一種砷土壤汙染的原位修複方法
2023-05-01 16:05:41 2
一種砷土壤汙染的原位修複方法
【專利摘要】本發明屬於土壤重金屬汙染修復領域，具體的說是一種砷土壤汙染的原位修複方法。向待處理的砷汙染土壤中加入液體培養基，使待處理的砷汙染土壤處於還原環境，刺激土壤微生物生長，將砷從土壤固相分配至土壤液相中，並隨後遷移至耕作層以下並被固定在深層土壤中，從而實現砷汙染土壤的修復。本發明方法中通過一系列的生物化學反應使砷從土壤固相分配至土壤液相中，並隨後遷移至耕作層以下並被固定在深層土壤中，從而實現砷汙染土壤的修復。並且操作簡單，成本低廉且與傳統方法相比，更加安全可靠。
【專利說明】一種砷土壤汙染的原位修複方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於土壤重金屬汙染修復領域，具體的說是一種砷土壤汙染的原位修複方 法。
【背景技術】
[0002] 砷（As)是自然界中廣泛存在的有毒重金屬元素，由於自然和人為原因造成的砷汙 染是一個全球性的環境問題。土壤對砷具有較強的固持能力，很容易形成砷汙染和富集，據 調查，我國許多城市和工礦區土壤都受到不同程度的砷汙染，對生態環境、食品安全和人類 健康造成嚴重了的威脅。砷在土壤中主要以As (III)、As (V)形式存在，As (V)主要存在 於氧化性土壤中；而As (III)更多存在於還原性土壤中且較As (V)具有更強的遷移性。 目前砷汙染土壤的修復主要有工程措施、物理化學修復、植物修復等。這些方法各有優缺 點，其中原位微生物修復被認為是極具潛力的一種修複方法。土壤環境中有各種各樣的微 生物，通過創造有利的條件、刺激這些微生物的活性，可以改變砷在土壤中的賦存形態和遷 移性，使砷汙染土壤得到修復。以往的原位修複方法多集中於考慮降低砷遷移性，將砷固定 在土壤固相。然而被固定的砷往往在環境氧化還原條件發生波動時容易被重新釋放出來， 會對農作物和地下水造成潛在的(長期的）汙染和威脅。
【發明內容】
[0003] 本發明目的在於提供一種砷土壤汙染的原位修複方法。
[0004] 為實現上述目的，本發明採用的技術方案為：
[0005] -種砷土壤汙染的原位修複方法，向待處理的砷汙染土壤中加入液體培養基，使 待處理的砷汙染於還原環境，刺激土壤微生物生長，將砷從土壤固相分配至土壤液相中，並 隨後遷移至耕作層以下並被固定在深層土壤中，從而實現砷汙染土壤的修復。
[0006] 以0. 2-0. 5cm · 1Γ1的流速向待處理的砷汙染土壤中淋加液體培養基，使待處理的 砷汙染於還原環境，刺激土壤微生物生長，將砷從土壤固相分配至土壤液相中，並隨後遷移 至耕作層以下並被固定在深層土壤中，從而實現砷汙染土壤的修復。
[0007] 所述液體培養基按質量百分比計，2-10%的有機質、0. 01-1%的酵母浸粉、0. 2-10% 的無機鹽，餘量為水，pH值為6-8。
[0008] 所述有機質可為葡萄糖、乳酸鹽、有機肥、禽畜糞肥、農作物桔梗、農副產品、工農 業生產過程中的有機廢料中的一種或幾種的混合。
[0009] 無機鹽為 l-3mM 的 KH2P04, 2-6mM 的 NH4C1，5-10mM KC1，0· 5-2mM 的 CaCl2,10-30mM 的 NaCl，2-5mM 的 MgCl2 和 5-15mM 的 Na2S0廣。
[0010] 將液體培養基以〇. 2-0. 5cm · tr1的流速連續施加於待處理的砷汙染土壤中，淹沒 土壤使土壤水分飽和，使其氧氣含量很逐漸變小至趨向於〇,進而將砷在培養基中向土壤深 層遷移。
[0011] 本發明所具有的優點：本發明通過為砷汙染土壤創造還原條件並向其中添加營養 源和無機鹽等物質刺激土著微生物的活性，從而改變土壤中砷和相關礦物的形態，提高砷 的遷移性，將砷從土壤耕作層中遷移至深層土壤並被固定。由於深層土壤受擾動較小，被固 定於此處的砷更穩定，不易造成二次汙染。本發明發明操作簡單，成本低廉且與傳統方法相 t匕，更加安全可靠。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發明實施例提供的實驗條件下表層（0-20cm處）和深層（20-40cm處）液 相砷濃度隨時間變化曲線圖。
[0013] 圖2為本發明實施例提供的修復後固相砷各提取態含量隨土壤深度分布曲線圖。
[0014] 具體實施方法
[0015] 下面通過實施實例對本發明做進一步詳細介紹，以下實例只是用於說明而非限制 本發明。
[0016] 實施例1
[0017] 在實驗室條件下通過柱實驗模擬培養基添加對表層土壤砷的遷移情況：
[0018] 分層採集瀋陽張士 0-20, 20_40cm耕地土壤，其中砷背景值約為10mg · Kg'通過 向表層0_20cm人工添加 Na3As04 · 7H20得到含砷約45mg · Kg4的砷汙染表層土壤（以下稱 為原土 0-20)。
[0019] 液體培養基中各物質含量為：2mL · L-1乳酸鈉、ΚΗ2Ρ04 (1. OmM)、NH4C1 (4. 7mM)、 KC1 (6.7mM)、CaCl2*2H20 (0.9mM)、NaCl (17mM)、MgCl2.6H20 (3.0mM)，Na2S04 (10mM)，另 外添加酵母浸粉（O^g·!/1)(購自北京奧博星生物技術有限責任公司）。其中各物質用水 配製所得。同時還以水（電導率?6. 91 μ S · cnT1)作為對照組對土壤進行淋溶。
[0020] 以0. 342cm · 1Γ1的流速向表層土壤注入上述培養基，連續檢測表層土壤（0_20cm 處）和深層土壤（20-40cm處）流出液中As的形態和濃度(參見圖1)。
[0021] 運行一段時間後（96天)，分析表層土壤和深層土壤固相As的形態和含量(參見圖 2)。
[0022] 由圖1可知表層（20cm處）和深層（40cm處）液相砷濃度可以看出：
[0023] (1)、實驗組(培養基處理）表層土壤液相砷濃度遠遠高於控制組(水)，這表明培養 基促進了表層固相As向液相釋放；
[0024] (2)、深層土壤液相砷濃度較表層土壤低得多，這表明砷從表層土壤遷移至深層土 壤後被快速固定於深層土壤固相中，未經流出；
[0025] (3)、實驗組液相As (III) (33. 8%)比例遠遠高於控制組（8. 7%)，表明培養基促進 了 As的還原。
[0026] 由圖2固相砷含量隨土壤深度的分布可以看出：
[0027] (1)、控制組表層土壤（0-20cm)砷含量與原土相差不多，表明水對表層固相砷的遷 移作用不明顯；而在實驗組固相表層土壤中砷含量減少了一半以上，與圖1液相數據吻合， 表明了培養基作用下砷由表層土壤向深層土壤的遷移。
[0028] (2)、對固相砷進行化學連續提取發現：0-20cm 土壤處，控制組近一半吸附態As (AsP〇4)轉化為更穩定的HC1可提取態As (AsHa);而培養基處理組吸附態As (AsP〇4)含量降 低至原土的1/3左右，HC1可提取態As (Asrel)也有所降低。表明培養基可以"活化"表層 土壤的砷使之更容易向液相分配和遷移。
[0029] (3)固相20-40cm化學連續提取結果顯示，無論控制組還是實驗組AsHa含量都有 所上升，這是砷在深層土壤得到固定的原因。
[0030] 總之，培養基處理使得砷在表層土壤得到"活化"並向深層土壤遷移，而在深層土 壤因為營養物質的消耗，使得砷在深層土壤處被重新固定，從而使得砷的土壤汙染得到修 復。
[0031] 實施例2
[0032] 與實施例1不同之處在於，液體培養基中各物質含量為：10mM葡萄糖、lmL · Γ1乳 酸鈉、KH2P04 (2.0mM)、NH4Cl (5.0mM)、KCl (7.0mM)、CaCl2.2H20 (1.0mM)、NaCl (20mM)、 MgCl2 · 6H20 (3. OmM)和Na2S04 (15mM);另外添加酵母浸粉（0. 6g · L-1)。其中各物質用水 配製所得。並以〇. 2cm · IT1的流速向表層土壤注入上述培養基。
[0033] 實施例3
[0034] 與實施例1不同之處在於，
[0035] 液體培養基中各物質含量為：葡萄糖（10mM)、KH2P04 (3. 0mM)、NH4Cl (6. OmM)、KCl (10.0mM)、CaCl2.2H20 (2.0mM)、NaCl (30mM)、MgCl2.6H20 (5.0mM)和 Na2S04 (10mM)，另 外添加酵母浸粉（l.Og·!^1)。其中各物質用水配製所得。並以0.5cm 的流速向表層 土壤注入上述培養基，
[0036] 本發明還可以用其他多種實施例，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發 明進行適當的潤飾和改進，這些潤飾和改進也應視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1. 一種砷土壤汙染的原位修複方法，其特徵在於：向待處理的砷汙染土壤中加入液體 培養基，使待處理的砷汙染土壤處於還原環境，刺激土壤微生物生長，將砷從土壤固相分配 至土壤液相中，並隨後遷移至耕作層以下並被固定在深層土壤中，從而實現砷汙染土壤的 修復。
2. 按權利要求1所述的砷土壤汙染的原位修複方法，其特徵在於：以0. 2-0. 5cm · 1Γ1 的流速向待處理的砷汙染土壤中淋加液體培養基，使待處理的砷汙染於還原環境，刺激土 壤微生物生長，將砷從土壤固相分配至土壤液相中，並隨後遷移至耕作層以下並被固定在 深層土壤中，從而實現砷汙染土壤的修復。
3. 按權利要求1或2所述的砷土壤汙染的原位修複方法，其特徵在於：所述液體培養 基按質量百分比計，2-10%的有機質、0. 01-1%的酵母浸粉、0. 2-10%的無機鹽，餘量為水，pH 值為6-8。
4. 按權利要求3所述的砷土壤汙染的原位修複方法，其特徵在於：所述有機質可為葡 萄糖、乳酸鹽、有機肥、禽畜糞肥、農作物桔梗、農副產品、工農業生產過程中的有機廢料中 的一種或幾種的混合。
5. 按權利要求3所述的砷土壤汙染的原位修複方法，其特徵在於：無機鹽為l-3mM的 KH2P04, 2-6mM 的 NH4C1，5-10mM KC1，0· 5-2mM 的 CaCl2,10-30mM 的 NaCl，2-5mM 的 MgCl2 和 5-15mM 的 Na2SO廣。
6. 按權利要求3所述的砷土壤汙染的原位修複方法，其特徵在於：將液體培養基以 0. 2-0. 5cm · 1Γ1的流速連續施加於待處理的砷汙染土壤中，淹沒土壤使土壤水分飽和，使砷 在培養基的流動下向土壤深層遷移。
【文檔編號】B09C1/10GK104056856SQ201310086323
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年3月18日 優先權日:2013年3月18日
【發明者】賈永鋒, 宋雨, 許麗英, 王少峰 申請人:中國科學院瀋陽應用生態研究所