一種重金屬污染土壤的綜合修復(fù)方法及應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種重金屬污染土壤的綜合修復(fù)方法及應(yīng)用，屬于環(huán)境污染治理和新能源【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明所提供的方法是在重金屬污染的土壤上種植甜高粱，利用甜高粱吸收重金屬，成熟后收獲甜高粱，并將甜高粱秸稈粉碎后進行固體發(fā)酵，發(fā)酵后蒸餾回收發(fā)酵產(chǎn)物中的乙醇，將蒸餾殘渣初步干燥后與作物根葉混合燃燒，回收處理灰分中的重金屬。本發(fā)明所提供的方法具有作物生物量大、對重金屬吸附效率高，同時產(chǎn)生的秸稈可用于發(fā)酵生產(chǎn)生物燃料，發(fā)酵后不會產(chǎn)生沼液、沼渣等二次污染物，具有良好的環(huán)境效益；高粱穗可用于制作培養(yǎng)基或做飼料，具有巨大的社會效益和經(jīng)濟效益，適于產(chǎn)業(yè)化推廣。
【專利說明】一種重金屬污染土壤的綜合修復(fù)方法及應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種重金屬污染土壤的綜合修復(fù)方法及應(yīng)用，尤其涉及一種重金屬鎘 污染土壤的修復(fù)方法，屬于環(huán)境污染治理和新能源【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 由于采礦、冶金、化工等行業(yè)造成的污染，我國受重金屬污染的耕地面積已達2000 萬公頃，占全國總耕地面積的1/6,其中以鎘的污染最為嚴重，防治形勢十分嚴峻，并且還呈 現(xiàn)不斷加劇的趨勢。與其他主要重金屬污染物相比，鎘更容易被農(nóng)作物所吸附。因其具有 很強的生物毒性，造成嚴重的食品安全隱患。鎘污染源主要是鉛鋅礦以及有色金屬冶煉、電 鍍和用鎘化合物作原料或觸媒的工廠。相當(dāng)數(shù)量的鎘通過廢氣、廢水、廢渣排入環(huán)境。鎘對 土壤的污染主要有氣型和水型兩種。氣型污染主要是含鎘工業(yè)廢氣排放造成的。含鎘飛灰 經(jīng)空氣擴散并自然沉降，蓄集于工廠周圍的土壤中，污染范圍有的可達數(shù)公里。水型污染主 要是含鎘工業(yè)廢水排入地面水或滲入地下水引起的，污染面積隨流域影響更為廣泛。
[0003] 近年爆發(fā)的"鎘大米"問題表明我國耕地已經(jīng)受到重金屬鎘的嚴重污染，土壤修復(fù) 成為重要的民生問題。目前正對重金屬污染土壤修復(fù)主要利用物理、化學(xué)和生物的方法轉(zhuǎn) 移、吸收、降解和轉(zhuǎn)化土壤中的重金屬，使其濃度降低到可接受水平，滿足相應(yīng)土地利用類 型的要求。其中物理和化學(xué)修復(fù)法盡管有其各自的優(yōu)點，但是普遍存在造價高，工程量大， 技術(shù)難度大以及可能造成二次污染的問題。
[0004] 植物修復(fù)法利用在受污染土地上種植對重金屬有吸收能力的植物，通過植物的吸 收和運輸把土壤中的重金屬轉(zhuǎn)運到植物體內(nèi)，通過移除富含重金屬的植株達到土壤修復(fù)的 目的。植物修復(fù)法相對于物理和化學(xué)修復(fù)法具有修復(fù)費用低，不干擾土壤環(huán)境，不造成次生 污染的優(yōu)勢。目前，植物修復(fù)多采用重金屬富集或超富集植物進行土壤修復(fù)。但是具有重 金屬富集和超富集能力的植物通常來源于野生植物，一般植株矮小，生物量低，生物修復(fù)效 率低下。而且，現(xiàn)有開發(fā)的重金屬富集植物自身的經(jīng)濟價值都比較低，富集重金屬后的植物 還需進行進一步處理，避免其果實，枝葉等重新回到生態(tài)環(huán)境中降低修復(fù)效率。綜合評價以 重金屬超富集植物為對象的重金屬土壤修復(fù)技術(shù)屬于成本投入型技術(shù)，并不能產(chǎn)生任何經(jīng) 濟效益，使得大面積污染土地的修復(fù)成為政府巨大的經(jīng)濟負擔(dān)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決現(xiàn)有技術(shù)中，對重金屬超富集植物生物量低，吸收重金屬種類單一，作物產(chǎn) 品沒有明顯經(jīng)濟價值的問題，本發(fā)明提供了一種重金屬污染土壤的綜合修復(fù)方法，本發(fā)明 所提供的方法是以能源作物種植和生物燃料生產(chǎn)為途徑的綜合治理重金屬污染土壤的方 法（圖1)，所采取的技術(shù)方案如下：
[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種重金屬污染土壤的綜合修復(fù)方法，該方法是在重金屬 污染的土壤上種植甜高粱，利用甜高粱吸收重金屬，成熟后收獲甜高粱，并將甜高粱秸桿粉 碎后進行固體發(fā)酵，發(fā)酵后蒸餾回收發(fā)酵產(chǎn)物中的乙醇，將蒸餾殘渣初步干燥后與作物根 葉混合燃燒，回收處理灰分中的重金屬。
[0007]所述方法的步驟如下：
[0008] 1)在重金屬污染的土壤上種植甜高粱，甜高粱成熟后獲得污染甜高粱，收割污染 甜高粱后進行分解處理；
[0009] 2)粉碎步驟1)所得污染甜高粱的秸桿，轉(zhuǎn)移到發(fā)酵罐中進行固體發(fā)酵，發(fā)酵結(jié)束 后獲得發(fā)酵產(chǎn)物；
[0010] 3)將步驟2)所得的發(fā)酵產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到蒸餾塔中蒸餾回收乙醇，回收結(jié)束后獲得蒸 餾渣料；
[0011] 4)將步驟3)所得的蒸餾渣料進行干燥后與甜高粱的根葉混合后燃燒；
[0012] 5)回收處理步驟4)灰分中的重金屬。
[0013] 其中，步驟1)所述重金屬污染土壤，鎘含量彡50mg/Kg，鋅含量彡250mg/Kg，銅含 量彡200mg/Kg，鉛含量彡300mg/Kg。所述收割污染甜高粱，一年一季的甜高粱整株收割， 一年多季保留根部收割，全年種植完成后整株收割；所述分解處理，是將整株甜高粱分解成 根、結(jié)桿、葉、_粱穗。
[0014] 步驟2)所述粉碎污染甜高粱秸桿，是將污染甜高粱的秸桿粉碎為0. 5_5cm長纖 維狀顆粒；所述固態(tài)發(fā)酵，發(fā)酵菌種為釀酒酵母TSH-03,發(fā)酵溫度為15-40°C，發(fā)酵時間為 24-3011，種子液接種量為秸桿質(zhì)量的5-20%，發(fā)酵器旋轉(zhuǎn)速度為0.5-3印111。
[0015] 步驟3)所述蒸餾回收乙醇，是以直接或間接加熱蒸餾的方式回收乙醇。
[0016]步驟4)所述干燥，是利用鍋爐煙道氣進行初步干燥。
[0017] 步驟5)所述回收處理，是回收灰分中的重金屬或者直接將灰分固定深埋。
[0018] 所述方法的具體步驟如下：
[0019] 1)在重金屬污染的土壤上種植甜高粱，成熟后收割甜高粱，收獲后，脫穗去除根葉 后獲得甜聞梁結(jié)桿；
[0020]所述重金屬污染土壤，鎘含量彡50mg/Kg，鋅含量彡250mg/Kg，銅含量彡200mg/ Kg，鉛含量彡300mg/Kg;
[0021] 2)將步驟1)所得的甜高粱秸桿粉碎粉碎為0. 5-5cm纖維狀顆粒，再轉(zhuǎn)移到發(fā)酵 罐中進行固態(tài)發(fā)酵，發(fā)酵條件：接種占秸桿質(zhì)量5-20 %的釀酒酵母TSH-03種子液后，在 15-40°C、發(fā)酵器旋轉(zhuǎn)速度為0. 5-3rpm的條件下發(fā)酵24-30h，發(fā)酵結(jié)束后獲得發(fā)酵產(chǎn)物；
[0022] 3)將步驟2)所得的發(fā)酵產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到蒸餾塔中蒸餾回收乙醇，回收結(jié)束后獲得蒸 餾渣料；
[0023] 4)利用鍋爐煙道氣對步驟3)所得的蒸餾渣料進行初步干燥后與污染作物的根葉 混合后燃燒；
[0024] 5)回收步驟4)燃燒所得的灰燼，提取重金屬或進行固定深埋處理。
[0025] 所述方法用于治理重金屬污染的土地、回收重金屬和制備燃料乙醇。
[0026] 本發(fā)明有益效果：
[0027] 1.在受鎘污染的土地上種植大生物量的甜高粱，由于甜高粱的生物量不受土壤中 重金屬鎘的影響，且隨著鎘濃度的提高甜高粱對鎘的吸收量也隨之升高，可以有效地吸收 土壤中的重金屬鎘，從根本上改善土壤質(zhì)量。
[0028] 2.以固態(tài)發(fā)酵生物乙醇生產(chǎn)技術(shù)作為修復(fù)植物的后處理技術(shù)，在修復(fù)植物的后處 理環(huán)節(jié)中導(dǎo)入可再生能源生產(chǎn)，具有顯著的經(jīng)濟效益。
[0029] 3.通過對收獲的甜高粱秸桿進行固態(tài)發(fā)酵，生產(chǎn)燃料乙醇作為新能源?？梢杂行?減少石油燃料的使用，能夠降低對大氣環(huán)境的污染，具有減排的作用。
[0030] 4.整個工藝流程采用固態(tài)發(fā)酵和蒸餾技術(shù)，基本不產(chǎn)生工業(yè)廢水，尤其是含重金 屬的工業(yè)廢水，提高了重金屬回收效率，避免了工業(yè)廢水的二次污染。
[0031] 5.生產(chǎn)乙醇后的物料經(jīng)過燃燒，可以提供熱能或電力，同時重金屬鎘進入灰分中， 可以通過固定化深埋處理，避免了對土壤環(huán)境的再次污染。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032] 圖1為以能源作物種植和生物燃料生產(chǎn)為途徑的綜合治理重金屬土壤污染示意 圖。

【具體實施方式】
[0033] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步說明，但本發(fā)明不受實施例的限制。
[0034]實施例1鎘污染土壤甜高粱盆栽實驗
[0035] 在海南省?？谑幸耘柙苑N植法考察了甜高粱對重金屬鎘的吸收能力。實驗選用能 飼，考力兩個甜高粱品種，土壤中重金屬鎘的含量設(shè)定為6mg/kg。本實驗設(shè)兩個處理，每個 處理重復(fù)九次。
[0036] 盆栽土壤配置方法如下所述：
[0037] 從正常農(nóng)田田間取土，過5mm篩，將其中石子、草根、地下害蟲等雜物篩出，加約 15%的水堆放，并用塑料布覆蓋5-7天，殺死土中病蟲和雜草，備用。將5-7天后的土壤在 太陽下曬干，混合均勻，使水分和質(zhì)地一致。將均勻一致的土壤按每盆100公斤裝填。稱取 每盆所需的重金屬鎘，溶于土壤重量15%左右的純水中。先將溶液與十分之一的土混勻，再 與剩下的土混勻。每千克土壤中再加入6克的氮、2克的磷、6克的鉀混勻，裝盆壓實，平衡2 周。甜高粱種植：將生長良好，長勢一致的甜高粱幼苗（移植到實驗土壤中，每盆3株。視 氣候情況，不定期澆灌去離子水，待120天甜高粱成熟后統(tǒng)一收集植株。
[0038] 甜高粱重金屬含量測定：將樣品植株根莖葉分別分離，用自來水洗去表面泥土污 物，再用去離子水充分淋洗，浙干水分。樣品在l〇5°C殺青l(xiāng)h。然后在60°C烘干至衡重，粉 碎備用。根莖葉粉碎樣品分別用濃硝酸145°C消解，做ICP-MS，測定樣品中重金屬含量。結(jié) 果如表1所示。
[0039] 表1甜高粱植株中重金屬鎘含量（mg/kg)
[0040]

【權(quán)利要求】
1. 一種重金屬污染土壤的綜合修復(fù)方法，其特征在于，在重金屬污染的土壤上種植甜 高粱，利用甜高粱吸收重金屬，成熟后收獲甜高粱，并將甜高粱秸桿粉碎后進行固體發(fā)酵， 發(fā)酵后蒸餾回收發(fā)酵產(chǎn)物中的乙醇，將蒸餾殘渣初步干燥后與作物根葉混合燃燒，回收處 理灰分中的重金屬。
2. 權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，步驟如下： 1) 在重金屬污染的土壤上種植甜高粱，甜高粱成熟后獲得污染甜高粱，收割污染甜高 粱后進行分解處理； 2) 粉碎步驟1)所得污染甜高粱的秸桿，轉(zhuǎn)移到發(fā)酵罐中進行固體發(fā)酵，發(fā)酵結(jié)束后獲 得發(fā)酵產(chǎn)物； 3) 將步驟2)所得的發(fā)酵產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到蒸餾塔中蒸餾回收乙醇，回收結(jié)束后獲得蒸餾渣 料； 4) 將步驟3)所得的蒸餾渣料進行干燥后與甜高粱的根葉混合后燃燒； 5) 回收處理步驟4)灰分中的重金屬。
3. 權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，步驟1)所述重金屬污染土壤，鎘含量彡50mg/ Kg，鋅含量彡250mg/Kg，銅含量彡200mg/Kg，鉛含量彡300mg/Kg。
4. 權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，步驟1)所述收割污染甜高粱，一年一季的甜高粱 整株收割，一年多季保留根部收割，全年種植完成后整株收割；所述分解處理，是將整株甜 高粱分解成根、秸桿、葉、高粱穗。
5. 權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，步驟2)所述粉碎污染甜高粱秸桿，是將污染甜高 粱的秸桿粉碎為〇. 5-5cm長纖維狀顆粒；所述固態(tài)發(fā)酵，發(fā)酵菌種為釀酒酵母TSH-03,發(fā)酵 溫度為15-40°C，發(fā)酵時間為24-30h，種子液接種量為秸桿質(zhì)量的5-20%，發(fā)酵器旋轉(zhuǎn)速度 為 0? 5_3rpm。
6. 權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，步驟3)所述蒸餾回收乙醇，是以直接或間接加熱 蒸餾的方式回收乙醇。
7. 權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，步驟4)所述干燥，是利用鍋爐煙道氣進行初步干 燥。
8. 權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，步驟5)所述回收處理，是回收灰分中的重金屬或 者直接將灰分固定深埋。
9. 權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，具體步驟如下： 1) 在重金屬污染的土壤上種植甜高粱，成熟后收割甜高粱，收獲后，脫穗去除根葉后獲 得甜高粱秸桿； 所述重金屬污染土壤，鎘含量彡50mg/Kg，鋅含量彡250mg/Kg，銅含量彡200mg/Kg，鉛 含量< 300mg/Kg ; 2) 將步驟1)所得的甜高粱秸桿粉碎粉碎為0. 5-5cm纖維狀顆粒，再轉(zhuǎn)移到發(fā)酵罐中進 行固態(tài)發(fā)酵，發(fā)酵條件：接種占秸桿質(zhì)量5-20%的釀酒酵母TSH-03種子液后，在15-40°C、 發(fā)酵器旋轉(zhuǎn)速度為〇. 5-3rpm的條件下發(fā)酵24-30h，發(fā)酵結(jié)束后獲得發(fā)酵產(chǎn)物； 3) 將步驟2)所得的發(fā)酵產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到蒸餾塔中蒸餾回收乙醇，回收結(jié)束后獲得蒸餾渣 料； 4) 利用鍋爐煙道氣對步驟3)所得的蒸餾渣料進行初步干燥后與污染作物的根葉混合 后燃燒； 5)回收步驟4)燃燒所得的灰燼，提取重金屬或進行固定深埋處理。
10.權(quán)利要求1-9所述方法，其特征在于，用于治理重金屬污染的土地、回收重金屬和 制備燃料乙醇。
【文檔編號】B09C1/00GK104324933SQ201410613679
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】李十中, 李紀紅, 范桂芳, 李光明 申請人:清華大學(xué)