專利名稱：一種治理土壤或水體砷污染的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境污染治理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用植物治理土壤或水體砷污染的方法。
背景技術(shù)：
由于砷化合物生產(chǎn)、含砷礦物冶煉以及化石燃料燃燒造成的砷污染，已影響到土壤、水體和空氣的環(huán)境質(zhì)量。據(jù)估計，全球每年人為向土壤排放的As量達(dá)28400-94000t。在20世紀(jì)70年代，所生產(chǎn)的As約80％用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)(殺蟲劑、除草劑等)；目前，農(nóng)業(yè)砷用量正日益減少，但近97％的As產(chǎn)量以白砷的形式進(jìn)入終產(chǎn)品的生產(chǎn)，其余的3％用于冶金添加劑特別是鉛銅合金的制造中。
砷及其化合物是眾所周知的“三致物質(zhì)”，即致畸、致癌和致突變。據(jù)報道，我國自1956-1984年間曾發(fā)生30余起砷中毒事件，砷引起的公害事件時有發(fā)生。因此，砷污染土壤的治理日益引起國內(nèi)外廣泛關(guān)注。
當(dāng)前，治理土壤重金屬污染可供選擇的方法主要有理化修復(fù)法和生物修復(fù)法。
理化修復(fù)法如有客土(換土)法、沉淀法、淋洗法、電化法、磁化法等。這些物理或化學(xué)方法各有其優(yōu)點，但都存在花費高、工程量較大、易造成二次污染等問題。
生物法有微生物和植物修復(fù)方法兩種。微生物修復(fù)的局部成功僅局限于一些有機污染物的降解，在處理重金屬污染上并非有效。植物修復(fù)是一種新興的重金屬污染原位綠色修復(fù)技術(shù)，作為其核心技術(shù)之一的植物提取技術(shù)，已發(fā)展成為環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用熱點，并引起政府、學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的高度重視。
從當(dāng)前國內(nèi)外植物提取技術(shù)研究與實踐進(jìn)展來看，尚存在并需解決以下問題(1)砷超富集植物的研究才剛起步，可供選擇的能(超)富集砷的植物品種較少；(2)被推薦優(yōu)先使用的超富集植物，普遍生物量偏低，重金屬的總體去除效率較低，同時還存在異地氣候適應(yīng)等問題；(3)污染土壤中重金屬生物有效性有待提高；(4)從應(yīng)用來看，發(fā)達(dá)國家的植物修復(fù)技術(shù)部分已投入實際應(yīng)用，并獲得了較好的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會效益，而我國尚處于起步階段，相關(guān)技術(shù)還處于實驗室或中試階段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對目前土壤或水體砷污染嚴(yán)重的問題，提供一種利用植物治理土壤或水體砷污染的方法。
本發(fā)明利用斜羽鳳尾蕨(Pteris oshimensis)、金釵鳳尾蕨(P.fauriei)、紫軸鳳尾蕨(P.aspericaulis)和齒翅井欄邊草(P.multifida f.serrulata Miau)中的一種或一種以上，連續(xù)提取并活化土壤或水體中的砷，同時向上轉(zhuǎn)運到地上部，待地上部形成一定的生物量，定期收割地上部，則可進(jìn)行連續(xù)提取，連續(xù)轉(zhuǎn)移土壤或水體中大量的砷，從而經(jīng)過一定的提取周期清除土壤或水體砷污染，或?qū)⑼寥阑蛩w中的砷含量降至環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍。
本發(fā)明所用的超富集砷植物斜羽鳳尾蕨、金釵鳳尾蕨、紫軸鳳尾蕨和齒翅井欄邊草，分別在廣東陽春、廣西賓陽、云南大理和廣東乳源等地自然生長，較多分布。這四種植物均為鳳尾蕨科鳳尾蕨屬植物，其分類學(xué)特征如下(1)斜羽鳳尾蕨(Pteris oshimensis)植株高50-80厘米，根狀莖短而直立，葉簇生；葉片長圓形，長30-40厘米，中部寬10-18厘米，二回深羽裂；側(cè)生羽片對生，極斜向上或斜向上。羽軸光滑，上面有縱溝，溝旁的狹邊上有針狀長刺，主脈上面有少數(shù)針狀刺或無刺。葉脈明顯，自基部以上二叉，斜展。葉草質(zhì)，干后暗綠色或棕綠色，無毛。
(2)金釵鳳尾蕨(P.fauriei)植株高50-90厘米，根狀莖短而斜生，葉簇生；葉片卵形至卵狀三角形，長25-45厘米，寬17-24(30)厘米，二回深羽裂；側(cè)生羽片斜展，偶或略斜向上。羽軸下面隆起，禾稈色，光滑，上面有狹縱溝，溝兩旁有針狀扁刺，裂片的主脈上面有少數(shù)小刺。側(cè)脈兩面均明顯，斜展，自基部以上二叉，裂片基部下側(cè)一脈出自羽軸，上側(cè)一脈出自主脈基部。葉干后紙質(zhì)，淺綠色至棕綠色，無毛。
(3)紫軸鳳尾蕨(P.aspericaulis)植株高1-1.5米，根狀莖短而斜生，葉簇生；柄約與葉片等長，粗4-5毫米，連同葉軸、羽軸、葉邊或囊群蓋多少飾有淺紫色；葉片長圓狀卵形，長50-80厘米，寬20-25厘米，二回深羽裂或基部三回深羽裂；側(cè)生羽片對生，斜展。羽軸下面隆起，光滑，上面有狹縱溝，溝兩旁有刺。側(cè)脈兩面均明顯，斜展，從基部二叉，裂片基部下側(cè)一脈出自羽軸，基部相對的兩條小脈向外斜行達(dá)到缺刻上面的葉邊。葉干后近革質(zhì)，灰綠色，邊緣常為淺紫色，無毛。
(4)齒翅井欄邊草(P.multifida f.serrulata Miau)植株高30-45厘米，根狀莖短而直立；葉二型，多數(shù)，密而簇生，草質(zhì)，無毛；葉柄禾稈色或帶褐色；能育葉片長卵形，長20～45厘米，寬15～25厘米，一回羽狀，但下部羽片往往二至三叉，除基部一對有柄外，其他各對基部下沿，在葉軸兩側(cè)形成具尖齒的狹翅；羽片或小羽片條形，寬3～7厘米，頂部漸尖，不育，有細(xì)鋸齒，向下為全緣；不育葉的羽片或小羽片較寬，邊緣有不整齊的尖鋸齒。主脈兩面均隆起，禾稈色，側(cè)脈明顯，稀疏，單一或分叉。
本發(fā)明的治理土壤或水體砷污染的方法是利用植物斜羽鳳尾蕨、金釵鳳尾蕨、紫軸鳳尾蕨和齒翅井欄邊草中的一種或一種以上種植于待治理的土壤或水體中，連續(xù)提取土壤或水體中的砷。
上述本發(fā)明方法一般包括如下具體步驟(1)控制待治理的土壤或水體pH為弱酸性至中性；
(2)在待治理的土壤或水體中種植斜羽鳳尾蕨、金釵鳳尾蕨、紫軸鳳尾蕨和齒翅井欄邊草中的一種或一種以上；對植物在水體中生長的支撐處理為將植物植入浮床，根部通過浮床上鉆制的小孔直接與污染水體接觸，生長前期加海綿或脫脂棉于小孔中穩(wěn)固植株；(3)連續(xù)定期收割所種植植物的地上部，直到土壤或水體砷含量達(dá)安全標(biāo)準(zhǔn)。
按照上述本發(fā)明的方法，所述步驟(1)可以是通過施用酸性肥料或堿性肥料或石灰控制待治理的土壤或水體為弱酸性至中性(通常為pH 6.5～7.5)。
按照上述本發(fā)明的方法，所述步驟(3)的連續(xù)定期收割為一年收割2-3次，收割植物的地上部時留茬3～5厘米。讓植物連續(xù)生長，連續(xù)收割其地上部，直到土壤或水體砷含量達(dá)安全標(biāo)準(zhǔn)。收割的地上部可進(jìn)行統(tǒng)一處理，如在垃圾填埋區(qū)安全填埋或焚燒。
按照上述本發(fā)明的方法，所述用于植入待治理土壤或水體中的斜羽鳳尾蕨、金釵鳳尾蕨、紫軸鳳尾蕨或/和齒翅井欄邊草可以是直接移栽的野生植株；或者是通過孢子萌發(fā)，溫室培育幼苗，生長至10～15厘米或生長3～4周的植株。所述孢子萌發(fā)的培育條件通常為將上述植物的成熟孢子，均勻播于過篩并蒸炒過的腐葉土上，保濕并置陰暗處，晝溫20～25℃，夜溫10～15℃，空氣濕度60～80％；所述溫室培育幼苗的培育條件通常為晝溫20～25℃，夜溫10～15℃，空氣濕度60～80％。
本發(fā)明所用斜羽鳳尾蕨、金釵鳳尾蕨、紫軸鳳尾蕨和齒翅井欄邊草的葉片、葉柄和根對砷均有較大的富集量，以葉片對砷的富集量最大。例如在自然條件下，斜羽鳳尾蕨葉片、葉柄和根的平均砷含量分別為789±499、115±95和53±39mg/kg(干重)；金釵鳳尾蕨葉片、葉柄和根的平均砷含量分別為1362±169、456±67和190±25mg/kg(干重)。
本發(fā)明的有益效果1.本發(fā)明使用的四種植物對砷具有超富集能力，用于治理土壤或水體砷污染，具有成本低、修復(fù)效率高等優(yōu)點，潛在經(jīng)濟(jì)效益可觀；2.本發(fā)明使用的四種植物，根系發(fā)達(dá)，生長旺盛，容易繁殖。除齒翅井欄邊草外，其余3種植物均具有較大生物量，適合于砷污染土壤或水體的植物修復(fù)；3.本發(fā)明建立了一套連續(xù)提取模式，簡化了修復(fù)土壤或水體砷污染的程序，容易推廣應(yīng)用；4.本發(fā)明建立的修復(fù)模式系綠色原位修復(fù)，所收獲的地上部進(jìn)行集中安全填埋或焚燒，不會造成二次污染，同時修復(fù)進(jìn)程不會破壞土壤或水體生態(tài)系統(tǒng)，并有助于改善土壤或水體因重金屬污染而引起的土壤或水體退化和生產(chǎn)力下降，恢復(fù)并提高土壤或水體生物多樣性。
具體實施例方式實施例1砷污染土壤修復(fù)試驗將野外移栽的斜羽鳳尾蕨、金釵鳳尾蕨、紫軸鳳尾蕨和齒翅井欄邊草幼苗于溫室正常土壤中培育，空氣相對濕度60～80％，晝溫20～25℃，夜溫10～15℃，待幼苗生長至6～10厘米，移栽入砷污染土壤，供試土壤砷含量為200mg/kg，N∶P2O5∶K2O＝0.15∶0.10∶0.15g/kg干土，調(diào)節(jié)pH至6.5～7.5。生長3個月收獲地上部，留茬3～5厘米。第一次收獲的斜羽鳳尾蕨、金釵鳳尾蕨、紫軸鳳尾蕨和齒翅井欄邊草，經(jīng)測定葉片砷含量分別為1335、3224、4036和3634mg/kg(干重)；四種植物連續(xù)生長、連續(xù)提取土壤砷，連續(xù)收割其地上部，土壤中的砷含量不斷減少，直至正常水平。
實施例2砷污染水體修復(fù)試驗將野外移栽的斜羽鳳尾蕨、金釵鳳尾蕨、紫軸鳳尾蕨和齒翅井欄邊草幼苗于溫室正常土壤中培育，空氣相對濕度60～80％，晝溫20～25℃，夜溫10～15℃，待幼苗生長至6～10厘米，將植物移植入浮床，根部通過浮床上鉆制的小孔直接與污染水體接觸，生長前期加海綿或脫脂棉于小孔中穩(wěn)固植株。供試水體砷含量為100mg/kg，調(diào)節(jié)pH至6.5～7.5。生長兩個月收獲地上部，第一次收獲的斜羽鳳尾蕨、金釵鳳尾蕨、紫軸鳳尾蕨和齒翅井欄邊草，經(jīng)測定葉片砷含量分別為1021、2864、3842和3082mg/kg(干重)；四種植物連續(xù)生長、連續(xù)提取水體中的砷，連續(xù)收割其地上部，水體中的砷含量不斷減少，直至正常水平。
權(quán)利要求
1.一種治理土壤或水體砷污染的方法，其特征在于利用植物斜羽鳳尾蕨、金釵鳳尾蕨、紫軸鳳尾蕨和齒翅井欄邊草中的一種或一種以上種植于待治理的土壤或水體中，連續(xù)提取土壤或水體中的砷。
2.如權(quán)利要求1所述的治理土壤或水體砷污染的方法，其特征在于具體包括如下步驟(1)控制待治理的土壤或水體pH為弱酸性至中性；(2)在待治理的土壤或水體中種植斜羽鳳尾蕨、金釵鳳尾蕨、紫軸鳳尾蕨和齒翅井欄邊草中的一種或一種以上；對植物在水體中生長的支撐處理為將植物植入浮床，根部通過浮床上鉆制的小孔直接與污染水體接觸，生長前期加海綿或脫脂棉于小孔中穩(wěn)固植株；(3)連續(xù)定期收割所種植植物的地上部，直到土壤或水體砷含量達(dá)安全標(biāo)準(zhǔn)。
3.如權(quán)利要求2所述的治理土壤或水體砷污染的方法，其特征在于所述步驟(1)是通過施用酸性肥料或堿性肥料或石灰控制待治理的土壤或水體為弱酸性至中性。
4.如權(quán)利要求2所述的治理土壤或水體砷污染的方法，其特征在于步驟(3)所述的連續(xù)定期收割為一年收割2-3次，收割植物的地上部時留茬3～5厘米。
5.如權(quán)利要求1-4之一所述的治理土壤或水體砷污染的方法，其特征在于所述的用于植入待治理土壤或水體中的斜羽鳳尾蕨、金釵鳳尾蕨、紫軸鳳尾蕨或/和齒翅井欄邊草為直接移栽的野生植株；或者是通過孢子萌發(fā)，溫室培育幼苗，生長至10～15厘米或生長3～4周的植株。
6.如權(quán)利要求5所述的治理土壤或水體砷污染的方法，其特征在于所述孢子萌發(fā)的培育條件為將上述植物的成熟孢子，均勻播于過篩并蒸炒過的腐葉土上，保濕并置陰暗處，晝溫20～25℃，夜溫10～15℃，空氣濕度60～80％；所述溫室培育幼苗的培育條件為晝溫20～25℃，夜溫10～15℃，空氣濕度60～80％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種治理土壤或水體砷污染的方法。本發(fā)明利用能超富集砷的蕨類植物斜羽鳳尾蕨(Pteris oshimensis)、金釵鳳尾蕨(P.fauriei)、紫軸鳳尾蕨(P.aspericaulis)和齒翅井欄邊草(P.multifida f.serrulata Miau)，種植于待治理的土壤或水體中，活化并吸收污染土壤或水體中的砷，連續(xù)定期收割地上部，即可進(jìn)行連續(xù)提取，直至土壤或水體砷含量達(dá)環(huán)境安全標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明方法具有成本低、修復(fù)效率高、易于推廣應(yīng)用等優(yōu)點，應(yīng)用本發(fā)明方法不會造成二次污染，同時修復(fù)進(jìn)程不會破壞土壤或水體生態(tài)系統(tǒng)，并有助于改善土壤或水體因重金屬污染而引起的土壤或水體退化和生產(chǎn)力下降，恢復(fù)并提高土壤或水體生物多樣性。
文檔編號B09C1/10GK1785538SQ20051010064
公開日2006年6月14日 申請日期2005年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月28日
發(fā)明者王宏斌, 葉志鴻, 藍(lán)崇鈺, 束文圣 申請人:中山大學(xué)