CN111346911A - 一种镉污染矿山滤饼综合利用的植物修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镉污染矿山滤饼综合利用的植物修复方法，属于镉污染土壤植物修复技术领域。本发明公开的一种镉污染矿山滤饼综合利用的植物修复方法，包括铺设防渗层、安装暗管、铺设滤饼和防雨层、安装滴灌设备、超积累植物种植与收割。本发明公开的一种镉污染矿山滤饼综合利用的植物修复方法，滤饼经过2～3年工程治理和植物修复，可以显著降低土壤中镉的含量，达到农用地土壤污染风险管控标准中重金属镉的含量，可以应用于中低产田土壤的改良。

Description

一种镉污染矿山滤饼综合利用的植物修复方法
技术领域
本发明涉及镉污染土壤植物修复技术领域，更具体的说是涉及一种镉污染矿山滤饼综合利用的植物修复方法。
背景技术
矿山滤饼是矿山上的矿石生产建筑材料时，在清洗过程中产生的大量废水中加入絮凝剂聚丙烯酰胺沉淀后，经框式压滤机脱水固化形成的含水量在30％～40％的沉淀泥土。由于部分矿山滤饼含有较高的镉(Cd)重金属污染(pH5.13，镉1.71mg/kg)，到目前为止还没有十分有效的处理方式，大量的滤饼还是以堆存的方式处理，占用了许多土地，容易导致周边环境的二次污染。修复镉污染的矿山滤饼，去除其中的镉等重金属，将滤饼应用于中低产田、城市绿地和道路绿化土壤等，可以提高滤饼的综合利用率。
在土壤重金属修复领域，常规的物理、化学修复存在费用昂贵，二次污染、破坏土壤理化性质的缺点，而植物修复因高效、廉价和不破坏环境等优点备受各国政府青睐。利用超积累植物去除污染土壤中的重金属是治理污染土壤的重要手段。因此，提供一种镉污染矿山滤饼综合利用的植物修复方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种镉污染矿山滤饼综合利用的植物修复方法，利用工程治理措施和植物富集修复相结合，提高滤饼中镉的活化、解离与去除能力；本发明利用常规的化学修复方法和植物修复相结合，达到彻底修复镉重金属污染滤饼土壤的目的。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种镉污染矿山滤饼综合利用的植物修复方法，具体步骤如下：
(1)铺设防渗层
在滤饼堆放场地去杂、整平后，铺设生物可降解的聚乳酸树脂PLA薄膜作为防渗层；所述防渗层厚度为0.08～0.10mm；防渗层能够减少滤饼中水分渗漏对地下水体的污染；同时PLA薄膜具有生物可降解的特点，能够减少对环境的污染；
(2)安装暗管
在铺设薄膜的上方设置布满小孔的暗管，采用普通打孔机打孔，各小孔间隔2-3cm，小孔直径为1.5mm，暗管之间间隔20cm，长度与堆放场相当；暗管上方铺设河沙，河沙厚度为5～8cm，河沙粒径为2～3mm以上；在暗管末端修建收集池或者放置收集桶，收集渗滤液；河沙粒径大于暗管孔径，能够防止堵塞暗管，利于导出滤饼中含有大量镉离子的水分；
(3)铺设滤饼
将滤饼铺设在河沙上，所述滤饼铺设厚度为50～60cm；在滤饼表面铺设PLA薄膜作为防雨层，所述防雨层厚度为0.02～0.04mm；铺设防雨层能够减少降雨产生的地表径流污染周边环境，同时能够减少镉离子活化剂的蒸发，降低修复土壤的费用；防雨层在每年超积累植物收割后，第二年需要重新铺设；
(4)安装滴灌设备和铺设防雨层
滴灌设备安装在距离滤饼堆放场地1m以内的位置，滴灌设备上安装滴灌泵和滴灌管；滴灌管设置在滤饼上，滴灌管的排布密度与种植的超积累植物一致；滴灌的液体为含有0.1％镉离子活化剂的水溶液；每平方米滴灌的水溶液量为95L/m2/d，连续滴灌1天后，停止1天，以此往复不间断滴灌；采用普通灌溉方式加入镉离子活化剂，容易从滤饼表面流失，难以深入滤饼深处；滴灌方式可以解决滤饼粘性问题，缓慢滴入镉离子活化剂，提高滤饼中镉的生物有效性，增强淋洗和渗漏能力；
在滤饼和滴灌管表面铺设PLA薄膜作为防雨层，防雨层厚度为0.02～0.04mm；
(5)超积累植物种植与收割
采用间作模式在铺设了防雨层的滤饼上种植具有镉超积累能力的多年生木本植物绦柳和一年生草本植物凹叶景天；超积累植物种植间作组合包含2行绦柳(行距30cm，株距10cm)和4行凹叶景天(行距10cm，株距5cm)，绦柳与凹叶景天的间距为20cm；绦柳和凹叶景天每年收割一次，进行镉的回收提取；收割后重新铺设防雨层，渗滤液收集需要根据收集池中渗滤液多少，每隔一段时间进行镉的回收与提取。
绦柳采用扦插枝条种植，于春天剪取绦柳枝条约20cm，浸泡于水中3天，滴灌透水后直接扦插；凹叶景天采用移栽方法，将扦插成活的凹叶景天苗直接按照株行距移栽。绦柳具有生物量大，根系发达，生长迅速，镉吸收量大的特点，可以吸收深层30-60cm土壤中镉等重金属；凹叶景天具有耐阴能力强，主要吸收表层0-20cm的重金属；两种植物间作种植，有利于滤饼中镉离子的吸收。
木本植物绦柳和草本植物凹叶景天易繁殖，种植和管理成本低，相互搭配种植对土壤深层以及浅层的重金属污染物有很好的去除效果，适用于重金属污染土壤的修复。
进一步，步骤(2)所述暗管为PVC水管，所述PVC水管内径为8cm。
进一步，步骤(4)所述镉离子活化剂含有纳米级天然景天植物提取物35％，乙二醇二乙醚二胺四乙酸(EGTA)20％，离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠5％，褪黑素(melatonin)0.5％，腐殖酸10％，氮磷钾三元肥料(N:P:K＝15:15:15)5％和去离子水24.5％。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种镉污染矿山滤饼综合利用的植物修复方法，滤饼经过2～3年工程治理和植物修复，可以显著降低土壤中镉的含量，达到农用地土壤污染风险管控标准(GB15618-2018)中重金属镉的含量，可以应用于中低产田土壤的改良；镉离子活化剂中纳米级天然景天植物提取物与EGTA复合能够促进土壤中的镉离子的活化，提高其在土壤中的生物有效性，利于绦柳和凹叶景天对土壤中镉的吸收；褪黑素的施用促进植物在镉胁迫下的生长与发育，有利于提高植物的生物量，增加镉的吸收量；滤饼中有机质含量非常低，粘性非常强，不利于植物根系的生长；经过植物修复后显著提高土壤有机质含量，增加了土壤的透气性和养分的有效性，特别是显著增加土壤中微量元素的含量，有利于滤饼的综合利用；本发明方法能够防止滤饼修复过程中对周边土壤和环境的二次污染。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明超积累植物间作示意图；
其中，“X”表示绦柳，“#”表示凹叶景天；
图2附图为本发明利用超积累植物修复滤饼的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
纳米级天然景天植物提取物购自成都普瑞法科技有限公司；氮磷钾三元肥料(N:P:K＝15:15:15)购自成都新都化工有限公司。
实施例1
一种镉污染矿山滤饼综合利用的植物修复方法，具体步骤如下：
(1)铺设防渗层
在滤饼堆放场地去杂、整平后，铺设PLA薄膜作为防渗层；防渗层厚度为0.08～0.10mm；
(2)安装暗管
在铺设薄膜的上方设置布满小孔的暗管，采用普通打孔机打孔，各小孔间隔2-3cm，小孔直径为1.5mm，暗管之间间隔20cm，长度与堆放场相当；暗管上方铺设河沙，河沙厚度为5～8cm，河沙粒径为2～3mm以上；在暗管末端修建收集池或者放置收集桶，收集渗滤液；
(3)铺设滤饼
将滤饼铺设在河沙上，滤饼铺设厚度为50～60cm；
(4)安装滴灌设备和铺设防雨层
滴灌设备安装在距离滤饼堆放场地1m以内的位置，滴灌设备上安装滴灌泵和滴灌管；滴灌管设置在滤饼上，滴灌管的排布密度与种植的超积累植物一致；滴灌的液体为含有0.1％镉离子活化剂(含有纳米级天然景天植物提取物35％，乙二醇二乙醚二胺四乙酸20％，离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠5％，褪黑素0.5％，腐殖酸10％，氮磷钾三元肥料5％和去离子水24.5％)的水溶液；每平方米滴灌的水溶液量为95L/m2/d，连续滴灌1天后，停止1天，以此往复不间断滴灌；
在滤饼和滴灌管表面铺设PLA薄膜作为防雨层，防雨层厚度为0.02～0.04mm；
(5)超积累植物种植与收割
采用间作模式在铺设了防雨层的滤饼上种植具有镉超积累能力的多年生木本植物绦柳和一年生草本植物凹叶景天；超积累植物种植间作组合包含2行绦柳(行距30cm，株距10cm)和4行凹叶景天(行距10cm，株距5cm)，绦柳与凹叶景天的间距为20cm；具体分布示意图见图1；绦柳和凹叶景天每年收割一次，进行镉的回收提取；收割后重新铺设防雨层，渗滤液收集需要根据收集池中渗滤液多少，每隔一段时间进行镉的回收与提取。利用超积累植物修复滤饼的示意图见图2。
矿山滤饼在浙江杭州建材公司取样，滤饼初始酸碱度pH为5.13，滤饼中初始重金属镉含量为1.71mg/kg。滤饼样品中存在镉的超标，利用本发明方法对矿山滤饼经过三年工程措施改造以及超级累植物的吸收，滤饼中有机质、全氮、速效磷、速效钾分别比改造前显著增加，粘性明显降低，适合绿化植物特别是农作物的种植；滤饼中镉的含量显著下降到0.42mg/kg(表1)，符合《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》(试行)(GB15618-2018)农田标准中对镉含量的要求，能够应用于农田、公园绿地等改造。
表1滤饼矿质营养元素含量检测结果
Figure BDA0002413173240000061
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 (3)

1.一种镉污染矿山滤饼综合利用的植物修复方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)铺设防渗层
在滤饼堆放场地铺设PLA薄膜作为防渗层；所述防渗层厚度为0.08～0.10mm；
(2)安装暗管
在铺设薄膜的上方设置布满小孔的暗管，各小孔间隔2-3cm，小孔直径为1.5mm，暗管之间间隔20cm，长度与堆放场相当；暗管上方铺设河沙，河沙厚度为5～8cm，河沙粒径大于暗管孔径；在暗管末端修建收集池或者放置收集桶，收集渗滤液；
(3)铺设滤饼
将滤饼铺设在河沙上，所述滤饼铺设厚度为50～60cm；在滤饼表面铺设PLA薄膜作为防雨层，所述防雨层厚度为0.02～0.04mm；
(4)安装滴灌设备和铺设防雨层
滴灌设备安装在距离滤饼堆放场地1m以内的位置，滴灌设备上安装滴灌泵和滴灌管；滴灌管设置在滤饼上，滴灌管的排布密度与种植的超积累植物一致；滴灌的液体为含有0.1％镉离子活化剂的水溶液；每平方米滴灌的水溶液量为95L/m2/d，连续滴灌1天后，停止1天，以此往复不间断滴灌；在滤饼和滴灌管表面铺设PLA薄膜作为防雨层，防雨层厚度为0.02～0.04mm；
(5)超积累植物种植与收割
采用间作模式在铺设了防雨层的滤饼上种植绦柳和凹叶景天；超积累植物种植间作组合包含2行绦柳和4行凹叶景天，绦柳与凹叶景天的间距为20cm；所述绦柳种植的行距为30cm，株距为10cm；所述凹叶景天种植的行距为10cm，株距为5cm；绦柳和凹叶景天每年收割一次，收割后重新铺设防雨层，每隔一段时间收集渗滤液。
2.根据权利要求1所述的一种镉污染矿山滤饼综合利用的植物修复方法，其特征在于，步骤(2)所述暗管为PVC水管，所述PVC水管内径为8cm。
3.根据权利要求2所述的一种镉污染矿山滤饼综合利用的植物修复方法，其特征在于，步骤(4)所述镉离子活化剂含有纳米级天然景天植物提取物35％，乙二醇二乙醚二胺四乙酸20％，十二烷基苯磺酸钠5％，褪黑素0.5％，腐殖酸10％，氮磷钾三元肥料5％和去离子水24.5％。
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