專利名稱：一種修復砷污染環境的方法
技術領域：
本方法涉及一種修復砷污染環境的方法，具體地說是利用超富集植物(hyperaccumulator)大葉井口邊草(Pteris cretica L.)修復受砷污染的環境(土壤、尾礦、濕地和水體)的方法。
背景技術：
砷污染是國內外普遍存在的環境問題。我國許多礦區的開采、冶煉和高砷煤的燃燒導致嚴重的砷污染問題；同時，由于地球化學背景值等原因，在我國南方和西北也存在大面積的高砷地區。近年來，孟加納和印度由于砷污染問題導致1億人受到砷毒的威脅。這些大面積的砷污染和砷中毒問題，對人民生活、工農業生產和生態系統造成很大危害。從19世紀以來，砷一直來廣泛用于工農業生產。含砷物質常用作殺蟲劑、殺菌劑、除草劑、落葉劑、殺雄劑、防腐劑、涂料、柔化劑、化工和半導體生產原料等，使許多土壤、水體受到嚴重的砷污染。譬如有的土壤由于砷污染土壤的含砷量比自然土壤的含砷量高出數倍以上。高劑量的砷會干擾細胞的能量代謝，從而導致生物體的死亡。長時間暴露在含砷的環境中，可導致“三致(致畸、致突、致癌)作用”。
目前，治理土壤砷、鉛等重金屬污染的方法主要有沉淀法、淋洗法、拮抗法、電化法、磁化法。這些物理或化學方法各有其優點，但一般都存在工程量較大、費用高，同時也容易造成二次污染、導致土壤結構破壞和土壤肥力退化等次生生態問題。陳同斌等人曾報道，蜈蚣草和大葉井口邊草大量富集砷(陳同斌等，《科學通報》，2002年47卷第3期207～210頁；韋朝陽等，《生態學報》，2002年22卷第5期777～778頁)。2001年，陳同斌、韋朝陽曾申請以超富集植物蜈蚣草治理砷污染土壤的發明專利(發明專利申請號01120519.9)。
所有植物都能夠或多或少地吸收環境中的砷，但是普通植物的吸砷量很低，其含砷濃度一般不超過0.5mg/kg。砷對植物具有很強的毒性，普通植物對砷的耐受能力較差，在高砷環境中往往難以正常地生長和發育，因此種植普通植物無法取得明顯的治理和修復砷污染環境(土壤、尾礦、濕地和水體)的效果，尤其是對于高砷尾礦和高砷廢水的治理更加難以奏效。對于含砷廢水和砷污染水體而言，目前還缺乏經濟適用的、大規模的修復和治理技術。
發明內容
本發明的目的在于提供一種修復砷污染環境(土壤、尾礦、濕地和水體)的方法。該方法投資和維護成本低，工程量小，運行管理簡單，不破壞土壤理化性質，不產生二次污染，不破壞土壤的生態功能，而且對保持水土、固定土壤和美化景觀具有良好的效果，可以廣泛用于治理受砷污染的土壤、尾礦、濕地和水體。
為實現上述目的，本發明通過在受砷污染的環境(土壤、尾礦、濕地、水體)中種植對砷具有超富集功能的一種植物-大葉井口邊草。大葉井口邊草對砷具有極強耐受能力和超富集能力。研究表明，大葉井口邊草在高砷環境中仍能夠正常地生長，其根系能從環境中大量吸收和富集砷，并將吸收的砷轉運到地上部。通過定期收割該植物的地上部并將其移走，則可從土壤或水體等環境中除去大量的砷，從而達到從污染環境中經濟、快速、安全地清除砷污染物的目的。
對于砷污染水體的修復和高砷廢水的治理而言，由于無法在水面直接種植大葉井口邊草(Pteris cretica L.)，因此需要采用塑料泡沫板或木板等漂浮物將大葉井口邊草固定水面。譬如可以在塑料泡沫板(或木板)上成排打孔，打孔的密度為10～15cm×8～10cm(圖1)，每個孔移植2～3株高度約10～15cm的大葉井口邊草。將種有大葉井口邊草的塑料泡沫板(或木板)水平放置(漂浮)在污染水體(或廢水)的水面。大葉井口邊草生長到30～50cm高度時收割地上部(留茬5左右)，收獲后從植物的地下莖仍可以長出新芽并繼續生長。在植物生長和吸收過程中，大葉井口邊草即可以迅速從水體中大量吸收砷。當水體中的砷濃度達標后，從水面移走塑料泡沫板(或木板)及大葉井口邊草，從而達到凈化砷污染水體的效果。采用這種方法修復水體砷污染，具有去除效率高、成本低、操作簡便、無二次污染等優點，適合于各種砷污染水體的修復和治理，尤其是對含砷廢水具有良好的凈化效果。
本發明提供的一種修復砷污染環境的方法包括將大葉井口邊草的孢子直接播種到受砷污染的環境(土壤、尾礦、濕地)中，或者通過分苗方式移植到受砷污染的環境(土壤、尾礦、濕地、水體)中。
修復砷污染土壤、尾礦或濕地時，播種或移植的大葉井口邊草的行距和株距分別以15～20cm和8～10cm為宜；修復砷污染水體時，行距和株距分別以10～15cm和8～10cm為宜。
定期或視大葉井口邊草生長高度進行收割，并將其轉移到其他地方集中處理。
每次收割大葉井口邊草時，其最佳的生長高度為30～50cm，根據生長高度每隔一段時間收割一次。
每次收割地上部時留茬高5cm左右。收割地上部后，大葉井口邊草可以從地下莖中重新生長出新葉片。
與普通植物不同，大葉井口邊草對砷毒具有極強的耐性，甚至可以在含砷2％的砷毒環境中正常生長，其地上部不僅能夠富集大量的砷(最高可達6000mg/kg)，含砷量比普通植物高1萬倍到數萬倍，其生長速度較快，生物量較大。即使在含砷超過2％的高砷環境中，大葉井口邊草也能正常生長發育并大量富集砷，因此它既可以用于修復嚴重砷污染的環境(如尾礦)和輕度污染的土壤和水體。通過種植大葉井口邊草大量吸收砷，為解決砷污染問題提供了一種新的適用技術。
大葉井口邊草在酸性、中性和堿性土壤中均能正常生長，因此對環境的pH沒有很嚴格的要求，對土壤質地等土壤性質也沒有嚴格的要求。但是，在種植過程中應該根據具體的生長介質和肥力情況適當施用一些氮磷鉀肥料，以促進其生長。
利用大葉井口邊草修復和治理砷污染土壤時，應該掌握好收割的時間，收割地上部的時間不能過早或太晚，否則會降低其修復和治理砷污染的效果。過早收獲則大葉井口邊草的地上部生物量偏小、含砷濃度較低，達不到最佳的除砷效果；收割時間太遲，則會因為葉面積指數較大，地上部相互遮陰而影響光合作用和地上部生物量的積累，從而降低其對砷的去除效率。
收割的大葉井口邊草應當轉移到其他不會造成二次污染的環境中進行集中處理(如垃圾填埋場或焚燒)。
與傳統的污染治理方法相比，通過種植大葉井口邊草修復受砷污染的環境，主要是通過大量種植大葉井口邊草，利用大葉井口邊草從環境中大量吸收、富集污染物砷，當收割其地上部生物量則可從環境中帶走大量砷，從而達到凈化環境的效果。本方法投資和維護成本低，工程量小，運行管理簡單，不破壞土壤理化性質，不產生二次污染，不破壞土壤的生態功能，而且對保持水土、固定土壤和美化景觀具有良好的效果，是一種實用范圍廣、成本低、容易維護、操作簡單的污染環境“綠色修復技術”，可以廣泛用于治理受砷污染的土壤、尾礦、濕地和水體。本發明具有良好的環境效益、社會效益和經濟效益，在土壤、尾礦、濕地水體等污染環境的修復和治理方面具有巨大的應用潛力。
與背景技術中所述專利所用的植物種類不同，本發明除用于治理砷污染土壤之外，還適用于尾礦、濕地、水體等環境的砷污染治理。對于解決水體的砷污染問題，本發明無疑提供了一種經濟、可行的技術途徑。
圖1為本發明中所采用的具孔塑料泡沫版或木板的構造。
圖2為本發明用于修復和治理砷污染水體實施例的實驗結果。
具體實施例方式
下面例舉實施例，說明本發明的可行性以及除砷效果。
實施例1用大葉井口邊草修復砷污染土壤在含砷206mg/kg的砷污染土壤中移栽大葉井口邊草幼苗，種植的行距和株距分別為15～20cm和8～10cm。當大葉井口邊草成活后，按照普通農作物的管理辦法進行管理，5個月后收割地上部。經測定，此時大葉井口邊草地上部從土壤中吸收的總砷量為3570mg/kg，土壤含砷量則由原來的206mg/kg降低到165mg/kg，土壤中的總砷減少19.9％。植物繼續生長3個月后收獲第二次，此時土壤的含砷量降低到134mg/kg，土壤中的總砷減少35.0％。以后，大葉井口邊草每生長3～4個月收割一次地上部，則土壤中的含砷量不斷減少。通過多次收獲大葉井口邊草，最終使污染土壤的含砷量降低到正常土壤的含砷水平，從而達到消除土壤砷污染的目的。實驗結果表明采用此方法治理土壤砷污染，不僅效果非常明顯，而且投資成本低、管理簡便、無二次污染。
實施例2用大葉井口邊草去除水體砷污染在塑料泡沫板上成排打孔，打孔的密度為10～15cm×8～10cm，每個孔移植2～3株高度約10～15cm的大葉井口邊草。將種有大葉井口邊草的塑料泡沫板水平放置(漂浮)在污染水體的水面。在植物生長和吸收過程中，大葉井口邊草的根系能夠迅速從水體中大量吸收和富集砷，并將吸收的砷轉運到地上部。當水體中的砷濃度達標后，則從水面移走塑料泡沫板及大葉井口邊草。通過移走大葉井口邊草植物即可將水體中的砷帶走(去除)，從而達到凈化砷污染水體的效果。
圖2是采用大葉井口邊草去除水體砷污染的實驗結果。從圖2可以看出，種植大葉井口邊草不到4天時間，砷污染水體中的含砷濃度即由原來的1.3mg/L降低到0.42mg/L，水體的含砷濃度平均每天減少26％。如果種植時間延長，大葉井口邊草吸收的砷進一步增加，水體中的砷濃度將會進一步下降。通過收獲或移走大葉井口邊草即可達到清除水體砷污染的效果。這一方法具有去除效率高、成本低廉、操作簡便等優點，適合于治理各種砷污染水體，尤其是對含砷工業污水具有良好的凈化效果。
權利要求
1.一種修復砷污染環境的方法，將大葉井口邊草(Pteris cretica L.)的孢子播種到受砷污染的環境中，或者通過分苗方式移植到受砷污染的環境中，定期進行留茬收割，并將其轉移到其他地方集中處理。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述環境為土壤、尾礦、濕地和水體。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，修復水體砷污染時，采用塑料泡沫板或木板為漂浮物將大葉井口邊草固定在水面。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，視大葉井口邊草生長高度進行留茬收割。
5.如權利要求1或4所述的方法，其特征在于，大葉井口邊草生長到30～50cm高度時留茬5cm收割。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述大葉井口邊草的行距為15～20cm，株距為8～10cm。
7.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述漂移物上的行距為10～15cm，株距為8～12cm。
8.如權利要求3或7所述的方法，其特征在于，所述漂浮物上每個孔移植2～3株高度10～15cm的大葉井口邊草。
全文摘要
一種修復砷污染環境的方法，將大葉井口邊草的孢子直接播種到受砷污染的環境(土壤、尾礦、濕地)中，或者通過分苗方式移植到受砷污染的環境(土壤、尾礦、濕地、水體)中，通過大葉井口邊草的根系大量吸收環境中的砷并輸送到地上部。當植物生長到30～50cm高度時(留茬5cm左右)并將其移走，則可從受砷污染的環境中帶走大量砷，從而達到快速清除砷污染的目的。該方法投資和維護成本低，工程量小，運行管理簡單，不破壞土壤理化性質，不產生二次污染，不破壞土壤的生態功能，而且對保持水土、固定土壤和美化景觀具有良好的效果，可以廣泛用于治理受砷污染的土壤、尾礦、濕地和水體。
文檔編號B09C1/00GK1502423SQ0215241
公開日2004年6月9日 申請日期2002年11月27日 優先權日2002年11月27日
發明者陳同斌, 安志裝 申請人:中國科學院地理科學與資源研究所