时，微生物菌剂的施撒量为每亩9～11kg，土壤改良颗粒的施撒量为每亩1000～1200kg。
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