CN107457254B - 植物动物联合高效修复重金属污染土壤的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了了一种植物动物联合高效修复重金属污染土壤的方法，该方法通过蚯蚓繁殖规模化，批量化生产蚯蚓卵，防止直接将蚯蚓卵接种到土壤中，高浓度污染造成大批量的死亡。利用前期种植的青苗植物，作为饲料，降低了蚯蚓繁殖的成本，降低了对堆放场地的需求，将植物和蚯蚓养殖器间隔条状设置，同时蚯蚓养殖器既方便放置，减少蚯蚓卵施加均匀的处理难度，同时采用可降解植物纤维设置，无需回收利用，加快了处理效率，同时方便大规模高效处理。使用分离输送带进行回收蚯蚓，大大加快土壤的处理效率和降低了分离难度和成本。蚯蚓养殖器设置有蚯蚓缓释胶囊，防止蚯蚓大批量同时死亡，根据降解过程缓慢释放，梯度修复。

Description

植物动物联合高效修复重金属污染土壤的方法和系统

技术领域

本发明属于环境污染治理中的土壤重金属污染治理技术领域。具体涉及一种植物动物联合高效修复污染土壤的方法及系统。

背景技术

重金属污染土壤的治理是一个社会性难题，现有修复技术包括如下：

工程修复法：主要包括换土、客土和翻土三种方法。翻土适用于轻度污染的土壤，客土和换土适用于重度污染的土壤。这三种方法，可以稀释土壤中重金属的浓度， 减少重金属对植物的毒害。工程修复法比较稳定、彻底,但实施工程量大、投资成本较高，既会破坏土壤内部结构，而且换出的污土如何堆放和如何治理也是一个难题。

物理化学修复法：土壤重金属污染的物理化学修复法包括热修复、电修复和土壤淋洗这三种方法。电修复法是在电场力作用下，将重金属等污染物迁移到一起，累积于一层，再将污染物分离后集中收集处理。热修复法利用了污染物的热挥发性，对土壤进行加热，使重金属污染物从土壤颗粒中解吸出来。土壤淋洗法是利用淋洗液把土壤固相中的重金属污染物转移到液相中去，再将富集重金属的废水进行处理的方法。但这些方法成本都较高，操作起来也较难。

化学修复法：土壤化学修复技术是通过添加一些化学试剂，来改变重金属在土壤中的存在形式。目前应用最多的方法是直接向土壤中添加改良剂使重金属元素得以稳定。化学修复法的优点是简单易行，但它只是改变了重金属在土壤中的存在形式，并没有从根本上降低其在土壤中的含量，金属污染物仍累积在土壤中，很容易再度活化危害植物。

生物修复法：生物修复技术是目前土壤重金属污染治理的新兴方法， 包括动、植物修复。生物修复法效果良好，操作简便，现在越来越受到人们的提倡与重视。它是以植物忍耐和超量积累某种或某些化学元素的理论为基础，不仅实验成本较低， 而且不破坏土壤内部的生态结构。依据作用机理我们可以将其分为植物稳定、植物提取、植物挥发三种。近几年对于土壤重金属污染植物修复技术的研究主要集中在超富集植物的筛选上。植物稳定(Phytostabilization) 是耐性植物利用其自身的机械稳定作用和吸收沉淀作用来固定土壤重金属的方式，其中包括了分解、沉淀、螯合、氧化还原等多个过程，这些过程能降低重金属的生物有效性，防止其进入水体或食物链。植物提取(Phytoextraction)是利用重金属超富集植物的吸收和转运能力，将土壤中的一种或几种重金属转移并保存在地上部分， 随后收集地上部分并集中处理。这一定义最早是由Chaney 提出的，近几年已经被公认为土壤重金属污染最具备潜力的修复技术。植物挥发(Phytovolatilization) 是指利用植物根系分泌的一些特殊物质或微生物使土壤中的汞、硒转化为挥发形态以去掉其污染的一种方法。这类方法只局限于挥发性污染物， 应用的范围较小，而这类方法会将土壤中的污染物转移到大气中，具有很高的环境风险。

动物修复法：动物修复技术是利用土壤中的某些低等动物吸收土壤中的重金属，从而在一定程度上降低土壤中重金属的含量，达到修复土壤的目的。

但是，现有技术使用动物如蚯蚓进行处理的时候，蚯蚓在高浓度污染下，极易发生批量死亡，同时现有技术多采用单一修复方法，同时现有技术对污染土壤处理的效率较低，无法规模化高效处理污染土壤，最后，蚯蚓和土壤的分离过程中，蚯蚓分离效率交叉，常常造成蚯蚓的死亡。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服上述现有的缺陷和不足，提供一种结合蚯蚓繁殖规模化、物理方法、植物修复、同时结合蚯蚓缓释和蚯蚓快速分离方法，能够大规模高效处理重金属污染土壤的修复方法和系统。

本发明的第一目的在于提供植物动物联合高效修复重金属污染土壤，包括如下步骤：

（1）在重金属污染土壤修复区中种植植物，植物生长至成苗后对其地上部分青苗进行刈割，青苗晒干后碾碎成饲料备用；

（2）利用所述饲料，添加蝇蛆养殖残渣和辅料构成培养料，规模化独立养殖并培育蚯蚓，规模化收集蚯蚓卵备用；

（3）制备管壁带孔的圆管状蚯蚓养殖器，将蚯蚓卵或蚯蚓幼体以及培养料转移至蚯蚓养殖器中，所述蚯蚓养殖器由可生物降解的植物纤维制成；

（4）在重金属污染土壤修复区中间隔开设深浅不同的沟槽，在沟槽中铺设所述蚯蚓养殖器，任意沟槽之间按季节不同呈条状间隔种植不同植物；

（5）植物生长至30-120天时，对其地上部分进行刈割青苗，部分青苗晒干后碾碎成饲料用于循环培育蚯蚓并获得蚯蚓卵；

（6）刈割青苗后，采用高温法或振动法或喷水法或自然光照法收集蚯蚓，使用种植设备如耕土机将残留的蚯蚓养殖器破碎，土壤深耕、翻开并平整；

（7）重复步骤（3）-（6）。

（8）本发明方法进一步设置为， 所述植物包括黑麦草、海洲香薷、蜈蚣草等植物中的一种或多种。

本发明方法进一步设置为， 所述黑麦草的种植方法为幼苗移植。

本发明方法进一步设置为， 所述高温法包括将（6）中污染土壤收集并平铺成薄层并放入分离输送带中，在分离输送带的上方一侧设置强光带，另一侧设置暗室；在分离输送带的下方设置高温区和施加间歇式超声波振动，另一侧设置低温区，在高温 、光照、振动的综合作用下，驱使蚯蚓快速爬往分离输送带的另一侧并快速规模化收集蚯蚓。所述低温区还设置有引诱剂来快速收集蚯蚓，引诱剂包括腐烂的苹果。

本发明方法进一步设置为，所述土壤中重金属包括Pb、Cd、Cu，

本发明方法进一步设置为，所述Pb、Cd、Cu土壤中浓度：Pb≤1145.015mg/kg、Cd≤5.65mg/kg、Cu≤1270.561mg/kg。

本发明方法进一步设置为，所述修复污染土壤的时间至少为1年。

本发明方法进一步设置为， （4）中还包括根据监测的蚯蚓死亡结果，往蚯蚓养殖器中添加蚯蚓卵或蚯蚓的过程。

本发明的第二目的在于提供一种植物动物联合高效修复重金属污染土壤的系统，所述系统包括蚯蚓繁殖培育车间、分离输送带和回泥输送带、翻耕设备，蚯蚓养殖器；

蚯蚓养殖器，其为管壁带孔的圆管状，其内设有培养料和蚯蚓，其顶部插有加蚯蚓管，所述加蚯蚓管内设有加氧管和滴液管，其下底设有集液槽；

分离输送带，其包括由湿润的缓冲带相连并呈高低设置的左分离输送带和右分离输送带，所述左分离输送带的上方设有强光带，所述强光带由左至右依次设有多个光线由强至弱设置的多个光照灯构成，所述左分离输送带的底部设有高温区，其包括热风机和超声波振动发生器；右分离输送带设有由挡板围成的箱体，箱体内构成暗室。

本发明系统进一步设置为，所述蚯蚓养殖器还设有逐步释放蚯蚓卵的胶囊化蚯蚓缓释胶囊，所述缓释胶囊由可降解的淀粉外壳，淀粉外壳内封装有多个蚯蚓卵。

本发明具有以下有益效果：

1.蚯蚓繁殖规模化，批量化生产蚯蚓卵，防止直接将蚯蚓卵接种到土壤中，高浓度污染造成大批量的死亡。

2.利用前期种植的青苗植物，作为饲料，降低了蚯蚓繁殖的成本，同时解决了部分青苗的处理，降低了对堆放场地的需求。

3.将植物和蚯蚓养殖器间隔条状设置，同时蚯蚓养殖器既方便放置，减少蚯蚓卵施加均匀的处理难度，同时采用可降解植物纤维设置，无需回收利用，加快了处理效率，同时方便大规模高效处理。

4.使用分离输送带进行回收蚯蚓，同时在回收的过程中对也可以土壤进行高温和光照物理处理，大大加快土壤的处理效率，同时蚯蚓使用高温和光照进行分离，大大降低了分离难度，无需过筛，大大降低了成本。

5. 蚯蚓养殖器设置有蚯蚓缓释胶囊，防止蚯蚓大批量同时死亡，根据降解过程缓慢释放，梯度修复。

附图说明：

图1为本发明系统的修复示意图。

图2为本发明系统示意图。

图3为本发明分离输送带剖视结构示意图。

图4为蚯蚓养殖器截面示意图。

具体实施方式：

以下结合具体实施方法进一步说明本发明，但是实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备均为本技术领域常规试剂、方法和设备。

实施例1

一种植物动物联合高效修复重金属污染土壤的系统，所述系统包括蚯蚓繁殖培育车间7、分离输送带9和回泥输送带8（普通输送带）、翻耕设备10，蚯蚓养殖器1；

蚯蚓养殖器1，其为管壁带孔的圆管状，其内设有培养料和蚯蚓5；，其顶部插有加蚯蚓管111，所述加蚯蚓管111内设有加氧管112和滴液管113，其下底设有集液槽114；

分离输送带9，其为波纹挡边或裙边输送带，其倾斜设置，其上设置有4条波纹挡边99，并通过4条波纹档边99将输送带分割成三部分，包括由湿润的缓冲带93相连并呈高低设置的左分离输送带91和右分离输送带92，所述左分离输送带的上方设有强光带，所述强光带由左至右依次设有多个光线由强至弱设置的多个光照灯94构成，所述左分离输送带的底部设有高温区，其包括热风机95和超声波振动发生器96；右分离输送带设有由挡板围成的箱体97，箱体97内构成暗室。缓冲带包括顶部的间歇式喷头98和设置在缓冲带上的水分传感器。

所述蚯蚓养殖器还设有逐步释放蚯蚓卵的胶囊化蚯蚓缓释胶囊，所述缓释胶囊由可降解的淀粉外壳2，淀粉外壳内封装有多个蚯蚓卵3。

本发明的方法包括如下步骤：

（1）在重金属污染土壤修复区中种植植物4，植物4生长至成苗后对其地上部分青苗进行刈割，青苗晒干后碾碎成饲料备用；

（2）利用所述饲料，添加蝇蛆养殖残渣和辅料构成培养料，规模化独立养殖并培育蚯蚓，规模化收集蚯蚓卵备用；

（3）制备管壁带孔的圆管状蚯蚓养殖器1，将蚯蚓卵或蚯蚓5幼体以及培养料转移至蚯蚓养殖器1中，所述蚯蚓养殖器由可生物降解的植物纤维制成；

（4）在重金属污染土壤修复区中间隔开设深浅不同的沟槽，在沟槽中铺设所述蚯蚓养殖器1，任意沟槽之间按季节不同呈条状间隔种植不同植物4；步骤（4）中还包括根据监测的蚯蚓死亡结果，往蚯蚓养殖器中添加蚯蚓卵或蚯蚓的过程。

（5）植物生长至30-120天时，对其地上部分进行刈割青苗，部分青苗晒干后碾碎成饲料用于循环培育蚯蚓并获得蚯蚓卵；

（6）刈割青苗后，采用高温法或振动法或喷水法或自然光照法收集蚯蚓5，使用种植设备如耕土机将残留的蚯蚓养殖器1破碎，土壤深耕、翻开并平整；

（7）重复步骤（3）-（6）。

所述植物包括黑麦草、海洲香薷、蜈蚣草等植物中的一种或多种。所述黑麦草的种植方法为幼苗移植。

本发明方法进一步设置为， 所述高温法包括将（6）中污染土壤收集并平铺成薄层并放入分离输送带中，在分离输送带的上方一侧设置强光带，另一侧设置暗室；在分离输送带的下方设置高温区和施加间歇式超声波振动，另一侧设置低温区，所述低温区还设置有引诱剂来快速收集蚯蚓，引诱剂包括腐烂的苹果。

在高温 、光照、振动、引诱剂的综合作用下，驱使蚯蚓快速爬往分离输送带的另一侧并快速规模化收集蚯蚓。蚯蚓同时通过分离输送带输送回蚯蚓繁殖培育车间，而土壤则通过土壤返回输送带返回输送到重金属污染土壤修复区中。利用光照、振动、水分等使得蚯蚓快速从左被驱赶到右边，同时由于分离输送带上的土壤较薄，使得光线能够深入到松散的土壤缝隙中。

所述土壤中重金属包括Pb、Cd、Cu，

所述Pb、Cd、Cu土壤中浓度：Pb≤1145.015mg/kg、Cd≤5.65mg/kg、Cu≤1270.561mg/kg。

所述修复污染土壤的时间至少为1年。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.植物动物联合高效修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）在重金属污染土壤修复区中种植植物，植物生长至成苗后对其地上部分青苗进行刈割，青苗晒干后碾碎成饲料备用；

（2）利用所述饲料，添加蝇蛆养殖残渣和辅料构成培养料，规模化独立养殖并培育蚯蚓，规模化收集蚯蚓卵备用；

（3）制备管壁带孔的圆管状蚯蚓养殖器，将蚯蚓卵或蚯蚓幼体以及培养料转移至蚯蚓养殖器中，所述蚯蚓养殖器由可生物降解的植物纤维制成；

（4）在重金属污染土壤修复区中间隔开设深浅不同的沟槽，在沟槽中铺设所述蚯蚓养殖器，任意沟槽之间按季节不同呈条状间隔种植不同植物；

（5）植物生长至30-120天时，对其地上部分进行刈割青苗，部分青苗晒干后碾碎成饲料用于循环培育蚯蚓并获得蚯蚓卵；

（6）刈割青苗后，采用高温法或振动法或喷水法或自然光照法收集蚯蚓，使用耕土机将残留的蚯蚓养殖器破碎，土壤深耕、翻开并平整；

（7）重复步骤（3）-（6）。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述植物为黑麦草、海洲香薷、蜈蚣草中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述黑麦草的种植方法为幼苗移植。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述（6）中包括污染土壤收集并平铺成薄层并放入分离输送带中，在分离输送带的上方一侧设置强光带，另一侧设置暗室；在分离输送带的下方设置高温区和施加间歇式超声波振动，另一侧设置低温区，在高温 、光照、振动的综合作用下，驱使蚯蚓快速爬往分离输送带的另一侧并快速规模化收集蚯蚓，所述低温区还设置有引诱剂来快速收集蚯蚓，引诱剂包括腐烂的苹果。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述土壤中重金属包括Pb、Cd、Cu。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述Pb、Cd、Cu土壤中浓度：Pb≤1145.015mg/kg、Cd≤5.65mg/kg、Cu≤1270.561mg/kg。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述植物动物联合高效修复重金属污染土壤的时间至少为1年。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述（4）中还包括根据监测的蚯蚓死亡结果，往蚯蚓养殖器中添加蚯蚓卵或蚯蚓的过程。

9.植物动物联合高效修复重金属污染土壤的系统，其特征在于，所述系统包括蚯蚓繁殖培育车间、分离输送带和回泥输送带、翻耕设备，蚯蚓养殖器；

蚯蚓养殖器，其为管壁带孔的圆管状，其内设有培养料和蚯蚓，其顶部插有加蚯蚓管，所述加蚯蚓管内设有加氧管和滴液管，其下底设有集液槽；

分离输送带，其包括由湿润的缓冲带相连并呈高低设置的左分离输送带和右分离输送带，所述左分离输送带的上方设有强光带，所述强光带由左至右依次设有多个光线由强至弱设置的多个光照灯构成，所述左分离输送带的底部设有高温区，其包括热风机和超声波振动发生器；右分离输送带设有由挡板围成的箱体，箱体内构成暗室。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述蚯蚓养殖器还设有逐步释放蚯蚓卵的胶囊化蚯蚓缓释胶囊，所述缓释胶囊包括可降解的淀粉外壳，淀粉外壳内封装有多个蚯蚓卵。

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