中國南方有色金屬礦冶區鎘重污染酸性土壤的化學淋洗-植物吸取聯合修復方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及重金屬污染土壤的治理技術，具體涉及一種中國南方有色金屬礦冶區 鎘重污染酸性土壤的化學淋洗-植物吸取聯合修復方法
【背景技術】
[0002] 最近幾十年來，隨著我國工業化、城市化進程的快速發展，土壤重金屬污染問題日 益突出。有色金屬礦冶區等周邊存在大量的重金屬重度污染土壤，其中鎘污染是最受關注 的問題之一。重金屬具有殘留時間長、隱蔽性強、毒性大等特點。重金屬不能被微生物降 解，一旦進入環境即開始積累，以揚塵暴露或食物鏈傳遞等途徑威脅人體健康。我國南方地 區土壤多數為酸性，土壤中重金屬活性高，而南方又是我國重要的水稻產區，水稻對鎘（Cd) 的吸收富集能力強，對人體健康產生嚴重威脅。
[0003] 當前，Cd重度污染酸性土壤的修復主要采用化學鈍化技術，結合改種植非糧作物。 化學鈍化主要是通過提高土壤酸堿度（pH)，提高土壤對重金屬的吸附、沉淀能力，以降低重 金屬活性，減少植物吸收性。因化學鈍化并未徹底去除重金屬，隨時間推移及環境條件的改 變，鈍化的重金屬存在再次釋放的風險。
[0004] 作為能徹底去除土壤中的重金屬、達到永久修復目的技術，化學淋洗和植物吸取 修復技術受到了眾多研宄者的青睞。土壤化學淋洗修復技術（Soil washing)，是指利用螯 合劑、無機酸、有機酸和表面活性劑等，快速將污染物從土壤中移除，短時間內完成高濃度 污染土壤的治理，該技術主要用于小面積重金屬重度污染工業場地的修復。但為了達到較 好的重金屬去除效果，化學淋洗采用的淋洗劑濃度往往比較高，因而對土壤性質的破壞較 為嚴重，而且多數采用泥漿攪拌的方式，動力消耗大、固液分離工藝復雜，因而修復成本較 高。植物吸取修復技術（Phytoextraction)，主要利用重金屬超積累植物，該技術具有綠色、 廉價、不破壞土壤性質等獨特的優越性，適用于重金屬中低污染土壤，對重度污染土壤很難 在短時間完成修復。
【發明內容】
[0005] 解決的技術問題：本發明針對鎘重度污染酸性土壤，提供一種中國南方有色金屬 礦冶區鎘重污染酸性土壤的化學淋洗-植物吸取聯合修復方法，先采用氯化鐵溶液進行自 然淋溶式淋洗，再用水進行自然淋溶式漂洗；對淋洗后的土壤進行改良培肥，然后連續種植 鎘超積累植物伴礦景天，收獲植物地上部并安全處置，以徹底去除土壤鎘。本發明采用較 低濃度的化學淋洗劑，對土壤性質影響小，洗出液易于處理和回用；采用自然淋溶式淋洗方 式，工程量小且對土壤結構破壞小；淋洗后土壤通過改良培肥技術，恢復土壤性質的同時促 進植物生長；種植鎘超積累植物伴礦景天既能去除土壤殘留的鎘，又能恢復土壤理化與生 物學性質。本發明克服單純化學淋洗后期重金屬去除率低的問題以及重度污染土壤上單純 植物吸取修復周期長的不足，可以大大降低淋洗劑及漂洗水的用量，降低植物吸取修復周 期、修復成本以及環境風險。該技術在我國南方有色金屬礦冶區及周邊大面積鎘重度污染 酸性農田土壤修復等方面具有廣闊的應用前景。
[0006] 技術方案：中國南方有色金屬礦冶區鎘重污染酸性土壤的化學淋洗-植物吸取聯 合修復方法，步驟為：（1)重金屬污染土壤磨細過2~5mm篩，并填充到土柱中，土體厚度為 10~20cm，容重為I. 0~I. 2g cnT1; (2)將2~50mmol L ―1的氯化鐵溶液倒在土體上方，淋 洗液水層厚度保持在2~5cm，液體隨重力從土柱底部自然流出，所用淋洗液體積與土壤質 量之比1. 5:1~4:1，以去除土壤大部分的活性鎘；（3)待步驟（2) 土體上方淋洗液全部滲 入土壤后，將去離子水傾倒于土體上方，水層厚度保持在2~5cm，液體隨重力從土柱底部 自然流出，所用去離子體積與土壤質量之比1. 5:1~2. 5:1，以去除土體中殘留的鎘和淋洗 劑；（4)將上述淋洗后的土壤晾干、磨細、過2~5mm篩，添加占土壤重量0.05~0.2%生石 灰、0. 5~2%海泡石、0. 2~1%商品有機肥、以及通過化肥施入占土壤重量0. 02~0. 12% 的總養分（Ν+Ρ205+Κ20)，進行改良；(5)連續種植伴礦景天1~5季，并收獲地上部完成修 復。
[0007] 上述淋洗液體積與土壤質量之比優選3:1。
[0008] 上述去離子水體積與土壤質量之比優選2:1。
[0009] 上述海泡石的用量優選為土壤重量的1%。
[0010] 上述生石灰用量優選為土壤重量的0. 18%。
[0011] 上述有機肥用量優選為土壤重量的〇. 5%。
[0012] 有益效果：
[0013] (1)本發明采用自然淋溶式淋洗，與現有的攪拌淋洗相比，淋洗劑停留時間長、反 應充分、利用率高，而且操作程序簡單。
[0014] (2)本發明所選用氯化鐵溶液對土壤中的鎘、鉛、鋅、銅等污染重金屬都有較好的 去除效果、修復效率高。
[0015] (3)本發明中，土壤淋洗過程的目的是快速去除土壤大部分的活性鎘，而非直接使 土壤鎘總量達到修復終點，因此淋洗劑用量和淋洗強度低，與單純的土壤淋洗相比，避免了 淋洗后期修復效率低的問題，成本大大降低，且對土壤理化與生物學性質的破壞程度顯著 降低。
[0016] (4)本發明使用清水漂洗，減少土壤中淋洗劑和重金屬的殘留，有利于后期植物的 生長。
[0017] (5)本發明所用的超積累植物伴礦景天，對環境適應能力強、生長快、生物量大，而 且對土壤鎘的富集能力強，修復效率高。
[0018] (6)本發明的土壤改良和伴礦景天種植過程，可以使土壤結構、肥力等性質得到全 面恢復。
[0019] (7)本發明通過化學淋洗與植物吸取的聯合，與單純的植物吸取修復相比，可以在 較短時間內完成對重度污染土壤的修復。
【附圖說明】
[0020] 圖1洗出液重金屬、Cl濃度及pH變化示意圖。
【具體實施方式】
[0021] 以下通過實施案例對本發明作進一步說明，而非限制本發明。
[0022] 實施例1
[0023] 材料與方法
[0024] 供試土壤分別采自湖南株洲市某有色金屬冶煉區周邊農田耕作層，土壤類型為紅 壤性水稻土，土壤呈強酸性，Cd濃度為3. 12mg kg4,基本性質見表1。土壤自然瞭干、過2mm 篩，將15kg 土填入土柱。土柱內徑30cm，土體高度18cm，容重約1.18g cnT3, 土體下方鋪設 尼龍網和濾紙，土體上方也鋪設一層濾紙，土柱底部設導流口和硅膠管，收集濾液。土體先 用去離子水從底部浸潤一周。在室溫下，從土柱上方分次緩慢倒入45L (液土比=3) 20mmol Γ1 FeCl3W洗劑對土柱進行淋洗，待FeCl 3淋洗液全部滲出后，再加入30L(液土比=2) 去離子水，淋洗液和水層厚度保持在2~5cm ;定時收集洗出液，測定洗出液體積、金屬及 cr濃度。整個淋洗結束后，將土柱內土壤取出晾干，取樣測定土壤基本理化性質和重金屬 濃度。土柱試驗重復3次。
[0025] 表1供試土壤基本性質
[0026]
【主權項】
1. 中國南方有色金屬礦冶區鎘重污染酸性土壤的化學淋洗-植物吸取聯合修復方法， 其特征在于步驟為： (1) 重金屬污染土壤磨細過2~5 mm篩，并填充到土柱中，土體厚度為10~20cm，容重為 1. 0-1. 2 g cm S (2) 將2~50 mmol Γ1的氯化鐵溶液倒在土體上方，淋洗液水層厚度保持在2~5 cm，液 體隨重力從土柱底部自然流出，所用淋洗液體積與土壤質量之比1.5: 1~ 4: 1，以去除土 壤大部分的活性鎘； (3 )待步驟（2 ) 土體上方淋洗液全部滲入土壤后，將去離子水傾倒于土體上方，水層厚 度保持在2~5 cm，液體隨重力從土柱底部自然流出，所用去離子體積與土壤質量之比1. 5: 1 ~ 2. 5: 1，以去除土體中殘留的鎘和淋洗劑； (4) 將上述淋洗后的土壤晾干、磨細、過2~5 mm篩，添加占土壤重量0. 05~0. 2%生石灰、 0. 5~2%海泡石、0. 2~1%商品有機肥、以及通過化肥施入占土壤重量0. 02~0. 12%的總養分 (N+ P2O5+K 20)，進行改良； (5) 連續種植伴礦景天1~5季，并收獲地上部完成修復。
2. 根據權利要求1所述化學淋洗-植物吸取聯合修復方法，其特征在于淋洗液體積與 土壤質量之比3:1。
3. 根據權利要求1所述化學淋洗-植物吸取聯合修復方法，其特征在于去離子水體積 與土壤質量之比2:1。
4. 根據權利要求1所述化學淋洗-植物吸取聯合修復方法，其特征在于海泡石的用量 為土壤重量的1%。
5. 根據權利要求1所述化學淋洗-植物吸取聯合修復方法，其特征在于生石灰用量為 土壤重量的〇. 18%。
6. 根據權利要求1所述化學淋洗-植物吸取聯合修復方法，其特征在于有機肥用量為 土壤重量的〇. 5%。
【專利摘要】中國南方有色金屬礦冶區鎘重污染酸性土壤的化學淋洗-植物吸取聯合修復方法，重金屬污染土壤磨細過篩，并填充到土柱中；將氯化鐵溶液倒在土體上方，液體隨重力從土柱底部自然流出，以去除土壤大部分的活性鎘；待土體上方淋洗液全部滲入土壤后，將去離子水傾倒于土體上方，液體隨重力從土柱底部自然流出，以去除土體中殘留的鎘和淋洗劑；將上述淋洗后的土壤晾干、磨細、過篩，添加生石灰、海泡石、商品有機肥、以及0.2~1.2g kg-1總養分（N＋P2O5＋K2O）進行改良；連續種植伴礦景天1~5季，并收獲地上部完成修復。
【IPC分類】B09C1-00, B09C1-08
【公開號】CN104668281
【申請號】CN201510117369
【發明人】胡鵬杰, 吳龍華, 董長勛, 趙婕, 李云峰
【申請人】中國科學院南京土壤研究所
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年3月17日