CN110624948A

CN110624948A - 生物炭与植物联合修复镉污染土壤的方法

Info

Publication number: CN110624948A
Application number: CN201910921353.8A
Authority: CN
Inventors: 李亚林; 刘蕾; 王淑晴; 张赛超; 唐一凡; 周垟
Original assignee: Henan Institute of Engineering
Current assignee: Henan Institute of Engineering
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2019-12-31

Abstract

生物炭与植物联合修复镉污染土壤的方法，包括以下步骤，（1）对生物秸秆进行处理制备生物炭；（2）对土壤进行物理处理；（3）对物理处理后土壤进行化学处理，得到镉污染土壤；（4）将生物炭加入到镉污染土壤中，混合均匀，然后种植黑麦草；（5）种植黑麦草期间，以7天为间隔取土样进行镉含量测定，种植45d后将黑麦草收割，并测定各个土样的含镉含量以及收割后黑麦草茎叶部和根部的镉含量。本发明制备的生物炭疏松多孔，具有管状的通道，比表面积大，具有很大的吸附能力，不仅有益于黑麦草生长繁殖，增强黑麦草的富集作用，而且更好的吸附土壤中重金属，且不产生二次污染，具有广泛的应用前景。

Description

生物炭与植物联合修复镉污染土壤的方法

技术领域

本发明属于环境修复技术领域，具体涉及一种生物炭与植物联合修复镉污染土壤的方法。

背景技术

近年来，无论在中国还是在世界范围内，控制和减轻重金属对环境的污染和危害已成为一个焦点问题。相较于水污染与空气污染，土壤重金属污染具有不可见性和隐蔽性。目前，国内外用来修复土壤重金属的方法主要有物理法、化学法以及生物法。物理法有热解吸法、电化学法和提取法等技术对土壤重金属污染进行治理。其中在实践中常用的工程措施主要包括换土、客土和深耕翻土等措施。但是工程量大，成本高，存在对污土的二次处理问题。化学法常通过添加外来物质，以改变土壤的化学性质，从而改变重金属形态及其生物有效性等，最终抑制或降低作物对重金属的吸收。但其只是改变了重金属的形态，并没有从根本上去除土壤中的重金属，而且添加的化学试剂也可能对生态环境造成二次污染。

植物修复技术与传统的物理化学法相比，对环境干扰小、投资少、无二次污染等特点，成为近年来的研究热点。黑麦草是一种禾本科植物，一年生或多年生草本植物，它具有再生能力强、易于种植、生长速率快、生物量大的特点，且环境适应性强，对重金属具有富集作用；生物炭呈碱性，富含碳素和一定量的灰分，具有较丰富的空隙结构以及较大的比表面积，吸附性能优异等特点，能有效的降低重金属在土壤中的迁移性，提高植物的修复效率。

杨园等研究表明，生物炭和猪粪堆肥对Cd污染土壤上黑麦草有影响，黑麦草对重金属镉表现出超强的耐性，并吸收土壤中的重金属镉。肖亮亮等利用药渣生物炭基质联合麦饭石对黑麦草生长进行研究表明，添加生物炭使黑麦草的生物量增加。这些研究大都只针对于黑麦草的生理生化，而污染土壤的修复机制较少，所以本实验是以生物炭联合黑麦草修复含镉的污染土壤为目的展开研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物炭与植物联合修复镉污染土壤的方法，通过在镉污染土壤中种植富集植物黑麦草，并在其污染土壤中添加不同类生物炭，通过利用生物炭以增强黑麦草对于土壤中镉的吸附能力，实现土壤重金属镉污染的高效、快速安全修复。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：生物炭与植物联合修复镉污染土壤的方法，包括以下步骤，

（1）对生物秸秆进行处理制备生物炭；

（2）对土壤进行物理处理；

（3）对物理处理后土壤进行化学处理，得到镉污染土壤；

（4）将生物炭加入到镉污染土壤中，混合均匀，然后种植黑麦草；

（5）种植黑麦草期间，以7天为间隔取土样进行镉含量测定，种植45d后将黑麦草收割，并测定各个土样的含镉含量以及收割后黑麦草茎叶部和根部的镉含量。

步骤（1）的具体过程为，生物秸秆选择小麦和玉米秸秆，将小麦和玉米秸秆破碎成20目的大小颗粒状，放于带盖的坩埚中，盖上盖以隔绝氧气；打开马弗炉开关，将坩埚放入马弗炉内，设定预热时间30min，使温度升高到400℃裂解2h，再降温至100℃以下，关掉马弗炉开关，取出坩埚待冷却后磨碎、过60目筛，得到生物炭，倒入密封袋中，备用。

步骤（2）的具体过程为，将土壤破碎过孔径为2mm的滤网去除石块、树枝以及其他杂物，将土壤置于密封袋内保存。

步骤（3）的具体过程为，配置硝酸镉污染液，将硝酸镉污染液加入到土壤中，使土壤中的Cd²⁺含量为30mg/kg，反复搅拌均匀静置24h，得到镉污染土壤，备用。

步骤（4）的具体过程为，将生物炭与土壤的重量比为2％的比例加入到土壤中，搅拌均匀，平衡7d，然后分装在塑料花盆中，撒入40颗黑麦草种子，定时浇水以保持一定湿度。

采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

1）本发明采用的秸秆制备生物炭，资源丰富，其优廉易得，制备方法简易。

2）本发明制备的生物炭疏松多孔，具有管状的通道，比表面积大，具有很大的吸附能力，不仅有益于黑麦草生长繁殖，增强黑麦草的富集作用，而且更好的吸附土壤中重金属。

3）本发明工艺简单，易于操作，不会造成附加的环境危害。

4）本发明在种植黑麦草的过程中，每隔7天取一次土样，通过数据分析，能够清楚地知道修复效果，有利于重金属污染农田土壤的修复。

5）本发明有效解决土壤环境的污染问题，为修复植物的资源化利用以及重金属污染土壤的修复提供了一条有效的途径。

6）采用本发明提供的生物炭和黑麦草对重金属污染土壤的修复方法，费用低、易于管理、不产生二次污染，具有广泛的应用前景。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。以下实施例所用的黑麦草为市售草种，所用的小麦和玉米秸秆为市售秸秆粉。

生物炭与植物联合修复镉污染土壤的方法，包括以下步骤：

第一步：生物炭的制备

将小麦和玉米秸秆破碎成20目的大小颗粒状，放于带盖的坩埚中，盖盖以隔绝氧气。打开马弗炉开关,将坩埚放入炉内，设定预热时间30min，使温度升高到400℃裂解2h，在降温至100℃以下，关掉马弗炉电源，取出坩埚待冷却后磨碎、过60目筛，倒入密封袋中，待用。

第二步：污染土壤的制备

1) 供试土壤：实验土壤取校园内的表层0-20cm土壤，将土块用橡皮锤捣碎，在室内通风处经过4-7天的避光风干，使土壤的含水率保持在5%左右，再使用孔径为2mm的滤网去除石块，树枝等杂物，最后将土壤置于密封袋内保存，避免与其他物质接触，待用。

2) 配置硝酸镉污染液，按照Cd²⁺含量为30mg/kg加入土壤中，反复搅拌均匀静置24h。

第三步：黑麦草与生物炭不同组合工艺对土壤中镉的富集能力

供试土壤风干后过2mm筛，重金属镉以溶液形式加入盆中混合均匀，配置成30mg/kg的镉污染土壤，陈化24h，并加入生物炭，调节盆中土壤含水量为田间最大持水量的60-80％，自然平衡7d后。实验采用直径约10cm塑料盆，每盆装土约1kg，在每盆中撒入40棵黑麦草种子，开始进行各处理组的实验，其中有生物炭的实验组其加量如下：

第1组为原土壤样品，不添加任何生物炭和重金属镉

第2组为镉污染土壤，不添加任何生物炭

第3组为镉污染土壤+小麦生物炭（与原土壤质量比2%）

第4组为镉污染土壤+玉米生物炭（与原土壤质量比2%）

第5组为镉污染土壤+小麦生物炭+玉米生物炭（各与原土壤质量比1%）

各处理组都有3个平行实验，并种植期间以7天为间隔取土样，烘干置于密封袋并测其基本性质。在植物生长的第45d收获，将植物沿着土壤表面剪下，分成地下和地上两部分，用去离子水冲洗干净，风干，测量生物量。将其置于105℃下杀青30min，60℃烘干后，粉碎装入样品袋。植物样品，通过湿法(HNO₃-HClO₄)消解后，采用原子吸收分光光度计进行测定。添加生物炭组的土壤中镉含量下降了10-20％，不同种类的生物炭对土壤中吸附能力有所差异。

第四步：黑麦草与生物炭对土壤中镉的富集能力

供试土壤风干后过2mm筛，重金属镉以溶液形式加入盆中混合均匀，配置成30mg/kg的镉污染土壤，并加入生物炭，调节盆中土壤含水量为田间最大持水量的60-80％，自然平衡7d。实验采用直径约10cm塑料盆，每盆装土约1kg，在每盆中撒入40棵黑麦草种子，在植物生长的第45d收获，将植物沿着土壤表面剪下，分成地下和地上两部分，用去离子水冲洗干净，风干，测量生物量。将其置于105℃下杀青30min，60℃烘干后，粉碎装入样品袋，通过湿法(HNO₃-HClO₄)消解后，采用原子吸收分光光度计进行测定。添加生物炭组的黑麦草生物量比空白组的生物量大，而且黑麦草根部富集重金属镉的能力大于茎叶部分。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.生物炭与植物联合修复镉污染土壤的方法，其特征在于：包括以下步骤，

（1）对生物秸秆进行处理制备生物炭；

（2）对土壤进行物理处理；

（3）对物理处理后土壤进行化学处理，得到镉污染土壤；

2.根据权利要求1所述的生物炭与植物联合修复镉污染土壤的方法，其特征在于：步骤（1）的具体过程为，生物秸秆选择小麦和玉米秸秆，将小麦和玉米秸秆破碎成20目的大小颗粒状，放于带盖的坩埚中，盖上盖以隔绝氧气；打开马弗炉开关，将坩埚放入马弗炉内，设定预热时间30min，使温度升高到400℃裂解2h，再降温至100℃以下，关掉马弗炉开关，取出坩埚待冷却后磨碎、过60目筛，得到生物炭，倒入密封袋中，备用。

3.根据权利要求2所述的生物炭与植物联合修复镉污染土壤的方法，其特征在于：步骤（2）的具体过程为，将土壤破碎过孔径为2mm的滤网去除石块、树枝以及其他杂物，将土壤置于密封袋内保存。

4.根据权利要求3所述的生物炭与植物联合修复镉污染土壤的方法，其特征在于：步骤（3）的具体过程为，配置硝酸镉污染液，将硝酸镉污染液加入到土壤中，使土壤中的Cd²⁺含量为30mg/kg，反复搅拌均匀静置24h，得到镉污染土壤，备用。

5.根据权利要求4所述的生物炭与植物联合修复镉污染土壤的方法，其特征在于：步骤（4）的具体过程为，将生物炭与土壤的重量比为2％的比例加入到土壤中，搅拌均匀，平衡7d，然后分装在塑料花盆中，撒入40颗黑麦草种子，定时浇水以保持一定湿度。