CN114951258A - 一种利用植物提取液联合ek-prb修复土壤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及环境保护领域，具体涉及一种利用植物提取液联合EK‑PRB修复污染土壤的方法。本发明提供了一种植物提取液联合EK‑PRB修复重金属污染土壤的办法，使其能够安全、有效的处理高镉含量的污染土壤，使处理后的土壤满足《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618‑2018）规定限值的同时，还能有效保留土壤中的营养物质不被流失。

Description

一种利用植物提取液联合EK-PRB修复土壤的方法

技术领域

本发明涉及环境保护领域，具体涉及一种利用植物提取液联合EK-PRB修复土壤的方法。

背景技术

目前重金属污染土壤修复技术主要包括：电动修复（EK）、稳定固化、植物修复、土壤淋洗、电动联合可渗透反应墙技术（EK-PRB）等，其中，电动联合可渗透反应墙技术（EK-PRB）可有效去除土壤中镉、铜、汞等多种重金属，因而被广泛使用，例如：申请号为201310226524.8的发明专利：氯苯类有机物污染土壤和地下水的修复装置和方法以及申请号为201910373612.8的发明专利：一种可渗透电化学反应墙均公开了采用EK-PRB技术处理土壤中污染物的方法。

但一般的EK-PRB技术仅适用于处理一般性的土壤污染，对于镉含量≥10mg/kg的污染土壤，由于镉含量较高且存在形式多样，因而一般的EK-PRB处理技术不能使其满足《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618-2018）规定限值。

发明内容

基于上述缺陷，本发明的目的是提供一种植物提取液联合EK-PRB修复重金属污染土壤的办法，使其能够安全、有效的处理高镉含量的污染土壤，使处理后的土壤满足《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618-2018）规定限值的同时，还能有效保留土壤中的营养物质不被流失。

本发明采用的技术方案为：

一种利用植物提取液联合EK-PRB修复土壤的方法，其特征在于，包括：

向污染土壤中添加植物提取液后安装EK-PRB修复装置并进行填料形成修复系统；

启动修复系统对土壤进行修复。

进一步的，所述污染土壤为Cd浓度≥10 mg/kg的土壤。

进一步的，每50kg所述污染土壤中添加1L所述植物提取液。

进一步的，所述植物提取液包括乌梅和/或覆盆子提取液。

进一步的，所述乌梅提取液或/和覆盆子提取液的溶液浓度为50-100g/L。

进一步的，当所述植物提取液为乌梅提取液和覆盆子提取液时，按体积份计，其添加比例为1:1。

进一步的，所述EK-PRB修复装置包括填料框和添加于填料框中的填料,所述填料框包括框体（1）和数个隔板（2），所述框体（1）上开口，并在框体的框壁开设有便于物质交换的框体通孔，数个所述隔板（2）开设有数个隔板通孔（21）并竖直插入框体内，相邻的隔板之间或隔板与框体内壁之间形成填料区（3）。

进一步的，所述框体（1）的底部和两个相对的前后侧壁（11）开设有数个框体通孔。

进一步的，所述EK-PRB修复装置的数量为不低于两个。

进一步的，所述相邻两个EK-PRB修复装置之间的距离为25-50cm。

本发明的有益效果为：

本发明先通过添加乌梅和/或覆盆子植物提取液对污染土壤进行处理，再向土壤中安装数个EK-PRB修复装置，通过对EK-PRB修复装置位置的控制，使其在自身形成电场的同时，互相在土壤中形成土壤电场，并结合植物提取液事先对土壤进行的处理，使本申请的处理方式与现有技术相比，可以处理镉含量≥10 mg/kg的污染土壤，使处理后的土壤质量达到《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618-2018）的规定限值；同时，还可以有效降低土壤中有机质、碱解氮、有效磷、速效钾的流失率，有效维持土壤中的营养成分。

附图说明

附图1：填料框结构-1；

附图2：填料框结构-2；

附图3：填料框结构-3。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

目前镉污染土壤修复技术主要包括：电动修复（EK）、稳定固化、植物修复、土壤淋洗、电动联合可渗透反应墙技术（EK-PRB）等，但这些技术目前只能处理一般污染土壤，对于镉含量≥10mg/kg的污染土壤，由于镉含量较高且存在形式多样，因而上述技术的处理效果不明显。

本申请通过首先通过采用在土壤中安装多个EK-PRB修复装置，使EK-PRB修复装置在自身形成电场的同时，还能在土壤中形成土壤电场，从而使得吸附能力大大增加；但是由于吸附能力的增加，导致土壤中的有机质、氮磷钾等营养成分也向电极两端迁移，从而造成土壤营养成分的流失；同时，由于镉含量≥10mg/kg的污染土壤中镉的存在形式多样，部分结合态镉即使在强电场条件下也无法移动。因而，本申请采用植物提取液结合EK-PRB电场处理的方式，通过乌梅、覆盆子提取液中含有的脯氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺等氨基化合物，苯甲酸、抗坏血酸、肉桂酸、咖啡酸等有机酸类化合物，一方面，这些化合物有天然的螯合剂成分，可以活化土壤中的镉，提高镉的迁移性；同时，在强电场条件下，这些外源添加的提取液迁移性明显高于土壤中的有机质、氮磷钾等营养物质，可以有效替代其进行迁移，进而可以有效保持土壤营养成分不被流失。

在一些实施例中，提供了一种利用植物提取液联合EK-PRB修复土壤的方法，包括：

向污染土壤中添加植物提取液后安装EK-PRB修复装置并进行填料形成修复系统；

启动修复系统对土壤进行修复。

其中污染土壤为镉含量≥10 mg/kg的土壤；

其中植物提取液为乌梅提取液/或覆盆子提取液，其制备方法为：

（1）将乌梅或覆盆子植株的地上部分（茎、叶）经105℃杀青30min，后置于65℃条件下烘干，烘干后粉碎、过2mm网筛得到预处理物料；

（2）按预处理物料与去离子水为1:4（m:v;g:mL）的比例混合浸泡72h后，以200r/min 的速率振荡1.5h，然后用定量滤纸过滤，过滤的滤液浓度即为250g/L；

（3）将250g/L的滤液作为母液，利用去离子水稀释成50-100g/L的植物提取液。

所述植物提取液可以为单一的覆盆子或乌梅提取液，也可以分别提取乌梅或覆盆子提取液后，混合为复合植物提取液，当植物提取液为复合植物提取液时（同时含乌梅和覆盆子提取液），其乌梅提取液和覆盆子提取液的添加比例为1:1体积比。

所述EK-PRB修复装置包括填料框以及填充于填料框中的填料，所述框体如附图1所示，包括框体和数个隔板，通过向框体中添加原电池材料和可渗透反应墙的内部填充材料，原电池电场将Cd向电极端迁移富集，使镉污染物与可渗透反应墙中的填料充分反应；同时，按相邻两个EK-PRB修复装置距离为5m进行安装，使EK-PRB修复装置在内部形成电场的同时，还能在土壤中形成土壤电场。

所述填料为EK-PRB处理系统的常规填料，EK-PRB为电动联合可渗透反应墙技术，例如碳和金属原料等。

在一些具体实施例中，所述污染土壤为Cd浓度≥10 mg/kg的土壤。

在一些具体实施例中，每50kg所述污染土壤中添加1L所述植物提取液。

在一些具体实施例中，所述植物提取液包括乌梅和/或覆盆子提取液。

在一些具体实施例中，所述乌梅提取液或/和覆盆子提取液的溶液浓度为50-100g/L。

在一些具体实施例中，当所述植物提取液为乌梅提取液和覆盆子提取液时，按体积份计，其添加比例为1:1。

在一些具体实施例中，所述EK-PRB修复装置包括填料框和添加于填料框中的填料，所述填料框如附图1所示：包括框体（1）和数个隔板（2），所述框体（1）上开口，并在框体的框壁开设有便于物质交换的框体通孔，数个所述隔板（2）开设有数个隔板通孔（21）并竖直插入框体内，相邻的隔板之间或隔板与框体内壁之间形成填料区（3）。

在一些具体实施例中，所述框体（1）的底部和两个相对的前后侧壁（11）开设有数个框体通孔。

在一些具体实施例中，所述EK-PRB修复装置的数量为不低于两个。

在一些具体实施例中，所述相邻两个EK-PRB修复装置之间的距离为25-50 cm。

下面将通过具体实施例公布本申请速冻笋的制备方法，显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

实施例1 处理污染土壤（土壤中Cd浓度≥10 mg/kg）

1.按每50kg污染土壤这种添加1L乌梅提取液的比例向污染土壤中添加溶液浓度为100g/L的乌梅提取液；

2.向添加了乌梅提取液的污染土壤中安装4个EK-PRB修复装置，每相邻两个修复装置之间的距离为25 cm；

3.启动修复装置对土壤进行修复。

实施例2 处理污染土壤（土壤中Cd浓度≥10 mg/kg）

1.按每50kg污染土壤这种添加1L覆盆子提取液的比例向污染土壤中添加溶液浓度为50g/L的覆盆子提取液；

2.向添加了覆盆子提取液的污染土壤中安装6个EK-PRB修复装置，每相邻两个修复装置之间的距离为35cm；

3.启动修复装置对土壤进行修复。

实施例3 处理污染土壤（土壤中Cd浓度≥10 mg/kg）

1.按每50kg污染土壤这种添加0.5L覆盆子提取液和0.5L乌梅提取液的比例向污染土壤中添加溶液浓度为75g/L的乌梅提取液和覆盆子提取液；

2.向添加了乌梅和覆盆子提取液的污染土壤中安装2个EK-PRB修复装置，每相邻两个修复装置之间的距离为50 cm；

3.启动修复装置对土壤进行修复。

对比例1

处理污染土壤，处理方式如实施例1，不同之处在于，对比例1添加的乌梅提取液浓度为125g/L。

对比例2

处理污染土壤，处理方式如实施例1，不同之处在于，对比例2添加的乌梅提取液浓度为25 g/L。

对比例3

处理污染土壤，处理方式如实施例1，不同之处在于，对比例3仅安装1个EK-PRB修复装置。

对比例4

处理污染土壤，处理方式如实施例1，不同之处在于，对比例4安装的相邻两个EK-PRB修复装置的距离为50 cm。

对比例5

处理污染土壤，处理方式如实施例1，不同之处在于，对比例5采用去离子水提取液替换乌梅提取液。

试验例1 土壤中营养物质含量测试

土壤中主要影响物质为有机质、氮磷钾等成分，因此，本试验通过测试处理后土壤中以上物质的含量，来比较不同处理情况下土壤中营养物质的变化。

土壤中Cd含量的测定采用《HJ 803-2016 土壤和沉积物 12种金属元素的测定王水提取-电感耦合等离子体质谱法》

土壤有机质采用《NT/T 1121.6-2006 土壤检测第6部分：土壤有机质的测定》

土壤碱解氮采用《DB51/T 1875-2014 土壤碱解氮的测定》

土壤有效磷采用《NY/T 1121.7-2014 土壤检测第7部分：土壤有效磷的测定》

土壤速效钾采用《NY/T889-2004土壤速效钾和缓效钾含量的测定》

土壤中Cd的去除率以及有机质、碱解氮、有效磷和速效钾的降幅计算公式如下：

D（%）=（Q₀-Q）*100/Q₀

式中，Q₀为试验前土壤Cd、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾的含量，Q为试验后土壤Cd、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾的含量。

修复时间计算标准为装置启动开始后，到土壤Cd含量保持稳定，连续5日变幅不超过3%视为试验结束，Cd含量稳定的第1天即为修复结束日期。

测试结果：见表1。

结果分析：如表1可知，实施例1-3中的土壤中Cd去除率均达到90%以上，修复时间为14天，且土壤中有机质、碱解氮、有效磷、速效钾的降幅相对较低，有效保持了土壤中营养物质含量。

实施例1与对比例1（乌梅提取液浓度为125g/L）、对比例2（乌梅提取液浓度为25g/L）相比，实施例1与对比例1土壤中Cd去除率和修复时间差别不大，土壤中营养物质的流失率也差别不大，表明当提取液浓度达到100g/L时，可以达到最佳效果，高于此值，效果差异性不显著，在达到相同作用的情况下，实施例1更节约资源；实施例1与对比例2相比，土壤中Cd去除率略有降低，修复时间变长，且土壤中营养物质流失率变大，说明提取液浓度过低达不到相应效果。

实施例1与对比例3（仅安装1个EK-PRB修复装置）相比，其土壤中Cd去除率降低，且修复时间变长，说明单个EK-PRB修复装置无法形成土壤电场，导致去除强度和效率都降低，但同时，土壤中营养物质的降幅减少，证明土壤电场的存在会吸附土壤中营养物质，从而造成营养物质的减少，在安装单个EK-PRB修复装置，不形成土壤电场的条件下，不存在突然中营养物质显著降低的问题。

实施例1与对比例4（相邻两个EK-PRB修复装置之间安装距离为50cm）相比，土壤去除率相对降低，修复时间也相对变长，但土壤中营养物质降幅相对减小，说明相邻两个EK-PRB修复装置之间距离越长，形成的土壤电场强度越低，因而修复效果越差，但同时对土壤中营养物质的影响也越低；对比例3和对比例4中土壤营养成分的降幅证明，土壤中营养物质的大幅降低是安装多个EK-PRB修复装置的联合影响带来的，单个修复装置对土壤营养物质的降幅影响很低。

实施例1与对比例5（用去离子水替代乌梅提取液）相比，其土壤中Cd明显降低，修复时间增长，土壤中营养物质降幅增加，说明对于镉含量较高的土壤，在多个EK-PRB修复装置形成土壤电场的情况下，加入乌梅提取液可以有效增加土壤中Cd的去除率，同时还可以最大限度保留土壤中营养成分。

表1 测试结果

。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种利用植物提取液联合EK-PRB修复土壤的方法，其特征在于，包括：

向污染土壤中添加植物提取液后安装EK-PRB修复装置并进行填料形成修复系统；

启动修复系统对土壤进行修复。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述污染土壤为Cd浓度≥10 mg/kg的土壤。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，每50kg所述污染土壤中添加1L所述植物提取液。

4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述植物提取液包括乌梅和/或覆盆子提取液。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述乌梅提取液或/和覆盆子提取液的溶液浓度为50-100g/L。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，当所述植物提取液为乌梅提取液和覆盆子提取液时，按体积份计，其添加比例为1:1。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述EK-PRB修复装置填料框和添加于填料框中的填料,所述填料框包括框体（1）和数个隔板（2），所述框体（1）上开口，并在框体的框壁开设有便于物质交换的框体通孔，数个所述隔板（2）开设有数个隔板通孔（21）并竖直插入框体内，相邻的隔板之间或隔板与框体内壁之间形成填料区（3）。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述框体（1）的底部和两个相对的前后侧壁（11）开设有数个框体通孔。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述EK-PRB修复装置的数量为不低于两个。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述相邻两个EK-PRB修复装置之间的距离为25-50cm。

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