CN114602969A - 一种利用香料植物修复水体和土壤铅污染的方法 - Google Patents

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梁旭军
李腾飞
杨航
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Abstract

本发明提供了一种利用香料植物修复水体和土壤铅污染的方法，包括：香料植物育苗；香料植物种植于铅污染区域中；定期收获香料植物；利用香料植物地上部分提取精油；香料植物地下部分和地上部分提取精油后的残渣进行无害化处理；多次种植、收获香料植物直至土壤或水体中的铅含量达到安全标准。本发明采用的香料植物有较强的铅富集能力、环境适应性强(土壤和水体均可适用),同时含有较高的精油，修复污染场地的同时可获得较高的经济收益。

Description

一种利用香料植物修复水体和土壤铅污染的方法
技术领域
本发明涉及重金属铅污染治理技术领域，具体涉及一种利用香料植物修复水体和土壤铅污染的方法。
背景技术
土壤重金属污染的修复方法主要有：化学固化法、土壤淋洗法、电动修复法和植物修复技术。与前三种方法相比，植物修复技术具有投资和维护成本低、操作简便、不造成二次污染、具有一定的经济效益等特色，同时还具有物理、化学修复方法所无法比拟的费用低廉、不破坏场地结构、美化环境、易为社会大众所接受等优点，发展前景广阔。
目前，植物修复主要是应用超富集植物的萃取修复作用。超富集植物主要是指那些对重金属具有极强吸收和富集能力且其本身不会受其毒害的植物。但目前已发现的超富集植物普遍存在生物量小，环境适应性差，修复经济效益差等问题。部分香料花卉作为一类集观赏性与实用性于一体的植物，对重金属具备一定的耐受和富集能力，但香料花卉普遍存在环境适应性差和富集能力有限的问题。筛选出重金属富集能力强、环境适应能力好、具有较高经济附加值的香料花卉植物对重金属污染水体或土壤进行种植修复，可较好的实现生态环境和经济效益的统一。
发明内容
本公开的目的针对采矿过后的回填土壤、受到洗矿废水和采矿废渣污染的土壤、铅蓄电池厂的厂房及其周边地区受到铅污染的土壤、受到铅污染的农用田地及由以上诸多方面造成的铅污染水体等，提供一种利用香料植物修复水体和土壤铅污染的方法，该方法中的香料植物有较强的铅富集能力、环境适应性强(土壤和水体均可适用),同时含有较高的精油，修复污染场地的同时可获得较高的经济收益。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种利用香料植物修复水体和土壤铅污染的方法，包括：
香料植物育苗；
香料植物种植于铅污染区域中；
定期收获香料植物；
利用香料植物地上部分提取精油；
香料植物地下部分和地上部分提取精油后的残渣进行无害化处理；
多次种植、收获香料植物直至土壤或水体中铅含量达到不同类型用地、用水安全标准规范。(如：GB 15618—2018《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》；GB36600—2018《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》；GB 3838—2002《地表水环境质量标准》；GB 25466—2010《铅锌工业污染物排放标准》)。
作为实施例的优选方式，香料植物选用香茅草(Mosla chinensis Maxim)，为禾本科香茅属草本植物，可运用于重金属污染地区土壤的修复种植。
作为实施例的优选方式，所述铅污染区域为铅污染土壤或铅污染水体。
作为实施例的优选方式，所述铅污染区域为铅污染土壤时，采用香茅草直接撒播种子于铅污染土壤，或种子育苗后移栽实生苗于铅污染土壤。
作为实施例的优选方式，所述铅污染区域为铅污染水体时，在水面选用泡沫板浮床，并在浮床上打孔，将香茅草植株固定于孔中，每孔种植3-5株。
作为实施例的优选方式，所述泡沫板采用的材质为聚乙烯，聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯的一种或几种。
作为实施例的优选方式，所述定期收获香料植物，是种植后过3-4月进行第一次刈割，以第一次刈割为起算点，过40天到50天刈割一次，一年进行3-4回收获，一年后收获根部重新种植。
作为实施例的优选方式，所述利用香料植物地上部分提取精油，是采用水蒸气蒸馏法对香茅草精油进行蒸馏提取。由于铅的沸点为1740℃,因此水蒸气蒸馏法提取的精油中不会含有重金属铅。香茅草提取获得的精油含有柠檬醛、橙皮醛、香茅醛、香叶醇和月桂烯等化学成分，其中香茅醛、柠檬醛具有抗真菌、细菌作用。
作为实施例的优选方式，所述水蒸气蒸馏法的提取工艺条件为：浸泡时间24h，料液比1:3.5(Kg/Kg)，蒸馏时间3h。在此条件下，可以最大程度确保精油的提取率提高至2.55％。
作为实施例的优选方式，所述无害化处理，是香料植物地下部分和地上部分提取精油后的残渣作为危废进行焚烧，或者提取重金属铅。
作为实施例的优选方式，当铅污染区域为铅污染土壤时，在土壤中施入基肥，并在生长过程中进行追肥，按实际生长情况和土壤修复效果确定全部更换植株时间。通过施肥提高了香茅草的生长速度，从而提高对铅污染土壤中铅的提取率。
与现有其它修复技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明首次发现了香茅草作为一种铅富集植物，根据其生长迅速，根系发达，能耐旱、耐瘠，生长比较粗放、耐铅污染等特点，既能用于铅污染的土壤又能用于铅污染水体的生态修复，其地上部分收割后可以再生长，短期内无需重新播种种植，简化了土壤或水体的修复过程，并能利用收割地上部分提取精油以获得经济效益。本发明修复方法费用低廉、可操作性强、不破坏环境土壤结构、不引起二次污染。
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1为根据一些实施例的不同铅处理水体香茅草生物量。其中，各处理间的差异采用单因素方差分析及Turkey事后检验进行分析；图中相同字母表示组间不存在显著差异(p＞0.05)。
图2为根据一些实施例的不同铅处理水体香茅草体内铅富集量。其中，各处理间的差异采用单因素方差分析及Turkey事后检验进行分析；图中不同字母表示组间存在显著差异(p<0.05)。
图3为根据一些实施例的不同污染土壤中香茅地上部分生物量的变化情况。其中，污染土与未污染土间的差异采用t检验(p<0.05)。
图4为根据一些实施例的污染土壤中香茅地上茎叶铅富集情况。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。
本公开提供了一种利用香料植物修复水体和土壤铅污染的方法，包括：
香料植物育苗；
香料植物种植于铅污染区域中；
定期收获香料植物；
利用香料植物地上部分提取精油；
香料植物地下部分和地上部分提取精油后的残渣进行无害化处理；
多次种植、收获香料植物直至土壤或水体中的铅含量达到安全标准。
作为实施例的优选方式，香料植物选用香茅草(Mosla chinensis Maxim)，为禾本科香茅属草本植物，可运用于重金属污染地区土壤的修复种植。
作为实施例的优选方式，所述铅污染区域为铅污染土壤或铅污染水体。
作为实施例的优选方式，所述铅污染区域为铅污染土壤时，采用香茅草直接撒播种子于铅污染土壤，或种子育苗后移栽实生苗于铅污染土壤。
作为实施例的优选方式，所述铅污染区域为铅污染水体时，在水面选用泡沫板浮床，并在浮床上打孔，将香茅草植株固定于孔中，每孔种植3-5株。
作为实施例的优选方式，所述泡沫板采用的材质为聚乙烯，聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯的一种或几种。
作为实施例的优选方式，所述定期收获香料植物，是种植后过3-4月进行第一次刈割，以第一次刈割为起算点，过40天到50天刈割一次，一年进行3-4回收获，一年后收获根部重新种植。
作为实施例的优选方式，所述利用香料植物地上部分提取精油，是采用水蒸气蒸馏法对香茅草精油进行蒸馏提取。由于铅的沸点为1740℃,因此水蒸气蒸馏法提取的精油中不会含有重金属铅。
作为实施例的优选方式，所述水蒸气蒸馏法的提取工艺条件为：浸泡时间24h，料液比1:3.5，蒸馏时间3h。
作为实施例的优选方式，所述无害化处理，是香料植物地下部分和地上部分提取精油后的残渣作为危废进行焚烧，或者提取重金属铅。
作为实施例的优选方式，当铅污染区域为铅污染土壤时，在土壤中施入基肥，并在生长过程中进行追肥，按实际生长情况和土壤修复效果确定全部更换植株时间。通过施肥提高了香茅草的生长速度，从而提高对铅污染土壤中铅的提取率。
实施例1
待修复的铅污染水体：将配置的不同铅污染浓度(0，600，800，1000mg/L)的模拟水放置于植物水培箱中，每个处理重复3盆，每盆水体以浮床的形式种植香茅草36株，在持续种植52天后收获植株，分地上、地下部分测定生物量及铅富集量，如图1所示，不同铅处理的香茅草生长良好，地上部分、地下部分生物量之间不存在显著差异，说明香茅草对铅污染水体具有较强的适应性。如图2所示，对于600，800，1000mg/L铅污染浓度的水体，香茅草地上(茎叶)、地下部分(根)均有较高的铅富集量。
采用水蒸气蒸馏法对不同铅处理下的香茅草地上部上提取精油，精油中未检出重金属铅。
实施例2
实验土壤为某铅蓄电池生产废弃地铅污染土壤及场地非核心生产区非铅污染土壤，铅污染土壤铅含量为5000mg/kg，两种土壤分别划分5个区组，每组种植香茅草36株，种植120天后第一次刈割地上部分测定生物量、铅富集量及提取精油，如图3所示，铅污染土生物量与非铅污染土生物量之间不存在显著差异。如图4所述，铅污染土种植的香茅草体内铅含量达到2700mg/kg。铅污染土种植的香茅草地上部分提取的精油当中未检出铅。在这之后40天、45天、50天刈割一次，香茅草体内铅含量分别达到2100mg/kg、1950mg/kg、1800mg/kg，50天同时收获根部，根部铅蓄积量达到2800mg/kg，重新种植香茅草，直到土壤铅含量达标。
本公开提供的一种利用香料植物修复水体和土壤铅污染的方法，该方法中的香料植物有较强的铅富集能力、环境适应性强(土壤和水体均可适用),同时含有较高的精油，修复污染场地的同时可获得较高的经济收益。香料植物香茅草以浮床的形式投放到受铅污染的水体中或种植到铅污染土壤中，其根系能从水体或土壤中吸收和富集大量铅，同时将部分铅向上转运到叶片；通过定时收获植物，地上部分收集起来提取精油，地下部分和精油提取后的残渣进行集中处理，经过一定的修复周期即可显著降低水体和土壤中的铅含量。该方法对铅污染水体和土壤修复效果显著、环境友好，适用于各种铅污染水体及土壤，既可实现重金属污染水体和土壤的逐步修复,还可通过植物地上部分提取精油而获得经济效益，实现“边修复-边收益”的目标。对修复场所及设备无特殊要求，简单易行。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
此外，在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。“和/或”仅仅是描述关联对象的关联关系，表示三种关系，例如，A和/或B，表示为：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种利用香料植物修复水体和土壤铅污染的方法，其特征在于，包括：
香料植物育苗；
香料植物种植于铅污染区域中；
定期收获香料植物；
利用香料植物地上部分提取精油；
香料植物地下部分和地上部分提取精油后的残渣进行无害化处理；
多次种植、收获香料植物直至土壤或水体中的铅含量达到安全标准。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，香料植物选用香茅草。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铅污染区域为铅污染土壤或铅污染水体。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铅污染区域为铅污染土壤时，采用香茅草直接撒播种子于铅污染土壤，或种子育苗后移栽实生苗于铅污染土壤。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铅污染区域为铅污染水体时，在水面选用泡沫板浮床，并在浮床上打孔，将香茅草植株固定于孔中，每孔种植3-5株。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述泡沫板采用的材质为聚乙烯，聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯的一种或几种。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定期收获香料植物，是种植后过3-4月进行第一次刈割，以第一次刈割为起算点，过40天到50天刈割一次，一年进行3-4回收获，一年后收获根部重新种植。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用香料植物地上部分提取精油，是采用水蒸气蒸馏法对香茅草精油进行蒸馏提取。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无害化处理，是香料植物地下部分和地上部分提取精油后的残渣作为危废进行焚烧，或者提取重金属铅。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当铅污染区域为铅污染土壤时，在土壤中施入基肥，并在生长过程中进行追肥，按实际生长情况和土壤修复效果确定全部更换植株时间。
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