一种治理土壤和水体砷污染的方法.pdf

本发明公开了一种治理土壤和水体砷污染的方法。本发明主要利用能超富集砷的蕨类植物井栏边草(Pteris multifida)，吸收并活化污染土壤或水体中的砷，同时向上运输和转运到达地上部，待其地上部形成一定的生物量，定期收割地上部，保留地下部，收割地上部时留茬3～5cm，则可进行连续提取。本发明建立了一种连续提取模式，可连续转移污染土壤或水体中大量的砷，直到土壤或水体中的砷含量达环境安全标准。

1、  一种治理土壤或水体砷污染的方法，其特征在于利用植物连续提取土壤或水体中的砷。

2、  如权利要求1所述的治理土壤或水体砷污染的方法，其特征在于利用井栏边草连续提取土壤或水体中的砷。

3、  如权利要求2所述的治理土壤或水体砷污染的方法，其特征在于所述利用井栏边草连续提取土壤或水体中的砷，具体包括如下步骤：
(1)控制待治理的土壤或水体pH为弱碱性；
(2)将井栏边草植入待治理的土壤或水体；
(3)收割井栏边草的地上部。

4、  如权利要求3所述的治理土壤或水体砷污染的方法，其特征在于所述利用井栏边草连续提取土壤或水体中的砷，具体包括如下步骤：
(1)通过施用酸性肥料或碱性肥料控制待治理的土壤或水体为弱碱性；
(2)将井栏边草植入待治理的土壤或水体中，对井栏边草在水体生长支撑的处理为：将井栏边草植入浮床，根部通过浮床上钻制的小孔直接与污染水体接触，生长前期加海绵或脱脂棉于小孔中稳固植株；
(3)收割井栏边草的地上部，收割地上部时留茬3～5厘米，土壤中一年收割两次，水体中一年收割三次，或当井栏边草长到60～70厘米高度时收割一次。

5、  如权利要求4所述的治理土壤或水体砷污染的方法，其特征在于步骤(2)所述的井栏边草为：直接移栽野生或通过孢子萌发，温室培育井栏边草幼苗，生长至10～15厘米或生长3～4周的井栏边草。

6、  如权利要求4所述的治理土壤或水体砷污染的方法，其特征在于将步骤(3)收割所得的井栏边草地上部异地安全填埋或焚烧。

7、  如权利要求5所述的治理土壤或水体砷污染的方法，其特征在于所述孢子萌发的培育条件为：将井栏边草成熟孢子，均匀播于过筛并蒸炒过的腐叶土上，注意保湿并置阴暗处，昼温20～25℃，夜温10～15℃，空气湿度60～80％。

8、  如权利要求5所述的治理土壤或水体砷污染的方法，其特征在于所述温室培育井栏边草幼苗的培育条件为：昼温20～25℃，夜温10～15℃，空气湿度60～80％。

一种治理土壤和水体砷污染的方法
技术领域
本发明涉及环境污染领域，具体地说是一种治理土壤和水体砷污染地方法。
背景技术
据估计，全球每年人为向土壤排放的As量达28400-94000t，而砷及其化合物是众所周知的“三致物质”，即致畸、致癌和致突变。因此，砷污染土壤和水体的治理日益引起国内外广泛关注。
我国有着丰富的砷矿资源，由于富含砷矿体的自然风化和相应的露天开采、冶炼等矿业活动，以及大量冶金添加剂、杀虫剂、除草剂和化肥等的使用，导致我国大面积土壤和水体砷污染，矿山及冶炼厂周边地带尤为严重，过量暴露的砷已直接威胁人居环境及食品安全。
当前，可供治理土壤或水体重金属污染的方法主要有理化修复法和生物修复法。
理化修复法如有客土(换土)法、沉淀法、淋洗法、电化法、磁化法等。这些物理或化学方法各有其优点，但都存在花费高、工程量较大、易造成二次污染等问题。
生物法有微生物和植物修复方法两种。微生物修复的局部成功仅局限于一些有机污染物的降解，在处理金属污染物，特别在土壤中并非有效。植物修复(phytoremediation)是一种新兴的重金属污染原位(in situ)绿色修复技术，作为其核心技术之一的植物提取技术(phytoextraction)，已发展成为环境科学领域的研究与应用热点，并引起政府、学术界和企业界的高度重视。
从当前国内外植物提取技术研究与实践进展来看，尚存在并需解决以下问题：(1)砷超富集植物(hyperaccumulator)的研究才刚起步，可供选择的能(超)富集砷的植物品种较少；(2)被推荐优先使用的超富集植物，普遍生物量偏低，重金属的总体去除效率较低，同时还存在异地气候适应等问题；(3)污染土壤中重金属生物有效性(bioavailability)有待提高；(4)从应用来看，发达国家的植物修复技术部分已投入实际应用，并获得了较好的环境、经济和社会效益，而我国尚处于起步阶段，相关技术还处于实验室或中试阶段。
发明内容
本发明的目的是针对目前土壤和水体砷污染严重的问题，提供一种治理土壤或水体砷污染的方法。本发明利用井栏边草(Pterismultifida)，连续提取并活化土壤或水体中的砷，同时向上运输和转运到达地上部，待地上部形成一定的生物量，定期收割地上部，保留地下部，则可进行连续提取，连续转移土壤或水体中大量的砷，从而经过一定的提取周期清除土壤或水体砷污染。
本发明所用的超富集砷植物井栏边草(Pteris multifida)，在广东重阳、广西南丹和宾阳砷矿区自然生长，较多分布。该植物的分类学特征如下：
(1)为凤尾蕨科凤尾蕨属植物，根状茎短而直立，粗1～1.5厘米，先端被黑褐色钻形鳞片；
(2)叶二型，多数，密而簇生，草质，无毛；叶柄禾秆色或带褐色；能育叶片长卵形，长20～45厘米，宽15～25厘米，一回羽状，但下部羽片往往二至三叉，除基部一对有柄外，其他各对基部下沿，在叶轴两侧形成狭翅；
(3)羽片或小羽片条形，宽3～7厘米，顶部渐尖，不育，有细锯齿，向下为全缘；不育叶的羽片或小羽片较宽，边缘有不整齐的尖锯齿。主脉两面均隆起，禾秆色，侧脉明显，稀疏，单一或分叉，有时在侧脉间具有或多或少的与侧脉平行的细条纹(脉状异形细胞)。
(4)孢子囊群沿叶边连续分布。
本发明的技术方案包括：
1.控制待治理的土壤或水体pH为弱碱性；
2.将井栏边草植入待治理的土壤或水体；
3.收割井栏边草的地上部。
上述控制待治理的土壤或水体pH为弱碱性；可视生长介质实际酸碱度，通过施用酸性或碱性肥料(或石灰)加以调节。
上述将井栏边草植入待治理的土壤或水体；对井栏边草在水体生长支撑的处理为：将井栏边草植入浮床，根部通过浮床上钻制的小孔直接与污染水体接触，生长前期加海绵或脱脂棉于小孔中稳固植株。
上述收割井栏边草的地上部，收割地上部时留茬3～5厘米，土壤中一年收割两次，水体中一年收割三次，或当井栏边草长到60～70厘米高度时收割一次。收割的地上部可进行统一处理，如在垃圾填埋区安全填埋或焚烧。让井栏边草连续生长，连续收割其地上部，直到土壤或水体砷含量达安全标准。
上述植入待治理的土壤或水体中的井栏边草为：直接移栽野生或通过孢子萌发，温室培育井栏边草幼苗，生长至10～15厘米或生长3～4周的井栏边草。
上述孢子萌发培育条件为：将井栏边草成熟孢子，均匀播于过筛并蒸炒过的腐叶土上，注意保湿并置阴暗处，昼温20～25℃，夜温10～15℃，空气湿度60～80％。
上述温室培育井栏边草幼苗的培育条件为：昼温20～25℃，夜温10～15℃，空气湿度60～80％。
本发明所用井栏边草(Pteris multifida)，自然条件下其对砷的富集特征如下：
井栏边草地上部叶片、叶柄和根状茎的平均砷含量分别为1977±782、633±291和1103±656mg/kg(干重)。
本发明的有益效果：
1.本发明使用的砷超富集植物井栏边草，应用于污染土壤或水体砷的植物提取，成本低，修复效率高，潜在经济效益可观；
2.本发明使用的井栏边草，根系发达，生长旺盛，容易繁殖，适合于砷污染土壤或水体的植物提取；
3.本发明建立了一套连续提取模式，简化了修复土壤或水体砷污染的程序，适合于推广应用；
4.本发明建立的修复模式系绿色原位修复，所收获的地上部进行集中安全填埋或焚烧，不会造成二次污染，同时修复进程不会破坏土壤或水体生态环境，并有助于改善土壤因重金属污染而引起的土壤退化和生产力下降，恢复并提高土壤生物多样性，对水体的修复可明显改善水质。
具体实施方式
实施例1：土壤修复
野外移栽的井栏边草幼苗于温室正常土壤中培育，空气相对湿度60～80％，昼温20～25℃，夜温10～15℃，待幼苗生长至6～10厘米，移栽入重金属污染土壤，供试土壤砷含量为300mg/kg，施石灰调节pH至7～8，行距15厘米，株距10厘米。生长3个月收获地上部，留茬4～5厘米。第一次收获的井栏边草，经测定地上部砷含量均大于1000mg/kg(干重)；井栏边草连续生长、连续提取土壤砷，连续收割其地上部，土壤中的砷含量不断减少，直至正常水平。
实施例2：水体修复
将井栏边草成熟孢子，均匀播于过筛并蒸炒过的腐叶土上，保湿并置阴暗处，昼温20～25℃，夜温10～15℃，空气湿度60～80％，约两个月长出孢子叶。然后将井栏边草幼苗于温室正常土壤中培育，培养条件同上。待幼苗生长至5～10厘米，移栽入设置有砷污染水体的浮床，根部通过在浮床上钻制的小孔，直接与污染水体接触，生长前期加海绵于小孔中稳固植株；水体砷本底含量：5～80mg/L，调pH至弱碱性。生长3周后收获地上部，留茬3～4厘米。经测定，收获的井栏边草叶片和根砷含量分别为375～2916、137～1497mg/kg(干重)，而对照组叶片和根砷含量仅为91和5mg/kg(干重)。井栏边草连续提取砷，连续收割其地上部，水体中的砷含量不断减少，直至正常水平。