專利名稱：利用紫花茉莉持續(xù)提取污泥中鋅以及修復(fù)土壤鋅污染的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用紫花茉莉(Mirabilis jalapa L.)持續(xù)提取污泥中鋅以及修復(fù)土壤鋅污染的方法。
背景技術(shù)：
近年來土壤和污泥中毒性重金屬的污染日益成為了一個突出的環(huán)境和人類健康問題。脫水污泥是城市污水處理后的產(chǎn)物，目前世界上每年產(chǎn)生的干污泥量已超過1億t。污泥中含有豐富的有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀和植物生長所需的其他營養(yǎng)物質(zhì)。所以，污泥的農(nóng)用化是解決大量城市污泥的有效途徑之一。隨污泥中營養(yǎng)成分一起進(jìn)入土壤的還有重金屬元素，鋅就是其中之一。另外，我國有著豐富的鋅礦產(chǎn)資源，富含鋅礦體的自然風(fēng)化和相應(yīng)的露天開采、冶煉等礦業(yè)活動，以及大量施用化肥、農(nóng)藥等化工產(chǎn)品，也導(dǎo)致了我國大面積的土壤鋅等重金屬污染。過量暴露的鋅直接威脅人居環(huán)境及食品安全，若通過食物鏈大量進(jìn)入人體，具致癌致畸致突變以及干擾激素內(nèi)分泌等作用，危及居民健康和家畜安全。
當(dāng)前，可供治理土壤重金屬污染的方法主要理化修復(fù)法和生物修復(fù)法理化法有客土(換土)法、沉淀法、淋洗法、電化法、磁化法。這些物理或化學(xué)方法各有其優(yōu)點，但一般都存在花費(fèi)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，微生物生物修復(fù)的局部成功僅局限于一些有機(jī)污染物的降解，在處理金屬污染物，特別是在土壤中并非有效。植物修復(fù)(phytoremediation)是一種新興的重金屬污染原位(in situ)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)(phytoextraction)，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)可供選擇的能富集重金屬鋅的植物品種較少，特別是地域適應(yīng)性廣的植物極少；(2)被推薦優(yōu)先使用的超富集植物(hyperaccumulator)，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(bioavailability)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)明的目的是提供一種利用紫花茉莉(Mirabilis jalapa L.)持續(xù)提取污泥中鋅以及修復(fù)土壤鋅污染的方法。
本發(fā)明所用的鋅超富集植物紫花茉莉(Mirabilis jalapa L.)，原產(chǎn)中南美洲，在我國長江以南地區(qū)自然生長，較多分布，常年可采集到，其種子或塊根也較易發(fā)芽繁殖。該紫花茉莉植物分類學(xué)特征如下1.紫花茉莉為石竹目，紫茉莉科植物，一年生或多年生草本，植株高約1米，莖粗2～4cm，多數(shù)有5～6個分枝，節(jié)膨大突出，易折斷。根粗肥，圓錐形或紡錘形，外皮暗灰褐色，南方俗稱“入地老鼠”，曬干后有鱗片狀剝裂，肉眼可見有橫長形皮孔，內(nèi)部肉質(zhì)白色、粉質(zhì)。
2.葉片對生，呈卵形或者廣卵形，長約3～10cm，寬可達(dá)3.5cm。
3.花1至數(shù)朵聚集成頂生聚傘花序，每朵花基部都有1萼狀苞，呈5裂；花喇叭狀，徑達(dá)3.8cm；花萼呈花瓣狀，喇叭形，筒長4～6.5cm，有紫紅色、白色、黃色和雜色等品種，一般在早晨或者晚上開花；花被筒長，在子房上部稍縊縮，頂端5裂；雄蕊5～6，與花被等長或外伸；子房上位，呈卵圓形，有1室，花柱絲狀。
4.瘦果接近球形，有棱，成熟時呈黑色，俗稱“小地雷”，為宿存苞片所包。種子長約0.8cm，內(nèi)含有豐富的白色粉質(zhì)胚乳。
本發(fā)明所用紫花茉莉(Mirabilis jalapa L.)，自然條件下其重金屬鋅富集特征如下紫花茉莉地上部重金屬鋅的富集為328mg/kg(干基)，地下部為76mg/kg(干基)，地上部大于地下部，由于每造可收獲地上部生物量達(dá)11250kg/hm2(干基)，故指標(biāo)達(dá)富集水平。
紫花茉莉雖然具有以上特性，但是長期以來，并未加以應(yīng)用。尤其是持續(xù)性地提取模式，更是一個空白領(lǐng)域。
本發(fā)明通過種植紫花茉莉，持續(xù)提取并活化土壤或污泥中的鋅，同時向上運(yùn)輸和轉(zhuǎn)運(yùn)到達(dá)地上部，待地上部形成一定的生物量，定期收割地上部，保留地下部，則可進(jìn)行持續(xù)提取，持續(xù)轉(zhuǎn)移土壤中大量的鋅，從而經(jīng)過一段時間的提取，最后連地下塊根一起收獲，從而清除土壤或污泥中鋅的污染。
本發(fā)明方法的具體步驟如下(1)控制鋅污染的土壤或含鋅污泥pH于5.0～7.5之間；可視生長介質(zhì)實際酸堿度，通過施用酸性或堿性肥料(如石灰)加以調(diào)節(jié)；(2)每年2～3月份，將生長至3～5片葉的紫花茉莉植株幼苗移栽或用種子、塊根直播到已按前述要求調(diào)節(jié)pH的鋅污染的土壤或施入含鋅污泥的土地中；
所述紫花茉莉植株幼苗可選用自然生長在我國長江以南的，直接移栽幼苗到鋅污染的土壤或施含鋅污泥的土地里。
也可采收其種子和塊根進(jìn)行直播或育苗移栽。用種子育苗時，種子萌發(fā)及幼苗培育的條件為將紫花茉莉種子于水中浸泡24小時，放置暗處發(fā)芽5～7天后，在土壤中育苗，空氣相對濕度70～90％，溫度18～25℃；塊根育苗條件為將紫花茉莉塊根埋于砂中，每天淋透水份，空氣相對濕度60～80％，溫度15～23℃。
(3)每年冬季11～12月份定期收割地上部一次，收割地上部時留茬2～3節(jié)，收割的紫花茉莉地上部可進(jìn)行統(tǒng)一處理，如在垃圾填埋區(qū)安全填埋或焚燒；第二年留在地下的塊根長出新芽，掉落地里的種子出苗后適當(dāng)間苗，讓紫花茉莉持續(xù)生長，持續(xù)收割紫花茉莉地上部，直到土壤或施污泥土地中的鋅達(dá)安全標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明在技術(shù)上的突出特點在于采用了持續(xù)提取模式，解決了紫花茉莉?qū)嶋H應(yīng)用中的條件控制等技術(shù)難題，使該技術(shù)的實際應(yīng)用成為可能，并建立了修復(fù)模式系綠色原位修復(fù)，因此具有以下突出效果1.本發(fā)明所選用的紫花茉莉，可超富集重金屬鋅，應(yīng)用于植物提取污染土壤或污泥鋅，成本低，修復(fù)效率高，潛在經(jīng)濟(jì)效益可觀；且容易繁殖、易形成大生物量，抗病蟲害、多年生長等特點，適合于污染土壤或污泥鋅的植物提?。?.按照本發(fā)明方法的持續(xù)提取模式，簡化了修復(fù)土壤或污泥鋅污染的程序，適合于推廣應(yīng)用；3.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)程不會破壞土壤生態(tài)環(huán)境，并有助于改善土壤因重金屬污染而引起的土壤退化和生產(chǎn)力下降，恢復(fù)并提高土壤生物多樣性，對污泥鋅的提取可使其達(dá)農(nóng)用化排放標(biāo)準(zhǔn)。
具體實施例方式
以下通過實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實施例1土壤修復(fù)于2-3月將紫花茉莉種子撒播于平整的大田苗圃，覆蓋細(xì)砂或泥土，空氣相對濕度70～90％，溫度20℃。待紫花茉莉幼苗生長至3～5片葉，移栽入重金屬污染土壤，土壤重金屬鋅本底含量≥250mg/kg，保持土壤pH至6～7.5，行距1米，株距0.5米。生長10個月收獲地上部，留茬2～3節(jié)。第一次收獲的紫花茉莉，經(jīng)測定地上部重金屬鋅含量≥328mg/kg(干重)，紫花茉莉持續(xù)生長、持續(xù)提取土壤鋅，持續(xù)收割紫花茉莉地上部，土壤中的鋅含量不斷減少，直到污染土壤鋅含量減少到正常土壤水平，土壤鋅污染消除。
實施例2土壤修復(fù)于2-3月將紫花茉莉種子撒播于重金屬污染土壤中，覆蓋細(xì)砂或泥土，空氣相對濕度70～90％，溫度20℃。土壤重金屬鋅本底含量≥250mg/kg，保持土壤pH至6～7.5。待紫花茉莉幼苗生長至3～5片葉，保持行距1米，株距0.5米。生長10個月收獲地上部，留茬2～3節(jié)。第一次收獲的紫花茉莉，經(jīng)測定地上部重金屬鋅含量≥328mg/kg(干重)，紫花茉莉持續(xù)生長、持續(xù)提取土壤鋅，持續(xù)收割紫花茉莉地上部，土壤中的鋅含量不斷減少，直到污染土壤鋅含量減少到正常土壤水平，土壤鋅污染消除。
實施例3污泥鋅提取于2-3月將紫花茉莉塊根埋于砂中，每天淋透水份，空氣相對濕度60～80％，溫度20℃。待幼苗生長至3～5片葉，移栽于施用污泥后鋅含量為250mg/kg的土壤，保持土壤pH 5～6；行距1米，株距0.5米。生長10個月，收獲地上部，留茬2～3節(jié)。經(jīng)測定，收獲的紫花茉莉地上部重金屬鋅含量≥328mg/kg(干重)；紫花茉莉持續(xù)提取鋅，持續(xù)收割紫花茉莉地上部，施入土體中的污泥鋅含量不斷減少，直到鋅含量減少到正常水平，污泥鋅達(dá)農(nóng)用化排放標(biāo)準(zhǔn)。
實施例4污泥鋅提取于2-3月將紫花茉莉塊根埋于施用污泥后鋅含量為250mg/kg的土壤中，保持土壤pH 5～6，覆蓋細(xì)砂，每天淋透水份，空氣相對濕度60～80％，溫度20℃。待幼苗生長至3～5片葉，保持行距1米，株距0.5米。生長10個月，收獲地上部，留茬2～3節(jié)。經(jīng)測定，收獲的紫花茉莉地上部重金屬鋅含量≥328mg/kg(干重)；紫花茉莉持續(xù)提取鋅，持續(xù)收割紫花茉莉地上部，施入土體中的污泥鋅含量不斷減少，直到鋅含量減少到正常水平，污泥鋅達(dá)農(nóng)用化排放標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種利用紫花茉莉持續(xù)提取污泥中鋅以及修復(fù)土壤鋅污染的方法，具體步驟包括(1)控制鋅污染的土壤或含鋅污泥pH于5.0～7.5之間；(2)每年2～3月份，將紫花茉莉植株植入已按前述要求調(diào)節(jié)pH的鋅污染的土壤或施入含鋅污泥的土地中或用種子、塊根直播到已按前述要求調(diào)節(jié)pH的鋅污染的土壤或施入含鋅污泥的土地中；(3)每年冬季11～12月份定期收割地上部一次，收割地上部時留茬2～3節(jié)，收割的紫花茉莉地上部可進(jìn)行統(tǒng)一處理，如在垃圾填埋區(qū)安全填埋或焚燒；第二年留在地下的塊根長出新芽，掉落地里的種子出苗后適當(dāng)間苗，讓紫花茉莉持續(xù)生長，持續(xù)收割紫花茉莉地上部，直到土壤或施污泥土地中的鋅達(dá)安全標(biāo)準(zhǔn)。
2.按照權(quán)利要求1所述的利用紫花茉莉持續(xù)提取污泥中鋅以及修復(fù)土壤鋅污染的方法，其特征在于所述步驟(2)中是選用自然生長在我國長江以南的紫花茉莉植株，將生長至3～5片葉的紫花茉莉植株幼苗直接移栽幼苗到已按步驟(1)要求調(diào)節(jié)pH的鋅污染的土壤或施入含鋅污泥的土地里。
3.按照權(quán)利要求1所述的利用紫花茉莉持續(xù)提取污泥中鋅以及修復(fù)土壤鋅污染的方法，其特征在于所述步驟(2)中用紫花茉莉種子育苗時，種子萌發(fā)及幼苗培育的條件一般為將紫花茉莉種子于水中浸泡24小時，放置暗處發(fā)芽5～7天后，在土壤中育苗，空氣相對濕度70～90％，溫度18～25℃。
4.按照權(quán)利要求1所述的利用紫花茉莉持續(xù)提取污泥中鋅以及修復(fù)土壤鋅污染的方法，其特征在于所述步驟(2)中塊根育苗條件為將紫花茉莉塊根埋于砂中，每天淋透水份，空氣相對濕度60～80％，溫度15～23℃。
5.按照權(quán)利要求1至4之一所述的利用紫花茉莉持續(xù)提取污泥中鋅以及修復(fù)土壤鋅污染的方法，其特征在于所述步驟(1)中通過施用酸性或堿性肥料調(diào)節(jié)土壤的pH。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用紫花茉莉(Mirabilisjalapa L.)持續(xù)提取污泥中鋅以及修復(fù)土壤鋅污染的方法。本方法主要利用能富集鋅重金屬的紫花茉莉，吸收并活化污染土壤中的鋅，同時向上運(yùn)輸和轉(zhuǎn)運(yùn)到達(dá)地上部，待紫花茉莉地上部形成一定的生物量，定期收割地上部(一年收割一次)，保留地下部塊根，收割地上部時留茬2～3節(jié)，第二年塊根以及掉落的種子將發(fā)芽生長，則可進(jìn)行持續(xù)提取。本發(fā)明建立了一種持續(xù)提取模式，可持續(xù)轉(zhuǎn)移污染土壤或施入土體的污泥中大量的鋅，直到土壤或污泥中的鋅含量達(dá)環(huán)境安全標(biāo)準(zhǔn)。
文檔編號B09C1/10GK101074143SQ20061003548
公開日2007年11月21日 申請日期2006年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月16日
發(fā)明者黃慶, 柯玉詩 申請人:廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所