專利名稱：一種治理土壤或水體鎘污染的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境污染修復(fù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種治理土壤 或水體鎘污染的方法。
背景技術(shù)：
鎘(cadmium, Cd)是環(huán)境中對(duì)植物、動(dòng)物以及人類毒性最強(qiáng)的重金 屬元素之一，具有很強(qiáng)的致畸、致癌和致突變性。而土壤和水體中的 鎘均很容易通過食物鏈進(jìn)入人體，直接危害人類的健康；因此，鎘污 染土壤和水體的治理技術(shù)一直是備受全世界關(guān)注的熱點(diǎn)研究課題。我國(guó)有著豐富的鎘(通常與鉛鋅礦伴生)礦產(chǎn)資源，由于富含鎘礦 體的自然風(fēng)化和相應(yīng)的露天開采、冶煉等礦業(yè)活動(dòng)以及大量施用化 肥、農(nóng)藥等化工產(chǎn)品；目前，我國(guó)有相當(dāng)大面積的土壤和水體受到了 鎘等重金屬的污染，而礦山及冶煉廠周邊地區(qū)的污染情況尤為嚴(yán)重。 總之，過量暴露的鎘正直接威脅著我國(guó)的人居環(huán)境及食品安全。目前，可供治理土壤或水體鎘等重金屬污染的方法主要有理化修 復(fù)法和生物修復(fù)法。理化修復(fù)法主要有客土 (換土)法、沉淀法、淋洗法、電化法、 磁化法等。這些物理或化學(xué)方法各有其優(yōu)點(diǎn)，但都存在費(fèi)用昂貴、工 程龐大、易造成二次污染等問題。生物修復(fù)法主要有微生物和植物修復(fù)方法兩種。微生物修復(fù)的局
部成功僅局限于一些有機(jī)污染物的降解；而在處理金屬污染，特別是 土壤金屬污染方面，微生物修復(fù)并不是那么有效。植物修復(fù)(phytoremediation)是一種新興的重金屬污染原位(in situ)綠色修復(fù)技 術(shù)；而作為其核心技術(shù)之一的植物提取技術(shù)(phytoextraction)，已發(fā)展 成為環(huán)境科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用熱點(diǎn)，并引起政府、學(xué)術(shù)界和 企業(yè)界的高度重視。
從當(dāng)前國(guó)內(nèi)外植物提取技術(shù)研究與實(shí)踐進(jìn)展來看，尚存在待解決 的以下問題(l)可供選擇的能(超)富集鎘的植物種類很少，特別是能 超富集鎘同時(shí)又具有大生物量的植物(如木本植物)目前還沒有文獻(xiàn) 報(bào)道；(2)被推薦優(yōu)先使用的超富集植物(hyperaccumulator)，普遍生物 量偏低，生長(zhǎng)緩慢，重金屬的總體去除效率較低，同時(shí)還存在異地氣 候適應(yīng)等問題；(3)污染土壤中重金屬生物有效性(bioavailability)有待 提高；(4)從應(yīng)用來看，發(fā)達(dá)國(guó)家的植物修復(fù)技術(shù)部分已投入實(shí)際應(yīng) 用，并獲得了較好的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，而我國(guó)尚處于起步階段， 相關(guān)技術(shù)還處于實(shí)驗(yàn)室或中試階段
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)目前土壤和水體鎘污染嚴(yán)重的問題，提供 一種成本低、修復(fù)效率高、不會(huì)造成二次污染、不會(huì)破壞土壤或水 體生態(tài)系統(tǒng)的治理土壤或水體鎘污染的方法。本發(fā)明經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)將木本植物楊桃種植到受鎘 污染的土壤或水體中，楊桃能持續(xù)提取并活化土壤或水體中的鎘， 同時(shí)向上運(yùn)輸和轉(zhuǎn)運(yùn)到達(dá)地上部(枝和葉)形成一定的生物量，不定
期適當(dāng)收割地上部，保留地下部，則可進(jìn)行持續(xù)提取、轉(zhuǎn)移土壤或 水體中大量的鎘，從而經(jīng)過一定的提取周期達(dá)到治理土壤或水體鎘 污染的目的。種植楊桃時(shí)要控制土壤或水體pH為5 7，可采用酸性或堿性肥 料(或石灰)調(diào)節(jié)。楊桃在水體生長(zhǎng)支撐的處理為將楊桃植入浮床， 根部通過浮床上鉆制的小孔直接與污染水體接觸。種植一段時(shí)間后， 根據(jù)楊桃的生長(zhǎng)情況，定期收割枝葉進(jìn)行安全填埋或焚燒后填埋；收割時(shí)，保留樹干和新生的枝葉，收獲枝葉的同時(shí)留下3 5厘米長(zhǎng)的枝段，使其能抽出新枝，進(jìn)行持續(xù)提取。本發(fā)明所用的能超富集鎘的木本植物楊桃(Averrhoa carambola L.)在我國(guó)主要分布在廣東、福建、廣西和海南等華南地區(qū)和臺(tái)灣省。 該植物的分類學(xué)特征如下(1) 為酢漿草科楊桃屬植物；常綠喬木，可高達(dá)十多米；幼枝被 柔毛，有小皮孔。(2) —回奇數(shù)羽狀復(fù)葉互生；小葉5-13片，卵形至橢圓形，長(zhǎng)3-6.5 厘米，寬2-3.5厘米；葉下面被疏柔毛。(3) 花序圓錐狀；花小，白色或淡紫色，近鐘形；萼片5，紅紫 色；5瓣花，倒卵形；雄蕊IO， 5個(gè)較短且無花藥。(4) 槳果卵形或矩圓形，淡黃綠色，表面光滑，具5翅狀棱角。本發(fā)明所用的能超富集鎘的木本植物楊桃(Averrhoa carambola L.)有以下生物學(xué)特性 (1) 主根強(qiáng)且發(fā)達(dá)，在沖積壤土地上種植可深入土壤1米以上；在土層深厚、地下水位低時(shí)可達(dá)3米多；吸收根分布較淺，表土下2-3 厘米已有分布，通常以表土下10-20厘米處吸收根最多。(2) 抽枝能力強(qiáng)，只要溫度、水肥適宜，周年均可萌發(fā)新梢； 一般 每年有5-6次新梢，而且新梢生長(zhǎng)迅速；此外，楊桃枝樁(修剪短截 時(shí)留下3-5厘米長(zhǎng)的枝段)上能抽出新枝，為其他很多木本所沒有的 特性。(3) 楊桃成枝力強(qiáng)；因而能較快地形成大生物量。楊桃的以上生物學(xué)特性有利于提高其對(duì)土壤或水體中鎘的總體 去除效率而且使持續(xù)提取易于實(shí)施，從而提高修復(fù)效率。而至于楊桃 在植物修復(fù)實(shí)踐中由于其果實(shí)所導(dǎo)致的潛在健康風(fēng)險(xiǎn)問題，則可以通 過噴施疏花、落果劑或在其掛果前收割等辦法加以解決。本發(fā)明所用的楊桃在自然條件下(非礦區(qū)，土壤鎘含量很低)富集 鎘的的能力很強(qiáng)；以華南地區(qū)主要種植的4個(gè)品種(臺(tái)灣、馬來西亞、 泰國(guó)和花地)為例，它們?cè)谧匀粭l件下富集鎘的特征如下這4個(gè)楊桃品種(臺(tái)灣、馬來西亞、泰國(guó)和花地)的枝、葉重金 屬鎘平均含量分別達(dá)到10和11 mg/kg(以干重計(jì))；而它們的枝對(duì) 鎘的生物富集系數(shù)(bioaccumulationfactor)依次達(dá)到29.6， 11.1， 14.7 和14.3，均表現(xiàn)出對(duì)鎘超強(qiáng)的富集能力。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果(1)本發(fā)明采用能超富集鎘的木本植物楊桃，應(yīng)用于鎘污染土壤或
水體的植物提取，成本低，修復(fù)效率高，潛在的經(jīng)濟(jì)效益可觀；(2) 本發(fā)明采用的楊桃，根系發(fā)達(dá)，生長(zhǎng)旺盛，生物量大，容易繁 殖，適合于鎘污染土壤或水體的植物提取；(3) 本發(fā)明建立了一套連續(xù)提取模式，簡(jiǎn)化了修復(fù)土壤或水體鎘污 染的程序，適合于推廣應(yīng)用；(4) 本發(fā)明建立的修復(fù)模式系綠色原位修復(fù)，所收獲的地上部進(jìn)行 集中安全填埋或焚燒后填埋，不會(huì)造成二次污染，同時(shí)修復(fù)進(jìn)程不會(huì) 破壞土壤或水體生態(tài)環(huán)境，并有助于改善土壤因重金屬污染而引起的 土壤退化和生產(chǎn)力下降，恢復(fù)并提高土壤生物多樣性，對(duì)水體的修復(fù) 可明顯改善水質(zhì)。
具體實(shí)施方式
以下通過兩個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 實(shí)施例l: 土壤修復(fù)采收楊桃的成熟果實(shí)后，堆放3-5天，待果肉變軟、腐爛后，人 工取出種子，然后放置2-3天，待附在種子上的果膠腐爛后，用清水 漂洗干凈，即可陰干備用。將陰千的種子和河沙拌勻撒播在苗床上，蓋沙土厚0.6-0.8厘米， 澆水并覆一層塑料薄膜，以后保持苗床濕潤(rùn)，并注意防止老鼠和螞蟻 搬吃種子，在溫室中育苗，空氣相對(duì)濕度60 — 75%，溫度25—3(TC。溫室正常土壤中培育華南地區(qū)主要種植的4個(gè)楊桃品種(臺(tái)灣、 馬來西亞、泰國(guó)和花地)的幼苗；待幼苗生長(zhǎng)至10—15厘米，移栽入 重金屬污染土壤，供試土壤鎘含量為60 mg/kg，施石灰調(diào)節(jié)pH至5 一7，行距35厘米，株距20厘米。生長(zhǎng)5個(gè)月后，保留樹干和部分 枝葉(主要是新生的)，收獲枝葉的同時(shí)留下3—5厘米長(zhǎng)的枝段。第 一次收獲的楊桃，經(jīng)測(cè)定4個(gè)楊桃品種(臺(tái)灣、馬來西亞、泰國(guó)和花 地)其枝的鎘含量依次達(dá)到156.6， 180.6， 133.9和168.3 mg/kg (以千 重計(jì))；而葉的鎘含量也依次達(dá)到251.9， 259.6， 235.1和252.3 mg/kg (以干重計(jì))。讓楊桃連續(xù)生長(zhǎng)、連續(xù)提取土壤鎘，連續(xù)收割其地上部， 土壤中的鎘含量不斷減少，直至正常水平。收割的地上部可進(jìn)行統(tǒng)一 處理，如直接在垃圾填埋區(qū)安全填埋或焚燒后填埋。實(shí)施例2:水體修復(fù)采收楊桃的成熟果實(shí)后，堆放3-5天，待果肉變軟、腐爛后，人 工取出種子，然后放置2-3天，待附在種子上的果膠腐爛后，用清水 漂洗干凈，即可陰干備用。將陰干的種子和河沙拌勻撒播在苗床上，蓋沙土厚0.6-0.8厘米， 澆水并覆一層塑料薄膜，以后保持苗床濕潤(rùn)，并注意防止老鼠和螞蟻 搬吃種子，在溫室中育苗，空氣相對(duì)濕度60 — 75%，溫度25 — 3(TC。溫室正常土壤中培育華南地區(qū)主要種植的4個(gè)楊桃品種(臺(tái)灣、馬來西亞、泰國(guó)和花地)的幼苗；待幼苗生長(zhǎng)至10 — 15厘米，移栽入設(shè)置有鎘污染水體的浮床，根部通過在浮床上鉆制的小孔，直接與污染水體接觸，生長(zhǎng)前期加海綿(或脫脂棉)于小孔中穩(wěn)固植株；水體
鎘本底含量l一25mg/L，施石灰調(diào)節(jié)pH至5 — 7。生長(zhǎng)3個(gè)月后， 保留樹干和部分枝葉(主要是新生的)，收獲枝葉的同時(shí)留下3—5厘 米長(zhǎng)的枝段。經(jīng)測(cè)定，第一次收獲的4個(gè)楊桃品種(臺(tái)灣、馬來西亞、 泰國(guó)和花地)其枝的鎘含量依次152.4-358.4， 116.4-615.6， 116.8-345.4 和152.3-381.8 mg/kg(以干重計(jì))；而葉的鎘含量也依次達(dá)到 183.4-454.7， 105.4-304.5， 100.2-284.8和220.9-421.8 mg/kg (以干重 計(jì))。讓楊桃連續(xù)生長(zhǎng)、連續(xù)提取水體中的鎘，連續(xù)收割其地上部， 水體中的鎘含量不斷減少，直至正常水平。收割的地上部可進(jìn)行統(tǒng) 一處理，如直接在垃圾填埋區(qū)安全填埋或焚燒后填埋。
權(quán)利要求
1.一種治理土壤或水體鎘污染的方法，其特征是將楊桃植入受鎘污染的土壤或水體中，吸收土壤或水體中的鎘。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是種植楊桃要控制土壤或水 體pH為5 7。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，楊桃在水體生長(zhǎng)支撐的處理為將楊桃植入浮床，根部通過浮床上鉆制的小孔直接與污染 水體接觸。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)楊桃的生長(zhǎng)情況， 定期收割枝葉進(jìn)行安全填埋或焚燒后填埋；收割時(shí)，保留樹干和新生 的枝葉，收獲枝葉的同時(shí)留下3 5厘米長(zhǎng)的枝段，使其能抽出新枝， 進(jìn)行持續(xù)提取，直至鎘含量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種治理土壤或水體鎘污染的方法。本發(fā)明利用能超富集鎘的木本植物楊桃(Averrhoa carambola L.)，活化并吸收污染土壤或水體中的鎘，連續(xù)收割其地上部，即可進(jìn)行連續(xù)提取，直至土壤或水體鎘含量達(dá)環(huán)境安全標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明所提供的方法具有成本低、修復(fù)效率高、易于推廣應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用本方法不會(huì)造成二次污染，同時(shí)修復(fù)進(jìn)程不會(huì)破壞土壤或水體生態(tài)系統(tǒng)，并有助于改善土壤或水體因鎘污染而引起的土壤或水體退化和生產(chǎn)力下降的狀況。
文檔編號(hào)C02F3/32GK101125338SQ200710030649
公開日2008年2月20日 申請(qǐng)日期2007年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月29日
發(fā)明者斌 廖, 李金天, 束文圣, 藍(lán)崇鈺 申請(qǐng)人:中山大學(xué)