CN114247745A - 一种新型环境功能材料联合香根草治理重金属污染土壤的方法及其应用 - Google Patents

一种新型环境功能材料联合香根草治理重金属污染土壤的方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型环境功能材料联合香根草治理重金属污染土壤的方法，包括如下步骤：向重金属污染土壤中投入铁基材料，其中，铁基材料由纳米零价铁、绿化废弃物粉末及EM菌复合而成；铁基复合材料与种植土壤混合均匀，然后种植香根草。上述修复方法通过利用铁基复合材料耦合香根草的方法对重金属土壤进行修复，铁基复合材料既有效修复重金属污染土壤，又能促进香根草生长，然后又可以通过香根草吸附土壤的重金属元素，从而达到生态可持续的修复效果。

Description

一种新型环境功能材料联合香根草治理重金属污染土壤的方 法及其应用
技术领域
本发明涉及土壤污染处理技术领域，尤其涉及一种新型环境功能材料联合香根草治理重金属污染土壤的方法及其应用。
背景技术
土壤无机污染物中以重金属比较突出，主要是由于重金属不能为土壤微生物所分解，而易于积累、转化为毒性更大的甲基化合物，甚至有的通过食物链以有害浓度在人体内蓄积，严重危害人体健康。土壤重金属污染物主要有汞、镉、铅、铜、铬、砷、镍、铁、锰、锌等，砷虽不属于重金属，但因其行为与来源以及危害都与重金属相似，故通常列入重金属类进行讨论。土壤重金属污染危害大，治理难度也大。围绕土壤重金属污染，已经有很多修复技术。传统物理化学的重金属修复技术对于治理严重污染土壤具有时间短、见效快等优点，但往往伴随着高能耗、高费用、二次污染等风险，因而不适用于大规模污染土壤的修复。
投加铁基材料(包括零价铁、铁氧化物、铁硫化物和铁氢氧化物)对污染土壤进行原位修复的有效方式，逐渐成为国际上受到较多关注的污染修复方法之一。铁基材料在酸性土壤中具有良好的还原效果，而在碱性条件下往往因表面生成难溶性反应产物形成钝化层而导致其活性降低或丧失。
香根草是禾本科，属多年生粗壮草本植物。香根草根系能穿透坚硬红粘土，并穿透砾石之间、岩层之间薄弱的地方，可长至2-3米深，最深达到5-6米。同时，香根草根系数量多，在土壤中成网状密布，与土壤接触面积大，粘附力强，护坡效果好。在实验中，将香根草培养30天后，其根和茎叶中的铬和铜含量均低于0.1％，铅含量分别达1％，0.4％，锌在根和茎叶的含量均达到1％。上述试验证实：香根草对锌和铅的吸收率很高，但对铜和铬的吸收能力不强。因此，香根草可以作为铅和锌的超富集植物。
目前，现有较多关于重金属污染土壤治理的报道，但大多局限在单一技术层面上，且污染土壤修复效果不持续，成本也较高。相关报道及文献中尚未有利用铁基材料耦合香根草的方法对重金属土壤进行修复。因此，亟需研发一种具有可持续低成本的重金属污染土壤协同修复方法。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一提供一种新型环境功能材料联合香根草治理重金属污染土壤的方法，其铁基材料既有效修复重金属污染土壤，又能促进香根草生长，然后又可以通过香根草吸附土壤的重金属元素，从而达到生态可持续的修复效果。
本发明的目的之二还提供一种上述新型环境功能材料联合香根草治理重金属污染土壤的方法的应用。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种新型环境功能材料联合香根草治理重金属污染土壤的方法，包括如下步骤：
S1：向重金属污染土壤中投入铁基材料，其中，铁基材料由零价铁、绿化废弃物粉末及EM菌复合而成；
S2：在铁基材料上铺上一层土壤，然后种植香根草。
进一步优选地，所述铁基材料中零价铁、绿化废弃物粉末的质量比为1：(0.01-0.8)，所述铁基材料中EM菌的活菌总数≥5.0×109cfu/g。
进一步优选地，所述铁基材料中零价铁、绿化废弃物粉末的质量比为1：(0.2-0.5)。
进一步优选地，所述绿化废弃物粉末中的绿化废弃物为植物落叶、枝干、草屑中的一种或两种以上组合。
进一步优选地，所述EM菌为光合细菌、酵母菌、乳酸菌、放线菌、发酵性丝状真菌中的一种或两种以上组合。
进一步地，在步骤S2中，在铁基材料上铺上一层厚1cm-10cm的土壤，然后种植香根草，香根草的种植量为每平方污染土壤投入1g的铁基材料需种植50-300棵香根草。
进一步地，在步骤S1中，铁基材料的投入量为每平方污染土壤需投入0.5g-200g的铁基材料。
进一步地，所述铁基材料的制备方法为：
1)将绿化废弃物经过清洗、烘干后，然后粉碎并磨成粉末状，得到绿化废弃物粉末；
2)将粉末状的零价铁与绿化废弃物粉末混合均匀，然后加入EM菌的菌悬液，振荡培养，使EM菌吸附挂膜，最后经过真空、冷冻、干燥、密封保存。
进一步优选地，所述铁基材料的制备方法为：
1)将绿化废弃物经过清洗、烘干后，然后粉碎并磨成粉末状，得到绿化废弃物粉末；
2)将粉末状的零价铁与绿化废弃物粉末混合均匀，然后加入EM菌的菌悬液，在30℃、120r/min的条件下，振荡培养5天，使EM菌吸附挂膜，最后经过真空、冷冻、干燥、密封保存。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种上述新型环境功能材料联合香根草治理重金属污染土壤的方法的应用，将其应用于修复含有的锌元素、铅元素、铜元素、铬元素、汞元素、镉元素、砷元素、镍元素的重金属土壤中。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明的重金属土壤修复方法通过利用铁基材料耦合香根草的方法对重金属土壤进行修复，铁基材料既有效修复重金属污染土壤，又能促进香根草生长，然后又可以通过香根草吸附土壤的重金属元素，从而达到生态可持续的修复效果。
本发明的铁基材料中零价铁具有较大的比表面积和强还原性，使其具有较好的吸附性能和很高的还原活性，能够将高毒性、高活性的Cr(Ⅵ)等重金属元素还原为低毒性、低流动性的Cr(Ⅲ)等重金属元素，降低其在土壤中的迁移性及生物可利用性。绿化废弃物粉末为城市绿地或郊区林地中绿化植物自然或养护过程中所产生的乔灌木修剪物(间伐物)、草坪修剪物、落叶、枝条、花园和花坛内废弃草花以及杂草等植物性材料，将其粉碎为粉末后，可以作为香根草的有机肥料，并在土壤的腐化过程中，可以转化为具有较强吸附能力的生物质碳粉，对重金属元素进行吸附。EM菌能够在土壤中形成有益的微生物菌的优势群落，从而控制病原微生物的繁殖和对作物的侵袭，促进香根草的生长，同时能够促进对绿化废弃物粉末分解与利用，使其能够为香根草提供更好的营养，使其更好地对重金属进行吸收。本发明的铁基材料通过零价铁、绿化废弃物粉末及EM菌等配合，具有可持续且低成本对重金属污染土壤进行修复的方法。
本发明的零价铁为0.1-1mm的粉末状颗粒，可避免纳米状的零价铁的团聚问题，通过绿化废弃物粉末与粉末的零价铁混合，能够增加零价铁之间的间隙，以及在土壤中的间隙，使其在非疏松的土壤中传递也很快，同时在EM菌的作用下，能够在零价铁的表面上形成一层膜层，避免其在空气中被氧化，使其在土壤中能够发挥更好的作用。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。以下实施例中，绿化废弃物粉末中的绿化废弃物为植物落叶和草屑的混合物；EM菌为光合细菌和酵母菌的组合物；零价铁为0.1mm的粉末状颗粒。
实施例1：
一种新型环境功能材料联合香根草治理重金属污染土壤的方法，包括如下重量份的组分：
S1：向重金属污染土壤中投入铁基材料，其中，铁基材料由零价铁、绿化废弃物粉末及EM菌复合而成；铁基材料的投入量为每平方污染土壤需投入10g的铁基材料；
S2：在铁基材料上铺上一层厚1cm的土壤，然后种植香根草，香根草的种植量为每平方污染土壤投入1g的铁基材料需种植50棵香根草。
其中，铁基材料中零价铁、绿化废弃物粉末的质量比为1：0.01，所述铁基材料中EM菌的活菌总数为5.0×109cfu/g。
该铁基材料的制备方法为：
1)将绿化废弃物经过清洗、烘干后，然后粉碎并磨成粉末状，得到绿化废弃物粉末；
2)将粉末状的零价铁与绿化废弃物粉末混合均匀，然后加入EM菌的菌悬液，在30℃、120r/min的条件下，振荡培养5天，使EM菌吸附挂膜，最后经过真空、冷冻、干燥、密封保存。
实施例2：
与实施例1不同的是，实施例2的一种新型环境功能材料联合香根草治理重金属污染土壤的方法，包括如下重量份的组分：
S1：向重金属污染土壤中投入铁基材料，其中，铁基材料由零价铁、绿化废弃物粉末及EM菌复合而成；
S2：在铁基材料上铺上一层土壤，然后种植香根草。
其中，铁基材料中零价铁、绿化废弃物粉末的质量比为1：0.05，所述铁基材料中EM菌的活菌总数为6.0×109cfu/g。
实施例3：
与实施例1不同的是，实施例3的一种新型环境功能材料联合香根草治理重金属污染土壤的方法，包括如下重量份的组分：
S1：向重金属污染土壤中投入铁基材料，其中，铁基材料由零价铁、绿化废弃物粉末及EM菌复合而成；
S2：在铁基材料上铺上一层土壤，然后种植香根草。
其中，铁基材料中零价铁、绿化废弃物粉末的质量比为1：0.1，所述铁基材料中EM菌的活菌总数为6.0×109cfu/g。
实施例4：
与实施例1不同的是，实施例4的一种新型环境功能材料联合香根草治理重金属污染土壤的方法，包括如下重量份的组分：
S1：向重金属污染土壤中投入铁基材料，其中，铁基材料由零价铁、绿化废弃物粉末及EM菌复合而成；
S2：在铁基材料上铺上一层土壤，然后种植香根草。
其中，铁基材料中零价铁、绿化废弃物粉末的质量比为1：0.2，所述铁基材料中EM菌的活菌总数为5.0×109cfu/g。
实施例5：
与实施例1不同的是，实施例5的一种新型环境功能材料联合香根草治理重金属污染土壤的方法，包括如下重量份的组分：
S1：向重金属污染土壤中投入铁基材料，其中，铁基材料由零价铁、绿化废弃物粉末及EM菌复合而成；
S2：在铁基材料上铺上一层土壤，然后种植香根草。
其中，铁基材料中零价铁、绿化废弃物粉末的质量比为1：0.5，所述铁基材料中EM菌的活菌总数为5.0×109cfu/g。
实施例6：
与实施例1不同的是，实施例6的一种新型环境功能材料联合香根草治理重金属污染土壤的方法，包括如下重量份的组分：
S1：向重金属污染土壤中投入铁基材料，其中，铁基材料由零价铁、绿化废弃物粉末及EM菌复合而成；
S2：在铁基材料上铺上一层土壤，然后种植香根草。
其中，铁基材料中零价铁、绿化废弃物粉末的质量比为1：0.8，所述铁基材料中EM菌的活菌总数为5.0×109cfu/g。
对比例1
与实施例1不同的是，对比例1的一种新型环境功能材料联合香根草治理重金属污染土壤的方法，包括如下重量份的组分：
S1：向重金属污染土壤中投入铁基材料，其中，铁基材料由零价铁、绿化废弃物粉末及EM菌复合而成；
S2：在铁基材料上铺上一层0.8cm的土壤，然后种植香根草。
其中，铁基材料中零价铁、绿化废弃物粉末的质量比为1：0.01，所述铁基材料中EM菌的活菌总数为5.0×109cfu/g。
对比例2
与实施例1不同的是，对比例2的一种新型环境功能材料联合香根草治理重金属污染土壤的方法，包括如下重量份的组分：
S1：向重金属污染土壤中投入铁基材料，其中，铁基材料由零价铁、绿化废弃物粉末及EM菌复合而成；铁基材料的投入量为每平方污染土壤需投入0.3g的铁基材料；
S2：在铁基材料上铺上一层1cm的土壤，然后种植香根草，香根草的种植量为每平方污染土壤投入1g的铁基材料需种植30棵香根草。
其中，铁基材料中零价铁、绿化废弃物粉末的质量比为1：0.01，所述铁基材料中EM菌的活菌总数为5.0×109cfu/g。
对比例3
与实施例1不同的是，对比例3的一种新型环境功能材料联合香根草治理重金属污染土壤的方法，包括如下重量份的组分：
S1：向重金属污染土壤中投入铁基材料，其中，铁基材料由零价铁及EM菌复合而成；
S2：在铁基材料上铺上一层1cm的土壤，然后种植香根草。
其中，所述铁基材料中EM菌的活菌总数为5.0×109cfu/g。
对比例4
与实施例1不同的是，对比例4的一种新型环境功能材料联合香根草治理重金属污染土壤的方法，包括如下重量份的组分：
S1：向重金属污染土壤中投入铁基材料，其中，铁基材料由零价铁及绿化废弃物粉末复合而成；
S2：在铁基材料上铺上一层土壤，然后种植香根草。
其中，铁基材料中零价铁、绿化废弃物粉末的质量比为1：0.01。
性能测试：
为了验证本发明的各实施例和对比例对重金属污染土壤的修复效果，对其进行如下的功效试验，试验时间为3个月，试验结果如下表1所示。
表1
Figure BDA0003393952880000091
Figure BDA0003393952880000101
注：1级为生长旺盛，2级为生长一般，3级为生长很差，还有枯萎的迹象。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种新型环境功能材料联合香根草治理重金属污染土壤的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：向重金属污染土壤中投入铁基材料，其中，铁基材料由零价铁、绿化废弃物粉末及EM菌复合而成；
S2：铁基复合材料与种植土壤混合均匀，然后种植香根草。
2.根据权利要求1所述的新型环境功能材料联合香根草治理重金属污染土壤的方法，其特征在于，所述铁基材料中零价铁、绿化废弃物粉末的质量比为1：(0.01-0.8)，所述铁基材料中EM菌的活菌总数≥5.0×109cfu/g。
3.根据权利要求2所述的新型环境功能材料联合香根草治理重金属污染土壤的方法，其特征在于，所述铁基材料中零价铁、绿化废弃物粉末的质量比为1：(0.2-0.5)。
4.根据权利要求2所述的新型环境功能材料联合香根草治理重金属污染土壤的方法，其特征在于，所述绿化废弃物粉末中的绿化废弃物为植物落叶、枝干、草屑中的一种或两种以上组合。
5.根据权利要求2所述的新型环境功能材料联合香根草治理重金属污染土壤的方法，其特征在于，所述EM菌为光合细菌、酵母菌、乳酸菌、放线菌、发酵性丝状真菌中的一种或两种以上组合。
6.根据权利要求1所述的新型环境功能材料联合香根草治理重金属污染土壤的方法，其特征在于，在步骤S2中，在铁基材料上铺上一层厚1cm-10cm的土壤，然后种植香根草，香根草的种植量为每平方污染土壤投入1g的铁基材料需种植50-300棵香根草。
7.根据权利要求1所述的新型环境功能材料联合香根草治理重金属污染土壤的方法，其特征在于，在步骤S1中，铁基材料的投入量为每平方污染土壤需投入0.5g-200g的铁基材料。
8.根据权利要求1所述的新型环境功能材料联合香根草治理重金属污染土壤的方法，其特征在于，所述铁基材料的制备方法为：
1)将绿化废弃物经过清洗、烘干后，然后粉碎并磨成粉末状，得到绿化废弃物粉末；
2)将粉末状的零价铁与绿化废弃物粉末混合均匀，然后加入EM菌的菌悬液，振荡培养，使EM菌吸附挂膜，最后经过真空、冷冻、干燥、密封保存。
9.根据权利要求8所述的新型环境功能材料联合香根草治理重金属污染土壤的方法，其特征在于，所述铁基材料的制备方法为：
1)将绿化废弃物经过清洗、烘干后，然后粉碎并磨成粉末状，得到绿化废弃物粉末；
2)将粉末状的零价铁与绿化废弃物粉末混合均匀，然后加入EM菌的菌悬液，在30℃、120r/min的条件下，振荡培养5天，使EM菌吸附挂膜，最后经过真空、冷冻、干燥、密封保存。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的新型环境功能材料联合香根草治理重金属污染土壤的方法的应用，其特征在于，将其应用于修复含有的锌元素、铅元素、铜元素、铬元素、汞元素、镉元素、砷元素、镍元素的重金属土壤中。
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