中国南方有色金属矿冶区镉重污染酸性土壤的化学淋洗-植物吸取联合修复方法技术

中国南方有色金属矿冶区镉重污染酸性土壤的化学淋洗-植物吸取联合修复方法，重金属污染土壤磨细过筛，并填充到土柱中；将氯化铁溶液倒在土体上方，液体随重力从土柱底部自然流出，以去除土壤大部分的活性镉；待土体上方淋洗液全部渗入土壤后，将去离子水倾倒于土体上方，液体随重力从土柱底部自然流出，以去除土体中残留的镉和淋洗剂；将上述淋洗后的土壤晾干、磨细、过筛，添加生石灰、海泡石、商品有机肥、以及0.2~1.2g kg-1总养分（N＋P2O5＋K2O）进行改良；连续种植伴矿景天1~5季，并收获地上部完成修复。

【技术实现步骤摘要】
中国南方有色金属矿冶区镉重污染酸性土壤的化学淋洗-植物吸取联合修复方法
本专利技术涉及重金属污染土壤的治理技术，具体涉及一种中国南方有色金属矿冶区镉重污染酸性土壤的化学淋洗-植物吸取联合修复方法
技术介绍
最近几十年来，随着我国工业化、城市化进程的快速发展，土壤重金属污染问题日益突出。有色金属矿冶区等周边存在大量的重金属重度污染土壤，其中镉污染是最受关注的问题之一。重金属具有残留时间长、隐蔽性强、毒性大等特点。重金属不能被微生物降解，一旦进入环境即开始积累，以扬尘暴露或食物链传递等途径威胁人体健康。我国南方地区土壤多数为酸性，土壤中重金属活性高，而南方又是我国重要的水稻产区，水稻对镉(Cd)的吸收富集能力强，对人体健康产生严重威胁。当前，Cd重度污染酸性土壤的修复主要采用化学钝化技术，结合改种植非粮作物。化学钝化主要是通过提高土壤酸碱度(pH)，提高土壤对重金属的吸附、沉淀能力，以降低重金属活性，减少植物吸收性。因化学钝化并未彻底去除重金属，随时间推移及环境条件的改变，钝化的重金属存在再次释放的风险。作为能彻底去除土壤中的重金属、达到永久修复目的技术，化学淋洗和植物吸取修复技术受到了众多研究者的青睐。土壤化学淋洗修复技术(Soilwashing)，是指利用螯合剂、无机酸、有机酸和表面活性剂等，快速将污染物从土壤中移除，短时间内完成高浓度污染土壤的治理，该技术主要用于小面积重金属重度污染工业场地的修复。但为了达到较好的重金属去除效果，化学淋洗采用的淋洗剂浓度往往比较高，因而对土壤性质的破坏较为严重，而且多数采用泥浆搅拌的方式，动力消耗大、固液分离工艺复杂，因而修复成本较高。植物吸取修复技术(Phytoextraction)，主要利用重金属超积累植物，该技术具有绿色、廉价、不破坏土壤性质等独特的优越性，适用于重金属中低污染土壤，对重度污染土壤很难在短时间完成修复。
技术实现思路
解决的技术问题：本专利技术针对镉重度污染酸性土壤，提供一种中国南方有色金属矿冶区镉重污染酸性土壤的化学淋洗-植物吸取联合修复方法，先采用氯化铁溶液进行自然淋溶式淋洗，再用水进行自然淋溶式漂洗；对淋洗后的土壤进行改良培肥，然后连续种植镉超积累植物伴矿景天，收获植物地上部并安全处置，以彻底去除土壤镉。本专利技术采用较低浓度的化学淋洗剂，对土壤性质影响小，洗出液易于处理和回用；采用自然淋溶式淋洗方式，工程量小且对土壤结构破坏小；淋洗后土壤通过改良培肥技术，恢复土壤性质的同时促进植物生长；种植镉超积累植物伴矿景天既能去除土壤残留的镉，又能恢复土壤理化与生物学性质。本专利技术克服单纯化学淋洗后期重金属去除率低的问题以及重度污染土壤上单纯植物吸取修复周期长的不足，可以大大降低淋洗剂及漂洗水的用量，降低植物吸取修复周期、修复成本以及环境风险。该技术在我国南方有色金属矿冶区及周边大面积镉重度污染酸性农田土壤修复等方面具有广阔的应用前景。技术方案：中国南方有色金属矿冶区镉重污染酸性土壤的化学淋洗-植物吸取联合修复方法，步骤为：(1)重金属污染土壤磨细过2～5mm筛，并填充到土柱中，土体厚度为10～20cm，容重为1.0～1.2gcm-1；(2)将2～50mmolL-1的氯化铁溶液倒在土体上方，淋洗液水层厚度保持在2～5cm，液体随重力从土柱底部自然流出，所用淋洗液体积与土壤质量之比1.5:1～4:1，以去除土壤大部分的活性镉；(3)待步骤(2)土体上方淋洗液全部渗入土壤后，将去离子水倾倒于土体上方，水层厚度保持在2～5cm，液体随重力从土柱底部自然流出，所用去离子体积与土壤质量之比1.5:1～2.5:1，以去除土体中残留的镉和淋洗剂；(4)将上述淋洗后的土壤晾干、磨细、过2～5mm筛，添加占土壤重量0.05～0.2％生石灰、0.5～2％海泡石、0.2～1％商品有机肥、以及通过化肥施入占土壤重量0.02～0.12％的总养分(N+P2O5+K2O)，进行改良；(5)连续种植伴矿景天1～5季，并收获地上部完成修复。上述淋洗液体积与土壤质量之比优选3:1。上述去离子水体积与土壤质量之比优选2:1。上述海泡石的用量优选为土壤重量的1％。上述生石灰用量优选为土壤重量的0.18％。上述有机肥用量优选为土壤重量的0.5％。有益效果：(1)本专利技术采用自然淋溶式淋洗，与现有的搅拌淋洗相比，淋洗剂停留时间长、反应充分、利用率高，而且操作程序简单。(2)本专利技术所选用氯化铁溶液对土壤中的镉、铅、锌、铜等污染重金属都有较好的去除效果、修复效率高。(3)本专利技术中，土壤淋洗过程的目的是快速去除土壤大部分的活性镉，而非直接使土壤镉总量达到修复终点，因此淋洗剂用量和淋洗强度低，与单纯的土壤淋洗相比，避免了淋洗后期修复效率低的问题，成本大大降低，且对土壤理化与生物学性质的破坏程度显著降低。(4)本专利技术使用清水漂洗，减少土壤中淋洗剂和重金属的残留，有利于后期植物的生长。(5)本专利技术所用的超积累植物伴矿景天，对环境适应能力强、生长快、生物量大，而且对土壤镉的富集能力强，修复效率高。(6)本专利技术的土壤改良和伴矿景天种植过程，可以使土壤结构、肥力等性质得到全面恢复。(7)本专利技术通过化学淋洗与植物吸取的联合，与单纯的植物吸取修复相比，可以在较短时间内完成对重度污染土壤的修复。附图说明图1洗出液重金属、Cl浓度及pH变化示意图。具体实施方式以下通过实施案例对本专利技术作进一步说明，而非限制本专利技术。实施例1材料与方法供试土壤分别采自湖南株洲市某有色金属冶炼区周边农田耕作层，土壤类型为红壤性水稻土，土壤呈强酸性，Cd浓度为3.12mgkg-1，基本性质见表1。土壤自然晾干、过2mm筛，将15kg土填入土柱。土柱内径30cm，土体高度18cm，容重约1.18gcm-3，土体下方铺设尼龙网和滤纸，土体上方也铺设一层滤纸，土柱底部设导流口和硅胶管，收集滤液。土体先用去离子水从底部浸润一周。在室温下，从土柱上方分次缓慢倒入45L(液土比＝3)20mmolL-1FeCl3淋洗剂对土柱进行淋洗，待FeCl3淋洗液全部渗出后，再加入30L(液土比＝2)去离子水，淋洗液和水层厚度保持在2～5cm；定时收集洗出液，测定洗出液体积、金属及Cl-浓度。整个淋洗结束后，将土柱内土壤取出晾干，取样测定土壤基本理化性质和重金属浓度。土柱试验重复3次。表1供试土壤基本性质淋洗后土壤进行改良培肥，并种植伴矿景天进行吸取修复。株洲土壤设置5个处理：(1)CK(未淋洗土壤，对照)；(2)W(淋洗后土壤)；(3)W+S(淋洗后土壤+1wt.％海泡石)；(4)W+S+COF(淋洗后土壤+1wt.％海泡石+0.5wt.％商品有机肥)；(5)W+L+COF(淋洗后土壤+0.18wt.％CaO+0.5wt.％商品有机肥)。所用商品有机肥含有机质45.6％、全N3.07％、全磷P2O51.10％、全钾K2O0.7％。每个处理施用尿素、磷酸氢二钾、氯化钾(N：P2O5：K2O＝200：200：132mgkg-1)作为基肥。每个处理重复4盆，每盆1.2kg土。稳定一周后种植伴矿景天，期间保持土壤含水率在田间持水量的70％左右，伴矿景天生长120天后收获，测定地上部生物量、重金属浓度等，采集土壤测定CaCl2提取态重金属浓度。结果与分析(1)淋洗过程监控图1展示了本文档来自技高网...

【技术保护点】
中国南方有色金属矿冶区镉重污染酸性土壤的化学淋洗‑植物吸取联合修复方法，其特征在于步骤为：（1）重金属污染土壤磨细过2~5 mm筛，并填充到土柱中，土体厚度为10~20cm，容重为1.0~1.2 g cm‑1； （2）将2~50 mmol L‑1的氯化铁溶液倒在土体上方，淋洗液水层厚度保持在2~5 cm，液体随重力从土柱底部自然流出，所用淋洗液体积与土壤质量之比1.5: 1 ~ 4: 1，以去除土壤大部分的活性镉；（3）待步骤（2）土体上方淋洗液全部渗入土壤后，将去离子水倾倒于土体上方，水层厚度保持在2~5 cm，液体随重力从土柱底部自然流出，所用去离子体积与土壤质量之比1.5: 1 ~ 2.5: 1，以去除土体中残留的镉和淋洗剂；（4）将上述淋洗后的土壤晾干、磨细、过2~5 mm筛，添加占土壤重量0.05~0.2%生石灰、0.5~2%海泡石、0.2~1%商品有机肥、以及通过化肥施入占土壤重量0.02~0.12%的总养分（N＋P2O5＋K2O），进行改良；（5）连续种植伴矿景天1~5季，并收获地上部完成修复。

【技术特征摘要】
1.中国南方有色金属矿冶区镉重污染酸性土壤的化学淋洗-植物吸取联合修复方法，其特征在于步骤为：（1）重金属污染土壤磨细过2~5mm筛，并填充到土柱中，土体厚度为10~20cm，容重为1.0~1.2gcm-3；（2）将2~50mmolL-1的氯化铁溶液倒在土体上方，淋洗液水层厚度保持在2~5cm，液体随重力从土柱底部自然流出，所用淋洗液体积与土壤质量之比1.5:1~4:1，以去除土壤大部分的活性镉；（3）待步骤（2）土体上方淋洗液全部渗入土壤后，将去离子水倾倒于土体上方，水层厚度保持在2~5cm，液体随重力从土柱底部自然流出，所用去离子水体积与土壤质量之比1.5:1~2.5:1，以去除土体中残留的镉和淋洗剂；（4）将上述淋洗后的土壤晾干、磨细、过2~5mm筛，添加占土壤重量0.05~0...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡鹏杰，吴龙华，董长勋，赵婕，李云峰，
申请(专利权)人：中国科学院南京土壤研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32