一种修复砷污染环境的方法 【技术领域】
本方法涉及一种修复砷污染环境的方法，具体地说是利用超富集植物(hyperaccumulator)大叶井口边草(Pteris cretica L.)修复受砷污染的环境(土壤、尾矿、湿地和水体)的方法。
背景技术
砷污染是国内外普遍存在的环境问题。我国许多矿区的开采、冶炼和高砷煤的燃烧导致严重的砷污染问题；同时，由于地球化学背景值等原因，在我国南方和西北也存在大面积的高砷地区。近年来，孟加纳和印度由于砷污染问题导致1亿人受到砷毒的威胁。这些大面积的砷污染和砷中毒问题，对人民生活、工农业生产和生态系统造成很大危害。从19世纪以来，砷一直来广泛用于工农业生产。含砷物质常用作杀虫剂、杀菌剂、除草剂、落叶剂、杀雄剂、防腐剂、涂料、柔化剂、化工和半导体生产原料等，使许多土壤、水体受到严重的砷污染。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数倍以上。高剂量的砷会干扰细胞地能量代谢，从而导致生物体的死亡。长时间暴露在含砷的环境中，可导致“三致(致畸、致突、致癌)作用”。
目前，治理土壤砷、铅等重金属污染的方法主要有沉淀法、淋洗法、拮抗法、电化法、磁化法。这些物理或化学方法各有其优点，但一般都存在工程量较大、费用高，同时也容易造成二次污染、导致土壤结构破坏和土壤肥力退化等次生生态问题。陈同斌等人曾报道，蜈蚣草和大叶井口边草大量富集砷(陈同斌等，《科学通报》，2002年47卷第3期207～210页；韦朝阳等，《生态学报》，2002年22卷第5期777～778页)。2001年，陈同斌、韦朝阳曾申请以超富集植物蜈蚣草治理砷污染土壤的发明专利(发明专利申请号：01120519.9)。
所有植物都能够或多或少地吸收环境中的砷，但是普通植物的吸砷量很低，其含砷浓度一般不超过0.5mg/kg。砷对植物具有很强的毒性，普通植物对砷的耐受能力较差，在高砷环境中往往难以正常地生长和发育，因此种植普通植物无法取得明显的治理和修复砷污染环境(土壤、尾矿、湿地和水体)的效果，尤其是对于高砷尾矿和高砷废水的治理更加难以奏效。对于含砷废水和砷污染水体而言，目前还缺乏经济适用的、大规模的修复和治理技术。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种修复砷污染环境(土壤、尾矿、湿地和水体)的方法。该方法投资和维护成本低，工程量小，运行管理简单，不破坏土壤理化性质，不产生二次污染，不破坏土壤的生态功能，而且对保持水土、固定土壤和美化景观具有良好的效果，可以广泛用于治理受砷污染的土壤、尾矿、湿地和水体。
为实现上述目的，本发明通过在受砷污染的环境(土壤、尾矿、湿地、水体)中种植对砷具有超富集功能的一种植物-大叶井口边草。大叶井口边草对砷具有极强耐受能力和超富集能力。研究表明，大叶井口边草在高砷环境中仍能够正常地生长，其根系能从环境中大量吸收和富集砷，并将吸收的砷转运到地上部。通过定期收割该植物的地上部并将其移走，则可从土壤或水体等环境中除去大量的砷，从而达到从污染环境中经济、快速、安全地清除砷污染物的目的。
对于砷污染水体的修复和高砷废水的治理而言，由于无法在水面直接种植大叶井口边草(Pteris cretica L.)，因此需要采用塑料泡沫板或木板等漂浮物将大叶井口边草固定水面。譬如：可以在塑料泡沫板(或木板)上成排打孔，打孔的密度为10～15cm×8～10cm(图1)，每个孔移植2～3株高度约10～15cm的大叶井口边草。将种有大叶井口边草的塑料泡沫板(或木板)水平放置(漂浮)在污染水体(或废水)的水面。大叶井口边草生长到30～50cm高度时收割地上部(留茬5左右)，收获后从植物的地下茎仍可以长出新芽并继续生长。在植物生长和吸收过程中，大叶井口边草即可以迅速从水体中大量吸收砷。当水体中的砷浓度达标后，从水面移走塑料泡沫板(或木板)及大叶井口边草，从而达到净化砷污染水体的效果。采用这种方法修复水体砷污染，具有去除效率高、成本低、操作简便、无二次污染等优点，适合于各种砷污染水体的修复和治理，尤其是对含砷废水具有良好的净化效果。
本发明提供的一种修复砷污染环境的方法包括：将大叶井口边草的孢子直接播种到受砷污染的环境(土壤、尾矿、湿地)中，或者通过分苗方式移植到受砷污染的环境(土壤、尾矿、湿地、水体)中。
修复砷污染土壤、尾矿或湿地时，播种或移植的大叶井口边草的行距和株距分别以15～20cm和8～10cm为宜；修复砷污染水体时，行距和株距分别以10～15cm和8～10cm为宜。
定期或视大叶井口边草生长高度进行收割，并将其转移到其他地方集中处理。
每次收割大叶井口边草时，其最佳的生长高度为30～50cm，根据生长高度每隔一段时间收割一次。
每次收割地上部时留茬高5cm左右。收割地上部后，大叶井口边草可以从地下茎中重新生长出新叶片。
与普通植物不同，大叶井口边草对砷毒具有极强的耐性，甚至可以在含砷2％的砷毒环境中正常生长，其地上部不仅能够富集大量的砷(最高可达6000mg/kg)，含砷量比普通植物高1万倍到数万倍，其生长速度较快，生物量较大。即使在含砷超过2％的高砷环境中，大叶井口边草也能正常生长发育并大量富集砷，因此它既可以用于修复严重砷污染的环境(如尾矿)和轻度污染的土壤和水体。通过种植大叶井口边草大量吸收砷，为解决砷污染问题提供了一种新的适用技术。
大叶井口边草在酸性、中性和碱性土壤中均能正常生长，因此对环境的pH没有很严格的要求，对土壤质地等土壤性质也没有严格的要求。但是，在种植过程中应该根据具体的生长介质和肥力情况适当施用一些氮磷钾肥料，以促进其生长。
利用大叶井口边草修复和治理砷污染土壤时，应该掌握好收割的时间，收割地上部的时间不能过早或太晚，否则会降低其修复和治理砷污染的效果。过早收获则大叶井口边草的地上部生物量偏小、含砷浓度较低，达不到最佳的除砷效果；收割时间太迟，则会因为叶面积指数较大，地上部相互遮阴而影响光合作用和地上部生物量的积累，从而降低其对砷的去除效率。
收割的大叶井口边草应当转移到其他不会造成二次污染的环境中进行集中处理(如垃圾填埋场或焚烧)。
与传统的污染治理方法相比，通过种植大叶井口边草修复受砷污染的环境，主要是通过大量种植大叶井口边草，利用大叶井口边草从环境中大量吸收、富集污染物砷，当收割其地上部生物量则可从环境中带走大量砷，从而达到净化环境的效果。本方法投资和维护成本低，工程量小，运行管理简单，不破坏土壤理化性质，不产生二次污染，不破坏土壤的生态功能，而且对保持水土、固定土壤和美化景观具有良好的效果，是一种实用范围广、成本低、容易维护、操作简单的污染环境“绿色修复技术”，可以广泛用于治理受砷污染的土壤、尾矿、湿地和水体。本发明具有良好的环境效益、社会效益和经济效益，在土壤、尾矿、湿地水体等污染环境的修复和治理方面具有巨大的应用潜力。
与背景技术中所述专利所用的植物种类不同，本发明除用于治理砷污染土壤之外，还适用于尾矿、湿地、水体等环境的砷污染治理。对于解决水体的砷污染问题，本发明无疑提供了一种经济、可行的技术途径。
【附图说明】
图1为本发明中所采用的具孔塑料泡沫版或木板的构造。
图2为本发明用于修复和治理砷污染水体实施例的实验结果。
【具体实施方式】
下面例举实施例，说明本发明的可行性以及除砷效果。
实施例1：用大叶井口边草修复砷污染土壤
在含砷206mg/kg的砷污染土壤中移栽大叶井口边草幼苗，种植的行距和株距分别为15～20cm和8～10cm。当大叶井口边草成活后，按照普通农作物的管理办法进行管理，5个月后收割地上部。经测定，此时大叶井口边草地上部从土壤中吸收的总砷量为3570mg/kg，土壤含砷量则由原来的206mg/kg降低到165mg/kg，土壤中的总砷减少19.9％。植物继续生长3个月后收获第二次，此时土壤的含砷量降低到134mg/kg，土壤中的总砷减少35.0％。以后，大叶井口边草每生长3～4个月收割一次地上部，则土壤中的含砷量不断减少。通过多次收获大叶井口边草，最终使污染土壤的含砷量降低到正常土壤的含砷水平，从而达到消除土壤砷污染的目的。实验结果表明：采用此方法治理土壤砷污染，不仅效果非常明显，而且投资成本低、管理简便、无二次污染。
实施例2：用大叶井口边草去除水体砷污染
在塑料泡沫板上成排打孔，打孔的密度为10～15cm×8～10cm，每个孔移植2～3株高度约10～15cm的大叶井口边草。将种有大叶井口边草的塑料泡沫板水平放置(漂浮)在污染水体的水面。在植物生长和吸收过程中，大叶井口边草的根系能够迅速从水体中大量吸收和富集砷，并将吸收的砷转运到地上部。当水体中的砷浓度达标后，则从水面移走塑料泡沫板及大叶井口边草。通过移走大叶井口边草植物即可将水体中的砷带走(去除)，从而达到净化砷污染水体的效果。
图2是采用大叶井口边草去除水体砷污染的实验结果。从图2可以看出，种植大叶井口边草不到4天时间，砷污染水体中的含砷浓度即由原来的1.3mg/L降低到0.42mg/L，水体的含砷浓度平均每天减少26％。如果种植时间延长，大叶井口边草吸收的砷进一步增加，水体中的砷浓度将会进一步下降。通过收获或移走大叶井口边草即可达到清除水体砷污染的效果。这一方法具有去除效率高、成本低廉、操作简便等优点，适合于治理各种砷污染水体，尤其是对含砷工业污水具有良好的净化效果。