CN108126976A - 一种利用植物黑麦草修复铬污染土壤的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用植物黑麦草修复铬污染土壤的方法,包括以下步骤:种植前在含污染物铬的土壤上施加土壤改良剂,土壤改良剂由麦糠、锯屑、鸡粪组成,三者按照1:1:2的比例混合均匀,并将其均匀撒布于污染土上,施加量按每亩1200~1500kg,待土壤改良剂撒布完成后,再对污染土进行翻松,翻松的深度10‑15cm。本发明费用低廉、修复效果好、无二次污染。
Description
技术领域
本发明属于重金属铬污染土壤治理领域,具体涉及一种利用植物黑麦草修复铬污染土壤的方法。
背景技术
近几十年,国内经济发展迅速,铬盐作为应用非常广泛的化工原料之一,其需求量快速增大,国民经济中约10%的产品与铬盐有关,涉及高级材料、电镀、皮革、染料、医药等多种部门。据调查,目前中国直接生产重铬酸盐的大大小小的企业多达30多家,年生产能力超过30万吨,生产总产量居世界第一。每生产1吨铬盐产品,同时产生大约3吨铬渣,全国每年实际生产约75万吨铬的新生有毒废渣,加之历年堆存的,累计铬渣不低于200万吨。
铬是自然环境中常见的一种金属污染物,也是美国超级基金优先控制的前20种有毒物质之一。六价铬的化合物具有毒性和致癌性,主要因为铬在动物体内可以影响人体的氧化、还原和水解等生命活动,使蛋白质变性,干扰人体内正常的新陈代谢,导致病变和癌变。因此铬污染修复已成为土壤修复的重点。
目前,修复重金属污染土壤的技术包括有物理修复和化学修复技术。物理修复技术主要通过客土法、电动法和热解析法等来修复土壤。化学修复技术主要包括化学固化法、化学淋洗法、原位可渗透反应墙法等,主要是通过向土壤中加入固化剂、有机质、化学试剂、天然矿物和有机螯合剂等,来改变土壤的酸碱度、氧化还原电位等理化性质,经氧化还原、沉淀、吸附、抑制、络合螯合和拮抗等作用来降低重金属的生物有效性。但是,上述物理和化学修复技术的工程量大、操作复杂、费用昂贵,并且容易导致土壤的结构被破坏和肥力下降,造成二次污染。因此,需要寻求一种费用低廉、修复效果好,无二次污染的治理方法一直是本领域的研究重点。
植物修复是近20年来发展起来的环境污染治理技术,它广泛利用绿色植物的新陈代谢活动来固定、降解、提取和挥发环境中的污染物质,就像一座“绿色清洁工厂”一样将污染物质加工成可直接去除的物质形态或转化为毒性小甚至无毒的物质,从而对污染环境进行彻底的治理。它具有不引起二次污染,使污染土壤可持续利用等特点。
发明内容
为解决上述问题,本发明的目的在于提供一种利用植物黑麦草修复铬污染土壤的方法,以实现费用低廉、修复效果好、无二次污染的修复铬污染土壤。为了实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种利用植物黑麦草修复铬污染土壤的方法,包括以下步骤:(1)种植前在含污染物铬的土壤上施加土壤改良剂,土壤改良剂由麦糠、锯屑、鸡粪组成,三者按照1:1:2的比例混合均匀,并将其均匀撒布于污染土上,施加量按每亩1200~1500kg,待土壤改良剂撒布完成后,再对污染土进行翻松,翻松的深度10-15cm;
(2)在播种前,对黑麦草种子进行伯克氏菌D54浸种,菌液浓度为1%,使种子浸湿即可,浸种后晾干;
(3)开沟播种,沟深8-12cm,宽8-12cm,间隔8-12cm,按每亩2~2.5kg黑麦草种子播种;
(4)在含污染物铬的土壤上种植黑麦草,在黑麦草生长过程中期施加农家肥,按每亩800-1200kg施加,当植物长到地上部生物量最大时,将植物整体从污染土壤中移走,在移走黑麦草前七天将EDTA以溶液的方式加入土壤中。
优选的,步骤(4)所述EDTA溶液的浓度为1.5g/L,以喷雾的形式施加于土壤中,加入量为100-105L/亩,
优选的,步骤(4)所述农家肥为有机肥料,为牲畜的粪尿或沤肥
优选的,所述含污染物铬的土壤中铬含量为30~200mg/kg。
优选的,所述在含污染物铬的土壤上种植黑麦草,在种植前需对含污染物铬的土壤进行深翻,深翻的深度在20~30cm,并清除杂草,破碎土块,使土壤颗粒细匀。
优选的,所述种植黑麦草,采用露天栽培,土壤含水量保持在田间持水量的50%~90%。
优选的,所述地上部生物量最大时,是指植株从开花期至成熟期这一段时期,成熟期是指黑麦草生长到种子成熟时。
优选的,所述在含污染物铬的土壤上种植黑麦草,采用复种的方式,即在第一茬黑麦草长到地上部生物量最大时,将植物整体从污染土壤中移走,再重复上述过程,直至最终修复铬污染土壤。
本发明的上述技术方案具有如下优点:
本发明利用植物黑麦草修复铬污染土壤,具有费用低廉、可操作性强、不破坏土壤理化性质、不引起二次污染等优点。实验证明植物黑麦草能够吸收污染土壤中的重金属铬,本发明利用黑麦草对铬的吸收作用,通过在铬污染土壤上种植植物黑麦草,使污染土壤得到修复,与现有技术相比,既不破坏污染土壤结构、培肥地力,又大大降低了修复费用。本发明在种植前需在含污染物铬的土壤上施加土壤改良剂,并对土壤进行深翻使土壤改良剂与污染土壤混合均匀,能够有效改善土壤的物理化学性质。将植物整体从污染土壤中移走,再重复上述过程,直至最终修复铬污染土壤,通过这种方式,可以从土壤中带走大量的污染物铬,从而达到快速、彻底去除土壤中污染物铬的目的。在黑麦草生长过程中期施加农家肥,按每亩800-1200kg施加,当植物长到地上部生物量最大时,将植物整体从污染土壤中移走,能够最大量的去除污染物铬。本发明充分根据黑麦草的生长周期,最大化利用黑麦草吸收污染物铬的特性,在吸收污染物铬的关键期进行施肥,移走黑麦草前七天将EDTA以溶液的方式加入土壤中,步骤(4)所述EDTA溶液的浓度为1.5g/L,以喷雾的形式施加于土壤中,加入量为100L/亩,目的是联合伯克氏菌强化黑麦草对重金属铬的吸收,实现污染物铬移除最大化。
附图说明
图1为实施例1中的1-5号花盆黑麦草地上部分铬含量图。
图2为实施例1中的1-5号花盆黑麦草地下部分铬含量图。
图3为实施例1中的1-5号花盆黑麦草的萃取系数图。
图4为实施例4中的1-5号花盆黑麦草地上部分和地下部分铬含量图。
具体实施方式
实施例1盆栽试验
试验地点设在河北科技大学内,周围没有污染源,是重金属未污染区。该地属于温带季风气候,空气年平均湿度65%,年总日照时数为1916.4~2571.2小时,其中春夏日照充足,秋冬日照较少。
盆栽试验的步骤如下:
(1)采集河北科技大学裸露空地0~20cm的表层土壤,采集的部分表层土壤配置成铬含量为100mg/kg的污染土,部分不动;
(2)采购用来配置土壤改良剂的麦糠、锯屑、鸡粪;
(3)采购用于盆栽试验的花盆,花盆大小为30cm×50cm×30cm,个数为5个,编号依次为1号、2号、3号、4号、5号;
(4)每盆的处理方式如下:
1号花盆:盛装采集的表层土壤;
2号花盆:盛装配置的铬含量为100mg/kg的污染土;
3号花盆:盛装配置的铬含量为100mg/kg的污染土,并施加麦糠和鸡粪,两者的比例为1:2,施加量为1kg;;
4号花盆:盛装配置的铬含量为100mg/kg的污染土,并施加锯屑和鸡粪,两者的比例为1:2,施加量为1kg;
5号花盆:盛装配置的铬含量为100mg/kg的污染土,并施加麦糠、锯屑、鸡粪,三者的比例为1:1:2,施加量为1kg;
(5)在施加完成后,对花盆表层20cm土壤进行翻动搅拌,目的是混匀土壤;
(6)在花盆土壤上开沟,沟深10cm,宽10cm,间隔10cm;
(7)将黑麦草的种子均匀播撒于沟内,每盆种植三垄。
(8)播种结束后,用土覆盖种子,并压实一遍;
(9)将这些播种后的花盆放于向阳处,并根据盆缺水情况,不定期浇自来水(水中未检出铬),使土壤含水量经常保持在田间持水量的80%左右;
(10)待植物成熟后(大约70d左右),将植物整体从土壤中移走;
(11)对植物进行消煮处理,具体处理方法如下:
a、准确称量植物样品,地上部分称取2.0000g,地下部分称取1.0000g。
b、分别放入150ml锥形瓶中,加入混酸(HNO3:HClO4=3:1)15ml,在电热板上200℃加热分解。
c、地上部分消煮24小时,根系消煮30小时,视消煮情况,如未完全消煮干净,可延长消煮时间,直至溶液呈清澈透明或微黄色,但增加消煮时间不宜过长,防止三角瓶中酸液蒸干。
d、室温冷却,然后加入5mol/L的HCl10ml,移入50ml容量瓶中定容,摇匀后过滤到50ml小塑料瓶中,保存,待测。
(12)采用火焰原子吸收分光光度法测量样品中的铬的含量。
试验结果如表1、图1、图2和图3:
表1盆栽试验结果
通过对1号、2号盆栽试验结果对比,可知黑麦草可以吸收污染土中的重金属铬;通过对2号、3号、4号、5号盆栽试验结果对比与分析,得知黑麦草重金属铬含量从大到小依次为5号、3号、4号、2号、1号,且3号、4号、5号花盆黑麦草的重金属铬含量明显高于2号花盆,并5号花盆黑麦草的萃取系数最大,说明5号花盆黑麦草对重金属铬的吸收能力最强,表明土壤改良剂有强化植物修复的作用。
实施例2盆栽试验
试验地点设在河北科技大学内,周围没有污染源,是重金属未污染区。该地属于温带季风气候,空气年平均湿度65%,年总日照时数为1916.4~2571.2小时,其中春夏日照充足,秋冬日照较少。
盆栽试验的步骤如下:
(1)采集河北科技大学裸露空地0~20cm的表层土壤,采集的部分表层土壤配置成铬含量为100mg/kg的污染土,部分不动;
(2)采购黑麦草种子和用来浸种用的伯克氏菌D54,其中部分黑麦草种子用伯克氏菌D54浸种,部分不用;
(3)采购用于盆栽试验的花盆,花盆大小为30cm×50cm×30cm,个数为4个,编号依次为1号、2号、3号、4号;
(4)每盆的处理方式如下:
1号花盆:盛装采集的表层土壤;
2号花盆:盛装采集的表层土壤;
3号花盆:盛装配置的铬含量为100mg/kg的污染土;
4号花盆:盛装配置的铬含量为100mg/kg的污染土;
(5)在处理完成后,对花盆表层20cm土壤进行翻松;
(6)在花盆土壤上开沟,沟深10cm,宽10cm,间隔10cm;
(7)1号、3号花盆播撒不浸种的黑麦草种子,2号、4号花盆播撒浸种的黑麦草种子,每盆种植三垄。
(8)播种结束后,用土覆盖种子,并压实一遍;
(9)将这些播种后的花盆放于向阳处,并根据盆缺水情况,不定期浇自来水(水中未检出铬),使土壤含水量经常保持在田间持水量的80%左右;
(10)在黑麦草整体从土壤中移走前七天将EDTA以溶液的方式加入土壤中。
(11)将植物整体从土壤中移走(即植物成熟后,大约70d左右);
(12)对植物进行消煮处理,具体处理方法如下:
a、准确称量植物样品,地上部分称取2.0000g,地下部分称取1.0000g。
b、分别放入150ml锥形瓶中,加入混酸(HNO3:HClO4=3:1)15ml,在电热板上200℃加热分解。
c、地上部分消煮24小时,根系消煮30小时,视消煮情况,如未完全消煮干净,可延长消煮时间,直至溶液呈清澈透明或微黄色,但增加消煮时间不宜过长,防止三角瓶中酸液蒸干。
d、室温冷却,然后加入5mol/L的HCl10ml,移入50ml容量瓶中定容,摇匀后过滤到50ml小塑料瓶中,保存,待测。
(13)采用火焰原子吸收分光光度法测量样品中的铬的含量。
试验结果如表2:
表2盆栽试验结果
通过对表2盆栽试验结果分析,得知黑麦草重金属铬含量为1号、2号花盆未检出,3号、4号花盆检出,且4号花盆黑麦草体内重金属铬含量高于3号花盆,表明黑麦草对重金属铬有吸收能力,采用伯克氏菌D54浸种有强化植物修复的作用。
实施例2盆栽试验
试验地点设在河北科技大学内,周围没有污染源,是重金属未污染区。该地属于温带季风气候,空气年平均湿度65%,年总日照时数为1916.4~2571.2小时,其中春夏日照充足,秋冬日照较少。
盆栽试验的步骤如下:
(1)采集河北科技大学裸露空地0~20cm的表层土壤,采集的部分表层土壤配置成铬含量为100mg/kg的污染土,部分不动;
(2)采购EDTA药剂,并配置成溶液;
(3)采购用于盆栽试验的花盆,花盆大小为30cm×50cm×30cm,个数为3个,编号依次为1号、2号、3号;
(4)每盆的处理方式如下:
1号花盆:盛装采集的表层土壤;
2号花盆:盛装配置的铬含量为100mg/kg的污染土;
3号花盆:盛装配置的铬含量为100mg/kg的污染土;
(5)在花盆装土完成后,对花盆表层20cm土壤进行翻动搅拌,目的是松动土壤;
(6)在花盆土壤上开沟,沟深10cm,宽10cm,间隔10cm;
(7)将黑麦草的种子均匀播撒于沟内,每盆种植三垄。
(8)播种结束后,用土覆盖种子,并压实一遍;
(9)将这些播种后的花盆放于向阳处,并根据盆缺水情况,不定期浇自来水(水中未检出铬),使土壤含水量经常保持在田间持水量的80%左右;
(10)3号花盆在黑麦草整体从土壤中移走前七天将EDTA以溶液的方式加入土壤中,其他不做处理。
(11)将植物整体从土壤中移走(即植物成熟后,大约70d左右);
(12)对植物进行消煮处理,具体处理方法如下:
a、准确称量植物样品,地上部分称取2.0000g,地下部分称取1.0000g。
b、分别放入150ml锥形瓶中,加入混酸(HNO3:HClO4=3:1)15ml,在电热板上200℃加热分解。
c、地上部分消煮24小时,根系消煮30小时,视消煮情况,如未完全消煮干净,可延长消煮时间,直至溶液呈清澈透明或微黄色,但增加消煮时间不宜过长,防止三角瓶中酸液蒸干。
d、室温冷却,然后加入5mol/L的HCl10ml,移入50ml容量瓶中定容,摇匀后过滤到50ml小塑料瓶中,保存,待测。
(13)采用火焰原子吸收分光光度法测量样品中的铬的含量。
试验结果如表3:
表3盆栽试验结果
通过对表3盆栽试验结果分析,得知黑麦草重金属铬含量为1号花盆未检出,2号、3号花盆检出,且3号花盆黑麦草体内重金属铬含量高于2号花盆,表明黑麦草对重金属铬有吸收能力,在从土壤中移走黑麦草前七天施加EDTA有强化植物修复的作用。
实施例4盆栽浓度梯度试验
试验地点设在河北科技大学内,周围没有污染源,是重金属未污染区。该地属于温带季风气候,空气年平均湿度65%,年总日照时数为1916.4~2571.2小时,其中春夏日照充足,秋冬日照较少。
盆栽试验的步骤如下:
(1)采集河北科技大学裸露空地0~20cm的表层土壤;
(2)采购黑麦草种子和用来浸种用的伯克氏菌D54,黑麦草种子用伯克氏菌D54浸种;
(3)采购用来配置土壤改良剂的麦糠、锯屑、鸡粪,并将其按照1:1:2的比例混合均匀;
(4)采购用于盆栽试验的花盆,花盆大小为30cm×50cm×30cm,个数为4个,编号依次为1号、2号、3号、4号;
(5)每盆的处理方式如下:
1号花盆:盛装采集的表层土壤,并施加麦糠、锯屑、鸡粪,三者的比例为1:1:2,施加量为1kg;
2号花盆:盛装采集的表层土壤,并将其配置成铬含量为30mg/kg的污染土,施加麦糠、锯屑、鸡粪,三者的比例为1:1:2,施加量为1kg;
3号花盆:盛装采集的表层土壤,并将其配置成铬含量为100mg/kg的污染土,施加麦糠、锯屑、鸡粪,三者的比例为1:1:2,施加量为1kg;
4号花盆:盛装采集的表层土壤,并将其配置成铬含量为200mg/kg的污染土,施加麦糠、锯屑、鸡粪,三者的比例为1:1:2,施加量为1kg;
(6)在处理完成后,对花盆表层20cm土壤进行翻动搅拌,目的是混匀土壤;
(7)在花盆土壤上开沟,沟深10cm,宽10cm,间隔10cm;
(8)将经浸种处理的黑麦草种子均匀播撒于沟内,每盆种植三垄;
(9)播种结束后,用土覆盖种子,并压实一遍;
(10)将这些播种后的花盆放于向阳处,并根据盆缺水情况,不定期浇自来水(水中未检出铬),使土壤含水量经常保持在田间持水量的80%左右;
(11)在黑麦草整体从土壤中移走前七天将EDTA以溶液的方式加入土壤中。
(12)将植物整体从土壤中移走(即植物成熟后,大约70d左右);
(13)对植物进行消煮处理,具体处理方法如下:
a、准确称量植物样品,地上部分称取2.0000g,地下部分称取1.0000g。
b、分别放入150ml锥形瓶中,加入混酸(HNO3:HClO4=3:1)15ml,在电热板上200℃加热分解。
c、地上部分消煮24小时,根系消煮30小时,视消煮情况,如未完全消煮干净,可延长消煮时间,直至溶液呈清澈透明或微黄色,但增加消煮时间不宜过长,防止三角瓶中酸液蒸干。
d、室温冷却,然后加入5mol/L的HCl10ml,移入50ml容量瓶中定容,摇匀后过滤到50ml小塑料瓶中,保存,待测。
(14)采用火焰原子吸收分光光度法测量样品中的铬的含量。
试验结果如表4和图4:
表4植物富集重金属铬的情况
通过试验,说明黑麦草能够吸收土壤中的重金属铬,而且随着土壤中重金属铬含量的增加,黑麦草的吸收能力减弱。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明专利的精神或范围的情况下,在其他实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种利用植物黑麦草修复铬污染土壤的方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)种植前在含污染物铬的土壤上施加土壤改良剂,土壤改良剂由麦糠、锯屑、鸡粪组成,三者按照1:1:2的比例混合均匀,并将其均匀撒布于污染土上,施加量按每亩1200~1500kg,待土壤改良剂撒布完成后,再对污染土进行翻松,翻松的深度10-15cm;
(2)在播种前一天,对黑麦草种子进行伯克氏菌D54浸种,菌液浓度为1%,使种子浸湿即可,浸种后晾干;
(3)开沟播种,沟深8-12cm,宽8-12cm,间隔8-12cm,按每亩2~2.5kg黑麦草种子播种;
(4)在含污染物铬的土壤上种植黑麦草,在黑麦草生长过程中期施加农家肥,按每亩800-1200kg施加,当植物长到地上部生物量最大时,将植物整体从污染土壤中移走,在移走黑麦草前七天将EDTA以溶液的方式加入土壤中。
2.根据权利要求1所述的一种利用植物黑麦草修复铬污染土壤的方法,其特征在于,步骤(4)所述EDTA溶液的浓度为1.5g/L,以喷雾的形式施加于土壤中,加入量为100-105L/亩。
3.根据权利要求1所述的一种利用植物黑麦草修复铬污染土壤的方法,其特征在于,步骤(4)所述农家肥为有机肥料,所述有机肥料为牲畜的粪尿或沤肥。
4.根据权利要求1所述的一种利用植物黑麦草修复铬污染土壤的方法,其特征在于,所述含污染物铬的土壤中铬含量为30~200mg/kg。
5.根据权利要求1所述的一种利用植物黑麦草修复铬污染土壤的方法,其特征在于,所述在含污染物铬的土壤上种植黑麦草,在种植前需对含污染物铬的土壤进行深翻,深翻的深度在20~30cm,并清除杂草,破碎土块,使土壤颗粒细匀。
6.根据权利要求1所述的一种利用植物黑麦草修复铬污染土壤的方法,其特征在于,所述种植黑麦草,采用露天栽培,土壤含水量保持在田间持水量的50%~90%。
7.根据权利要求1所述的一种利用植物黑麦草修复铬污染土壤的方法,其特征在于,所述地上部生物量最大时,是指植株从开花期至成熟期这一段时期,成熟期是指黑麦草生长到种子成熟时。
8.根据权利要求1所述的一种利用植物黑麦草修复铬污染土壤的方法,其特征在于,所述在含污染物铬的土壤上种植黑麦草,采用复种的方式,即在第一茬黑麦草长到地上部生物量最大时,将植物整体从污染土壤中移走,再重复上述过程,直至最终修复铬污染土壤。
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