CN111229809A

CN111229809A - 一种重金属复合污染土壤化学阻隔-富集植物联合生态修复方法

Info

Publication number: CN111229809A
Application number: CN202010050587.2A
Authority: CN
Inventors: 胡志鑫; 张振兴; 杨攀; 刘书洪; 唐传祥
Original assignee: Hunan Airbluer Environmental Protection Technology Co ltd
Current assignee: Hunan Airbluer Environmental Protection Technology Co ltd
Priority date: 2020-01-17
Filing date: 2020-01-17
Publication date: 2020-06-05

Abstract

本发明提供了一种重金属复合污染土壤化学阻隔‑富集植物联合生态修复方法。本发明的优势在于：①利用化学处理技术，通过自主研发的化学阻隔剂与污染土壤中的复合重金属发生氧化、还原、吸附、沉淀、聚合、配合等反应，使污染物在土壤中分离、降解、转化或稳定成、降低土壤重金属元素有效性含量和毒性。②利用富集植物联合生态修复技术，利用植物及共生微生物提取、转移、吸收、分解、转化或固定污染土壤中的复合重金属，从而达到移除、削减或稳定、或降低污染物毒性。③重金属污染土壤一般为多种重金属共同的复合污染，单一的修复方法难以满足要求，以化学阻隔‑富集植物联合生态修复大面积重金属污染的一种行之有效的修复方法。

Description

一种重金属复合污染土壤化学阻隔-富集植物联合生态修复方法

技术领域

本发明涉及土壤污染控制与修复领域，特别是指涉及一种重金属复合污染土壤化学阻隔-富集植物联合生态修复方法。

背景技术

土壤环境重金属污染指由重金属或其化合物通过各种途径进入土壤造成的污染。土壤重金属污染实际上涉及工业、农业、人类的生产与生活许多方面，虽然污染种类很多，但重金属是对土壤环境影响较大的重要的污染物类型。一方面重金属从矿石采掘开始，直到成为工业品或成品中的组分、各阶段都可能在环境中扩散进入土壤；另一方面农业利用污水灌溉、施用化学肥料与农药、城市垃圾、污泥的农业利用等生产活动也增加了土壤环境中重金属的负荷。

重金属污染土壤多是几种重金属混合在一起的复合污染。复合污染是指两种或两种以上不同类型污染在同一环境中同时存在所形成的环境污染现象。

镉与锌同族，常与锌伴生。一般情况下镉与铅、铜、锰等金属共存。

以镉污染为主并伴有少量锌、铅的复合污染土壤的修复技术主要有工程修复、化学修复、物理修复、生物修复等。

客土法、换土发以及填埋等工程修复措施简单、稳定、见效快，但工程量大，成本高、不适合大面积污染土壤的治理。

物理修复主要包括电动修复法、热处理法、电解法。

电动修复法是利用天然导电性土壤加载电流形成电场梯度*土壤中的金属离子以电迁移和电渗透的方式向电极移动，然后在电极部分进行集中处理。

热处理是利用交频电压释放电磁波产生的热能对土壤进行加热，使一些易挥发性有毒重金属从土壤颗粒内解析分离并收集起来进行回收或处理，从而达到修复的目的。

电解法是使土壤中重金属在电解、电迁移、电净析或电泳等的作用下在阳极形成或阴极被移走。

生物修复可以降低土壤中重金属的毒性，吸附积累重金属，改变根除微环境，但其功能尚有待进一步研究和开发。

化学淋洗技术是利用淋洗液来淋洗污染的土壤。由于该方法使用时用水量大，且会造成二次污染。

由于重金属污染土壤一般为多种重金属共同的复合污染，以上单一的修复方法难以同时满足重金属污染土壤的治理技术性与经济性的技术。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供以自主研发的化学阻隔剂，对土壤中的镉、锌、铅等复合重金属进行钝化前处理；以富集植物对复合重金属进行提取、转移、吸收、分解、转化或固定进行深度处理的一种重金属复合污染土壤化学阻隔-富集植物联合生态修复方法，实现了单一的修复方法难以同时满足重金属复合污染土壤治理技术性与经济性的要求，该技术具有可显著降低土壤中复合重金属等交换态的含量、处理和修复效率高，生态环保，没有二次污染。

本发明所采取的方案是：

一种重金属复合污染土壤化学阻隔-富集植物联合生态修复方法，包括化学阻隔剂的配方与制备、化学阻隔-富集植物联合生态修复方法。

所述化学阻隔剂的配方包括以下重量百分比的组分：

化学阻隔材料为30%-50%

化学钝化材料为25%-45%

化学强化材料为5%-20%

植物生长调节材料为5%-20%

优选的，包括以下量百分比的组分：化学阻隔材料为35%-45%；化学钝化材料为30%-40%；化学*化材料为10%-15%；植物生长调节材料为10%-15%。

优选的，包括以下量百分比的组分：化学阻隔材料45%；化学钝化材料为35%，优选强化材料为10%；植物生长调节材料为10%。

优选的，所述化学阻隔材料为氧化钙、氢氧化钙、白云石粉、钾长石中的一种或多种。

优选的，所述植物生长调节材料为钙镁磷粉、氰氨化钙、动物骨粉、秸秆类有机肥、氨基酸螯合粉中的一种或多种。

本发明提供了所述的化学阻隔剂的制备方法，包括以下步骤：

①将四种功能的化学药剂茎材用铲车先倒入材料仓内；

②用各皮带输送机将化学茎材皮带输送至各研磨机进行粉碎，研磨成60-100目的粉末；

③研磨后的粉末经研磨后材料皮带式配料秤，在自动化配料系统的控制下，按设定比例完成对批次配方材料的称重计量后输入卧式螺带混合机。因螺带状做成双层，外层螺旋将四种化学药剂粉末从两侧输送，形成对流混合；

④经搅拌充分混合后的物料由卧式*带混合机出口连接进入混合后物料皮带输送机，再进入斗式提升机；

⑤进入斗式提升机后的物料出口连接进入包装及缝包机。经称重（每包25kg、50kg两种规格）、装袋、夹袋后进入包装机缝包后皮带输送机，再进入倒带平台；

⑥产品在倒带平台经过倒袋、整形、待码、机器人码垛后进入成品皮带输送机，再有托盘用叉车进入成品仓库堆放。

所述化学阻隔-富集植物联合生态修复方法

（1）化学阻隔剂的配方：化学阻隔材料选取氧化钙，其质量百分比为45%；化学钝化材料为多羟基磷酸铁、其质量百分比为35%；化学强化材料为生物腐殖酸，其质量百分比为100%；植物生长调节材料为钙*磷；其质量百分比为10%。将上述各种材料按比例混合制备。

（2）实施方法：

①场地平整与分区

对污染土壤的杂物进行清理和土地平整。测量人员用标准钢尺分别测量标定区域的长和宽、做好测量记录，计算划分的每个区域的面积，用石灰圈定。

②检测待修复污染土壤中镉、锌、铅、的含量及浸出毒性。

③根据不同的检测结果，按质量比镉、锌、铅复合污染土壤：化学阻隔剂为100:2、100:4、100:6、100:8添加化学阻隔剂，将化学阻隔剂均匀的施撒在待修复土壤的表面。

④用旋耕机旋耕已施撒化学阻隔剂的土壤，使土壤破碎粒度至2-4mm左右，和化学阻隔剂均匀混合。旋耕深度为20-25cm。

⑤开启水肥一体化设备进行土壤水分调节。水肥一体化设备通过储水池，输水泵、压力过滤器和管道将水输送至修复地块，保持土壤的含水率在40%-45%，静置25-32天。静置期间，每4天测定一次水分含量，并及时补水。

⑥对土壤中的重金属进行检测，土壤有效态镉（cd）、铅（Pb）等重金属采用DTPA浸提-原子吸收分光光度计测定（GB/T23739-2009）。若检测不符合修复目标值，需增加静置时间，必要时加水。

⑦土壤培肥。修复后的土壤待自然蒸发到40%的持水量时，用旋耕机旋耕0-25cm表层土，土壤粒径控制在30-40cm左右。旋耕和平整后的土壤施用基质有机肥。有机肥配方为作物秸秆：粉煤灰：农家肥（鸡粪：猪粪：牛羊粪）=7:1.5:1.5 v/r）。施用量为1000kg/亩，增加土壤中有机质含量，改善土壤中的水、气条件，促进富集植物根防微生物活动，起到土壤培肥效果；再施用基肥。基肥为多功能性*氮*磷腐植酸螯合肥（N-P₂O₅-K₂O-Ca：18-18-8-3.5）60kg，

⑧富集植物的搭配及生态景观构建。根据生态修复原理，选择抗复合重金属污染、适合干湿交替环境，有一定重金属镉、锌、铅吸收能力的旱柳、蝴蝶树、花叶芦竹等富集植物，形成乔木-灌木-竹草立体搭配的重金属复合污染土壤生态修复模式，实现景观生态效果。

旱柳的种植间距为4-5m，蝴蝶树的种植间距为0.5-1.0m；花叶芦竹的种植间距为0.3-0.5m。

旱柳（乔木）-蝴蝶树（灌木）-花叶芦竹（竹草）的种植面积比例为1:0.4:0.2。中央种植旱柳（乔木）、旱柳外围种植蝴蝶树（灌木）、蝴蝶树外围种植花叶芦竹（竹草），以实现景观生态效果。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

①利用化学处理技术，通过自主研发的化学阻隔剂与污染土壤中的复合重金属发生氧化、还原、吸附、沉淀、聚合、配合等反应，使污染物在土壤中分离、降解、转化或稳定成、降低土壤重金属元素有效性含量和毒性。

②利用富集植物联合生态修复技术，根据筛选植物可耐受或超积累镉、锌、铅等重金属元素的特性，利用植物及共生微生物提取、转移、吸收、分解、转化或固定污染土壤中的复合重金属、从而达到移除、削减或稳定、或降低污染物毒性。

③由于重金属污染土壤一般为多种重金属共同的复合污染，单一的修复方法难以满足要求，以化学阻隔-富集植物联合生态修复是大面积重金属污染的一种行之有效的修复方式。

具体实施方式

下面将结合实施例对重金属复合污染土壤化学阻隔-富集植物联合生态修复方法中的方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

本发明提供了化学阻隔剂的配方。

所述化学阻隔剂的配方包括以下重量百分比的组分：

化学阻隔材料为30%-50%；

化学钝化材料为25%-45%；

化学强化材料为5%-29%；

植物生长调节材料为5%-20%；

优选的，包括以下量百分比的组分：化学阻隔材料为45%；化学钝化材料为30%-40%；化学强化材料为10%-15%；植物生长调节材料为10%-15%。

优选的，包括以下量百分比的组分：化学阻隔材料为45%；化学钝化材料为35%；化学强化材料为10%；植物生长调节材料为10%。

优选的，所述化学阻隔材料为氧化钙、氢氧化钙、白**粉、钾长石中的一种或多种。

优选的，所述化学钝化材料为多羟基磷酸铁、多羟基磷氯化铁、聚合铁甲壳素、硅酸氯化铁中的一种或多种。

优选的，所述化学强化材料为生物腐植酸、草酸、柠檬酸、海泡石、乙二胺四乙酸其中的一种或多种。

实施例2

本发明提供了所述化学阻隔剂的制备方法，包括以下步骤：

①将四种功能的化学药剂茎材用铲车先倒入材料仓内；

②用各皮带输送机将化学茎材输送至各研磨机进行粉碎，研磨成60-100目的粉末；

③研磨后的粉末经研磨后材料皮带式配料秤，在自动化配料系统的控制下，按设定比例完成对批次配方材料的称重计量后输入卧式螺带混合机。因螺带状做成双层，外层螺旋将四种化学药剂粉末从两侧向中央汇集，内层螺旋将四种化学药剂粉末从中央向两侧输送，形成对流混合；

④经搅拌充分混合后的物料由卧式螺带混合机出口连接进入混合后物料皮带输送机，再进入斗式提升机；

⑤进入斗式提升机后的物料出口连接进入包装及缝包机。经称重（每包25kg、50kg两种规格）、装袋、夹袋后进入包装及缝包后皮带输送机，再进入倒带平台；

⑥产品在倒带平台经过倒袋、整形、待码、机器人码垛后进入成品皮带输送机，再由托盘用叉车进入成品仓库堆放。

实施例3

本发明提供了所述化学阻隔-富集植物联合生态修复方法

（1）化学阻隔剂的配方：

化学阻隔材料选取氧化钙，其质量百分比为45%；化学钝化材料为多羟基磷酸铁，其质量百分比为35%；化学强化材料为生物腐植酸，其质量百分比为10%；植物生长调节材料为钙镁磷；其质量百分比为10%。将上述各种材料按比例混合制备。

（2）实施方法：

①场地平整与分区

对污染土壤的杂物进行清理和土地平整。测量人员用标准钢尺分别测量标定区域的长和宽，做好测量记录，计算划分的每个区域的面积，用石灰圈定。

②检测待修复污染土壤中镉、锌、铅的含量及浸出毒性。

⑤开启水肥一体化设备进行土壤水分调节。水肥一体化设备通过储水池、输水泵、压力过滤器和管道将水输送至修复地块，保持土壤的含水率在40%-45%，静置25-32天。静置期间，每4天测定一次水分含量，并及时补水。

⑦土壤培肥。修复后的土壤待自然蒸发到40%的持水量时，用旋耕机旋耕0-25cm表层土，土壤粒径控制在30-40cm左右。旋耕机和平整后的土壤施用基质有机肥。有机肥配方为作物秸秆：粉煤灰：农家肥（鸡粪：猪粪：牛羊粪）=7:1.5:1.5 v/r）。施用量为1000kg/亩，增加土壤中有机质含量，改善土壤中的水、气条件，促进富集植物根际微生物活动，起到土壤培肥效果；再施用基肥。基肥为多功能性肥料，结合植物移栽，每亩施用多功能性高氮高磷腐植酸螯合肥（N-P₂O₅-K₂O-Ca：18-18-8-3.5）60kg，

⑧富集植物的搭配及生态景观构建。根据生态修复原理，选择抗复合重金属污染、适应干湿交替环境，有一定重金属镉、锌、铅吸收能力的旱柳、蝴蝶树、花叶芦竹等富集植物，形成乔木-灌木-竹草-立体搭配的重金属复合污染土壤生态修复模式，实现景观生态效果。

旱柳（乔木）-蝴蝶树（灌木）-花叶芦竹（竹草）的种植面积比例为1:0.4:0.2。中央种植旱柳（乔木），旱柳外围种植蝴蝶树（灌木）、蝴蝶树外围种植花叶芦竹（竹草），以实现景观生态效果。

Claims

1.一种重金属复合污染土壤化学阻隔-富集植物联合生态修复方法，包括化学阻隔剂的配方与制备、化学阻隔-富集植物联合生态修复方法。

2.根据权利要求书1所述的一种重金属复合污染土壤化学阻隔-富集植物生态修复方法，其特诊是：所述化学阻隔剂的配方包括以下重量百分比的组分：

化学阻隔材料为30%-50%；

化学钝化材料为25%-45%；

化学强化材料为5%-20%；

植物生长调节材料为5%-20%。

3.根据权利要求1所述的一种重金属复合污染土壤化学阻隔-富集植物生态修复方法，其特征是：所述化学阻隔剂的配方包括以下重量百分比的组分：

化学阻隔材料为35%-45%；

化学钝化材料为30%-40%；

化学强化材料为10%-15%；

植物生长调节材料为10-15%。

4.根据权利要求2所述的一种重金属复合污染土壤化学阻隔-富集植物生态修复方法，其特征是：所述化学阻隔剂的配方包括以下重量百分比的组分：

化学阻隔材料为45%；

化学钝化材料为35%；

化学强化材料为10%；

植物生长调节材料为10%。

5.根据权利要求2-4任意一项所述的化学阻隔剂，其特征在于，所述化学阻隔材料为氧化钙、氢氧化钙、白云石粉、钾长石中的一种或多种。

6.根据权利要求2-4任意一项所述的化学阻隔剂，其特诊在于，所述化学钝化材料为多羟基磷酸铁、多羟基磷氯化铁、聚合铁*壳素、硅酸氯化铁中的一种或多种。

7.根据权利要求2-4任意一项所述的化学阻隔剂，其特征在于，所述化学强化材料为生物腐殖酸、草酸、柠檬酸、海泡石、乙二胺四乙酸其中的一种或多种。

8.根据权利要求2-4任意一项所述的化学阻隔剂，其特征在于，所述植物生长调节材料为钙镁磷粉、氰氨化钙、动物骨粉、秸秆类有机肥、氨基酸螯合粉中的一种或多种。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的化学阻隔剂的制备方法，其特征在于：

①将四种功能的化学药剂基材用铲车先倒入材料仓内；

②用各皮带输送机将化学基材输送至各研磨机进行粉碎，研磨成60-100目的粉末；

③研磨后的粉末经研磨后材料皮带式配料秤，在自动化配料系统的控制下，按设定比例完成对批次配方材料的称重计量后输入卧式螺带混合机，因螺带状做成双层，外层螺旋将四种化学药剂粉末从两侧向中央汇集，内层螺旋将四种化学药剂粉末从中央向两侧输送，形成对流混合；

⑤进入斗式提升机后的物料出口连接进入包装及缝包机，经称重（每包25kg、50kg两种规格）、装袋、夹袋后进入包装及缝包后皮带输送机，再进入倒袋平台；

⑥产品在倒袋平台经过倒袋、整形、待码、机器人码垛后进入成品皮带输送机，再由托盘用叉车进入成品仓库堆放。

10.根据权利要求1-8任意一项所述的化学阻隔剂或权利要求9所述的方法制备的化学阻隔剂在和富集植物联合生态修复中的应用（方法）:

（1）化学阻隔剂的配方：

化学阻隔材料送取氧化钙，其质量百分比为45%；化学钝化材料为多羟基磷酸铁，其质量百分比为35%；化学*化材料为生物腐植酸，其质量百分比为10%；植物生长调节材料为钙*磷；其质量百分比为10%,将上述各种材料按比例混合制备；

实施方法：

①场地平整与分区

对污染土壤的杂物进行清理和土地平整，测量人员用标准钢尺分别测量标定区域的长和宽，做好测量记录，计算划分的每个区域的面积，用石灰固定；

②检测待修复污染土壤中镉、锌、铅的含量及浸出毒性；

③根据检测结果，按质量比镉、锌、铅复合后污染土壤：化学阻隔剂为100:2、100:4、100:6、100:8添加化学阻隔剂，将化学阻隔剂均匀的施撒在待修复土壤的表面；（本实施例为100:4）

④用旋耕机旋耕已施撒化学阻隔剂的土壤，使土壤破碎粒度至2-4mm左右，和化学阻隔剂均匀混合，旋耕深度为20-25cm；

⑤开启水肥一体化设备进行土壤水分调节，水肥一体化设备通过储水池、输水泵、压力过滤器和管道将水输送至修复地块，保持土壤的含水率在40%-45%，静置25-32天，静置期间，每4天测定一次水分含量，并及时补水；

⑥对土壤中的重金属进行检测，土壤有效态镉（cd）、铅（Pb）等重金属采用DTPA浸提-原子吸收分光光度计测定（GB/T23739-2009），若检测不符合修复用标值，需增加静置时间，必要时加水；

⑦土壤培肥，修复后的土壤待自然蒸发到40%的持水量时，用旋耕机旋耕0-25cm表层土，土壤粒径控制在30-40cm左右，旋耕和平整后的土壤施用基质有机肥,有机物配方为作物秸秆、粉煤灰、农家肥（鸡粪、猪粪、牛羊粪）=7:1.5:1.5 v/r），施用量为1000kg/亩，增加土壤中有机质含量，改善土壤的水、气条件，促进富集植物根防微生物活动，起到土壤培肥效果；再施用基肥，基肥为多功能性肥料，结合植物移栽，每亩施用多功能性高氮高磷腐植酸螯合肥（N-P₂O₅-K₂O-Ca：18-18-8-3.5）60kg,

⑧富集植物的搭配及生态景观构建,根据生态修复原理，选择抗复合重金属污染、适应干湿交替环境，有一定重金属镉、锌、铅吸收能力的旱柳、蝴蝶树、花叶芦竹等富集植物，形成乔木-灌木-竹草立体搭配的重金属复合污染土壤生态修复模式实现景观生态效果；

旱柳的种植间距为4-5m，蝴蝶树的种植间距为0.5-1.0m；花叶芦竹的种植间距为0.3-0.5m；

旱柳（乔木）-蝴蝶树（灌木）-花叶芦竹（竹草）的种植面积比例为1:0.4:0.2,中央种植旱柳（乔木），旱柳外围种植蝴蝶树（灌木）、蝴蝶树外围种植花叶芦竹（竹草),以实现景观生态效果。