專利名稱：一種修復(fù)重金屬污染土壤的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種修復(fù)重金屬污染土壤的方法。
背景技術(shù)：
土壤是地球表面具有肥力、能生長(zhǎng)植物的疏松表層，它是人類賴以生存發(fā)展所必需的生產(chǎn)資料，也是人類社會(huì)最基本、最重要、不可替代的自然資源，因此對(duì)土壤環(huán)境的保護(hù)已引起廣泛關(guān)注。在土壤的污染物中，重金屬污染是一類典型的優(yōu)先控制污染物。許多環(huán)境公害事件，如日本的骨痛病(1931 1972)等均由于重金屬污染造成，對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)至關(guān)重要。目前，全世界平均每年排放的數(shù)萬(wàn)噸汞、數(shù)百萬(wàn)噸銅、鉛、數(shù)千萬(wàn)噸錳都將以各種方式進(jìn)入土壤，我國(guó)受鎘、砷、鉻、鉛等重金屬污染的耕地面積已占總耕地面積的1/5，涉及11個(gè)省25個(gè)地區(qū)，每年因此造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)300多億元。這種普遍存在的土壤污染，需要經(jīng)濟(jì)、安全的生態(tài)修復(fù)技術(shù)才能予以廣泛解決?，F(xiàn)有的重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)主要包括化學(xué)法(化學(xué)固定化和穩(wěn)定化、化學(xué)還原)、隔離包埋法、熱冶分離法、電修復(fù)法、微生物修復(fù)法、植物修復(fù)法、吸附法和清洗法等，但這些方法均存在一定的局限性。但是，目前的土壤修復(fù)技術(shù)一般都存在成本高、二次污染嚴(yán)重、操作復(fù)雜、修復(fù)周期長(zhǎng)的缺陷?；瘜W(xué)法改變土壤的性質(zhì)，處理費(fèi)用高，且存在二次污染，隔離包埋法僅將重金屬進(jìn)行了隔離，對(duì)土壤生態(tài)仍存在潛在危險(xiǎn)；電修復(fù)法技術(shù)較不成熟；熱冶分離法不適合現(xiàn)場(chǎng)操作，處理費(fèi)用高、適用范圍窄；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)物作底物，容易失去活性；植物修復(fù)法修復(fù)周期長(zhǎng)(幾十年甚至幾百年)，存在植物的后續(xù)處理問(wèn)題；電修復(fù)只適用于小面積污染，現(xiàn)場(chǎng)操作難度大；吸附法存在易飽和、成本高、效率低的缺點(diǎn)；相對(duì)于上述其他方法，清洗法具有周期短，成本低的優(yōu)點(diǎn)，但當(dāng)采用化學(xué)試劑時(shí)，容易影響土壤環(huán)境，造成二次污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種全新的修復(fù)重金屬污染土壤的方法，該方法主要包括如下兩個(gè)步驟:(I)將重金屬?gòu)耐寥缊F(tuán)聚體中分離出來(lái)并進(jìn)行富集；(2)將步驟(I)中獲得的重金屬富集體從土壤環(huán)境中移除。具體地來(lái)說(shuō)，上述步驟(I)中將重金屬?gòu)耐寥缊F(tuán)聚體從分離并富集的方法是通過(guò)在土壤中接種具有吸收、富集重金屬的藻類進(jìn)行的，具體包含如下步驟:A、獲取微藻并將其在液體培養(yǎng)液中進(jìn)行培養(yǎng),將處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的微藻培養(yǎng)液進(jìn)行稀釋，用培養(yǎng)液將藻類細(xì)胞密度稀釋至IO3-1O4ZT1 ；B、將步驟A中獲得的稀釋后的含藻類培養(yǎng)液噴灑到目標(biāo)土壤上，噴灑時(shí)日平均溫度不低于15攝氏度，噴灑后如果土壤比較干燥，則對(duì)土壤進(jìn)行澆灌，至土壤含水量達(dá)到10% (重量)以上；
C、保持土壤濕度，使其藻類能正常生長(zhǎng)，20 40天后即可采取下一步措施。上述步驟A中提到的微藻包括但是不限于小球藻屬(chlorella sp)，筒柱藻屬(cylindrotheca sp.)，娃藻(diatom)，菱形藻(Nitzschia sp.)，裂壺藻(schizochytriumsp.)，杜氏藻屬(dunaliella),柵藻(Scenedesmus sp.),微綠球藻(Nannochloris sp.),衣藻屬(ch lamydomonas sp.),扁藻(Tetraselmis sp.),空球藻屬(Eudorina sp.)等。步驟A中提到的培養(yǎng)液包括但不限于BG-1l培養(yǎng)基、F/2培養(yǎng)基、walne培養(yǎng)基、TAP培養(yǎng)基以及其他任何經(jīng)過(guò)修改的微藻培養(yǎng)基。優(yōu)選地，上述步驟A中使用的微藻是從尾礦場(chǎng)的尾礦表面生物結(jié)皮中獲取的微藻。具體地說(shuō)包含以下步驟。b、鏟取尾礦表面的生物結(jié)皮，將其輕輕揉碎，并將其過(guò)60 100目篩，這樣能去除大部分尾礦砂，獲得結(jié)皮中的藻類及苔蘚的混合物；b、將步驟a中獲得的藻類及苔蘚混合物置于常規(guī)藻類液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)，培養(yǎng)方法按常規(guī)藻類培養(yǎng)方法進(jìn)行，隨后對(duì)藻類進(jìn)行分離，獲得可使用的含藻類的培養(yǎng)液。上面提到的尾礦是指礦山企業(yè)在選礦完成后排放的廢渣礦渣，一般會(huì)由于長(zhǎng)時(shí)間積累而形成尾礦庫(kù)，一般尾礦中都含有較高含量的重金屬，其含有的主要重金屬種類根據(jù)礦藏種類的不同而不同，常見(jiàn)的其所含有的重金屬有銅，鐵，鋅，鎘，鉻，鉛等。上面提到的尾礦表面的生物結(jié)皮是指，在尾礦表面由細(xì)菌、真菌、藻類、苔蘚植物等生命有機(jī)體與表層尾礦共同形成的復(fù)合體。藻類和苔蘚作為最早定居的先鋒植物，在生物結(jié)皮中占主要部分，而且有很多研究表明，結(jié)皮中的藻類一方面對(duì)重金屬有著高耐受度，在高重金屬濃度下仍具有較強(qiáng)生命力，另一方面結(jié)皮中的藻類具有較好的吸附重金屬的能力。具體地來(lái)說(shuō)，上述步驟(2)中將步驟(I)中獲得的重金屬富集體從土壤環(huán)境中移除的方法是指通過(guò)在經(jīng)過(guò)步驟(I)處理過(guò)的土壤中養(yǎng)殖并收獲蚯蚓而完成的。上述養(yǎng)殖的蚯蚓包括但不限于:背暗異唇蚓、赤子愛(ài)勝蚓、紅正蚓、直隸環(huán)毛蚓、秉氏環(huán)毛蚓、參環(huán)毛蚓、微小雙胸蚓、愛(ài)勝雙胸蚓、威廉環(huán)毛蚓、微小雙胸蚓、杜拉蚓、通俗環(huán)毛蚓、湖北環(huán)毛蚓和雙頤環(huán)毛蚓。在選擇養(yǎng)殖的蚯蚓種類時(shí)需要考慮土壤環(huán)境，例如，微小雙胸蚓、愛(ài)勝雙胸蚓等適于在PH3.7-4.7的酸性土壤中生活，而且耐寒、喜水，因此可用來(lái)改造北方土壤偏酸、含水量大、陰涼的泥炭地。背暗異唇蚓、威廉環(huán)毛蚓、微小雙胸蚓和通俗環(huán)毛蚓喜水，適于在地下水位高或江、湖、水庫(kù)、河溝等水邊潮濕土壤中生活。那些水位低的干旱地區(qū)，可以考慮飼養(yǎng)耐旱的杜拉蚓。在砂質(zhì)土壤地區(qū)，可養(yǎng)殖喜歡砂居的湖北環(huán)毛蚓和雙頤環(huán)毛蚓。根據(jù)土壤情況，有時(shí)需要在投放蚯蚓之前對(duì)土壤進(jìn)行處理。當(dāng)土壤不夠松軟，有板結(jié)情況時(shí)需要進(jìn)行松土操作。投放蚯蚓后需要注意不能讓土壤過(guò)于干燥，必要時(shí)需對(duì)土壤進(jìn)行澆灌。當(dāng)蚯蚓數(shù)量達(dá)到飽和時(shí)，就可以收獲一部分蚯蚓，收獲的蚯蚓可以根據(jù)其種類加以利用，但是在利用時(shí)需要注意這些蚯蚓體內(nèi)具有較高重金屬含量。本發(fā)明所述方法的整體過(guò)程如下:首先在土壤上繁育藻類，隨后利用藻類能夠吸收重金屬離子的特性，讓藻類在生長(zhǎng)過(guò)程中大量吸附重金屬離子，當(dāng)藻類生長(zhǎng)較為旺盛之后養(yǎng)殖蚯蚓，蚯蚓喜食土壤中的有機(jī)物，藻類成為蚯蚓進(jìn)食的首選，這樣藻類攜帶著重金屬離子便被蚯蚓吞食，重金屬離子隨著藻類有機(jī)質(zhì)一起被蚯蚓的消化系統(tǒng)吸收，因此重金屬在蚯蚓體內(nèi)富集。最后通過(guò)收獲蚯蚓的方式將重金屬?gòu)耐寥老到y(tǒng)中移除出去。本發(fā)明具有以下幾個(gè)特點(diǎn):1、采用生物材料進(jìn)行重金屬去除，沒(méi)有二次污染的風(fēng)險(xiǎn)，而且藻類與蚯蚓均屬于生長(zhǎng)快速的生物，整個(gè)處理修復(fù)的周期相較其他生物修復(fù)要短得多。2、選材簡(jiǎn)單且易于獲得，成本低廉，易于操作，非專業(yè)人士亦可使用該法對(duì)土壤進(jìn)行修復(fù)。 3、在修復(fù)土壤的過(guò)程中能獲得副產(chǎn)品(蚯蚓)，可以帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)利益，另外在移除重金屬的過(guò)程中，由于蚯蚓的活動(dòng)，也可以對(duì)土壤的其他性狀帶來(lái)改善，為土壤的再利用，尤其是農(nóng)業(yè)方面的再利用提供了良好的基礎(chǔ)。本發(fā)明也有自身的局限性，一方面由于藻類的生長(zhǎng)不可能深入土壤，蚯蚓也一般僅限土壤表層活動(dòng)，因此本方法一般僅對(duì)表層20厘米左右的土壤具有良好的重金屬去除作用，而對(duì)深層土壤的重金屬去除無(wú)能為力。另一方面，由于藻類的生長(zhǎng)需要一定的環(huán)境，尤其是其對(duì)重金屬的耐受和吸附有一定的限度，因此本方法僅對(duì)重金屬污染程度不高的土壤具有良好的修復(fù)作用，而對(duì)重金屬重度污染的土壤的修復(fù)效果一般。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)上述發(fā)明內(nèi)容做進(jìn)一步闡述。下面提到的土壤重金屬含量是通過(guò)王水提取法結(jié)合原子吸收分光光度法測(cè)定的，所采集土壤樣品為土壤表面至15厘米深的柱狀樣品。蚯蚓體內(nèi)重金屬含量的測(cè)定，首先將活的蚯蚓置于培養(yǎng)皿中吐泥3天，用蒸餾水洗凈，冷凍致死，于烘箱中105攝氏度烘4小時(shí)，取出冷卻后研磨過(guò)20目篩，隨后取蚯蚓粉末與燒杯中，用濃硝酸與高氯酸進(jìn)行消化處理，隨后用原子吸收分光光度法測(cè)定。具體每種重金屬元素的分光光度法測(cè)定條件不再一一贅述。實(shí)施例1江蘇省宜興市某村，其一塊農(nóng)業(yè)用地被某企業(yè)長(zhǎng)期堆放鐵礦渣，在環(huán)境整治過(guò)程中鐵礦渣被去除，但是表層土壤已受到重金屬污染，該土壤屬于砂黃壤。2012年5月，將土壤進(jìn)行松土，松土深度約為10-20厘米，使用來(lái)自安徽銅陵鐵尾礦上生物結(jié)皮中提取的藻類，將其培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，隨后將其稀釋成IO3ZT1噴灑至土壤中。一個(gè)多月之后，肉眼可見(jiàn)土壤表面以及土壤內(nèi)部已經(jīng)長(zhǎng)了很多綠色以及褐色藻類。隨后投放蚯蚓，投放蚯蚓的種類為湖北環(huán)毛蚓。投放蚯蚓后兩個(gè)多月可見(jiàn)蚯蚓數(shù)量顯著增加，收獲大約半數(shù)的蚯蚓，收獲的蚯蚓作為魚(yú)餌銷售。在兩個(gè)月之后再次收獲大部分蚯蚓，并出表I顯示了修復(fù)前、修復(fù)中、修復(fù)后土壤以及投放的和收獲的蚯蚓體內(nèi)的重金屬含量。修復(fù)中的數(shù)據(jù)是在第一次收獲蚯蚓時(shí)測(cè)定。表I
權(quán)利要求
1.一種修復(fù)重金屬污染土壤的方法，該方法包括如下兩個(gè)步驟: (1)將重金屬?gòu)耐寥缊F(tuán)聚體中分離出來(lái)并進(jìn)行富集； (2)將步驟(I)中獲得的重金屬富集體從土壤環(huán)境中移除。
2.權(quán)利要求1中所述的修復(fù)重金屬污染土壤的方法，其特征在于: 其中步驟(I)中將重金屬?gòu)耐寥缊F(tuán)聚體從分離并富集的方法是通過(guò)在土壤中接種具有吸收、富集重金屬的藻類進(jìn)行的，具體包含如下步驟: A、獲取微藻并將其在液體培養(yǎng)液中進(jìn)行培養(yǎng)，將處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的微藻培養(yǎng)液進(jìn)行稀釋，用培養(yǎng)液將藻類細(xì)胞密度稀釋至IO3-1O4ZT1 ； B、將步驟A中獲得的稀釋后的含藻類培養(yǎng)液噴灑到目標(biāo)土壤上，噴灑時(shí)日平均溫度不低于15攝氏度，噴灑后如果土壤比較干燥，則對(duì)土壤進(jìn)行澆灌，至土壤含水量達(dá)到10% (重量)以上； C、保持土壤濕度，使其藻類能正常生長(zhǎng)，20 40天后即可采取下一步措施； 而且上述步驟A中提到的微藻包括但是不限于小球藻屬(chlorella sp)，筒柱藻屬(cylindrotheca sp.)，娃藻(diatom)，菱形藻(Nitzschia sp.)，裂壺藻(schizochytriumsp.)，杜氏藻屬(dunaliella),柵藻(Scenedesmus sp.),微綠球藻(Nannochloris sp.),衣藻屬(ch lamydomonas sp.),扁藻(Tetraselmis sp.),空球藻屬(Eudorina sp.)等；步驟A中提到的培養(yǎng)液包括但不限于BG-1l培養(yǎng)基、F/2培養(yǎng)基、walne培養(yǎng)基、TAP培養(yǎng)基以及其他任何經(jīng)過(guò)修改的微藻培養(yǎng)基。
3.權(quán)利要求2中所述的修復(fù)重金屬污染土壤的方法，其特征在于， 其中步驟A中使用的微藻是從尾礦場(chǎng)的尾礦表面生物結(jié)皮中獲取的微藻，具體地說(shuō)包含以下步驟: a、鏟取尾礦表面的生物結(jié)皮，將其輕輕揉碎，并將其過(guò)60 100目篩，去除大部分尾礦砂，獲得結(jié)皮中的藻類及苔蘚的混合物； b、將步驟a中獲得的藻類及苔蘚混合物置于常規(guī)藻類液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)，培養(yǎng)方法按常規(guī)藻類培養(yǎng)方法進(jìn)行，隨后對(duì)藻類進(jìn)行分離，獲得可使用的含藻類的培養(yǎng)液。
4.權(quán)利要求1或2中所述的修復(fù)重金屬污染土壤的方法，其特征在于， 其中步驟(2)中將步驟(I)中獲得的重金屬富集體從土壤環(huán)境中移除的方法是指通過(guò)在經(jīng)過(guò)步驟(I)處理過(guò)的土壤中養(yǎng)殖并收獲蚯蚓而完成的，上述養(yǎng)殖的蚯蚓包括但不限于:背暗異唇蚓、赤子愛(ài)勝蚓、紅正蚓、直隸環(huán)毛蚓、秉氏環(huán)毛蚓、參環(huán)毛蚓、微小雙胸蚓、愛(ài)勝雙胸蚓、威廉環(huán)毛蚓、微小雙胸蚓、杜拉蚓、通俗環(huán)毛蚓、湖北環(huán)毛蚓和雙頤環(huán)毛蚓，根據(jù)土壤情況，有時(shí)需要在投放蚯蚓之前對(duì)土壤進(jìn)行處理，當(dāng)土壤不夠松軟，有板結(jié)情況時(shí)需要進(jìn)行松土操作，投放蚯蚓后需要注意不能讓土壤過(guò)于干燥，必要時(shí)需對(duì)土壤進(jìn)行澆灌。
5.權(quán)利要求4中所述的修復(fù)重金屬污染土壤的方法，其特征在于，當(dāng)蚯蚓數(shù)量達(dá)到飽和時(shí)，就可以收獲一部分蚯蚓，收獲的蚯蚓可以根據(jù)其種類加以利用，但是在利用時(shí)需要注意這些蚯蚓體內(nèi)具有較高重金屬含量。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種修復(fù)重金屬污染土壤的方法，所述方法的整體過(guò)程如下首先在土壤上繁育藻類，隨后利用藻類能夠吸收重金屬離子的特性，讓藻類在生長(zhǎng)過(guò)程中大量吸附重金屬離子，當(dāng)藻類生長(zhǎng)較為旺盛之后養(yǎng)殖蚯蚓，蚯蚓喜食土壤中的有機(jī)物，藻類成為蚯蚓進(jìn)食的首選，這樣藻類攜帶著重金屬離子便被蚯蚓吞食，重金屬離子隨著藻類有機(jī)質(zhì)一起被蚯蚓的消化系統(tǒng)吸收，因此重金屬在蚯蚓體內(nèi)富集。最后通過(guò)收獲蚯蚓的方式將重金屬?gòu)耐寥老到y(tǒng)中移除出去。
文檔編號(hào)B09C1/00GK103143559SQ201310111990
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月2日
發(fā)明者周亞強(qiáng), 吳園文, 吳智仁, 蔣素英 申請(qǐng)人:艾特克控股集團(tuán)有限公司