CN110252790A - 一种使用葛藤生物炭修复重金属污染土壤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种使用葛藤生物炭修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：(1)葛藤生物炭的制备：a、预处理：葛藤干燥粉碎，过筛；碳酸钾溶液浸泡，过滤水洗，饱和氯化钙溶液浸泡，过滤，干燥；b、炭化处理：氮气氛围下，升温至570‑610℃，保温，炉冷；c、后处理：加入醋酸溶液中，搅拌，过滤水洗，干燥；(2)重金属污染土壤的修复：a、将葛藤生物炭与秸秆粉碎料混合，喷入EM菌液，得混合料；b、向重金属污染土壤中施入混合料，深耕；c、6‑8个月后，浅耕，播种紫花苜蓿，盛花期割断，翻耕；本发明以制备得到的葛藤生物炭结合秸秆粉碎料、EM菌、紫花苜蓿共同修复重金属污染土壤，可使土壤得到快速有效的修复，同时劳动力度低，成本低。

Description

一种使用葛藤生物炭修复重金属污染土壤的方法

技术领域

本发明涉及污染土壤治理技术领域，具体涉及一种使用葛藤生物炭修复重金属污染土壤的方法。

背景技术

葛藤是一种适应能力特别强，而且野生植物特别多的一种植物，它可以在湿润的山坡或者是池塘两边或者是大路旁进行生长繁殖，而且葛藤是一种特别喜欢在温暖环境以及潮湿环境下生长繁殖的植物，最适宜它生长的温度在18-28度之间，土壤湿度在45％左右。葛藤有着一定的耐寒抗旱的能力，对土壤的要求不是特别的严苛，但是如果能在疏松肥沃的土壤上种植的话，葛藤的生长会更加的粗壮，而且产量也会有所增加，其中需要注意需要选择排灌方便的土壤进行种植。一般在我们国家的新疆和西藏地区不宜种植之外，其他地区都可以有利于葛藤的生长。

葛藤的根可入药，有解热镇痛。平肝熄风，清解热毒等功效，近代有用于高血压，醒酒，糖尿病等的研究和治疗。但在采挖葛根时，其藤茎大多废弃，造成资源的巨大浪费。

土壤重金属污染是人类所面临的重大生态环境问题，重金属在土壤中滞留时间长，很难被植物、微生物降解，而且容易在农作物的可使用部位积累后通过食物链传递给人，给人类健康造成极大的危害。导致土壤污染的重金属主要包括As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Zn等，土壤重金属污染的主要来源是人类在生活以及工农业生产中排放的废弃物，如生活污水和生活垃圾中所含的重金属渗入土壤，农业中农药和化肥的滥用以及不合理的灌溉，工业上采矿、冶炼以及化工行业废弃物的排放等，都加重了土壤重金属污染的现状。

土壤重金属污染传统的治理修复方法通常为物理和化学的方法。其中生物炭天然的多孔结构对有毒重金属具有较强的吸附力，通过吸附固定作用使有毒物质固定在炭的微孔表面上，从而降低这些污染物在土壤中的化学活性和毒性，达到长效地修复污染土壤的目的。生物炭施到土壤，从一定程度上还能增加土壤有机物质、提高土壤肥力、使作物增产。

申请号为CN 201510635634.9的中国专利公开了一种生物炭和植物联合修复重金属污染土壤的方法，通过在重金属污染的土壤中种植棉花，待棉花采摘结束整体移除；将生物炭基肥施入种植过棉花的重金属污染的土壤中，混合均匀，陈化；待棉花生物炭陈化结束后种植柳树，10-12个月后将柳树整体移除；将生物炭基肥再次施入种植过柳树的重金属污染的土壤中，混合均匀，陈化；待柳树生物炭陈化结束后继续种植棉花，在棉花采摘完成后将棉花植株整体移除；循环重复上述步骤，直至土壤中重金属的含量达到安全标准。该发明土壤治理效果好，且可以在治理重金属污染土壤的同时美化环境，实用性强。但是上述方法的其中植物修复时间长，需要交替种植棉花、柳树，特别是柳树比较费时费力。因此若能进一步提高生物炭的修复性能，并结合较容易种植的植物进行修复，则对于推动修复重金属污染土壤将会更加有效。

因此，研发性能优异的的生物炭用于修复重金属污染土壤具有较大的意义，而现有技术中，对于使用葛藤生物炭修复重金属污染土壤，还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用葛藤生物炭修复重金属污染土壤的方法，首先通过特定的方法制备性能优异的葛藤生物炭，再以制备得到的葛藤生物炭结合秸秆粉碎料、EM菌、紫花苜蓿共同修复重金属污染土壤，可使土壤得到快速有效的修复，同时劳动力度低，成本低。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种使用葛藤生物炭修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：

(1)葛藤生物炭的制备：

a、预处理：将葛藤干燥后进行粉碎，并过筛；将所得葛藤粉碎料使用45-50℃的质量溶度为10-13％的碳酸钾溶液浸泡60-90min，过滤后采用水洗涤至中性，然后再于饱和氯化钙溶液浸泡3-5h，过滤，再真空干燥至恒重，得预处理葛藤粉碎料；

b、炭化处理：经步骤(1)所得的葛藤粉碎料置于炉中，在氮气氛围下，以15-22℃/min的速度从室温升温至570-610℃，保持1.5-2h后，停止加热，于氮气氛围下随炉冷却至室温，得葛藤生物炭Ⅰ；

c、后处理：将葛藤生物炭Ⅰ加入至质量溶度为5-7％的醋酸溶液中，搅拌30-50min，过滤，采用水洗涤至中性，再干燥至恒重，得葛藤生物炭Ⅱ；

(2)重金属污染土壤的修复：

a、将葛藤生物炭Ⅱ与秸秆粉碎料以1：5-10的质量比混合均匀，得预混料，然后向预混料中喷入其总质量4-7.5％的EM菌液，得混合料；

b、向重金属污染土壤中施入混合料，施入量为1000-1500kg/亩，然后进行深耕；

c、6-8个月后，于土壤进行浅耕，然后播种紫花苜蓿种子，待紫花苜蓿于盛花期进行割断(割断后的紫花苜蓿均留在土壤上)，然后进行一次翻耕。

(3)4-5个月后，重复步骤(1)-(2)，直至土壤中的重金属含量达到安全标准。

优选地，步骤(1)的步骤a中，葛藤干燥后其含水量为15％以下，粉碎后过100目筛。

优选地，步骤(1)的步骤a中，真空干燥的温度为70-80℃。

优选地，步骤(2)的步骤a中，所述秸秆粉碎料为水稻秸秆粉碎料、油菜秸秆粉碎料、小麦秸秆粉碎料或玉米秸秆粉碎料。

优选地，步骤(2)的步骤b中，EM菌液的活菌数目在2亿个/ml以上。

优选地，步骤(2)的步骤b中，深耕深度为30-35cm；步骤(2)的步骤c中，浅耕深度为10-15cm，翻耕深度为30-35cm。

优选地，步骤(2)的步骤c中，苜蓿种子的播种期为3-8月份，其播种量为1.2-1.5kg/亩。

本发明的有益效果是：

1、本发明在使用葛藤制备生物炭时，根据葛藤本身的组织特性，先将其粉碎料使用碱性碳酸钾进行碱处理，再水洗至中性，然后使用饱和氯化钙溶液浸泡，真空干燥后进行炭化处理，并在此过程中合理设置升速度和炭化时间，然后再进行酸洗以及水洗，经过上述一些列操作之后，可使所制备得到的葛藤生物炭具有致密的孔隙，孔隙多且结构稳定，对于重金属离子具有很好的吸附固定效果。同时葛藤生物炭可增强土壤的透气性能，并改良土壤理化性质。

2.在进行重金属污染土壤修复时，葛藤生物炭于秸秆粉碎料配合，并喷入EM菌液，其中秸秆粉碎料在土壤中不断发酵腐化，从而可为EM菌液中各种菌提供养分，且腐化的秸秆可有效增加土壤中的有机质含量，以及其他营养成分，使土壤逐渐达到适合植物生长的土壤环境。EM菌液的加入可促进土壤的改良，并促使土壤逐渐形成适于动植物生长的良好环境，同时EM菌液中的微生物对于各重金属具有一定的吸附、富集、氧化还原、沉淀和溶解作用，因此对于去除土壤中的重金属中具有较好的效果。

3、通过葛藤生物炭、秸秆粉碎料、EM菌液共同修复、改良重金属污染的土壤后，土壤中的重金属含量已经偏低，之后再采用紫花苜蓿进行植物修复，紫花苜蓿可正常生长，而紫花苜蓿对于土壤中的重金属具有一定的吸收作用，重金属离子与紫花苜蓿中的蛋白质、有机酸结合生成不具生物活性的物质。之后经过翻耕后，在土壤中腐化，可使有害重金属离子降低，并且提高土壤的肥效。

4、本发明特定的方法制备性能优异的葛藤生物炭，再以制备得到的葛藤生物炭结合秸秆粉碎料、EM菌、紫花苜蓿共同修复重金属污染土壤，可使土壤得到快速有效的修复，同时劳动力度低，成本低。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种使用葛藤生物炭修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：

(1)葛藤生物炭的制备：

a、预处理：将葛藤干燥至含水量为15％以下，然后进行粉碎，并过100筛；将所得葛藤粉碎料使用50℃的质量溶度为1％的碳酸钾溶液浸泡80min，过滤后采用水洗涤至中性，然后再于饱和氯化钙溶液浸泡4.5h，过滤，再于80℃下真空干燥至恒重，得预处理葛藤粉碎料；

b、炭化处理：经步骤(1)所得的葛藤粉碎料置于炉中，在氮气氛围下，以19℃/min的速度从室温升温至600℃，保持2h后，停止加热，于氮气氛围下随炉冷却至室温，得葛藤生物炭Ⅰ；

c、后处理：将葛藤生物炭Ⅰ加入至质量溶度为7％的醋酸溶液中，搅拌40min，过滤，采用水洗涤至中性，再干燥至恒重，得葛藤生物炭Ⅱ；

(2)重金属污染土壤的修复：

a、将葛藤生物炭Ⅱ与水稻秸秆粉碎料以1：8的质量比混合均匀，得预混料，然后向预混料中喷入其总质量6.5％的EM菌液(活菌数目为3.1亿个/ml)，得混合料；

b、向重金属污染土壤中施入混合料，施入量为1200kg/亩，然后进行深耕，深耕深度为30-35cm；

c、7个月后，于土壤进行浅耕，浅耕深度为10-15cm，然后于5月份播种紫花苜蓿种子，其播种量为1.3kg/亩；待紫花苜蓿于盛花期进行割断(割断后的紫花苜蓿均留在土壤上)，然后进行一次翻耕，翻耕深度为30-35cm；

(3)5个月后，重复步骤(1)-(2)，直至土壤中的重金属含量达到安全标准。

实施例2：

一种使用葛藤生物炭修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：

(1)葛藤生物炭的制备：

a、预处理：将葛藤干燥至含水量为15％以下，然后进行粉碎，并过100筛；将所得葛藤粉碎料使用45℃的质量溶度为12％的碳酸钾溶液浸泡90min，过滤后采用水洗涤至中性，然后再于饱和氯化钙溶液浸泡3h，过滤，再于80℃下真空干燥至恒重，得预处理葛藤粉碎料；

b、炭化处理：经步骤(1)所得的葛藤粉碎料置于炉中，在氮气氛围下，以20℃/min的速度从室温升温至610℃，保持1.5h后，停止加热，于氮气氛围下随炉冷却至室温，得葛藤生物炭Ⅰ；

c、后处理：将葛藤生物炭Ⅰ加入至质量溶度为6％的醋酸溶液中，搅拌40min，过滤，采用水洗涤至中性，再干燥至恒重，得葛藤生物炭Ⅱ；

(2)重金属污染土壤的修复：

a、将葛藤生物炭Ⅱ与水稻秸秆粉碎料以1：6的质量比混合均匀，得预混料，然后向预混料中喷入其总质量5.5％的EM菌液(活菌数目为2.6亿个/ml)，得混合料；

b、向重金属污染土壤中施入混合料，施入量为1300kg/亩，然后进行深耕，深耕深度为30-35cm；

c、7个月后，于土壤进行浅耕，浅耕深度为10-15cm，然后于5月份播种紫花苜蓿种子，其播种量为1.2kg/亩；待紫花苜蓿于盛花期进行割断，然后进行一次翻耕，翻耕深度为30-35cm；

(3)5个月后，重复步骤(1)-(2)，直至土壤中的重金属含量达到安全标准。

实施例3：

一种使用葛藤生物炭修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：

(1)葛藤生物炭的制备：

a、预处理：将葛藤干燥至含水量为15％以下，然后进行粉碎，并过100筛；将所得葛藤粉碎料使用45℃的质量溶度为12％的碳酸钾溶液浸泡90min，过滤后采用水洗涤至中性，然后再于饱和氯化钙溶液浸泡4.5h，过滤，再于80℃下真空干燥至恒重，得预处理葛藤粉碎料。

b、炭化处理：经步骤(1)所得的葛藤粉碎料置于炉中，在氮气氛围下，以22℃/min的速度从室温升温至600℃，保持2h后，停止加热，于氮气氛围下随炉冷却至室温，得葛藤生物炭Ⅰ。

c、后处理：将葛藤生物炭Ⅰ加入至质量溶度为5.5％的醋酸溶液中，搅拌50min，过滤，采用水洗涤至中性，再干燥至恒重，得葛藤生物炭Ⅱ。

(2)重金属污染土壤的修复：

a、将葛藤生物炭Ⅱ与水稻秸秆粉碎料以1：7的质量比混合均匀，得预混料，然后向预混料中喷入其总质量7.5％的EM菌液(活菌数目为2.6亿个/ml)，得混合料。

b、向重金属污染土壤中施入混合料，施入量为1500kg/亩，然后进行深耕，深耕深度为30-35cm。

c、8个月后，于土壤进行浅耕，浅耕深度为10-15cm，然后于3月份播种紫花苜蓿种子，其播种量为1.5kg/亩；待紫花苜蓿于盛花期进行割断，然后进行一次翻耕，翻耕深度为30-35cm。

(3)5个月后，重复步骤(1)-(2)，直至土壤中的重金属含量达到安全标准。

实施例4：

一种使用葛藤生物炭修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：

(1)葛藤生物炭的制备：

a、预处理：将葛藤干燥至含水量为15％以下，然后进行粉碎，并过100筛；将所得葛藤粉碎料使用50℃的质量溶度为10％的碳酸钾溶液浸泡60min，过滤后采用水洗涤至中性，然后再于饱和氯化钙溶液浸泡5h，过滤，再于75℃下真空干燥至恒重，得预处理葛藤粉碎料。

b、炭化处理：经步骤(1)所得的葛藤粉碎料置于炉中，在氮气氛围下，以15℃/min的速度从室温升温至570℃，保持1.5h后，停止加热，于氮气氛围下随炉冷却至室温，得葛藤生物炭Ⅰ。

c、后处理：将葛藤生物炭Ⅰ加入至质量溶度为7％的醋酸溶液中，搅拌30min，过滤，采用水洗涤至中性，再干燥至恒重，得葛藤生物炭Ⅱ。

(2)重金属污染土壤的修复：

a、将葛藤生物炭Ⅱ与玉米秸秆粉碎料以1：10的质量比混合均匀，得预混料，然后向预混料中喷入其总质量4％的EM菌液(活菌数目为3.1亿个/ml)，得混合料。

b、向重金属污染土壤中施入混合料，施入量为1000kg/亩，然后进行深耕，深耕深度为30-35cm。

c、6个月后，于土壤进行浅耕，浅耕深度为10-15cm，然后于6月份播种紫花苜蓿种子，其播种量为1.2kg/亩；待紫花苜蓿于盛花期进行割断，然后进行一次翻耕，翻耕深度为30-35cm。

(3)5个月后，重复步骤(1)-(2)，直至土壤中的重金属含量达到安全标准。

实施例5：

一种使用葛藤生物炭修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：

(1)葛藤生物炭的制备：

a、预处理：将葛藤干燥至含水量为15％以下，然后进行粉碎，并过100筛；将所得葛藤粉碎料使用45℃的质量溶度为13％的碳酸钾溶液浸泡80min，过滤后采用水洗涤至中性，然后再于饱和氯化钙溶液浸泡3h，过滤，再于70℃下真空干燥至恒重，得预处理葛藤粉碎料。

b、炭化处理：经步骤(1)所得的葛藤粉碎料置于炉中，在氮气氛围下，以19℃/min的速度从室温升温至610℃，保持2h后，停止加热，于氮气氛围下随炉冷却至室温，得葛藤生物炭Ⅰ。

c、后处理：将葛藤生物炭Ⅰ加入至质量溶度为5％的醋酸溶液中，搅拌40min，过滤，采用水洗涤至中性，再干燥至恒重，得葛藤生物炭Ⅱ。

(2)重金属污染土壤的修复：

a、将葛藤生物炭Ⅱ与油菜秸秆粉碎料以1：5的质量比混合均匀，得预混料，然后向预混料中喷入其总质量5.5％的EM菌液(活菌数目为3.1亿个/ml)，得混合料。

b、向重金属污染土壤中施入混合料，施入量为1300kg/亩，然后进行深耕，深耕深度为30-35cm。

c、7个月后，于土壤进行浅耕，浅耕深度为10-15cm，然后于5月份播种紫花苜蓿种子，其播种量为1.3kg/亩；待紫花苜蓿于盛花期进行割断，然后进行一次翻耕，翻耕深度为30-35cm。

(3)4个月后，重复步骤(1)-(2)，直至土壤中的重金属含量达到安全标准。

对比例1：

一种使用葛藤生物炭修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：

a、将普通市售木质活性炭粉与水稻秸秆粉碎料以1：8的质量比混合均匀，得预混料，然后向预混料中喷入其总质量6.5％的EM菌液(活菌数目为3.1亿个/ml)，得混合料；

b、向重金属污染土壤中施入混合料，施入量为1200kg/亩，然后进行深耕，深耕深度为30-35cm；

c、7个月后，于土壤进行浅耕，浅耕深度为10-15cm，然后于5月份播种紫花苜蓿种子，其播种量为1.3kg/亩；待紫花苜蓿于盛花期进行割断，然后进行一次翻耕，翻耕深度为30-35cm；

(3)5个月后，重复步骤(1)-(2)，直至土壤中的重金属含量达到安全标准。

根据国家环境质量标准GB15618-2008土壤pH在6.5-7.5的情况下，农业用地旱地重金属Cd、Pb、Cu、Zn的二级标准分别为0.45mg/kg、80mg/kg、100mg/kg、250mg/kg。

性能测试：

对某重金属复合污染土壤的修复

(1)试验材料：采集某工厂附近被污染的土地，基本理化性质如下：土壤pH为5.68，重金属有效态含量：Cd 1.6mg/kg、Pb 130.9mg/kg、Cu 173.21mg/kg、Zn 280.6mg/kg。

(2)试验方法：将土地分为9块试验地，随机分为3组，每组三块试验地。第1-2组中的试验地依照实施例1-2中的方法进行重金属污染土壤的修复。其中实施例1-3的均为重复其步骤(1)-(2)一次。之后测定土壤pH和镉、铅、铜、锌的有效含量。测试结果如表1所示。

表1改良后土壤中重金属有效态含量

	pH值	Cd/mg·kg<sup>-1</sup>	Pb/mg·kg<sup>-1</sup>	Cu/mg·kg<sup>-1</sup>	Zn/mg·kg<sup>-1</sup>
						实施例1	6.86	0.19	10.21	36.2	52.3
实施例2	6.72	0.21	13.2	40.3	60.2
						对比例1	6.31	0.36	20.6	75.3	101.3

由表1可知，本发明中实施例1-2中方法的要明显好于对比例1中修复重金属污染土壤的方法，可见本发明中制备得到的葛藤生物炭要明显优于常规的木质活性炭粉，且实施例1-2中对于各土壤中的重金属具有很好的去除效果。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种使用葛藤生物炭修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)葛藤生物炭的制备：

a、预处理：将葛藤干燥后进行粉碎，并过筛；将所得葛藤粉碎料使用45-50℃的质量溶度为10-13％的碳酸钾溶液浸泡60-90min，过滤后采用水洗涤至中性，然后再于饱和氯化钙溶液浸泡3-5h，过滤，再真空干燥至恒重，得预处理葛藤粉碎料；

b、炭化处理：经步骤(1)所得的葛藤粉碎料置于炉中，在氮气氛围下，以15-22℃/min的速度从室温升温至570-610℃，保持1.5-2h后，停止加热，于氮气氛围下随炉冷却至室温，得葛藤生物炭Ⅰ；

c、后处理：将葛藤生物炭Ⅰ加入至质量溶度为5-7％的醋酸溶液中，搅拌30-50min，过滤，采用水洗涤至中性，再干燥至恒重，得葛藤生物炭Ⅱ；

(2)重金属污染土壤的修复：

a、将葛藤生物炭Ⅱ与秸秆粉碎料以1：5-10的质量比混合均匀，得预混料，然后向预混料中喷入其总质量4-7.5％的EM菌液，得混合料；

b、向重金属污染土壤中施入混合料，施入量为1000-1500kg/亩，然后进行深耕；

c、6-8个月后，于土壤进行浅耕，然后播种紫花苜蓿种子，待紫花苜蓿于盛花期进行割断，然后进行一次翻耕。

(3)4-5个月后，重复步骤(1)-(2)，直至土壤中的重金属含量达到安全标准。

2.根据权利要求1所述的使用葛藤生物炭修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，步骤(1)的步骤a中，葛藤干燥后其含水量为15％以下，粉碎后过100目筛。

3.根据权利要求1所述的使用葛藤生物炭修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，步骤(1)的步骤a中，真空干燥的温度为70-80℃。

4.根据权利要求1所述的使用葛藤生物炭修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，步骤(2)的步骤a中，所述秸秆粉碎料为水稻秸秆粉碎料、油菜秸秆粉碎料、小麦秸秆粉碎料或玉米秸秆粉碎料。

5.根据权利要求1所述的使用葛藤生物炭修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，步骤(2)的步骤b中，EM菌液的活菌数目在2亿个/ml以上。

6.根据权利要求1所述的使用葛藤生物炭修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，步骤(2)的步骤b中，深耕深度为30-35cm；步骤(2)的步骤c中，浅耕深度为10-15cm，翻耕深度为30-35cm。

7.根据权利要求1所述的使用葛藤生物炭修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，步骤(2)的步骤c中，苜蓿种子的播种期为3-8月份，其播种量为1.2-1.5kg/亩。