翠蘆莉在修復土壤和/或水體鎘汙染中的應用的製作方法

2023-11-02 22:48:27 1

專利名稱：翠蘆莉在修復土壤和/或水體鎘汙染中的應用的製作方法
技術領域：
本發明屬於環境修復領域，特別涉及翠蘆莉在修復土壤和/或水體鎘汙染中的應用。
背景技術：
土壤和水體重金屬汙染已經引起了主要的環境和人類健康問題。隨著我國工業迅速發展，特別是礦山開採、金屬冶煉、化工、電子、電鍍和造革等行業的發展，產生了大量的重金屬汙染物，特別是富含鎘礦體的自然風化和相應的露天開採、冶煉等礦業活動，以及大量施用化肥、農藥等化工產品，導致了我國大面積的土壤和水體鎘重金屬汙染，礦山及冶煉廠周邊地帶尤為嚴重。過量暴露的鎘直接威脅人居環境及食品安全，通過飲水和食品，大量攝入的上述重金屬，具致癌致畸致突變以及幹擾激素內分泌等作用，危及居民健康和家畜安全。當前，可供治理土壤或水體重金屬汙染的方法主要有化學修復法、物理修復法及生物修復法。化學修復法和物理修復法包括客土(換土)法、沉澱法、淋洗法、電化法、磁化法。 這些物理或化學方法各有其優點，但一般都存在花費高、工程量較大、易造成二次汙染等問題。生物法有微生物和植物修複方法，微生物生物修復的局部成功僅局限於一些有機汙染物的降解，在處理金屬汙染物，特別是在土壤中並非有效。重金屬汙染的植物修復 (Phytoremediation)是利用具有特殊富集和降解能力的植物去除或降解環境中的重金屬或有機物質等汙染物，達到汙染治理與生態修復的目的。在重金屬汙染區域種植「超富集植物」，植物地下部可以迅速吸收和富集大量的重金屬，並運輸到植物上部，通過收割植物， 焚燒後回收重金屬，從而降低水體中重金屬的含量，實現治理重金屬汙染的目的。按照植物修復的過程和機理，可將植物修復技術分為植物提取技術(Wiytoextration)、植物揮發技術(Phytovolatilization)、植物固化技術(Phytostabilization)和根系過濾技術 (Rhizofiltration)四種類型。利用植物修復技術處理土壤和水體中重金屬汙染物是當今研究的發展趨勢和重點問題，不僅吸收效果好，成本低，還可以改善生態環境質量，目前能利用的植物主要有草本植物、木本植物等。從當前國內外植物提取技術研究與實踐進展來看，尚存在並需解決以下問題 (1)可供選擇的能富集重金屬鎘的植物品種較少；(2)被推薦優先使用的超富集植物 (hyperaccumulator)，普遍生物量偏低，重金屬的總體去除效率較低，同時還存在植物異地氣候適應等問題；C3)汙染土壤中重金屬生物有效性(bioavailability)有待提高；(4)從應用來看，我國植物修復技術尚處於起步階段，相關技術還處於實驗室或中試階段。因此， 仍需尋找能有效去除鎘的植物，將其用於修復環境中的鎘汙染
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的缺點與不足，提供翠蘆莉在修復土壤和/或水體鎘汙染中的應用。本發明的目的通過下述技術方案實現一種翠蘆莉在修復土壤和/或水體鎘汙染中的應用，是將翠蘆莉移植於受到鎘汙染的土壤和水體中，保留地下部，定期收割翠蘆莉的地上部，從而清除土壤或水體的鎘汙染；在受到鎘汙染的土壤和水體中種植翠蘆莉，可通過生物作用持續提取並活化土壤或水體中的鎘，同時向上運輸和轉運到達地上部，待地上部形成一定的生物量，定期收割，達到持續提取，持續轉移土壤或水體中的鎘的目的，從而周期清除土壤或水體鎘汙染；所述的翠蘆莉在修復土壤和/或水體鎘汙染中的應用，具體包括以下步驟(1)將受到鎘汙染的土壤的pH值控制為6 8 ；將受到鎘汙染的水體的pH值控制為5 7 ；(2)將翠蘆莉幼苗移植到步驟(1)調節好PH值的土壤和/或水體中；(3)定期收割地上部，土壤中一年收割3 4次，水體中一年收割5 6次；收割地上部時留茬3 5cm，讓翠蘆莉持續生長，持續收割翠蘆莉地上部，直到土壤或水體中鎘含量達環境安全標準。步驟(2)中所述的翠蘆莉(Ruellia brittoniana)原產於墨西哥自然生長在我國大部分地區的翠蘆莉，常年可採集到，其種子也較易發芽繁殖容易採集，該植物分類學特徵如下翠蘆莉(Ruellia brittonian)，爵床科Acanthaceae，挺水植物，有高性或矮性，株高20 60公分。莖略呈方形，紅褐色。單葉對生，線狀披針形。葉暗綠色，新葉及葉柄常呈紫紅色。葉全緣或疏鋸齒，葉長8 15cm，葉寬0. 5 1. Ocm ；花腋生，花徑3 5cm。花冠漏鬥狀，5裂，具放射狀條紋，細波浪狀，多藍紫色，少數粉色或白色，花期3 10月，開花不斷；春至秋季均能開花，花期極長，花謝花開，日日可見花，果實為長型蒴果，等到種子成熟後蒴果會裂開，散出細小如粉末狀的種子；培育、繁殖可採用播種、扦插或分株，春、秋季為適期。成熟種子落地能發芽成長。步驟O)中所述的翠蘆莉幼苗為播種、扦插或分株得到的翠蘆莉幼苗，優選為生長至5 8cm的翠蘆莉幼苗或是生長4 5周的由種子繁殖得到的翠蘆莉幼苗，包括野生的或是人工繁殖的；步驟O)中將所述的翠蘆莉幼苗移植到水體中，對翠蘆莉在水體中生長的支撐處理優選為將翠蘆莉幼苗植入浮床，根部通過浮床上鑽制的小孔直接與汙染水體接觸，生長前期加海綿或脫脂棉於小孔中穩固植株，處理過程中需要連續曝氣；步驟(3)中所述的定期收割地上部分更優選為每當翠蘆莉長到30 45cm高度時收割一次。本發明相對於現有技術具有如下的優點及效果(1)本發明發明人首次發現了翠蘆莉具有鎘富集的特性。經過研究，土壤中鎘濃度達到1. ang/kg，翠蘆莉的鎘吸收達到36. 8mg/kg,當自然水體中鎘的濃度達到0. lmg/L時， 翠蘆莉地上、地下部的鎘含量分別達到3. 5,89. 6mg/kg (乾重)，這說明翠蘆莉對土壤和水體中的鎘具有良好的吸收能力，其富集作用明顯。通過應用翠蘆莉提取汙染土壤或水體中的鎘，成本低，修復效率高，潛在經濟效益可觀。
(2)本發明所選用的翠蘆莉，容易繁殖、易形成大生物量、能同時耐受並富集多種金屬(主要為鎘)、抗病蟲害、多年生長等特點，適合於汙染土壤或水體的鎘汙染植物提取。(3)按照本發明應用方法的持續提取模式，簡化了修復土壤或水體鎘汙染的程序， 適合於推廣應用。(4)本發明建立的修復模式系綠色原位修復，所收穫的地上部進行集中安全填埋或焚燒，不會造成二次汙染，同時修復進程不會破壞土壤或水體生態環境，並有助於改善土壤因重金屬汙染而引起的土壤退化和生產力下降，恢復並提高土壤生物多樣性，對水體的修復可明顯改善水質。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。實施例1 土壤修復將從廣東水生植物種植場購買的翠蘆莉種子於去離子水中吸脹5小時，放置暗處 3天發芽後，於溫室營養土中培育，空氣相對溼度60%，溫度25°C。待翠蘆莉幼苗生長至 5 8cm，移栽入鎘汙染土壤，土壤鎘含量> 10mg/kg(即每公斤土壤中有IOmg以上的鎘)， 施石灰調節土壤的PH至6 7，行距15cm，株距10cm。生長4個月收穫地上部(翠蘆莉長到30 45cm高度)，留茬4 5cm。第一次收穫的翠蘆莉，經原子吸收測定地上部(乾重) 鎘為68. 5mg/kg(即每千克翠蘆莉生物質乾重中含有68. 5mg鎘)。翠蘆莉持續生長、持續提取土壤中的鎘，持續收割翠蘆莉地上部，土壤中的鎘含量不斷減少，直到汙染土壤鎘含量減少到正常土壤水平，土壤鎘汙染消除。實施例2 水體修復按實施例1培育好的翠蘆莉幼苗(幼苗的高度為5-8cm)移栽入設置於重金屬汙染水體的浮床，根部通過在浮床上鑽制的小孔，直接與汙染水體接觸，生長前期加海綿於小孔中穩固植株；水體加泵連續曝氣。當水體中Cd濃度為1. 5mg/L時，翠蘆莉地上部(乾重) Cd富集吸收含量為117mg/kg，地下部(乾重)Cd富集吸收含量為994.91mg/kg (達超富集吸收水平)。當水體中Cd濃度為2. Omg/L時，地上部(乾重)Cd富集吸收含量為219mg/ kg，地下部(乾重)Cd富集吸收含量為1168mg/kg。翠蘆莉可持續提取水體中的鎘，持續收割翠蘆莉地上部，水體中的鎘含量不斷減少，直到汙染水體中的鎘含量減少到正常水平，水體鎘汙染消除。上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.翠蘆莉在修復土壤和/或水體鎘汙染中的應用。
2.根據權利要求1所述的翠蘆莉在修復土壤和/或水體鎘汙染中的應用，其特徵在於是將翠蘆莉移植於受到鎘汙染的土壤和水體中，保留地下部，定期收割翠蘆莉的地上部，從而清除土壤或水體的鎘汙染。
3.根據權利要求2所述的翠蘆莉在修復土壤和/或水體鎘汙染中的應用，其特徵在於包括以下步驟(1)將受到鎘汙染的土壤的PH值控制為6 8；將受到鎘汙染的水體的pH值控制為 5 7 ；(2)將翠蘆莉幼苗移植到步驟⑴調節好PH值的土壤和/或水體中；(3)定期收割地上部，土壤中一年收割3 4次，水體中一年收割5 6次；收割地上部時留茬3 5cm，讓翠蘆莉持續生長，持續收割翠蘆莉地上部，直到土壤或水體中鎘含量達環境安全標準。
4.根據權利要求3所述的翠蘆莉在修復土壤和/或水體鎘汙染中的應用，其特徵在於 步驟O)中所述的翠蘆莉幼苗為生長至5 8cm的翠蘆莉幼苗或是生長4 5周的由種子繁殖得到的翠蘆莉幼苗。
5.根據權利要求3所述的翠蘆莉在修復土壤和/或水體鎘汙染中的應用，其特徵在於 步驟O)中將所述的翠蘆莉幼苗移植到水體中，對翠蘆莉在水體中生長的支撐處理為將翠蘆莉幼苗植入浮床，根部通過浮床上鑽制的小孔直接與汙染水體接觸，生長前期加海綿或脫脂棉於小孔中穩固植株，處理過程中需要連續曝氣。
6.根據權利要求3所述的翠蘆莉在修復土壤和/或水體鎘汙染中的應用，其特徵在於 步驟(3)中所述的定期收割地上部分為每當翠蘆莉長到30 45cm高度時收割。
全文摘要
本發明公開了翠蘆莉在修復土壤和/或水體鎘汙染中的應用，具體包括以下步驟將翠蘆莉移植於受到鎘汙染的土壤和水體中，保留地下部，定期收割翠蘆莉的地上部，從而清除土壤或水體的鎘汙染。本發明發明人發現翠蘆莉具有富集鎘的生物特性，由於翠蘆莉具有容易繁殖、易形成大生物量、能同時耐受並富集多種金屬(主要為鎘)、抗病蟲害、多年生長等特點，將翠蘆莉用於提取汙染土壤或水體中的鎘，成本低，修復效率高，潛在經濟效益可觀。按照本發明提供的持續提取模式，簡化了修復土壤或水體鎘汙染的程序，適合於推廣應用。
文檔編號C02F3/32GK102489498SQ201110373310
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月22日 優先權日2011年11月22日
發明者劉曉文, 方曉航, 楊竹, 魏東洋 申請人:環境保護部華南環境科學研究所