CN110420996A - 一种生态修复重金属污染土壤治理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生态修复重金属污染土壤治理方法，包括以下步骤：a.采用耕土机，将被重金属污染的土层翻搅18cm‑30cm的深度；b.灌溉步骤a中待治理土壤，使其处于淹水状态，保持3‑5天后晾晒至疏松；c.将巨大芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌、粘质沙雷氏菌、铜绿假单胞菌和密旋链霉菌中的至少一种与待治理土壤的表层厚15‑18cm的土壤混合均匀；d.在待治理土壤中种植宝山堇菜、天蓝遏蓝菜、商陆和三叶鬼针草中的至少一种，任其自然生长，10‑12个月后将植物整体移除；e.循环重复执行步骤a‑d 3‑4次。本发明采用微生物和植物联合修复污染土壤的方法，治理彻底、可水土双治、不反弹、可从根本上改良土壤重金属污染情况。

Description

一种生态修复重金属污染土壤治理方法
技术领域
本发明属于土壤污染治理技术领域，具体涉及一种生态修复重金属污染土壤治理方法。
背景技术
土壤不仅是地球生态圈的重要组成部分，也是人类赖以生存的重要自然资源之一。随着矿产开采、冶炼等工业活动以及污水灌溉、施用污泥和劣质化肥等农业活动的进行，Cd，Pb等有害重金属不断进入土壤环境中，对正常的生产生活造成污染。因此，治理土壤重金属污染对生态文明的建设及人类健康的生活具有重要意义。
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，如稀释和覆土法、玻璃化技术、热处理技术、淋洗法、电化学法等，传统的修复方法虽然治理效果好，历时较短，但都存在许多缺陷。比如传统治理方法的成本高、不易管理、易造成二次污染等等。
微生物修复是利用土壤中的某些微生物对重金属具有吸收、沉淀、氧化和还原等作用，从而降低土壤中重金属的毒性。该技术可以使重金属污染物从土壤中去除，对周围环境影响较小，不会产生二次污染，具有巨大的土壤修复潜力。但现有的重金属污染土壤的微生物修复技术存在一定的局限性，如微生物修复持续时间长、见效慢、一般形成络合物降低重金属的危害，并不能将重金属从土壤中除去。
植物修复技术是指利用植物及其根系对土壤污染物的吸收、挥发、转化、降解、固定作用而去除土壤中污染物的修复技术。重金属被植物吸收，如果进入植物可食部分，将危害人类健康。为避免对人体的暴露风险，近年来选择非食用性经济型作物进行植物修复的研究越来越引起关注，但大多数已报道的植物修复方法效果不显著、见效慢、修复效果不稳定，再加上受到气候、土壤环境的限制，使得这些植物的重金属积累量有限，从而在其应用上受到限制。
如上所述，为了更好地治理重金属污染的土壤，急需解决以下技术问题：
1.培养或选择合适的微生物，其对于重金属的吸附能力强、易于分离、生长能力强、对环境适应力强的特点；
2.确定合适的耐性植物与微生物联合使用，该植物具有种植难度低、易于管理、适用于大面积污染土壤、生长迅速、生物量大的特点；
3.避免重金属污染土壤修复治理过程中改变和破坏土壤结构的情况。
综上所述，市场上亟待一种治理彻底、不反弹、可从根本上改良土壤重金属污染情况。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种操作简单、成本低廉、修复效果好、不破坏土壤肥力、不存在土壤的二次污染、适用于大面积污染的生态修复重金属污染土壤治理的方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种生态修复重金属污染土壤治理方法，包括以下步骤：
a.采用耕土机，将被重金属污染的土层翻搅18cm-30cm的深度；
b.灌溉步骤a中待治理土壤，使其处于淹水状态，保持3-5天后晾晒至疏松；
c.将复合微生物菌种与待治理土壤的表层厚15-18cm的土壤混合均匀，所述复合微生物菌种包括巨大芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌、粘质沙雷氏菌、铜绿假单胞菌和密旋链霉菌中的至少一种，所述复合微生物菌种的重量比为巨大芽孢杆菌：胶质芽孢杆菌：粘质沙雷氏菌：铜绿假单胞菌和密旋链霉菌＝1:1:1:1：0.5；
d.在待治理土壤中种植修复植物，所述修复植物为宝山堇菜、天蓝遏蓝菜、商陆和三叶鬼针草中的至少一种，所述修复植物混合种植，任其自然生长，10-12个月后将植物整体移除；
e.循环重复执行步骤a-步骤d 3-4次。
优选的，所述种植修复植物的方法为幼苗栽种，5-10cm的幼苗倾斜30-45度埋入土壤表层3-5cm深度种植，株距为20-35cm，行距为20-28cm。
优选的，所述修复植物幼苗由15％-20％的H2O2消毒处理，然后蒸馏水洗涤浸泡12-15h，籽粒饱满且不下沉的种子长成。
优选的，所述种植修复植物的重金属污染土壤含水量保持在15-25％。
优选的，所述步骤d中修复植物生长期间可进行多次修剪，每次修剪掉的枝叶和移除的修复植物均进行无害化处理。
优选的，所述复合微生物菌种的添加量为待治理土壤质量的0.5％-1％。
优选的，所述待治理土壤至少含有Cd、Pb、Cr、Cu和Ni五种重金属元素中的一种。
本发明的有益效果：(1)本发明的微生物包括巨大芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌、粘质沙雷氏菌、铜绿假单胞菌和密旋链霉菌可通过带电荷的细胞表面吸附重金属如Cd、Pb、Cr、Cu和Ni，或在摄取土壤中营养元素时主动吸收一部分重金属Cd离子、Pb离子、Cr离子、Cu离子和Ni离子，并将它们贮存积累于细胞表面或内部，还可通过诱导或分泌的微生物产物使之与重金属发生螯合、配位、沉淀等作用被动吸附重金属；微生物还可以通过分解根系分泌物或者某些有机物，使得重金属及含重金属的矿物得到间接溶解，另一方面微生物代谢产生一些低分子量的有机酸、氨基酸或者酶类等物质，可以通过络合溶解、酸溶解和还原作用等直接或间接地活化固定态重金属；(2)修复植物包括宝山堇菜、天蓝遏蓝菜、商陆和三叶鬼针草的根部会通过自身代谢活动分泌有机物(如蛋白质、糖类、有机酸和部分脂类)，来改变土壤的根际环境如氧化还原电位或pH等，从而络合部分形态的重金属离子；(3)在植物-微生物联合修复污染土壤过程中，微生物和植物二者之间存在多种协同机制：一是微生物可通过自身或者代谢物吸收重金属，降低重金属元素在土壤中的总量和毒害程度，从而对植物起到促生作用，二是改善植物营养、抑制病原菌侵害，从而对植物起到促生作用，三是微生物代谢过程中的分泌物如有机酸、铁载体、表面活性剂、螯合剂等可转变重金属的价态，促进其在植物体内的富集，强化植物修复效果。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
采用被重金属污染的土壤厚度为40cm，面积为100m2的土地作为实验区域，并将整块实验田进行样方划分，长宽均为5m，每个样方之间留宽为0.3m的垄，每个样方根据对角线原则设置6个采样点。收集试验田表层0-40cm的土壤，阴凉通风晾干，去除杂质。测定土壤pH为7.1，重金属Cd、Pb、Cr、Cu和Ni在土壤中的含量分别是：Cd元素的浓度为2.1mg/kg，Pb元素的浓度为374mg/kg，Cr元素的浓度为547mg/kg，Cu元素的浓度为675mg/kg，Ni元素的浓度为193mg/kg。
根据土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准GB36600-2018可知，土壤6.5<pH≤7.5的情况下，农用地土壤污染Cd、Pb、Cr、Cu和Ni风险筛选值分别为0.6，140，300，200，100mg/kg，因此，上述整块实验田存在较严重的重金属污染。
实施例1
一种生态修复重金属污染土壤治理方法，包括以下步骤：
a.采用耕土机，将被重金属污染的土层翻搅18cm的深度；
b.灌溉步骤a中待治理土壤，使其处于淹水状态，保持3天后晾晒至疏松；
c.将复合微生物菌种与待治理土壤的表层厚15cm的土壤混合均匀，所述复合微生物菌种包括巨大芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌，所述复合微生物菌种的重量比为巨大芽孢杆菌：胶质芽孢杆菌＝1:1；
d.在待治理土壤中种植修复植物，所述修复植物为宝山堇菜、天蓝遏蓝菜，所述修复植物混合种植，任其自然生长，10-12个月后将植物整体移除；
e.循环重复执行步骤a-步骤d 3-4次。
所述种植修复植物的方法为幼苗栽种，5-10cm的幼苗倾斜30-45度埋入土壤表层3-5cm深度种植，株距为20-35cm，行距为20-28cm。
所述修复植物幼苗由15％-20％的H2O2消毒处理，然后蒸馏水洗涤浸泡12-15h，籽粒饱满且不下沉的种子长成。
所述种植修复植物的重金属污染土壤含水量保持在15-25％。
所述步骤d中修复植物生长期间可进行多次修剪，每次修剪掉的枝叶和移除的修复植物均进行无害化处理。
所述复合微生物菌种的添加量为待治理土壤质量的0.5％-1％。
所述待治理土壤至少含有Cd、Pb、Cr、Cu和Ni五种重金属元素中的一种。
结果显示：相比较于待治理土壤，土壤pH上升至7.5，重金属Cd、Pb、Cr、Cu和Ni的浓度分别为0.45、124.69、210.64、129.97和89.83mg/kg，土壤中重金属Cd、Pb、Cr、Cu和Ni的浓度分别下降了78.57％，66.66％，61.49％，80.74％，53.45％。
实施例2
一种生态修复重金属污染土壤治理方法，包括以下步骤：
a.采用耕土机，将被重金属污染的土层翻搅18cm-30cm的深度；
b.灌溉步骤a中待治理土壤，使其处于淹水状态，保持3-5天后晾晒至疏松；
c.将复合微生物菌种与待治理土壤的表层厚18cm的土壤混合均匀，所述复合微生物菌种包括粘质沙雷氏菌、铜绿假单胞菌和密旋链霉菌中，所述复合微生物菌种的重量比为粘质沙雷氏菌：铜绿假单胞菌和密旋链霉菌＝1:1：0.5；
d.在待治理土壤中种植修复植物，所述修复植物为商陆和三叶鬼针草，所述修复植物混合种植，任其自然生长，10-12个月后将植物整体移除；
e.循环重复执行步骤a-步骤d 3-4次。
所述种植修复植物的方法为幼苗栽种，5-10cm的幼苗倾斜30-45度埋入土壤表层3-5cm深度种植，株距为20-35cm，行距为20-28cm。
所述修复植物幼苗由15％-20％的H2O2消毒处理，然后蒸馏水洗涤浸泡12-15h，籽粒饱满且不下沉的种子长成。
所述种植修复植物的重金属污染土壤含水量保持在15-25％。
所述步骤d中修复植物生长期间可进行多次修剪，每次修剪掉的枝叶和移除的修复植物均进行无害化处理。
所述复合微生物菌种的添加量为待治理土壤质量的0.5％-1％。
所述待治理土壤至少含有Cd、Pb、Cr、Cu和Ni五种重金属元素中的一种。
结果显示：相比较于待治理土壤，土壤pH上升至7.4，重金属Cd、Pb、Cr、Cu和Ni的浓度分别为0.57、124.39、257.64、269.5和77.6mg/kg，土壤中重金属Cd、Pb、Cr、Cu和Ni的浓度分别下降了72.85％，66.74％，52.90％，60.07％，59.79％。
实施例3
一种生态修复重金属污染土壤治理方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.采用耕土机，将被重金属污染的土层翻搅20cm的深度；
b.灌溉步骤a中待治理土壤，使其处于淹水状态，保持3-5天后晾晒至疏松；
c.将复合微生物菌种与待治理土壤的表层厚15-18cm的土壤混合均匀，所述复合微生物菌种包括巨大芽孢杆菌、铜绿假单胞菌和密旋链霉菌，所述复合微生物菌种的重量比为巨大芽孢杆菌：铜绿假单胞菌和密旋链霉菌＝1:1：0.5；
d.在待治理土壤中种植修复植物，所述修复植物为宝山堇菜和三叶鬼针草，所述修复植物混合种植，任其自然生长，10-12个月后将植物整体移除；
e.循环重复执行步骤a-步骤d 3-4次。
所述种植修复植物的方法为幼苗栽种，5-10cm的幼苗倾斜30-45度埋入土壤表层3-5cm深度种植，株距为20-35cm，行距为20-28cm。
所述修复植物幼苗由15％-20％的H2O2消毒处理，然后蒸馏水洗涤浸泡12-15h，籽粒饱满且不下沉的种子长成。
所述种植修复植物的重金属污染土壤含水量保持在15-25％。
所述步骤d中修复植物生长期间可进行多次修剪，每次修剪掉的枝叶和移除的修复植物均进行无害化处理。
所述复合微生物菌种的添加量为待治理土壤质量的0.5％-1％。
所述待治理土壤至少含有Cd、Pb、Cr、Cu和Ni五种重金属元素中的一种。
结果显示：相比较于待治理土壤，土壤pH上升至7.4，重金属Cd、Pb、Cr、Cu和Ni的浓度分别为0.47、167.46、264.57、269.5和83.4mg/kg，土壤中重金属Cd、Pb、Cr、Cu和Ni的浓度分别下降了77.62％，55.22％，50.73％，60.07％，56.79％。
实施例4
一种生态修复重金属污染土壤治理方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.采用耕土机，将被重金属污染的土层翻搅25cm的深度；
b.灌溉步骤a中待治理土壤，使其处于淹水状态，保持3-5天后晾晒至疏松；
c.将复合微生物菌种与待治理土壤的表层厚18cm的土壤混合均匀，所述复合微生物菌种包括巨大芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌、粘质沙雷氏菌、铜绿假单胞菌和密旋链霉菌，所述复合微生物菌种的重量比为巨大芽孢杆菌：胶质芽孢杆菌：粘质沙雷氏菌：铜绿假单胞菌和密旋链霉菌＝1:1:1:1：0.5；
d.在待治理土壤中种植修复植物，所述修复植物为宝山堇菜、天蓝遏蓝菜、商陆和三叶鬼针草中，所述修复植物混合种植，任其自然生长，10-12个月后将植物整体移除；
e.循环重复执行步骤a-步骤d 3-4次。
所述种植修复植物的方法为幼苗栽种，5-10cm的幼苗倾斜30-45度埋入土壤表层3-5cm深度种植，株距为20-35cm，行距为20-28cm。
所述修复植物幼苗由15％-20％的H2O2消毒处理，然后蒸馏水洗涤浸泡12-15h，籽粒饱满且不下沉的种子长成。
所述种植修复植物的重金属污染土壤含水量保持在15-25％。
所述步骤d中修复植物生长期间可进行多次修剪，每次修剪掉的枝叶和移除的修复植物均进行无害化处理。
所述复合微生物菌种的添加量为待治理土壤质量的0.5％-1％。
所述待治理土壤至少含有Cd、Pb、Cr、Cu和Ni五种重金属元素中的一种。
相比较于待治理土壤，土壤pH上升至7.5，重金属Cd、Pb、Cr、Cu和Ni的浓度分别为0.43、124.39、198.37、94.25和74.16mg/kg，土壤中重金属Cd、Pb、Cr、Cu和Ni的浓度分别下降了79.52％，77.26％，63.73％，82.77％，61.35％。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
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的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。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 (7)

1.一种生态修复重金属污染土壤治理方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.采用耕土机，将被重金属污染的土层翻搅18cm-30cm的深度；
b.灌溉步骤a中待治理土壤，使其处于淹水状态，保持3-5天后晾晒至疏松；
c.将复合微生物菌种与待治理土壤的表层厚15-18cm的土壤混合均匀，所述复合微生物菌种包括巨大芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌、粘质沙雷氏菌、铜绿假单胞菌和密旋链霉菌中的至少一种，所述复合微生物菌种的重量比为巨大芽孢杆菌：胶质芽孢杆菌：粘质沙雷氏菌：铜绿假单胞菌和密旋链霉菌＝1:1:1:1：0.5；
d.在待治理土壤中种植修复植物，所述修复植物为宝山堇菜、天蓝遏蓝菜、商陆和三叶鬼针草中的至少一种，所述修复植物混合种植，任其自然生长，10-12个月后将植物整体移除；
e.循环重复执行步骤a-步骤d 3-4次。
2.根据权利要求1所述的一种生态修复重金属污染土壤治理方法，其特征在于，所述种植修复植物的方法为幼苗栽种，5-10cm的幼苗倾斜30-45度埋入土壤表层3-5cm深度种植，株距为20-35cm，行距为20-28cm。
3.根据权利要求2所述的一种生态修复重金属污染土壤治理方法，其特征在于，所述修复植物幼苗由15％-20％的H2O2消毒处理，然后蒸馏水洗涤浸泡12-15h，籽粒饱满且不下沉的种子长成。
4.根据权利要求3所述的一种生态修复重金属污染土壤治理方法，其特征在于，所述种植修复植物的重金属污染土壤含水量保持在15-25％。
5.根据权利要求4所述的一种生态修复重金属污染土壤治理方法，其特征在于，所述步骤d中修复植物生长期间可进行多次修剪，每次修剪掉的枝叶和移除的修复植物均进行无害化处理。
6.根据权利要求5所述的一种生态修复重金属污染土壤治理方法，其特征在于，所述复合微生物菌种的添加量为待治理土壤质量的0.5％-1％。
7.根据权利要求6所述的一种生态修复重金属污染土壤治理方法，其特征在于，所述待治理土壤至少含有Cd、Pb、Cr、Cu和Ni五种重金属元素中的一种。
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