一种寒冷地区大面积重金属污染土壤的再生方法技术

本发明专利技术涉及一种寒冷地区大面积重金属污染土壤的再生方法，包括如下步骤：S1重金属污染监测；S2划分修复分区，依据综合污染指数法将污染程度分为轻度污染、中度污染和重度污染；S3土壤翻耕破碎，将粒径控制在5cm以下，然后将改性生物炭—谷氨酸棒杆菌混合材料均匀洒至土壤中，用旋耕机深耕混匀搅拌20

【技术实现步骤摘要】
一种寒冷地区大面积重金属污染土壤的再生方法


[0001]本专利技术涉及土壤修复
；具体是一种寒冷地区大面积重金属污染土壤的再生方法。

技术介绍

[0002]随着全球经济化的迅速发展，含有重金属的污染物以各种形式进入到土壤环境，污染日趋严重。这些被重金属污染的废弃土壤严重破坏了周围生态环境，并通过各种途径直接或间接威胁周边居民的生命健康。经过近年来不断的探索发展，用于治理土壤重金属污染的修复技术主要有物理修复、化学修复和生物修复，这些方法均可在一定程度上降低土壤中重金属的污染程度，但也存在着局限性，比如物理修复和化学修复技术投资昂贵，对土壤性质、土层结构以及生物多样性的破坏性较大，对大面积的污染土壤不宜使用；生物修复技术修复不彻底，时效长。尤其在寒冷地区，由于气候影响，现有修复技术对重金属土壤的修复效果较差，存在重金属活化以及溢出等问题。近年来，多种方法组合的修复方式成为人们研究的热点，其修复效果显著增强，见效快等优点，是之在重金属土壤修复领域显示出巨大的应用前景。生物炭对于重金属阳离子Cd、Pb、Cu等具有良好的吸附效应，吸附能力优于其他大部分农林废弃物和活性炭。但在寒冷地区实际应用时，其吸附效果会受到影响，难以达到预期效果。因此，制备以改性生物炭为主体负载低温微生物菌的炭基复合材料，辅助以团粒喷播技术，除了可以提高寒冷地区土壤中Pb、Cd等重金属污染物的吸附率，降低其生物有效性外，也为实现物种多样性和多层次生态功能创造了可能性。其修复效果好，管理方便，社会接受度高，适宜在大面积的重金属污染土壤治理工程中广泛应用。
[0003]公告号CN109604330A的专利提供了一种冬季通过微生物修复寒冷地区污染土壤的系统及方法，通过微生物修复受污染土壤，在受污染土壤的下部开设沟槽，将发酵物料添加到沟槽中，通过风机和风管将热传递到受污染的土壤中，以维持受污染土壤中微生物生长的温度，修复受污染的土壤。这种方法不适合大面积实施，且修复周期长。
[0004]公告号CN107115840A的专利公开了一种用于砷镉污染土壤修复的炭基复合材料，根据土壤污染程度及理化性质，按22.5—67.5 t/hm2的施用量将炭基复合材料均匀撒于复合污染土壤表面，随后立即翻耕表面0
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10cm的土壤，使炭基复合材料与表层土壤混合均匀，来吸附土壤中As、Cd等重金属污染物。该方法没有考虑气候对修复效果的影响。
[0005]公告号CN108251118A的专利公开了一种生物炭、土壤重金属稳定化药剂及其制备方法，它是几种生物质原料混合粉碎后，置于真空罐中，加入氮气加热，使混合物热解后得到生物炭，进而修复重金属污染的土壤。这种方法存在修复效率低、效果不稳定的问题。
[0006]公告号 CN1923720A的专利是一种微生物固结重金属离子的方法，菌种的扩大培养。它是将菌株巴氏芽孢杆菌接种在尿素培养基中，振荡培养，然后将溶液加入含有重金属离子的土壤中，产生微生物
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重金属复合絮凝体，进一步生成不溶于水的碳酸盐。该方法存在选用的菌种不适合寒冷环境，在寒冷环境下修复效果较差的问题。
[0007]公告号CN108672482A的专利公开了一种重金属固定剂及重金属污染土壤固化方
法。包括使用破碎机将污染土壤进行粉碎，选取改性膨胀蛭石为预处理固化组，选取的激发固化组包括有消石灰、壳聚糖、水玻璃及粉煤灰调质污染土壤。该方法虽然工艺简单，材料廉价易得，但是因利用固化技术所以存在需要修复后长期监测，耗费人力物力的缺点。
[0008]生物炭
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微生物联合修复方法可实现治理过程的原位性，成本低廉且效果永久，搭配团粒喷播技术更具有后期处理简易和环境美学兼容等优点，是治理重金属污染土壤的优良选择，具有广大的应用前景和诸多优点及显著的环境、经济、社会效益。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种立足寒冷地区立地条件，成本低廉，环保无污染，满足土壤生态修复的要求，而且适合大面积实施的寒冷地区大面积重金属污染土壤的再生方法。
[0010]本专利技术的技术方案：一种寒冷地区大面积重金属污染土壤的再生方法，包括如下步骤：S1重金属污染监测；S2划分修复分区，依据综合污染指数法将污染程度分为轻度污染、中度污染和重度污染；S3土壤翻耕破碎，将粒径控制在5cm以下，然后将改性生物炭—谷氨酸棒杆菌混合材料均匀洒至土壤中，用旋耕机深耕混匀搅拌20
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30cm，翻土后视田间土壤水分状况决定是否洒水，使土壤含水量在最大田间持水量的65
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75％；S4将步骤S3得到的土壤进行覆塑料膜养护，静置7～10d，使混合材料与土壤充分反应；S5喷播基材，在待修复区域喷播基层材料，包括营养层和种子层两层，种子层内的植物种子为富集指数以及转运系数均大于1的种子；S6修复效果监测：在原采样点采集土壤样品及植物样品，在实验室实测重金属含量，利用反演模型监测研究区域的土壤和植被重金属离子变化情况。
[0011]优选的，步骤S1具体包括以下步骤：在研究区以50*50m均匀布点的方式，采集深度为 0～20 cm 的表层土壤样品，采样时用高精度 GPS 记录采样点位置信息；在实验室对样本进行预处理，用便携式地物光谱仪测定样本的重金属含量；利用无人机搭载高光谱传感器获取场地高光谱影像，在对原始光谱数据进行多种变换的基础上，采用相关分析和逐步回归算法确定反演土壤重金属元素含量的特征波段，运用偏最小二乘回归法建立反演土壤重金属含量的高光谱估算模型，通过反演模型计算待测研究区的重金属含量；所述无人机采用DJI Matrice 600 Pro无人机，研究时间要求天气晴朗、无风、近五天没有降水或者人为干扰；无人机飞行高度为100 m，高光谱影像空间分辨率为0.043m。
[0012]优选的，步骤S2所述综合污染指数法能够反映多种重金属对区域的污染程度，当综合污染指数1＜P≤2时，为轻度污染；2＜P≤3时，为中度污染；P＞3时，为重度污染。
[0013]优选的，步骤S3所述改性生物炭—谷氨酸棒杆菌混合材料用量为轻度污染地区5t/hm2，中度污染地区10t/hm2，重度污染地区20t/hm2。
[0014]优选的，步骤S5所述营养层厚度为2cm；所述营养层包括耕植土、草炭土、椰丝纤维、稻纤维、有机肥、稻壳、缓释肥、保水剂、粘合剂和土壤调节剂；耕植土：草炭土：椰丝纤
维：稻纤维：有机肥：稻壳的体积比为1：0.1：0.1：0.15：0.4：0.1；缓释肥：保水剂：粘合剂：土壤调节剂的质量比为4:0.1:0.05:0.05；营养层每1立方米的耕植土所用缓释肥的质量为4kg。
[0015]优选的，步骤S5所述种子层厚度为3cm；包括耕植土、草炭土、有机肥、稻纤维、稻壳、速效肥、保水剂、粘合剂和土壤调节剂；耕植土：草炭土：有机肥：稻纤维：稻壳的体积比为1:0.4:0.1:0.3:0.2；速效肥：保水剂：粘合剂：土壤调节剂的质量为6:0.2:0.02:0.01；种子层每1立本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种寒冷地区大面积重金属污染土壤的再生方法，其特征在于，包括如下步骤：S1重金属污染监测；S2划分修复分区，依据综合污染指数法将污染程度分为轻度污染、中度污染和重度污染；S3土壤翻耕破碎，将粒径控制在5cm以下，然后将改性生物炭—谷氨酸棒杆菌混合材料均匀洒至土壤中，用旋耕机深耕混匀搅拌20
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30cm，翻土后视田间土壤水分状况决定是否洒水，使土壤含水量在最大田间持水量的65
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75％；S4将步骤S3得到的土壤进行覆塑料膜养护，静置7～10d，使混合材料与土壤充分反应；S5喷播基材，在待修复区域喷播基层材料，包括营养层和种子层两层，种子层内的植物种子为富集指数以及转运系数均大于1的种子；S6修复效果监测：在原采样点采集土壤样品及植物样品，在实验室实测重金属含量，利用反演模型监测研究区域的土壤和植被重金属离子变化情况。2.根据权利要求1所述的一种寒冷地区大面积重金属污染土壤的再生方法，其特征在于，步骤S1具体包括以下步骤：在研究区以50*50m均匀布点的方式，采集深度为 0～20 cm 的表层土壤样品，采样时用高精度 GPS 记录采样点位置信息；在实验室对样本进行预处理，用便携式地物光谱仪测定样本的重金属含量；利用无人机搭载高光谱传感器获取场地高光谱影像，在对原始光谱数据进行多种变换的基础上，采用相关分析和逐步回归算法确定反演土壤重金属元素含量的特征波段，运用偏最小二乘回归法建立反演土壤重金属含量的高光谱估算模型，通过反演模型计算待测研究区的重金属含量；所述无人机采用DJI Matrice 600 Pro无人机，研究时间要求天气晴朗、无风、近五天没有降水或者人为干扰；无人机飞行高度为100 m，高光谱影像空间分辨率为0.043m。3.根据权利要求1所述的一种寒冷地区大面积重金属污染土壤的再生方法，其特征在于，步骤S2所述综合污染指数法能够反映多种重金属对区域的污染程度，当综合污染指数1＜P≤2时，为轻度污染；2＜P≤3时，为中度污染；P＞3时，为重度污染。4.根据权利要求1所述的一种寒冷地区大面积重金属污染土壤的再生方法，其特征在于，步骤S3所述改性生物炭—谷氨酸棒杆菌混合材料用量为轻度污染地区5t/hm2，中度污染地区10t/hm2，重度污染地区20t/hm2。5.根据权利要求1所述的一种寒冷地区大面积重金属污染土壤的再生方法，其特征在于，步骤S5所述营养层厚度为2cm；所述营养层包括耕植土、草炭土、椰丝纤维、稻纤维、有机肥、稻壳、缓释肥、保水剂、粘合剂和土壤调节剂；耕植土：草炭土：椰丝纤维：稻纤维：有机肥：稻壳的体积比为1：0.1：0.1：0.15：0.4：0.1；缓释肥：保水剂：粘合剂：土壤调节剂的质量比为4:0.1:0.05:0.05；营养层每1立方米的耕植土所用缓释肥的质量为4kg。6.根据权利要求5所述的一种寒冷地区大面积重金属污染土壤的再生方法，其特征在于，步骤S5所述种子层厚度为3cm；包括耕植土、草炭土、有机肥、稻纤维、稻壳、速效肥、保水剂、粘合剂和土壤调节剂；耕植土：草炭土：有机肥：稻纤维：稻壳的体积比为1:0.4:0.1:0.3:0.2；速效肥：保水剂：粘合剂：土壤调节剂的质量为6:0.2:0.02:0.01；种子层每1立方米的耕植土所用速效肥的质量为6kg。7.根据权利要求6所述的一种寒冷地区大面积重金属污染土壤的再生方法，其特征在于，所述步骤S5有机肥为含有机质的生物有机肥；
所述缓...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋志永，解旭东，赵海明，薛蕊，张涛，曹胜昔，郜鹏，孟风，杨家牧，
申请(专利权)人：北方工程设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：