CN107159709B - 一种人为强化土壤自净作用修复重金属污染土壤的方法 - Google Patents

一种人为强化土壤自净作用修复重金属污染土壤的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种人为强化土壤自净作用修复重金属污染土壤的方法，其步骤为：翻耕重金属污染土壤，翻耕深度达到20‑40cm；翻耕后喷淋营养液，营养液的喷淋量为50‑80m3/亩；喷淋后4‑6 h在土壤表层覆膜，对室外温度小于15℃的地区，覆膜后并加盖保温材料，保持密闭性20‑40天；揭开密闭膜，再次翻耕土壤，翻耕深度达到15‑30cm；翻耕后喷淋营养液，营养液喷淋量为30‑50m3/亩，保持密闭性20‑40天，通过治理后，土壤中多种重金属有效态得到减少，不再被作物吸收。本发明方法绿色环保，每年可实施治理1‑2次，逐步改善土壤重金属污染状况，工艺简单，易于推广。

Description

一种人为强化土壤自净作用修复重金属污染土壤的方法
技术领域
本发明属于污染土壤修复治理技术，是一种降低土壤中重金属有效态的方法，特别是一种人为强化土壤自净作用修复重金属污染土壤的方法。
背景技术
土壤污染是一个全球性污染问题，直接关系到人类的健康发展。2014年环境保护部和国土资源部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》表明：全国耕地土壤点位超标率达到19.4%，矿区周围土壤超标点位占33.4%。污染类型以无机型为主，有机型次之，复合型污染比重较小，无机污染物超标点位数占全部超标点位的82.8%，主要为重金属污染。
土壤中重金属积累到一定程度，不仅会导致土壤退化，农作物产量和品质下降，而且还可以通过径流、淋失作用污染地表水和地下水，恶化水文环境，并可能直接毒害植物或通过食物链途径危害人体健康。目前，世界各国对土壤重金属污染修复技术进行广泛研究，取得相应进展，包括物理法、化学法、生物法等。
物理方法主要分为热处理法、隔离法、客土换土法、排土填埋法以及稀释法。但是无论哪种修复方法都不能很好的解决经济实用性和“二次破坏”、“二次污染”的问题。化学方法主要有化学固定法和土壤淋滤法等。用化学方法治理重金属污染土壤，其治理效果和费用都适中，对中轻度污染土壤特别适用，化学修复是在土壤原位上进行的修复技术，简单易行，但并不是一种永久修复措施，因该法只改变了重金属在土壤中存在的形态，金属元素仍保留在土壤中，容易再度活化导致“二次污染”。因此在实际应用此法进行土壤重金属污染的治理时，必须考虑如何监测土壤中重金属元素的生物有效性变化。生物法主要包括植物修复、微生物修复以及动物修复等三种方法。植物修复技术是一种以植物忍耐和超量富集某种污染物的理论为基础，利用自然生长或遗传工程培育的植物及其共存微生物体系，清除污染物的一种环境治理技术。存在治理普遍性弱，应用范围较小以及修复周期长等缺点。微生物法是利用土壤中某些微生物的生物活性对重金属具有吸收、沉淀、氧化和还原等作用，把重金属离子转化为低毒产物，从而降低土壤中重金属的毒性。对于微生物修复来说，在科研和实验室水平，其修复效果较好，放入现场条件，干扰因素复杂，可能出现新问题。动物修复法是利用土壤中某些动物（如蚯蚓、鼠类等）能吸收重金属的特性，在一定程度上降低污染土壤中重金属含量，达到动物修复重金属污染土壤的目的。由此可见，需要有更大的投入来探索更为先进有效和更为经济的污染土壤治理和修复的各项技术与方法。
发明内容
本发明的目的在于针对现有重金属土壤修复技术问题，提出一种人为强化土壤自净作用修复重金属污染土壤的方法，该方法采用绿色化的修复技术，每年可实施治理1-2次，对环境造成零污染，在农闲时操作，不影响耕作，有效使土壤中重金属污染情况得到好转。
为了实现上述发明目的，其具体的技术方案如下：
一种人为强化土壤自净作用修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）对于重金属污染土壤，翻耕土壤，翻耕深度达到20-40cm；
2）翻耕后喷淋营养液，营养液的喷淋量为50-80m3/亩；
3）当步骤2）的喷淋完成后：
对室外温度大于15℃的地区，喷淋完成后4-6h在土壤表层覆膜；
对室外温度小于15℃的地区，喷淋完成后4-6h在土壤表层覆膜，并加盖保温材料；
4）步骤3）的处理后保持密闭性20-40天；
5）揭开密闭膜，取样，翻耕土壤，翻耕深度达到15-30cm；
6）翻耕后喷淋营养液，营养液的喷淋量为30-50m3/亩；
7）当步骤6）的喷淋完成后：
对室外温度大于15℃的地区，喷淋完成后4-6h在土壤表层覆膜；
对室外温度小于15℃的地区，喷淋完成后4-6h在土壤表层覆膜，并加盖保温材料；
8）步骤7）的处理后保持密闭性20-40天；
9）揭开密闭膜，取样，检测土壤中重金属有效态。
本发明优选的，步骤1）中对于重金属污染土壤选取农闲时段进行翻耕，所述的农闲时段根据作物时间而确定，主要选择室外温度在5-35℃时进行翻耕。
本发明优选的，步骤2）中所述翻耕后4-6h喷淋营养液。
本发明优选的，步骤2）和步骤6）中所述营养液的配方为：MgSO4·7H2O 1-3g/L、酵母膏0.5-2.0g/L、KH2PO4 0.2-1.0g/L、Na2SO4 0.2-1.0g/L、NH4Cl 0.5-2.0g/L、C3H5O3Na0.5-4.0g/L、抗坏血酸 0.02-0.2g/L。
本发明优选的，步骤3）和步骤7）所述的膜为密封性能好的优质膜，颜色为深色。
本发明优选的，步骤3）和步骤7）所述的膜为聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯以及其他树脂制成的塑料膜，膜的厚度为0.05-0.20mm。
本发明优选的，步骤5）所述的揭开密闭膜后4-6h翻耕土壤。
本发明优选的，步骤6）中所述翻耕后4-6h喷淋营养液。
本发明优选的，步骤2）和步骤6）中所述保温材料均选择稻草。
对于步骤1）中，所述农闲时段根据作物时间而确定，一年四季均可，建议室外温度在5-35℃。
对于步骤5）和步骤9）中的取样，用于检测土壤中特定微生物数量，便于记录治理过程中的土壤性质变化。
对于步骤3）和步骤7）中所述保温材料均可以选择稻草等农村常见物。
本发明的有益效果如下：
本发明通过翻耕下层土壤，加入指定营养液，并覆膜密封，使土壤中常见的一类厌氧微生物在人为作用下，迅速繁殖生长，生长过程中产生的H2S与土壤中的重金属形成硫化金属沉淀，从而不被作物吸收，土壤重金属污染问题得到治理。治理结束后，揭膜，多余的H2S逸出，失去厌氧环境，土壤恢复正常，残余营养液继续为深层土壤中的厌氧微生物所利用，对土壤及作物无害。该修复法绿色环保，治理重金属土壤过程中对环境不构成污染，可每年实施操作1-2次，逐步改善土壤重金属污染状况，工艺简单，易于推广。
具体实施方式
实施例1
一种人为强化土壤自净作用修复重金属污染土壤的方法，包括如下步骤：
1）对于重金属污染土壤，翻耕土壤，翻耕深度达到20cm；
2）翻耕后喷淋营养液，营养液的喷淋量为50m3/亩；
3）当步骤2）的喷淋完成后：
对室外温度大于15℃的地区，喷淋完成后4h在土壤表层覆膜；
对室外温度小于15℃的地区，喷淋完成后4h在土壤表层覆膜，并加盖保温材料；
4）步骤3）的处理后保持密闭性20天；
5）揭开密闭膜，取样，翻耕土壤，翻耕深度达到15cm；
6）翻耕后喷淋营养液，营养液的喷淋量为30m3/亩；
7）当步骤6）的喷淋完成后：
对室外温度大于15℃的地区，喷淋完成后4h在土壤表层覆膜；
对室外温度小于15℃的地区，喷淋完成后4-6h在土壤表层覆膜，并加盖保温材料；
8）步骤7）的处理后保持密闭性20天；
9）揭开密闭膜，取样，检测土壤中重金属有效态。
实施例2
一种人为强化土壤自净作用修复重金属污染土壤的方法，包括如下步骤：
1）对于重金属污染土壤，翻耕土壤，翻耕深度达到40cm；
2）翻耕后喷淋营养液，营养液的喷淋量为80m3/亩；
3）当步骤2）的喷淋完成后：
对室外温度大于15℃的地区，喷淋完成后6h在土壤表层覆膜；
对室外温度小于15℃的地区，喷淋完成后6h在土壤表层覆膜，并加盖保温材料；
4）步骤3）的处理后保持密闭性40天；
5）揭开密闭膜，取样，翻耕土壤，翻耕深度达到30cm；
6）翻耕后喷淋营养液，营养液的喷淋量为50m3/亩；
7）当步骤6）的喷淋完成后：
对室外温度大于15℃的地区，喷淋完成后6h在土壤表层覆膜；
对室外温度小于15℃的地区，喷淋完成后6h在土壤表层覆膜，并加盖保温材料；
8）步骤7）的处理后保持密闭性40天；
9）揭开密闭膜，取样，检测土壤中重金属有效态。
实施例3
一种人为强化土壤自净作用修复重金属污染土壤的方法，包括如下步骤：
1）对于重金属污染土壤，翻耕土壤，翻耕深度达到30cm；
2）翻耕后喷淋营养液，营养液的喷淋量为65m3/亩；
3）当步骤2）的喷淋完成后：
对室外温度大于15℃的地区，喷淋完成后5h在土壤表层覆膜；
对室外温度小于15℃的地区，喷淋完成后5h在土壤表层覆膜，并加盖保温材料；
4）步骤3）的处理后保持密闭性30天；
5）揭开密闭膜，取样，翻耕土壤，翻耕深度达到23cm；
6）翻耕后喷淋营养液，营养液的喷淋量为40m3/亩；
7）当步骤6）的喷淋完成后：
对室外温度大于15℃的地区，喷淋完成后5h在土壤表层覆膜；
对室外温度小于15℃的地区，喷淋完成后5h在土壤表层覆膜，并加盖保温材料；
8）步骤7）的处理后保持密闭性30天；
9）揭开密闭膜，取样，检测土壤中重金属有效态。
实施例4
一种人为强化土壤自净作用修复重金属污染土壤的方法，包括如下步骤：
1）对于重金属污染土壤，翻耕土壤，翻耕深度达到21cm；
2）翻耕后喷淋营养液，营养液的喷淋量为60m3/亩；
3）当步骤2）的喷淋完成后：
对室外温度大于15℃的地区，喷淋完成后4.5h在土壤表层覆膜；
对室外温度小于15℃的地区，喷淋完成后5.5h在土壤表层覆膜，并加盖保温材料；
4）步骤3）的处理后保持密闭性33天；
5）揭开密闭膜，取样，翻耕土壤，翻耕深度达到16cm；
6）翻耕后喷淋营养液，营养液的喷淋量为36m3/亩；
7）当步骤6）的喷淋完成后：
对室外温度大于15℃的地区，喷淋完成后5.5h在土壤表层覆膜；
对室外温度小于15℃的地区，喷淋完成后4.5h在土壤表层覆膜，并加盖保温材料；
8）步骤7）的处理后保持密闭性38天；
9）揭开密闭膜，取样，检测土壤中重金属有效态。
实施例5
在实施例1-4的基础上：
优选的，步骤1）中对于重金属污染土壤选取农闲时段进行翻耕，所述的农闲时段根据作物时间而确定，选择室外温度在5-35℃时进行翻耕。
优选的，步骤2）中所述翻耕后4h喷淋营养液。
优选的，步骤2）和步骤6）中所述营养液的配方为：MgSO4·7H2O 1g/L、酵母膏0.5g/L、KH2PO4 0.2g/L、Na2SO4 0.2g/L、NH4Cl 0.5g/L、C3H5O3Na 0.5g/L、抗坏血酸 0.02g/L。
优选的，步骤3）和步骤7）所述的膜为密封性能好的优质膜，颜色为深色。
优选的或者进一步的，步骤3）和步骤7）所述的膜为聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯或聚苯乙烯制成的塑料膜，膜的厚度为0.05mm。
优选的，步骤5）所述的揭开密闭膜后4h翻耕土壤。
优选的，步骤6）中所述翻耕后4h喷淋营养液。
优选的，步骤2）和步骤6）中所述保温材料均选择稻草。
实施例6
在实施例1-4的基础上：
优选的，步骤1）中对于重金属污染土壤选取农闲时段进行翻耕，所述的农闲时段根据作物时间而确定，选择室外温度在5-35℃时进行翻耕。
优选的，步骤2）中所述翻耕后6h喷淋营养液。
优选的，步骤2）和步骤6）中所述营养液的配方为：MgSO4·7H2O 3g/L、酵母膏2.0g/L、KH2PO4 1.0g/L、Na2SO4 1.0g/L、NH4Cl 2.0g/L、C3H5O3Na 4.0g/L、抗坏血酸 0.2g/L。
优选的，步骤3）和步骤7）所述的膜为密封性能好的优质膜，颜色为深色。
优选的或者进一步的，步骤3）和步骤7）所述的膜为聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯或聚苯乙烯制成的塑料膜，膜的厚度为0.20mm。
优选的，步骤5）所述的揭开密闭膜后6h翻耕土壤。
优选的，步骤6）中所述翻耕后6h喷淋营养液。
优选的，步骤2）和步骤6）中所述保温材料均选择稻草。
实施例7
在实施例1-4的基础上：
优选的，步骤1）中对于重金属污染土壤选取农闲时段进行翻耕，所述的农闲时段根据作物时间而确定，选择室外温度在5-35℃时进行翻耕。
优选的，步骤2）中所述翻耕后5h喷淋营养液。
优选的，步骤2）和步骤6）中所述营养液的配方为：MgSO4·7H2O 2g/L、酵母膏1.25g/L、KH2PO4 0.6g/L、Na2SO4 0.6g/L、NH4Cl 1.25g/L、C3H5O3Na 2.25g/L、抗坏血酸0.11g/L。
优选的，步骤3）和步骤7）所述的膜为密封性能好的优质膜，颜色为深色。
优选的或者进一步的，步骤3）和步骤7）所述的膜为聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯或聚苯乙烯制成的塑料膜，膜的厚度为0.125mm。
优选的，步骤5）所述的揭开密闭膜后5h翻耕土壤。
优选的，步骤6）中所述翻耕后5h喷淋营养液。
优选的，步骤2）和步骤6）中所述保温材料均选择稻草。
实施例8
在实施例1-4的基础上：
优选的，步骤1）中对于重金属污染土壤选取农闲时段进行翻耕，所述的农闲时段根据作物时间而确定，选择室外温度在5-35℃时进行翻耕。
优选的，步骤2）中所述翻耕后4.5h喷淋营养液。
优选的，步骤2）和步骤6）中所述营养液的配方为：MgSO4·7H2O 1.2g/L、酵母膏0.7g/L、KH2PO4 0.9g/L、Na2SO4 0.8g/L、NH4Cl 1.5g/L、C3H5O3Na 3.1g/L、抗坏血酸 0.07g/L。
优选的，步骤3）和步骤7）所述的膜为密封性能好的优质膜，颜色为深色。
优选的或者进一步的，步骤3）和步骤7）所述的膜为聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯或聚苯乙烯制成的塑料膜，膜的厚度为0.16mm。
优选的，步骤5）所述的揭开密闭膜后5.5h翻耕土壤。
优选的，步骤6）中所述翻耕后5.5h喷淋营养液。
优选的，步骤2）和步骤6）中所述保温材料均选择稻草。
实施例9
取某一山顶旱地土壤为治理目标，治理期内，室外温度为25-32℃。翻耕土壤，翻耕深度为40cm，翻耕后喷淋营养液，营养液的喷淋量为80m3/亩，在土壤表层覆膜，保持密闭性40天，揭开密闭膜，取样（检测土壤中特定微生物数量），再次翻耕土壤，翻耕深度为30cm，翻耕后喷淋营养液，营养液的喷淋量为50m3/亩，在土壤表层覆膜，保持密闭性40天，揭开密闭膜，取样，检测土壤中重金属有效态。
经测定，治理前土壤中的污染重金属为As、Cu、Cr和Ni，其有效态分别为0.014ppm、5.39ppm、1.86ppm和5.84ppm，治理后土壤中As、Cu、Cr和Ni的有效态分别降为0.011ppm、4.62ppm、1.04ppm和4.86ppm，治理效率分别为21.43%、14.29%、44.09%和16.78%。
实施例10
取某一山顶旱地土壤为治理目标，治理期内，室外温度为5-15℃。翻耕土壤，翻耕深度为20cm，翻耕后喷淋营养液，营养液的喷淋量为50m3/亩，在土壤表层覆膜并加盖稻草保温，保持密闭性20天，揭开密闭膜，取样（检测土壤中特定微生物数量），再次翻耕土壤，翻耕深度为15cm，翻耕后喷淋营养液，营养液的喷淋量为30m3/亩，在土壤表层覆膜并加盖稻草保温，保持密闭性20天，揭开密闭膜，取样，检测土壤中重金属有效态。
经测定，治理前土壤中的污染重金属为As、Cu、Cr和Ni，其有效态分别为0.014ppm、5.39ppm、1.86ppm和5.84ppm，治理后土壤中As、Cu、Cr和Ni的有效态分别降为0.012ppm、4.67ppm、1.18ppm和5.02ppm，治理效率分别为14.29%、13.36%、36.56%和14.04%。
实施例11
取某一冶炼厂附近旱地土壤为治理目标，治理期内，室外温度为26-34℃。翻耕土壤，翻耕深度为40cm，翻耕喷淋营养液，营养液的喷淋量为80m3/亩，在土壤表层覆膜，保持密闭性40天，揭开密闭膜，取样（检测土壤中特定微生物数量），再次翻耕土壤，翻耕深度为30cm，翻耕后喷淋营养液，营养液的喷淋量为50m3/亩，在土壤表层覆膜，保持密闭性40天，揭开密闭膜，取样，检测土壤中重金属有效态。
经测定，治理前土壤中的污染重金属为Cd和Zn，其有效态分别为2.08ppm和212ppm，治理后土壤中Cd和Zn的有效态分别降为1.27ppm和150ppm，治理效率分别为38.94%和29.25%。
实施例12
取某一冶炼厂附近旱地土壤为治理目标，治理期内，室外温度为10-15℃。翻耕土壤，翻耕深度为20cm，翻耕后喷淋营养液，营养液的喷淋量为50m3/亩，在土壤表层覆膜并加盖稻草保温，保持密闭性20天，揭开密闭膜，取样（检测土壤中特定微生物数量），再次翻耕土壤，翻耕深度为15cm，翻耕后喷淋营养液，营养液的喷淋量为30m3/亩，在土壤表层覆膜并加盖稻草保温，保持密闭性20天，揭开密闭膜，取样，检测土壤中重金属有效态。
经测定，治理前土壤中的污染重金属为Cd和Zn，其有效态分别为2.08ppm和212ppm，治理后土壤中Cd和Zn的有效态分别降为1.34ppm和143ppm，治理效率分别为35.58%和32.55%。

Claims (8)

1.一种人为强化土壤自净作用修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）对于重金属污染土壤，翻耕土壤，翻耕深度达到20-40cm；
2）翻耕后喷淋营养液，营养液的喷淋量为50-80m3/亩；
3）当步骤2）的喷淋完成后：
对室外温度大于15℃的地区，喷淋完成后4-6h在土壤表层覆膜；
对室外温度小于15℃的地区，喷淋完成后4-6h在土壤表层覆膜，并加盖保温材料；
4）步骤3）的处理后保持密闭性20-40天；
5）揭开密闭膜，取样，翻耕土壤，翻耕深度达到15-30cm；
6）翻耕后喷淋营养液，营养液的喷淋量为30-50m3/亩；
7）当步骤6）的喷淋完成后：
对室外温度大于15℃的地区，喷淋完成后4-6h在土壤表层覆膜；
对室外温度小于15℃的地区，喷淋完成后4-6h在土壤表层覆膜，并加盖保温材料；
8）步骤7）的处理后保持密闭性20-40天；
9）揭开密闭膜，取样，检测土壤中重金属有效态；
所述步骤2）和步骤6）中所述营养液的配方为：MgSO4·7H2O1-3g/L、酵母膏0.5-2.0g/L、KH2PO40.2-1.0g/L、Na2SO40.2-1.0g/L、NH4Cl0.5-2.0g/L、C3H5O3Na0.5-4.0g/L、抗坏血酸0.02-0.2g/L。
2.根据权利要求1所述的一种人为强化土壤自净作用修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：步骤1）中对于重金属污染土壤选取农闲时段进行翻耕，所述的农闲时段根据作物时间而确定，选择室外温度在5-35℃时进行翻耕。
3.根据权利要求1所述的一种人为强化土壤自净作用修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：步骤2）中所述翻耕后4-6h喷淋营养液。
4.根据权利要求1所述的一种人为强化土壤自净作用修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：步骤3）和步骤7）所述的膜为密封性能好的优质膜，颜色为深色。
5.根据权利要求1或4所述的一种人为强化土壤自净作用修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：步骤3）和步骤7）所述的膜为聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯或聚苯乙烯制成的塑料膜，膜的厚度为0.05-0.20mm。
6.根据权利要求1所述的一种人为强化土壤自净作用修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：步骤5）所述的揭开密闭膜后4-6h翻耕土壤。
7.根据权利要求1所述的一种人为强化土壤自净作用修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：步骤6）中所述翻耕后4-6h喷淋营养液。
8.根据权利要求1所述的一种人为强化土壤自净作用修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：步骤3）和步骤7）中所述保温材料均选择稻草。
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