一种利用交流电场辅助东南景天修复重金属土壤的方法

摘要

本发明公开了一种利用交流电场辅助东南景天修复重金属土壤的方法，该方法包括取东南景天植株，以有机物料作为基肥，移栽至待修复土壤上；以重量份计，所述有机物料的组分为：泥炭土100份，豆粕渣50～75份，椰康15～20份，炭化稻谷壳10～15份，酒渣12～16份；在待修复土壤中施加交流电，电压强度为0.4～1.1V/cm，通电时间为15～20天，每天通电5～8h。本发明通过对重金属土壤施加特定电压强度和通电时间的交流电，并配合特定有机物料辅助东南景天植株修复重金属土壤，能够显著提高土壤中重金属的迁移效率以及植株地上部对重金属的积累量，从而提高重金属土壤修复效率。

说明书

技术领域

本发明涉及环境污染多技术联合处理技术领域，尤其涉及一种利用交流电场辅助东南景天修复重金属土壤的方法。

背景技术

目前，土壤污染修复的方法主要有理化修复法和生物修复法；例如，传统的换土法、化学淋洗和生物修复等。由于存在成本高、易引起二次污染或破坏土壤结构等缺陷，这些方法难以进行大面积重金属污染土壤的修复。

植物修复法，虽然绿色环保，但大多数重金属难以定向的向超积累植物的根际进行移动，所述，很难持续地保持修复效率。单一的电动力学修复法，虽然有修复效率高，后处理方便等优点，但是，由于该方法受成本和操作等因素的制约，所以会影响其实际的应用前景。

电动修复技术与植物修复技术的联合有助于加快植物对重金属元素的吸收以及转运到植物地上部，从而实现修复效率的提高。直流电场-植物联合修复方法，是基于两边电极电位的差异而产生电压的，通过在污染土壤两侧施加直流电压，从而形成电场梯度，使土壤中的重金属发生变化，在电场作用下通过电迁移、电渗流或电泳的方式向电极两端移动，在此过程中，植物对重金属进行吸收，从而达到修复污染土壤的目的。

申请公布号为CN102125927A的发明专利申请文献公开了一种受重金属污染土壤的修复方法，该方法采用的装置中有一对插入土壤的电极，其插入深度取0.5米；对处在电极之间的植物根部施加短间隔时间改变电极性的直流弱电场激励；所述短间隔时间为3～5小时；所述直流弱电场是0.1～1mA/cm²；并按以下步骤实施：(1)栽培修复植物；(2)测定污染土壤中重金属浓度，确定土壤重金属污染区域；(3)划出需要修复的土壤区域，构筑修复带与隔离带；(4)安置电极及电极控制系统；(5)种植修复植物；(6)施加电场；(7)重复步骤(6)；直至土壤中的重金属浓度降至要求范围；(8)隔离带改为修复带，原修复带改为隔离带；重复步骤(5)～(7)。该方法在植物根系区域施加弱场并切换极性，促进土壤中重金属污染物的解吸和迁移，促进植物对污染物的吸收和积累。

但是，由于带电颗粒的定向移动，会导致两极偏酸或偏碱，不利于植物生长，所以，在处理过程中需要更换电极极性。而交流电场-植物联合修复法因采用了交流电而不至于发生两极偏酸或偏碱的情况，有利于植物地生长。

申请公布号为CN103406347A的发明专利申请文献公开了一种可用于富集土壤中重金属及有机物的方法，该方法通过搭建电动富集系统在土壤中形成电场，通过电渗流、电迁移作用将土壤中的重金属富集在某一区域，然后进行分离、提纯；所述电动富集系统由可调控直流电源、阳极室、阴极室、土壤、电极、阳离子交换膜组成；阳极室及阳极、阴极室及阴极位于电动反应系统的两侧，土壤位于两电极的中间，阴极室与土壤之间设置阳离子交换膜，可调控直流电源连接阳极与阴极；还需在电场两端配制电解液；所述电解液是水、酸溶液、 化学络合剂EDTA溶液中的一种，溶液浓度为0.01～1.0mol/L；所述方法是将化学络合剂EDTA加入到阴极室，作为电动反应的阴极控制液。

然而，现有的电动-植物修复装置大多只局限于实验室使用，而且又受到制作昂贵、材料特殊(一般实验室都使用石墨电极)等因素的影响，所以较难将此技术推广到野外大田进行实验。

因此，探究一种更为简便可行的交流电场-植物修复方法，从而提高超积累植物在治理重技术污染土壤方面的效果，成为亟待解决的热点问题。

发明内容

本发明提供了一种利用交流电场辅助东南景天修复重金属土壤的方法，该方法能够有效提高东南景天治理重金属污染土壤的效率，且便于应用推广。

一种利用交流电场辅助东南景天修复重金属土壤的方法，包括：

(1)取东南景天植株，以有机物料作为基肥，移栽至待修复土壤上；

以重量份计，所述有机物料的组分为：泥炭土 100份，豆粕渣 50～75份，椰康 15～20份，炭化稻谷壳 10～15份，酒渣 12～16份；

(2)在待修复土壤中施加交流电，电压强度为0.4～1.1V/cm，通电时间为15～20天，每天通电5～8h。

作为优选，以重量份计，所述有机物料的组分为：泥炭土 100份，豆粕渣 60份，椰康 16份，炭化稻谷壳 12份，酒渣 14份；所述有机物料的施用量为1500～3000kg/亩。

东南景天植株的选育对后续重金属土壤的修复有影响，作为优选，步骤(1)中，所述东南景天植株的选育方法为：选取长度3～6cm的东南景天枝条，去除顶芽，将带叶片的枝条进行扦插培养，获得已生根且根系长度为3～5cm、植株高度为10～15cm的东南景天植株。

为进一步选育出更优的东南景天植株，以提高东南景天对土壤中重金属的吸收能力，作为优选，所述扦插培养的条件为：光照强度为80～85％，温度为20～25℃，空气湿度为60～65％。

植株移栽至重金属土壤时移栽密度和深度对后续重金属的迁移和吸收有重要作用，作为优选，步骤(1)中，所述植株移栽的密度为3cm×5cm，植株移栽深度为5～10cm。

经实验发现，将植株移栽深度进行调整，设置不同移栽深度能够进一步提高植株对重金属积累，从而提高修复效率。作为优选，步骤(1)中，相邻两排植株移栽深度不同，分别为5～6cm和8～10cm。

作为优选，施加交流电压时，电极插入深度为20～30cm，相连电极的间距为30～40cm。

作为优选，步骤(2)中，以0.4～0.7V/cm的电压强度通电3～5h后，停止通电0.5～1h，再以0.8～1.1V/cm的电压强度通电2～3h。

进一步地，步骤(2)中，每通电3天，停止通电1天，共通电25～35天。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过对重金属土壤施加特定电压强度和通电时间的交流电，并配合特定有机物料辅助东南景天植株修复重金属土壤，能够显著提高土壤中重金属的迁移效率以及植株地上部 对重金属的积累量，从而提高重金属土壤修复效率。

具体实施方式

下面通过实施案例，对本发明作进一步的说明。

实施例1

1、实验材料及场地：

(1)供试土壤：采自浙江省富阳市环山乡某一小高炉周边重金属严重污染的土壤(以下简称“富阳土”)，所取土壤皆为0～20cm的表层土壤，置于阴凉处风干，过5mm筛备用。

该供试土壤中重金属背景含量为：全量重金属含量分别为：全Cu为1183.48mg/kg，全Zn为2403.15mg/kg，全Pb为817.75mg/kg，全Cd为13.15mg/kg，有效态重金属含量分别为：Cu的有效态含量为768.73mg/kg，Zn的有效态含量为1140.36mg/kg，Pb的有效态含量为515.01mg/kg，Cd的有效态含量为2.61mg/kg。

(2)供试植株：取自浙江省衢州市一古老铅锌矿的重金属超积累植物东南景天(Sedumalfredii Hance)，经人工选育后作为供试材料；

(3)供试设备：购于上海稳压厂的TDGC2-0.5KVA交流变压器。

(4)供试场地：浙江农林大学东湖校区。

2、试验预备和样品采集

(1)将过5mm筛的来自杭州市某地区的污染土装入尺寸为900×640×480mm的塑料盆中，每盆土壤使用量为240kg(确保土层厚度超过20cm，模拟大田环境)。

(2)将选育好的东南景天植株移栽入盆中，在植物生长过程中，定期浇水保证每盆土壤的含水率维持在田间持水量的60％。

(3)安装交流电压控制系统；

其中，交流电压控制系统包括：交流变压器、电极板(铁片)，电极板通过导线和导线夹与交流变压器相连。

(4)待植株封行后，进行土壤样品和植物样品的采集。

其中，土壤样品主要采集植物根际土壤，采集的土样经自然风干后，粉碎，过筛。用于速效养分和pH测定的样品过10目筛，其它指标过100目筛。植物样品采集后，用蒸馏水洗净，吸水纸吸干表面水，测定鲜重；再置于75℃下烘干至恒重，测定其干物质量，最后用玛瑙研钵磨碎，过10目筛供分析测定。

3、利用交流电场辅助东南景天修复重金属土壤的方法，具体步骤如下：

(1)选取长度6cm的东南景天枝条，去除顶芽，将带叶片的枝条在光照强度为80％，温度为25℃，空气湿度为65％的条件下进行扦插培养，获得已生根且根系长度为4cm、植株高度为12cm的东南景天植株。

(2)以有机物料作为基肥，将所述植株移栽至待修复的重金属土壤中，进行栽培；

其中，以重量份计，所述有机物料的组分为：泥炭土100份，豆粕渣60份，椰康16份，炭化稻谷壳12份，酒渣14份；有机物料的施用量为2500kg/亩(即：3.75kg/m²)；

植株移栽的密度为3cm×5cm，相邻两排植株移栽深度不同，分别为6cm和9cm。

(3)在重金属土壤中施加交流电压，施加交流电压时，电极插入深度为25cm，相邻电极的间距为35cm；以0.5V/cm的电压强度通电4h后，停止通电1h，再以1.0V/cm的电压强度通电3h；每通电3天，停止通电1天，共通电30天。

实施例2

本实施例与实施例1中实验材料及场地、试验预备和样品采集的内容相同，且采用间歇施压的方式，其区别仅在于：以1V/cm的电压强度通电4h后，停止通电1h，再以0.8V/cm的电压强度通电3h；每通电3天，停止通电1天，共通电30天，总通电时间与实施例1相同。

实施例3

本实施例与实施例1中实验材料及场地、试验预备和样品采集的内容相同，且采用间歇施压的方式，其区别仅在于：间歇施压前后，电压不变，均为0.5V/cm，总通电时间与实施例1相同。

对比例1

本对比例与实施例1中实验材料及场地、试验预备和样品采集的内容相同，其区别仅在于：不施加电压。

实施例4

本实施例与实施例1中实验材料及场地、试验预备和样品采集的内容相同，其区别仅在于：采用连续施压的方式，即：每天以1V/cm的电压强度通电4h后，再以0.8V/cm的电压强度通电3h，共通电30天，总通电时间与实施例1相同。

对比例2

本对比例与实施例1中实验材料及场地、试验预备和样品采集的内容相同，其区别仅在于：不采用上述有机物料作为基肥，而采用常规的东南景天栽培过程中的无机肥料，即：尿素；但肥料添加量相同。

试验结果

测定采用上述土壤修复方法后，土壤中重金属有效态的含量以及植物地上部重金属的浓度。

结果如下：

表1 不同处理对土壤重金属有效态含量的影响(mg/kg)

注：表中不同小写字母表示处理间差异显著(P＜0.05)，下同。

表2 不同处理植物地上部重金属浓度(mg/kg)

注：表中不同小写字母表示处理间差异显著(P＜0.05)，下同。