CN107470351A - 一种生态友好型原位快速生物修复土壤重金属污染方法及应用 - Google Patents

Abstract

一种生态友好型原位快速生物修复土壤重金属污染方法及应用，该技术属于环境保护领域。该技术通过以下步骤实现：在重金属污染的土壤中加入适量植物秸秆，大葱和/或大蒜秸秆，菜籽饼，翻动，添加适量脱硫弧菌，脱硫单胞菌，脱硫叶菌等，反复反动土壤跟添加物拌匀，灌水，上面覆盖塑料薄膜密封，5‑7天彻底翻动一次，连续翻动6‑8次，可以将污染土壤中的重金属大部分固化沉淀和钝化，大幅降低重金属生物活性和溶解性，从而消除土壤重金属污染及其毒害，保护环境。

Description

一种生态友好型原位快速生物修复土壤重金属污染方法及 应用

技术领域

本发明属于环境保护领域，特别涉及一种生态友好型原位快速生物修复土壤重金属污染方法及应用。

背景技术

重金属是指相对密度在5以上的金属，约45种，包括铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Zn)、锡(Sn)、镍(Ni)、钴(Co)、锑(Sb)、汞(Hg)、镉(Cd)和铋(Bi)等。砷(As)虽不属于重金属，但因其来源以及危害都与重金属相似，故通常列入重金属类进行研究讨论。

随着人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动日益增多，重金属的使用越来越广，重金属污染也越来越严重，重金属在世界各国均被列为第一污染物，重金属环境污染已成为一个刻不容缓的世界性课题。

重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染。主要由采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因素所致。主要来自农药、废水、污泥和大气沉降等，如汞主要来自含汞废水，镉、铅污染主要来自冶炼排放和汽车废气沉降，砷则被大量用作杀虫剂、杀菌剂、杀鼠剂和除草剂。因人类活动导致环境中的重金属含量增加，超出正常范围，并导致环境质量恶化。重金属的污染主要来源工业污染，其次是交通污染和生活垃圾污染。工业污染大多通过废渣、废水、废气排入环境，在人和动物、植物中富集，从而对环境和人的健康造成很大的危害，工业污染的治理可以通过一些技术方法、管理措施来降低它的污染，最终达到国家的污染物排放标准；交通污染主要是汽车尾气的排放，国家制定了一系列的管理办法，例如：使用乙醇汽油、安装汽车尾气净化器等；生活污染主要是一些生活垃圾的污染，废旧电池、破碎的照明灯、没有用完的化妆品、上彩釉的碗碟等，对于重金属的污染只要我们从其来源加以控制，就多多少少可以减少重金属污染。

水体和大气的污染比较直观，严重时通过人的感官即能发现：而土壤污染则往往要通过农作物包括粮食、蔬菜、水果或牧草以及摄食的人或动物的健康状况才能反映出来，从遭受污染到产生恶果有一个相当长的逐步积累过程，具有隐蔽性或潜伏性。日本的第二公害病——痛痛病60年代发生于富山县神通川流域，直至70年代才基本证实是镉污染土壤所生产的“镉米”所致。土壤环境中重金属的生物作用，主要是指植物通过根系从土壤中吸收某些化学形态的重金属，并在植物体内累积起来，这种迁移既可认为是植物对土壤的净化，亦可认为是污染土壤对植物的危害。累积下来的重金属物质可以通过食物链的关系，逐级传递到食物链的顶层，也就是我们人类，这样在人类体内累积下来的量也就成为植物体内的好几倍、十几倍甚至几十倍，这也就是自然界中的生物放大作用。

土壤一旦遭到污染后极难恢复，重金属元素对土壤的污染是一个不可逆过程，而许多有机化学物质的污染也需要一个比较长的降解时间，例如1966年冬至1977年春，沈阳抚顺污水灌区发生的石油、酚类以及后来张土灌区的镉污染，造成大面积的土壤毒化、水稻矮化、稻米异味、含镉量超过食品卫生标准。经过十余年的艰苦努力，包括施用改良剂、深翻、清灌、客土、选择品种等各种措施，才逐步恢复其部分生产力，付出了大量的劳力和代价。

2008年以来，全国已发生百余起重大污染事故，包括砷、镉、铅等重金属污染事故达30多起。频繁爆发的污染事故损失惨重，不仅增加了环境保护治理成本，也使社会稳定成本大增，而土壤污染修复所需的费用更是天价。污染的加剧导致土壤中的有益菌大量减少，土壤质量下降，自净能力减弱，影响农作物的产量与品质，危害人体健康，甚至出现环境报复风险。一是生态关系失衡，引起生态环境恶化。由于土壤污染的隐蔽性或潜伏性、以及它的不可逆性或长期性，因而往往通过食物链危害动物和人体的健康。研究表明，土壤和粮食的污染与一些地区居民肝肿大之间有着明显的剂量-反应关系，污灌引起的污染越严重，人群的肝肿大串越高。土壤一经重金属污染后，能较长时间存留在土壤中，难以消除，残留时间长，危害作用大，经作物吸收后进入食物链危害人畜健康。进入土壤的污染物，隐蔽性强，又难于消除，因此，土壤污染常被人们忽视，造成更大的危害。

随着全球经济化的迅速发展，含重金属的污染物通过各种途径进入土壤，造成土壤严重污染。土壤重金属污染可影响农作物产量和质量的下降，并可通过食物链危害人类的健康，也可以导致大气和水环境质量的进一步恶化。因此引起世界各国的广泛重视。目前，世界各国土壤存在不同程度的重金属污染，全世界平均每年排放Hg约1.5万t、Cu约340万t、Pb约500万t、Mn约1500万t、Ni约100万t。中国北方大城市的蔬菜基地和部分商品粮基地也存在不同程度的重金属污染，如北京、天津、西安、沈阳、济南、长春、郑州等地。南方相对较轻，如福州、宁波、上海、武汉、成都等地。

土壤重金属污染将会造成生态系统的严重破坏。从中国土壤资源状况看，到2010年底中国人均耕地仅为0.1hm²，而且随着今后中国经济社会的发展如生态退耕、农业结构调整及自然灾害损毁等，土壤资源将进一步减少。因而如何有效地控制及治理土壤重金属的污染，改良土壤质量，将成为生态环境保护工作中十分重要的一项内容。

2016年，国家环境保护部已审议通过《土壤污染防治行动计划》，《土壤污染防治行动计划》是一项投资规模巨大的工程，也将是一项长期工程，正将有步骤，分阶段逐步实施。随着6个土壤保护和污染治理的重点示范区项目的落实，将促进我国土壤污染修复的加速发展。由于土壤重金属污染物毒性强，不移动，隐秘性强，被生物体摄入后可能沿着食物链浓缩放大，其中一些有机污染物具有致癌、致畸、致突变性，有的还具有内分泌干扰作用，对人类和动物危害很大。土壤重金属污染土壤修复将逐步成为土壤修复的重点。应该说土壤修复市场前景广阔，而且土壤重金属污染修复将越来越受到重视。但是，尽管未来市场空间巨大，由于土壤治理相关技术标准和基础数据的缺乏等土壤治理实施的诸多困难，近几年内，我国土壤污染防治还需要先通过试点示范和局部开展，然后实现规模发展的过程。基础数据和修复经验的积累以及修复技术的储备将是我国目前阶段土壤修复的重要任务。

关于土壤重金属污染物的研究，国外始于20世纪60～70年代，如澳大利亚、美国、德国等国家对土壤重金属较深入，尤其澳大利亚。我国在1983年对主要类型的土壤环境容量作过初步研究，如提出研究土壤重金属的生态效应、临界含量地带性分异规律和分区等。

目前，重金属污染土壤修复技术的基本原理主要有固化作用和活化作用，围绕这两个方面，已相应地提出了物理、化学和生物修复技术。

土壤的治理技术主要有物理治理技术，化学治理技术，微生物治理技术，植物治理技术等几种。土壤有机污染技术常见有：1物理治理技术 1.1挖掘填埋法，1.2通风去污法，2化学治理法 2.1化学焚烧法，2.2化学清洗法，2.2.1表面活性剂清洗法，2.2.2有机溶剂清洗法，2.2.3超临界萃取法，2.3光化学降解法，2.4化学栅防治法，3微生物治理方法，3.1原位治理方法 3.1.1投菌法，3.1.2生物培养法，3.1.3生物通气法，3.1.4农耕法，3.2异位治理法 3.2.1预制床法，3.2.2堆肥法，3.2.3生物反应器法，3.2.4厌氧处理法，4植物治理方法，4.1是植物对有机污染物的直接吸收；4.2是植物释放的分泌物和酶刺激微生物的活性加强其生物转化作用，此外有些酶也能直接分解有机污染物；4.3是植物根区及其与之共生的菌群增强根区有机物的矿化作用。

这些方法各有优缺点，且大多用于水污染治理上，用于大面积的土壤污染治理还不多，因为成本太高，有二次污染，同时治理去除不彻底。

本技术综合采用生物催化、微生物生态学、生物还原技术等生态学方法，用于土壤重金属污染的固化和钝化，成本低，反应时间适中，还原固化彻底，最后多种重金属生成溶度积极低的重金属硫化物，处理过程中极少引入或产生二次污染物质，处理效率高，不破坏土壤生态和土壤结构，适合各种土壤重金属污染的治理，容易实现大规模工业化应用。

发明内容

解决的技术问题：本发明针对土壤重金属污染，特别是化工厂场地污染，农田土壤重金属污染，综合采用物理、酶化学、生物化学技术等，在较短时间内把土壤多种重金属绝大部分彻底固化、沉淀，去除过长中很少引入或产生二次污染物，环境友好，从而去除土壤重金属对环境和人类的危害。

技术方案：一种生态友好型原位快速生物修复土壤重金属污染方法及应用，步骤为：a.无论是农田土壤还是工厂场地土壤或者污水处理后的沉淀污泥，在原地1000千克土壤中加入50-300千克植物秸秆粉末，大葱和/或大蒜秸秆粉末5-50千克，油菜秸秆粉末5-50千克，硫磺粉0.01-3千克，菜籽饼粉10-80千克，紫色硫杆菌10⁷个/克土壤，绿硫杆菌10⁷个/克土壤，脱硫弧菌10⁷个/克土壤，脱硫单胞菌10⁷个/克土壤，脱硫叶菌10⁷个/克土壤，彻底跟土壤拌匀，灌水，使得土壤表面积水1公分左右，四周用塑料薄膜覆盖；b.夏天每4天左右，春秋季5-7天，揭开上述a处理后的土壤上覆盖的薄膜，将土壤再翻动一次，补充2-10千克菜籽饼粉，和2-10千克油菜秸秆粉，混匀，补充适量水分，使得土表积水1公分左右，覆盖薄膜；夏季连续翻动土壤6-8次，40天左右，春秋季节60天左右，处理结束；c.对上述b处理后土壤立即翻晒，晾干土壤中绝大部分重金属都被秸秆和菜籽饼等分解产生的硫所固定，变成不容金属硫化物沉淀，从而大幅降低土壤中可溶性重金属活性，溶解度和生物可利用性，消除土壤重金属毒害，减少土壤污染，保护土壤和地下水环境。

所述一种生态友好型原位快速生物修复土壤重金属污染技术在工业场地、化工厂、污水沉淀底泥、城市污泥、垃圾填埋场、电镀厂及电解厂污泥、农田土壤等重金属污染修复上的应用。本技术中各种菌种等可以从国内外市场购买及申请人处获得。

有益效果：本发明能最大限度的固化和消除土壤中重金属污染物，使得多种重金属同时变成硫化物沉淀，最大限度的消除土壤重金属污染及其对环境的破坏和对人类的危害，有利于生态可持续发展。

本发明与现有技术相比：

1)本发明中采用的生物还原-固化技术，方法简便、技术简单易行、可操作性强、成本低廉、实用性强；

2)本发明采用的生物还原、生物催化钝化、生态固化技术，减少了有害化学品的投入，降低了土壤处理后的有害物质残留，跟目前常用的单一或复合沉淀固化钝化土壤重金属污染物相比，引入的二次污染物、残留物和二次污染物几乎可以忽略，同时能改良土壤理化结构。

附图说明

图1是采用本技术生物固化钝化土壤重金属过程示意图。

具体实施方式

以下结合实例对本发明作进一步的描述：

实施例一：

1.采用农田土壤或者工厂场地土壤或者污水处理后的沉淀污泥，在原地1000千克土壤中加入50千克小麦秸秆粉末，大葱秸秆粉末5千克，油菜秸秆粉末5千克，硫磺粉0.01千克，菜籽饼粉10千克，紫色硫杆菌10⁷个/克土壤，绿硫杆菌10⁷个/克土壤，脱硫弧菌10⁷个/克土壤，脱硫单胞菌10⁷个/克土壤，脱硫叶菌10⁷个/克土壤，彻底跟土壤拌匀，灌水，使得土壤表面积水1公分左右，四周用塑料薄膜覆盖；

2.夏天每4天左右，春秋季7天，揭开上述1处理后的土壤上覆盖的薄膜，将土壤再翻动一次，补充10千克菜籽饼粉，和10千克油菜秸秆粉，混匀，补充适量水分，使得土表积水1公分左右，覆盖薄膜；夏季连续翻动土壤6-8次，40天左右，春秋季节60天左右，处理结束；3.对上述2处理后土壤立即翻晒，晾干，土壤中绝大部分重金属都被秸秆和菜籽饼等分解产生的硫所固定，变成不容金属硫化物沉淀钝化，从而大幅降低土壤中可溶性重金属活性，保护土壤和地下水环境。

实施例二：

1.农田土壤或工厂场地土壤或者污水处理后的沉淀污泥，在原地1000千克土壤中加入100千克小麦秸秆粉末，大蒜秸秆粉末10千克，油菜秸秆粉末10千克，硫磺粉1千克，菜籽饼粉20千克，紫色硫杆菌10⁷个/克土壤，绿硫杆菌10⁷个/克土壤，脱硫弧菌10⁷个/克土壤，脱硫单胞菌10⁷个/克土壤，脱硫叶菌10⁷个/克土壤，彻底跟土壤拌匀，灌水，使得土壤表面积水1公分左右，四周用塑料薄膜覆盖；

2.夏天每4天左右，春秋季7天，揭开上述1处理后的土壤上覆盖的薄膜，将土壤再翻动一次，补充5千克菜籽饼粉，和5千克油菜秸秆粉，混匀，补充适量水分，使得土表积水1公分左右，覆盖薄膜；夏季连续翻动土壤6-8次，40天左右，春秋季节60天左右，处理结束；

3.对上述2处理后土壤立即翻晒，晾干土壤中绝大部分重金属都被秸秆和菜籽饼等分解产生的硫所固定，变成不容金属硫化物沉淀钝化，从而大幅降低土壤中可溶性重金属活性，保护土壤和地下水环境。

实施例三：

1.农田土壤或者工厂场地土壤或者污水处理后的沉淀污泥，在原地1000千克土壤中加入300千克植物秸秆粉末，大葱和/或大蒜秸秆粉末50千克，油菜秸秆粉末5-0千克，硫磺粉3千克，菜籽饼粉80千克，紫色硫杆菌10⁷个/克土壤，绿硫杆菌10⁷个/克土壤，脱硫弧菌10⁷个/克土壤，脱硫单胞菌10⁷个/克土壤，脱硫叶菌10⁷个/克土壤，彻底跟土壤拌匀，灌水，使得土壤表面积水1公分左右，四周用塑料薄膜覆盖；

2.夏天每4天左右，春秋季5-7天，揭开上述1处理后的土壤上覆盖的薄膜，将土壤再翻动一次，补充2千克菜籽饼粉，和2千克油菜秸秆粉，混匀，补充适量水分，使得土表积水1公分左右，覆盖薄膜；夏季连续翻动土壤6-8次，40天左右，春秋季节60天左右，处理结束；

3.对上述2处理后土壤立即翻晒，晾干土壤中绝大部分重金属都被秸秆和菜籽饼等分解产生的硫所固定，变成不容金属硫化物沉淀钝化，从而大幅降低土壤中可溶性重金属活性，保护土壤和地下水环境。

本发明的应用实例：

将本发明技术用于污染多种有机物土壤治理的应用上。

1、参照实施例1，采用本技术处理含有重金属Pb，Cd，Cu，Cr，Mn污染的土壤，经过处理40天后，跟没有采用本技术的对照土壤相比，土壤中残留Pb减少97.5％，Cd减少95.8％，Cu减少94.1％，Cr减少96.4％，Mn减少95.6％(图1)；

2、参照实施例2，采用本技术处理含有重金属Pb，Cd，Cu，Cr，Mn污染的土壤，经过处理40天后，跟没有采用本技术的对照土壤相比，土壤中残留Pb减少97.7％，Cd减少98.1％，Cu减少97.6％，Cr减少98.2％，Mn减少96.3％；

3、参照实施例3，采用本技术处理含有重金属Pb，Cd，Cu，Cr，Mn污染的土壤，经过处理40天后，跟没有采用本技术的对照土壤相比，土壤中残留Pb减少99.5％，Cd减少99.8％，Cu减少99.1％，Cr减少99.4％，Mn减少99.6％。

Claims (5)

1.一种生态友好型原位快速生物修复土壤重金属污染方法及应用，其特征在于步骤为：

a.无论是农田土壤还是工厂场地土壤或者污水处理后的沉淀污泥，在原地，在1000千克土壤中加入50-300千克植物秸秆粉末，大葱和/或大蒜秸秆粉末5-50千克，油菜秸秆粉末5-50千克，硫磺粉0.01-3千克，菜籽饼粉10-80千克，紫色硫杆菌10⁷个/克土壤，绿硫杆菌10⁷个/克土壤，脱硫弧菌10⁷个/克土壤，脱硫单胞菌10⁷个/克土壤，脱硫叶菌10⁷个/克土壤，彻底跟土壤拌匀，灌水，使得土壤表面积水1公分左右，四周用塑料薄膜覆盖；

b.夏天每4天左右，春秋季5-7天，揭开上述a处理后的土壤上覆盖的薄膜，将土壤再翻动一次，补充2-10千克菜籽饼粉，和2-10千克油菜秸秆粉，混匀，补充适量水分，使得土表积水1公分左右，覆盖薄膜；夏季连续翻动土壤6-8次，40天左右，春秋季节60天左右，处理结束；

c.对上述b处理后土壤立即翻晒，晾干土壤中绝大部分重金属都被秸秆和菜籽饼等分解产生的硫所固定，变成不容金属硫化物沉淀，从而大幅降低土壤中可溶性重金属活性，溶解度和生物可利用性，消除土壤重金属毒害，减少土壤污染，保护土壤和地下水环境。

2.根据权利要求1所述一种生态友好型原位快速生物修复土壤重金属污染方法，其特征在于所述方法是，无论是农田土壤还是工厂场地土壤或者污水处理后的沉淀污泥，在原地，在1000千克土壤中加入50-300千克植物秸秆粉末，大葱和/或大蒜秸秆粉末5-50千克，油菜秸秆粉末5-50千克，硫磺粉0.05-2千克，菜籽饼粉10-80千克，紫色硫杆菌10⁷个/克土壤，绿硫杆菌10⁷个/克土壤，脱硫弧菌10⁷个/克土壤，脱硫单胞菌10⁷个/克土壤，脱硫叶菌10⁷个/克土壤，彻底跟土壤拌匀，灌水，使得土壤表面积水1公分左右，四周用塑料薄膜覆盖。

3.根据权利要求1所述一种生态友好型原位快速生物修复土壤重金属污染方法，其特征在于所述方法中，夏天每4天左右，春秋季5-7天，揭开上述1a处理后的土壤上覆盖的薄膜，将土壤再翻动一次，补充2-10千克菜籽饼粉，和2-10千克油菜秸秆粉，混匀，补充适量水分，使得土表积水1公分左右，覆盖薄膜；夏季连续翻动土壤6-8次，40天左右，春秋季节60天左右，处理结束。

4.根据权利要求1所述一种生态友好型原位快速生物修复土壤重金属污染方法，其特征在于所述方法，对上述1b处理后土壤立即翻晒，晾干土壤中绝大部分重金属都被秸秆和菜籽饼等分解产生的硫所固定，变成不容金属硫化物沉淀和钝化，从而大幅降低土壤中可溶性重金属活性，溶解度和生物可利用性，消除土壤重金属毒害，减少土壤污染，保护土壤和地下水环境。

5.权利要求1～4任一所述生态友好型原位快速生物修复土壤重金属污染方法在化工厂、污水沉淀底泥、城市污泥、垃圾填埋场电镀电解厂污泥、农田土壤等重金属污染修复上的应用。