一種礦區(qū)重金屬污染土壤的修復(fù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及污染土壤治理領(lǐng)域，特別涉及一種礦區(qū)重金屬污染土壤的修復(fù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，環(huán)境污染和生態(tài)破壞日益嚴(yán)峻，嚴(yán)重影響到人類(lèi)的健康和生存，其中重金 屬元素對(duì)環(huán)境的污染和破壞作用尤為嚴(yán)重，特別是Pb、Cd、Hg、Cu及其復(fù)合污染最為突出， 尤其在一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。重金屬是一類(lèi)毒性很大的無(wú)機(jī)污染物，它的特殊性在于不能被 土壤微生物降解而從環(huán)境中徹底消除，當(dāng)其在土壤中積累到一定程度時(shí)，就會(huì)對(duì)土壤一植 物系統(tǒng)產(chǎn)生毒害和破壞作用，對(duì)作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)均有較大的危害，特別是它們還能被 作物富集吸收進(jìn)入食物鏈，具有損害人類(lèi)健康的潛在危險(xiǎn)。
[0003] 礦山開(kāi)采給人類(lèi)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，但同時(shí)也在世界范圍內(nèi)導(dǎo)致了一系列嚴(yán) 重的環(huán)境問(wèn)題，礦產(chǎn)資源開(kāi)采時(shí)間長(zhǎng)、礦區(qū)占地面積大、堆放尾礦量大等特殊因素使得土壤 受到嚴(yán)重污染，其中重金屬污染問(wèn)題及其特有的隱蔽性、長(zhǎng)期性、不可逆和不可降解的特點(diǎn) 越來(lái)越受到世界的關(guān)注。礦區(qū)開(kāi)采產(chǎn)生大量的粉塵、污水（礦井廢水、酸性廢水、洗煤水、生 活污水）、廢氣、固體廢棄物等含有大量的重金屬污染物，主要有汞、鎘、鉛、砷、銅、鎳等，在 中國(guó)南方地區(qū)表現(xiàn)尤為突出。如煤炭資源的開(kāi)發(fā)，產(chǎn)生了大量的煤矸石，煤矸石中重金屬元 素的釋放和迀移對(duì)礦區(qū)周?chē)h(huán)境會(huì)造成極大的威海，不僅會(huì)導(dǎo)致土壤退化、農(nóng)作物產(chǎn)量和 質(zhì)量下降，而且還會(huì)通過(guò)徑流、淋失作用污染地表水和地下水、惡化水環(huán)境，通過(guò)食物鏈影 響人類(lèi)健康。
[0004] 金屬礦區(qū)及周邊地區(qū)的重金屬污染土壤修復(fù)一般采用原位修復(fù)的方式，主要包括 物理技術(shù)：客土和翻土法、熱處理法、電化學(xué)法、隔離包埋法等；化學(xué)技術(shù)：固定/穩(wěn)定化、 化學(xué)淋洗、化學(xué)氧化/還原等；生物修復(fù)技術(shù)：植物修復(fù)、微生物修復(fù)等，這些方法各有優(yōu) 缺點(diǎn)。隔離包埋法處理費(fèi)用最低，但是僅將重金屬進(jìn)行了隔離，對(duì)礦區(qū)土壤生態(tài)仍存在潛 在風(fēng)險(xiǎn)；電化學(xué)法較不成熟，只適用于小面積污染，現(xiàn)場(chǎng)操作難度大；熱處理法不適合現(xiàn)場(chǎng) 操作，處理費(fèi)用高、適用范圍窄；化學(xué)法容易改變土壤的性質(zhì)、造成二次污染；利用超積累 植物進(jìn)行植物修復(fù)是目前重金屬污染土壤治理技術(shù)的研究熱點(diǎn)，但此項(xiàng)仍存在一些不足之 處，特別是大部分超積累重金屬的植物一般植株矮小、生長(zhǎng)緩慢、生物量低、因而修復(fù)效率 低、所需時(shí)間長(zhǎng)，而且對(duì)重金屬污染嚴(yán)重的礦區(qū)土壤，超積累植物一般很難直接生長(zhǎng)；微生 物修復(fù)法利用的載體是微生物活體，污染物的非連續(xù)分布會(huì)隔斷微生物運(yùn)動(dòng)，因此處理周 期長(zhǎng)，且與土著微生物競(jìng)爭(zhēng)有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物，容易失去活性。
[0005] 針對(duì)礦區(qū)土壤重金屬污染的現(xiàn)狀，采取合適的土壤修復(fù)措施，對(duì)于礦區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、 居住環(huán)境、生態(tài)建設(shè)以及區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可以全面改善礦 區(qū)土壤土質(zhì)、短時(shí)間富集修復(fù)土壤重金屬且能夠提高土壤肥力的修復(fù)方法。
[0007] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是： 一種礦區(qū)重金屬污染土壤的修復(fù)方法，包括以下步驟： 1) 在礦區(qū)重金屬污染的土壤中連續(xù)種植1~2個(gè)周期的蓖麻，每個(gè)周期種植蓖麻的同時(shí) 都在土壤中施入生物炭基肥，以蓖麻果實(shí)成熟收獲結(jié)束為一個(gè)周期，每個(gè)周期蓖麻果實(shí)收 獲結(jié)束后將蓖麻整體移除； 2) 待步驟1)中蓖麻植株整體移除后，再次施入生物炭基肥到種植過(guò)蓖麻的土壤中，混 合均勻，陳化60~70天； 3) 待步驟2)中生物炭基肥陳化結(jié)束后，放入蚯蚓進(jìn)行養(yǎng)殖； 4) 待步驟3)中蚯蚓正常引入土壤后，連續(xù)種植1~2個(gè)周期的柳樹(shù)，每個(gè)周期種植柳樹(shù) 的同時(shí)都在土壤中施入生物炭基肥，一個(gè)周期結(jié)束后將柳樹(shù)整體移除，以1〇~12個(gè)月為一 個(gè)周期； 5) 循環(huán)重復(fù)執(zhí)行步驟1) ~步驟4)，直至土壤中重金屬的含量達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)。
[0008] 優(yōu)選的，所述生物炭基肥包括：60~70重量份蓖麻或柳樹(shù)廢棄物制成的生物炭、 1〇~15重量份的磷酸二銨、4~6重量份的草木灰、8~10重量份的碳酸鈣、25~30重量份的尿素 和16~20重量份的鈣鎂磷肥。
[0009] 優(yōu)選的，所述生物炭基肥的施入量為5~8kg/畝，所述蚯蚓投放到土壤中的用量為 0. 2~0. 3kg/m2。
[0010] 優(yōu)選的，所述生物炭基肥用圓盤(pán)造粒機(jī)制成粒徑為5~6mm的顆粒。
[0011] 優(yōu)選的，所述生物炭的制備步驟為： 1) 蓖麻或柳樹(shù)廢棄物經(jīng)炭化處理得到有機(jī)炭產(chǎn)物，有機(jī)炭產(chǎn)物在80~90°c下烘干，粉 碎； 2) 將步驟1)所得有機(jī)炭產(chǎn)物置于生物炭爐中450~500°C熱解，冷卻至室溫； 3) 將步驟2)所得產(chǎn)物用質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的稀鹽酸和質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的稀硝酸以體積比 1~2. 5 :1混合后酸洗l~3h，再用去離子水沖洗至中性，過(guò)濾，于85°C下烘干，自然冷卻至室 溫，研磨過(guò)篩，裝袋備用。
[0012] 優(yōu)選的，所述生物炭的粒徑為2~3mm〇
[0013] 優(yōu)選的，所述蚯蚓養(yǎng)殖期間每3~5天澆一次水，使重金屬污染土壤的含水量保持 在 40~55%。
[0014] 優(yōu)選的，所述種植蓖麻的方法為幼苗栽種，所述幼苗栽種為：將28~30cm的幼苗沿 垂直方向傾斜30度埋入土壤表層10~15cm深度種植，株距為20~25cm，行距為20~25cm。
[0015] 優(yōu)選的，所述幼苗選用通過(guò)159^20%的H2O2消毒處理后蒸餾水洗滌浸泡12h、籽粒 飽滿且不下沉的蓖麻種子長(zhǎng)成的蓖麻幼苗。
[0016] 優(yōu)選的，所述柳樹(shù)選用I. 5~2m的柳樹(shù)苗栽種。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是： 1.蓖麻、柳樹(shù)具有很好的重金屬耐性，蓖麻、柳樹(shù)的栽種修復(fù)可以改善污染土壤的土 質(zhì)，還能起到實(shí)現(xiàn)美化環(huán)境的作用，更重要的是有效的避免了污染物再次進(jìn)入食物鏈，最大 限度的減少了修復(fù)土壤中可引起的二次污染。與其他修復(fù)技術(shù)相比，具有成本低、對(duì)環(huán)境影 響小、能使地表長(zhǎng)期穩(wěn)定，并且在消除土壤污染的同時(shí)，消除污染土壤周?chē)拇髿夂退w中 的污染物，有利于改善生態(tài)環(huán)境提高其生物多樣性的優(yōu)點(diǎn)。
[0018] 2.本發(fā)明生物炭基肥除了有生物炭之外，還含有一定的磷酸二銨和鈣鎂磷肥，這 對(duì)于改善礦區(qū)土壤的物理結(jié)構(gòu)有很好的修復(fù)作用，在栽種植物的同時(shí)協(xié)同施用，可以吸附 固定土壤中的各種重金屬，為植物的生長(zhǎng)提供一定的有利條件。
[0019] 3.除此之外，在土壤動(dòng)物修復(fù)重金屬污染土壤的技術(shù)中，蚯蚓因其重金屬富集量 大、生長(zhǎng)周期短、提取簡(jiǎn)單、效果明顯等特點(diǎn)而成為土壤修復(fù)極具潛力的一項(xiàng)技術(shù)，本發(fā)明 在生物炭和植物對(duì)礦區(qū)土壤進(jìn)行一定的修復(fù)后將蚯蚓引入養(yǎng)殖，可以更好的富集吸收礦區(qū) 土壤中的重金屬，改善植物根際土壤環(huán)境，增加土壤生物多樣性。
[0020] 4.本發(fā)明將治理過(guò)土壤的蓖麻和柳樹(shù)廢棄物所得的生物炭用酸洗一段時(shí)間后，通 過(guò)去離子水的反復(fù)浸洗至中性，然后烘干，將炭化物質(zhì)與含有重金屬的溶液分離，可以對(duì)重 金屬進(jìn)行回收再利用。
[0021] 總之，本發(fā)明是一種安全、環(huán)保、高效、經(jīng)濟(jì)和實(shí)用的礦區(qū)重金屬污染土壤的修復(fù) 方法，不帶來(lái)二次污染，無(wú)毒性，對(duì)土壤作物和生態(tài)環(huán)境具有可靠的生物安全性。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本
【發(fā)明內(nèi)容】
。
[0023] 生物炭以稻殼、秸桿或在重金屬污染的土壤中種植后收獲的蓖麻和柳樹(shù)丟棄物 (根、莖、葉等）為炭源制得，其中pH為8. 28,比表面積達(dá)4. 5~750m2/g，中孔比表面積為 6. 5~400m2/g，孔容積為 0· 0055~0· 6500ml/g，中孔容積為 0· 0035~0· 5500ml/g。
[0024] 鈣鎂磷肥為中國(guó)市場(chǎng)銷(xiāo)售的合格標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。
[0025] 整塊礦區(qū)污染實(shí)驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行樣方劃分，長(zhǎng)寬均為5m，每個(gè)樣方之間留寬為0. 8m的 壟，每個(gè)樣方根據(jù)對(duì)角線原則設(shè)置5個(gè)采樣點(diǎn)。采取試驗(yàn)田表層0~25cm的土壤，陰涼通風(fēng) 晾干，去除雜質(zhì)。測(cè)定土壤PH5. 4,重金屬Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的濃度分別為415. 2、 896. 8、139. 7、182. 9、81· 3 和 347. 4mg/kg。
[0026] 根據(jù)國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB15618-2008可知，土壤pH彡5. 5的情況下，農(nóng)業(yè)用 地旱地重金屬Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值分別為150,80,0· 25, 50,0· 25和45mg/ kg，因此，上述整塊實(shí)驗(yàn)區(qū)域存在較嚴(yán)重的重金屬污染。
[0027] 實(shí)施例1 1) 選用通過(guò)20%的H2O2消毒處理然后蒸餾水洗滌浸泡12h，籽粒飽滿且下沉的一年生 通蓖5號(hào)蓖麻種子長(zhǎng)成30cm的健康幼苗沿垂直方向傾斜30度埋入土壤表層IOcm深度種 植，株距為20cm，行距為25cm。三月下旬，在礦區(qū)重金屬污染的實(shí)驗(yàn)田中連續(xù)栽種1個(gè)周期 的一年生通蓖5號(hào)蓖麻，種植蓖麻的同時(shí)在土壤中施入生物炭基肥，以蓖麻果實(shí)成熟收獲 結(jié)束為一個(gè)周期，蓖麻果實(shí)收獲結(jié)束后將蓖麻整體移除； 2) 待