一種焦化廢水污染土壤的生物修復方法

專利名稱：一種焦化廢水污染土壤的生物修復方法
技術領域：
本發明涉及生態環保領域，具體是一種焦化廢水污染土壤的生物修復方法。
背景技術：
煤炭是我國乃至世界上最主要的能源之一，在能源結構中占有相當大的比重，預計在今后20-50年內，我國的一次性能源生產消費以煤炭為主的格局不會改變，因此，煤焦化工業對我國的國民經濟發展意義重大。我國焦炭產量約占全球總產量的60%，然而在焦化工業迅速發展的同時，焦化工業廢水的排放量也相應增加，污染程度加重。通常每生產I噸焦炭，約產生I. 1-1. 8噸廢水，我國每年焦化廢水的排放量約為2. 85X IO8噸。焦化廢水是煤在高溫干餾過程中以及煤氣凈化、化學產品精制過程中形成的廢·水，其主要來源有三個一是剩余氨水，它是在煤干餾及煤氣冷卻中產生出來的廢水，其水量占焦化廢水總量的一半以上，是焦化廢水的主要來源；二是在煤氣凈化過程中產生出來的廢水，如煤氣終冷水和粗苯分離水等；三是在焦油、粗苯等精制過程中及其它場合產生的廢水。焦化廢水是含有大量難降解有機污染物的工業廢水，其成分復雜，含有大量的酚、氰、苯、吡啶、吲哚和喹啉、氨氮等幾十種有毒有害物質，超標排放的焦化廢水會對環境造成嚴重污染，對人類、水產、農作物都構成了很大危害。如何改善和解決焦化廢水對環境的污染問題，已成為擺在人們面前的一個迫切需要解決的課題。植物修復是指利用植物忍耐和超量積累某種或某些化學元素的特性，或利用植物及其根系微生物與環境之間的相互作用，對污染物進行吸附、吸收、轉移、降解、揮發，將有毒有害的污染物轉化為無毒無害物質，最終使土壤功能得到恢復的一種修復方式。植物修復技術因具有安全、成本低、就地、土壤免遭擾動、生態協調及環境美化功能等特點，又被稱為綠色修復。作為一種新興、高效、綠色、廉價的生物修復途徑，植物修復技術已得到廣泛的認可和應用，尤其在焦化廢水修復方面特別顯著。由于植物新陳代謝的差異，所以植物修復的作用機理也不盡相同，但總體上可分為5種(I)植物揮發利用植物將一些揮發性污染物吸收到植物體內，然后將其轉化為氣態物質釋放到大氣中；(2)植物提取植物直接吸收一種或幾種污染物并在植物體內蓄積，之后將植物收獲進行處理；(3)植物降解植物利用本身產生的各種酶的作用，將吸收到植物體內的污染物進行轉化和降解的一種方式；(4)植物根際作用利用植物根際微生物及根釋放的各種酶的降解作用來轉化有機污染物；植物穩定又稱植物鈍化，通過植物與土壤的共同作用，將污染物吸附于根系及土壤表面，從而降低污染物的有效形態。紫花苜蓿(Medicago sativa L.)為豆科蝶形花亞科苜蓿屬植物，因其產草量高、富含蛋白質、適口性好、適應性強等特點而被稱為“牧草之王”。紫花苜蓿是多年生植物，一般生長年限可達到10年左右，根系發達，莖葉繁茂。夏季它的茂密枝葉可以阻擋雨水對土壤的物理沖刷和地面徑流，秋冬季地表覆蓋度高，不會使表土受到大風的侵蝕，減少空氣中風沙含量。在水土流失嚴重的黃土高原區被譽為“水保先鋒”。紫花苜蓿根系發達入土深，一般可達到3-5米，最長可以達到10米以上，因此能吸收土壤深層的水分，抗旱能力自然就很高，而且龐大的根系上著生的大量根瘤，會進行生物固氮，每畝約固氮32. 9公斤，相當于2460kg的硫酸銨，這樣大大提高了土壤肥力，這一特性對草田輪作非常有利，可顯著提高后茬作物的產量和品質，并減少了肥料的投入，降低了因大量的肥料投入而引起的環境污染。羊草(Aneurolepidium chinensis)是一種多年生根莖型禾本科牧草,具有優良的耐寒、耐旱、耐濕、耐土壤瘠薄和一定的耐鹽堿能力，適口性良好，耐踐踏，枯草期遲，是我國東部和黑龍江省、吉林省作為人工草地栽培的品種。然而，目前國內外對焦化廢水污染土壤實施生物修復的有效案例還很少，尤其在土壤處理、植物種類選擇及植物修復機制研究上還缺乏深入系統的研究。

發明內容
本發明的目的在于提供一種修復焦化廢水污染土壤的有效方法。具體而言，本發明的方法是一種利用土壤處理一紫花苜蓿一羊草聯合修復焦化廢水污染土壤的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟·(I)在焦化廢水污染土壤表面撒施粉煤灰、充分腐熟的農家肥和過磷酸鈣；(2)對焦化廢水污染土壤進行耕翻、平整和灌水；(3)在紫花苜蓿種子上包覆含有苜蓿根瘤菌的菌劑；(4)對包覆有菌劑的紫花苜蓿種子進行包衣；(5)對羊草種子進行低溫處理；(6)將包衣的紫花苜蓿種子和低溫處理后的羊草種子混合，將混合后的種子播種到焦化廢水污染土壤中；(7)出苗后進行田間管理。步驟(I)中，粉煤灰用量優選為300公斤/畝、充分腐熟的農家肥用量優選為1500公斤/畝，過磷酸鈣用量優選為50公斤/畝，并優選在實施步驟(I)24h以內實施步驟(2)。步驟(3)中，所述紫花苜蓿種子優選成熟、飽滿、無蟲蛀的種子，所述苜蓿根瘤菌優選苜猜中華根瘤菌(Sinorhizobium meliloti)。步驟(3)的工藝流程優選如下把含有苜蓿根瘤菌的菌劑加入到粘著劑中，攪拌均勻后，再加入紫花苜蓿種子，反復攪拌，使每一粒種子上都粘有菌劑，種子與菌劑的質量比為1:7-10。其中，使用的粘著劑優選為選自羥甲基纖維素鈉、羧甲基纖維素鈉、海藻酸鈉、淀粉、明膠、阿拉伯樹膠中的I種或2種以上。步驟(4)的工藝流程優選如下把由步驟(3)得到的紫花苜蓿種子放入包衣機中，經過包衣機反復震蕩混合，使每一粒種子都裹上一層包衣材料，最后將種子放于通風處，陰干待用。其中，所述包衣材料優選為選自滑石粉、云母粉、陶土粉中的I種或2種以上。步驟(5)中，所述羊草種子優選成熟、飽滿、無蟲蛀的種子，所述低溫處理優選-20°C下處理8-10h。步驟(6)中，優選將包衣的紫花苜蓿種子與低溫處理后的羊草種子按照1:1等量混合，優選的播種條件如下播種方式條播，播種量為I. 5-2公斤/畝，播種深度為2-3厘米。本發明的方法能夠有效進行焦化廢水污染土壤中污染物的吸附和吸收，減少土壤中污染物殘留，具有修復速度快、效果好、操作簡單、處理量大、易于人工掌握等特點，為大面積修復焦化廢水污染土壤提供了有效方法。


圖I是表示本發明實施例具體步驟的流程圖。本發明是一種修復焦化廢水污染土壤的方法，具體而言，是一種利用土壤改良措施(粉煤灰+農家肥+過磷酸鈣)一植物修復措施(豆科牧草紫花苜蓿+禾本科牧草羊草)聯合修復焦化廢水污染土壤的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟( I)在焦化廢水污染土壤表面撒施粉煤灰、充分腐熟的農家肥和過磷酸鈣；(2)對焦化廢水污染土壤進行耕翻、平整和灌水；(3)在紫花苜蓿種子上包覆含有苜蓿根瘤菌的菌劑；
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(4)對包覆有菌劑的紫花苜蓿種子進行包衣；(5)對羊草種子進行低溫處理；(6)將包衣的紫花苜蓿種子和低溫處理后的羊草種子混合，將混合后的種子播種到焦化廢水污染土壤中；(7)出苗后進行田間管理。本發明利用粉煤灰、充分腐熟的農家肥和過磷酸鈣促進焦化廢水污染土壤中污染物的吸附、改善焦化廢水污染土壤的物理結構、增加土壤肥力(增加土壤有機質的含量、氧含量)并調節土壤pH(降低土壤pH值)，可大幅提高焦化廢水污染土壤的修復效果。此外，本發明利用紫花苜蓿多年生、根系發達、可生物固氮和羊草多年生、根莖型禾草、營養繁殖力強以及二者可修復焦化廢水污染土壤等生物特性，進行焦化廢水污染土壤的植物修復。本發明在土壤改良、紫花苜蓿與羊草的植物修復的雙重作用下，可有效分解、降解和吸附土壤表層乃至土壤深層污染的污染物，從而有效減少土壤中污染物殘留。本發明的方法具有修復速度快、效果好、操作簡單、處理量大、易于人工掌握等特點，是一種用于大面積修復焦化廢水污染土壤的有效方法。本發明的步驟(I)是通過土壤改良促進植物修復所采取的一項強化措施。土壤性質如有機質含量、氧含量、物理結構、pH值及N、P儲量等能改變植物對污染物的吸附、吸收速率，因此改善土壤條件可以提高污染物的植物修復效果。充分腐熟的農家肥和過磷酸鈣可以改善土壤的理化性質(如疏通堵塞了的土壤孔隙、提高土壤通透性)，增加土壤肥力(增加土壤有機質含量、氧含量)并調節土壤PH (降低土壤pH值)。粉煤灰比表面積大、多孔，具有很好的吸附性和沉降作用，撒施粉煤灰不但可以改善土壤結構，最重要的是可以促進焦化廢水污染土壤中污染物的吸附，有利于污染物的聚集。充分腐熟的農家肥用量一般為1000-2000公斤/畝，優選為1500公斤/畝；過磷酸鈣用量一般為30-70公斤/畝，優選為50公斤/畝；粉煤灰用量一般為200-400公斤/畝，優選為300公斤/畝。優選在實施步驟(I) 24小時以內對土壤進行耕翻、平整和灌水。耕翻深度一般為15-30厘米，優選為20厘米。在上述步驟(3)中，紫花苜蓿種子優選成熟、飽滿、無蟲蛀的種子。使用這樣的種子，可以得到更好的土壤修復效果。另外，為了避免灰塵等對菌劑包覆的影響，優選將種子在常溫的清水中進行清洗，之后自然條件下干燥。苜蓿根瘤菌是與苜蓿共生形成根瘤并將空氣中的氮還原成氨供植物營養的一類革蘭氏陰性菌。通過在菌劑中加入苜蓿根瘤菌，可促進紫花苜蓿根系的生長和固氮，從而提高土壤的修復效果。作為苜猜根瘤菌，優選苜猜中華根瘤菌(Sinorhizobium meliloti)。對步驟(3)的具體工藝沒有特別限制，但優選使用如下方法把含有苜蓿根瘤菌的菌劑加入到粘著劑中，攪拌均勻后，再加入紫花苜蓿種子，反復攪拌，使每一粒種子上都粘有菌劑。通過使用該方法，菌劑可通過粘著劑的作用牢固地粘附于種子上，菌劑在播種過程中不易從種子上脫落，播種后菌劑中的微生物可有效地沿著紫花苜蓿的根系進行分布、繁殖，從而提高了土壤的生物修復效果。在上述方法中，種子與菌劑的質量比優選為I: 7-10，更優選為I :8。對使用的粘著劑沒有特別限制，但從防止土壤污染的角度來講，優選來源于植物或動物的粘著劑或者對這些粘著劑進行改性得到的粘著劑。作為這樣的粘著劑，可以列舉羥甲基纖維素鈉、羧甲基纖維素鈉、海藻酸鈉、淀粉、明膠、阿拉伯樹膠等。這些粘著劑可單獨使用或兩種以上混合使用。
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對步驟(4)的具體工藝沒有特別限制，但優選使用如下方法把由步驟(3)得到的紫花苜蓿種子放入包衣機中，經過包衣機反復震蕩混合，使每一粒種子都裹上一層包衣材料，最后將種子放于通風處，陰干待用。通過使用該方法，可以使包衣材料均勻地包裹在種子外粘附的菌劑上，從而更有效地改善了菌劑與種子之間的復合作用，提高土壤的生物修復效果。對使用的包衣材料沒有特別限制，但從防止土壤污染的角度來講，優選天然的礦物質材料。作為這樣的包衣材料，可以列舉滑石粉、云母粉、陶土粉等。這些包衣材料可單獨使用或兩種以上混合使用。從材料來源廣泛、價格便宜的角度來講，優選滑石粉。步驟(5)中，所述羊草種子優選成熟、飽滿、無蟲蛀的種子，使用這樣的種子，可以得到更好的土壤修復效果。此外，所述低溫處理的溫度優選為-20°C，處理時間優選為8-10h，更優選為10h。通過低溫處理，可以提高羊草種子的發芽率。步驟(6)中，紫花苜蓿種子與羊草種子優選按照1:1等量混合，播種條件優選如下播種方式條播，播種量為I. 5-2公斤/畝，播種深度為2-3厘米。紫花苜蓿與羊草混播種植不但可以很快形成草地，而且紫花苜蓿的直根系與羊草的根莖型根系能夠快速有效地進行焦化廢水污染土壤的生物修復，也有利牧草營養物質更豐富。步驟(7)中的田間管理是指及時的灌水、雜草防除和病蟲害防治等。
實施例下面的實施例可以使本領域的普通技術人員更全面地理解本發明，但不以任何方式限制本發明。實驗分析方法采用《土壤顆粒對焦化廢水中有機物的吸附特性研究》(環境科學與技術，2009年32卷第6期，137-137頁)具體步驟如下(如圖I所示)①焦化廢水污染土壤處理實驗地選擇在內蒙古準格爾旗科辰煤焦化廠廢水排污溝流經的農田，實驗地面積約500平方米，2011年6月15日撒施粉煤灰300公斤/畝、充分腐熟的農家肥1500公斤/畝，過磷酸鈣50公斤/畝。
②焦化廢水污染土壤耕作20厘米耕翻、平整和灌水(①實施后的24h以內進行)。隨機取5個土樣進行多環芳烴(PAHs)含量分析。③紫花苜蓿種子的篩選、清洗和干燥篩選成熟、飽滿、無蟲蛀的中苜一號紫花苜猜(Medicago sativa L. cv. Zhongmu NO. I)種子0. 7公斤(購自甘肅酒泉大業種業有限責任公司)，在常溫的清水中清洗后，自然條件下干燥。④菌株培養和菌劑制作取苜猜中華根瘤菌(Sinorhizobium meliloti)(購自上海艾研生物科技有限公司)，在28°C的條件下于YMA液體培養基中搖床培養48h后，得到根瘤菌菌劑。⑤包覆菌劑粘著劑使用羥甲基纖維素鈉，取上述菌劑(約5600克)加入到質量濃度為5%的羥甲基纖維素鈉水溶液(5000ml)中，攪拌均勻后，再加入種子，反復攪拌，使每一粒種子都粘有根瘤菌菌劑。⑥種子包衣包衣材料為滑石粉，把上述粘附有菌劑的種子放入到裝有滑石粉的·包衣機中，經過包衣機反復震蕩混合包衣，使每一粒種子都裹上一層包衣材料，最后將種子放于通風處，陰干待用。⑦羊草種子的篩選、清洗和干燥及低溫處理篩選成熟、飽滿、無蟲蛀的吉生一號羊草(Aneurolepidium chinensis cv. Jisheng NO. I)種子0. 7公斤(購自吉林省吉生羊草良種站)，在常溫的清水中清洗后，自然條件下干燥，之后在_20°C的條件下放置10h。⑧播種2011年6月17日將包衣的紫花苜蓿種子和低溫處理的羊草種子充分混合，條形播種，播種量I. 5-2公斤/畝，播種深度2-3厘米。⑨田間管理出苗后及時進行灌水、雜草防除和病蟲害防治。檢測分析結果如下2012年8月3日隨機取5個土樣進行多環芳烴(PAHs)去除率分析，土壤中萘、菲、蒽、苊、芴、熒蒽+芘的去除率分別達到40. 8%,47. 2%,57. 6%,37. 3%,30. 5%、51. 4%，說明本發明的方法能夠有效修復焦化廢水污染土壤。
權利要求
1.一種焦化廢水污染土壤的生物修復方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟 (1)在焦化廢水污染土壤表面撒施粉煤灰、充分腐熟的農家肥和過磷酸鈣； (2)對焦化廢水污染土壤進行耕翻、平整和灌水； (3)在紫花苜蓿種子上包覆含有苜蓿根瘤菌的菌劑； (4)對包覆有菌劑的紫花苜蓿種子進行包衣； (5)對羊草種子進行低溫處理； (6)將包衣的紫花苜蓿種子和低溫處理后的羊草種子混合，將混合后的種子播種到焦化廢水污染土壤中； (7)出苗后進行田間管理。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(I)中，粉煤灰用量為300公斤/畝，充分腐熟的農家肥用量為1500公斤/畝，過磷酸鈣用量為50公斤/畝。
3.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，在實施步驟(I)24h以內實施步驟(2)。
4.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(3)中，所述紫花苜蓿種子為成熟、飽滿、無蟲蛀的種子。
5.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(3)中，所述苜蓿根瘤菌為苜蓿中華根瘤菌。
6.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(3)的工藝流程如下把含有苜蓿根瘤菌的菌劑加入到粘著劑中，攪拌均勻后，再加入紫花苜蓿種子，反復攪拌，使每一粒種子上都粘有菌劑，種子與菌劑的質量比為1:7-10。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述粘著劑為選自羥甲基纖維素鈉、羧甲基纖維素鈉、海藻酸鈉、淀粉、明膠、阿拉伯樹膠中的I種或2種以上。
8.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(4)的工藝流程如下把由步驟(3)得到的紫花苜蓿種子放入包衣機中，經過包衣機反復震蕩混合，使每一粒種子都裹上一層包衣材料，最后將種子放于通風處，陰干待用。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述包衣材料為選自滑石粉、云母粉、陶土粉中的I種或2種以上。
10.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(5)中，所述羊草種子為成熟、飽滿、無蟲蛀的種子，所述低溫處理為_20°C下處理8-10h。
11.根據權利要求1-10中任意一項所述的方法，其特征在于，步驟(6)中，紫花苜蓿種子與羊草種子按照I: I等量混合，播種方式條播，播種量為I. 5-2公斤/畝，播種深度為2-3厘米。
全文摘要
本發明公開了一種焦化廢水污染土壤的生物修復方法，包括(1)在焦化廢水污染土壤表面撒施粉煤灰、充分腐熟的農家肥和過磷酸鈣；(2)對焦化廢水污染土壤進行耕翻、平整和灌水；(3)在紫花苜蓿種子上包覆含有苜蓿根瘤菌的菌劑；(4)對包覆有菌劑的紫花苜蓿種子進行包衣；(5)對羊草種子進行低溫處理；(6)將包衣的紫花苜蓿種子和低溫處理后的羊草種子混合，將混合后的種子播種到焦化廢水污染土壤中；(7)出苗后進行田間管理。本發明能夠有效進行焦化廢水污染土壤污染物的吸附和吸收，減少土壤中污染物殘留，具有修復速度快、效果好、操作簡單、處理量大、易于人工掌握等特點。
文檔編號B09C1/10GK102784798SQ20121029046
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月14日 優先權日2012年8月14日
發明者姜健, 楊寶靈, 王冰, 范方, 金黎明 申請人:大連民族學院