CN111804728A - 一种土壤-植物重金属迁移模拟及修复控制实验装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种尾矿土壤—植物重金属迁移模拟及修复控制实验装置及方法，首先建立尾矿坝生态修复模拟实验装置；进行下部素尾矿土和上部改良尾矿土的分层填筑；确定抗逆性强的矿山生态修复典型灌木植物，通过光照模拟和定期浇水，开展生态修复植物选育模拟实验；检测分层土及植物各部位的污染物含量，明确植物修复效果，分析土壤‑植物中重金属纵向迁移、积累、分布规律。针对通过在选育后的代表性植物，在根际土添加螯合剂，开展螯合剂‑植物联合修复尾矿土重金属的模拟实验，用以实现研究螯合剂和植物共同作用下尾矿土重金属纵向迁移的功能。添加一定量的螯合剂可控制植物吸收、转运重金属的效率，从而提高修复尾矿土重金属污染的效果，且不会抑制植物生长。

Description

一种土壤-植物重金属迁移模拟及修复控制实验装置及方法
技术领域
本发明属于矿业废弃地土壤重金属迁移研究及治理技术领域，具体涉及一种尾矿土-植物重金属迁移及控制实验装置与方法。
背景技术
尾矿库在矿山开采生产过程中是一个非常重要的设施，但也是一个巨大的环境风险源和危险源。尾矿库不仅占地面积大，且尾矿扬尘会造成大气环境污染，由于废气矿区地表裸露、土壤结构破坏严重，矿库中的重金属受酸雨侵蚀作用，易以毒性最大的水溶态形式通过地表径流、地下渗流等途径迁移转化，随着矿山排水和降雨作用等直接进入周边土壤、农田和河流等，直接或间接造成周边土壤重金属污染和水环境重金属污染，进而对周边群众的健康造成潜在威胁。针对目前我国矿山生态环境面临的严峻形势，利用模型进行螯合剂—植物联合修复尾矿土重金属实验，用以探讨在螯合剂和植物共同做作用下对矿山尾矿土中重金属纵向迁移的影响研究，实现矿山尾矿库重金属迁移污染治理功能，为我国建设矿山文明、实施可持续发展战略提供科技支持。
发明内容
针对以上问题，本发明提出一种土壤-植物重金属迁移模拟及修复控制实验装置及方法，解决组合尾矿灌木植物抚育、自然环境模拟、降雨雨量监测、植物吸收重金属效率及土壤重金属纵向迁移规律研究等问题。
为了实现上述目的，本创新型采用的技术方案是：一种尾矿土壤-植物重金属迁移模拟及修复控制实验装置，箱体内部从下至上依次为：防渗层、碎石层、素尾矿土层、基质改良土壤层，箱体侧面设有排水槽，基质改良土壤层上栽植灌木植物，箱体上方设有紫外灯。
上述的一种尾矿土壤-植物重金属迁移模拟及修复控制实验装置，所述的箱体两侧为砖墙，前后两面为钢化玻璃。
上述的一种尾矿土壤-植物重金属迁移模拟及修复控制实验装置，基质改良土壤层中灌溉有螯合剂溶液，所述的螯合剂溶液是用EDTA溶液、NTA溶液或IDS溶液。
述的一种尾矿土壤-植物重金属迁移模拟及修复控制实验装置，防渗层内嵌有倒梯形的渗滤层，防渗层上表面外侧向渗滤层设有2％的坡度，渗滤层的一侧与排水槽相连，渗滤层下表面设有2％的坡度，倾向排水槽。
述的一种尾矿土壤-植物重金属迁移模拟及修复控制实验装置，所述渗滤层与碎石层之间设有隔砂土工布，所述渗滤层与排水槽之间设有隔砂土工布。
上述的一种尾矿土壤-植物重金属迁移模拟及修复控制实验装置，所述的素尾矿土层为尾矿库内素尾矿土填筑；基质改良土层采用尾矿土、田土和有机肥配置的基质改良土填筑。
一种尾矿土壤-植物重金属迁移模拟及修复控制方法，在尾矿库库区进行填土工作，下层为1100mm素尾矿土，上层为400mm基质改良土，向基质改良土浇灌螯合剂溶液，所述的螯合剂溶液是用EDTA溶液、NTA溶液或IDS溶液，在基质改良土上栽植灌木植物。
所述装置内的尾矿库模型构建方法：采用歪头山尾矿库库区内的素尾矿土。参考尾矿坝现场植物修复区的土层结构进行模型的填土工作，利用该尾矿库实验模拟模型，进行螯合剂-植物联合修复土壤重金属实验，实现提高植物吸收重金属效率及土壤重金属纵向迁移规律研究的功能。将植物修复装置、光照模拟装置和排水装置结合，节约空间，实现功能多样性，为尾矿土重金属污染治理和生态修复方法提供参数与依据。
附图说明
图1是土壤-植物重金属迁移模拟及修复控制实验装置轴侧图。
图2是土壤-植物重金属迁移模拟及修复控制实验装置主视图。
图3是渗滤层、防渗层部分的俯视图。
图4是渗滤层、防渗层剖面图。
图中标记为：1、箱体；2、钢化玻璃；3、砖墙；4、渗滤层；5、排水槽；6、隔砂土工布；8、紫外灯；9、基质改良土壤层；10、素尾矿土层；11、碎石层；12防渗层。
具体实施方式
为使本创新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例及相应的附图对本创新型技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1、图2、图3所示，所述的箱体1为长方体，五面封闭，顶部开口，箱体内部边界尺寸为7m×1.5m×1.8m，箱体1结构的左、右面由水泥砖砌成，外表用水泥砂浆抹平；前、后两面是1cm厚透明钢化玻璃；箱体1底部为防渗层12，防渗层12由425#水泥构筑，厚度为300mm。防渗层12内嵌有倒梯形的渗滤层4，倒梯形尺寸为：上宽500mm，下宽400mm，高300mm；防渗层12上表面外侧向渗滤层4设有2％的坡度，确保上层渗水均可汇集至渗水层内，兼具滤水、汇水和沟通槽内外的作用。渗滤层4的一侧设有排水槽5，渗滤层4下表面设有2％的坡度，倾向排水槽5，确保多余水流向排水槽5，如图4所示。渗滤层4采用中粗砂砾混合铺设。
箱体1内由下至上分别填筑100mm碎石层11、1100mm素尾矿土层10和400mm基质改良土壤层9。基质改良土层9由50％尾矿土、50％田土和5％有机肥配置而成。
渗滤层4和碎石层11之间采用400g/m2土工布铺设，确保上层渗水流入渗滤层，且阻隔实验用土流失；渗滤层4和排水槽5之间设置隔砂土工布6，采用400g/m2土工布—100目金属网—土工布进行铺设，用不锈钢钉将其固定于墙体。
所述的修复重金属植物选取沙棘和紫穗槐两种灌木13各九颗，螯合剂选取EDTA、NTA和IDS螯合剂，每种螯合剂溶液设置0mmoL/kg、3mmoL/kg和5mmoL/kg三种浓度，将配好的螯合剂溶液进行基质改良土壤层9的灌溉，使螯合剂溶化在土壤中并与土壤中重金属离子相结合，增加土壤液体中重金属离线浓度，最后被植物所吸收，降低土壤中重金属浓度从而完成土壤重金属修复。
所述装置内的尾矿库模型构建方法：采用歪头山尾矿库库区内的素尾矿土。参考尾矿坝现场植物修复区的土层结构进行模型的填土工作，下层为1100mm素尾矿土，上层为400mm基质改良土；利用该尾矿库实验模拟模型，进行3种螯合剂-植物联合修复土壤重金属实验，实现提高植物吸收重金属效率及土壤重金属纵向迁移规律研究的功能。将植物修复装置、光照模拟装置和排水装置结合，节约空间，实现功能多样性。

Claims (7)

1.一种尾矿土壤-植物重金属迁移模拟及修复控制实验装置，其特征在于，箱体(1)内部从下至上依次为：防渗层(12)、碎石层(11)、素尾矿土层(10)、基质改良土壤层(9)，箱体(1)侧面设有排水槽(5)，基质改良土壤层(9)上栽植灌木植物，箱体(1)上方设有紫外灯(8)。
2.根据权利要求1所述的一种尾矿土壤-植物重金属迁移模拟及修复控制实验装置，其特征在于，所述的箱体(1)两侧为砖墙(3)，前后两面为钢化玻璃(2)。
3.根据权利要求1所述的一种尾矿土壤-植物重金属迁移模拟及修复控制实验装置，其特征在于，基质改良土壤层(9)中灌溉有螯合剂溶液，所述的螯合剂溶液是用EDTA溶液、NTA溶液或IDS溶液。
4.根据权利要求1所述的一种尾矿土壤-植物重金属迁移模拟及修复控制实验装置，其特征在于，防渗层(12)内嵌有倒梯形的渗滤层(4)，防渗层(12)上表面外侧向渗滤层(4)设有2％的坡度，渗滤层(4)的一侧与排水槽(5)相连，渗滤层(4)下表面设有2％的坡度，倾向排水槽(5)。
5.根据权利要求4所述的一种尾矿土壤-植物重金属迁移模拟及修复控制实验装置，其特征在于，所述渗滤层(4)与碎石层(11)之间设有隔砂土工布(6)，所述渗滤层(4)与排水槽(5)之间设有隔砂土工布(6)。
6.根据权利要求1所述的一种尾矿土壤-植物重金属迁移模拟及修复控制实验装置，其特征在于，所述的素尾矿土层(10)为尾矿库内素尾矿土填筑；基质改良土层(9)采用尾矿土、田土和有机肥配置的基质改良土填筑。
7.一种尾矿土壤-植物重金属迁移模拟及修复控制方法，其特征在于，在尾矿库库区进行填土工作，下层为1100mm素尾矿土，上层为400mm基质改良土，向基质改良土浇灌螯合剂溶液，所述的螯合剂溶液是用EDTA溶液、NTA溶液或IDS溶液，在基质改良土上栽植灌木植物。
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