利用過(guò)硫酸鹽氧化聯(lián)合黑麥草修復(fù)芘污染濕地土壤的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多環(huán)芳烴芘污染濕地土壤的修復(fù)方法，特別是一種利用過(guò)硫酸鹽氧化聯(lián)合黑麥草修復(fù)芘污染濕地土壤的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)快速發(fā)展的石油、煤氣和化工等行業(yè)，在締造飛速發(fā)展的國(guó)民經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，也為環(huán)境帶來(lái)很大危害。多環(huán)芳烴污染是這些行業(yè)帶來(lái)的主要污染之一，多環(huán)芳烴進(jìn)入大氣后，可通過(guò)化學(xué)反應(yīng)、降塵、降雨、降雪等過(guò)程進(jìn)入土壤及水體中。濕地是地球之腎，濕地土壤是人類社會(huì)賴以生存和從事某些生產(chǎn)活動(dòng)的必需場(chǎng)所，是保持良好生態(tài)環(huán)境不可或缺的自然資源。在某種程度上，濕地土壤也很脆弱，很容易被人類活動(dòng)所影響、損害，隨著近年來(lái)國(guó)內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人類活動(dòng)導(dǎo)致的濕地土壤污染日益加劇，尤其是一些大型河流的岸邊濕地土壤環(huán)境由于繁忙的航運(yùn)活動(dòng)造成的芘污染狀況是非常嚴(yán)峻的。
[0003]現(xiàn)有的芘污染濕地土壤的修復(fù)方法有物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)等，傳統(tǒng)的物理化學(xué)修復(fù)方法成本高且容易帶來(lái)二次污染，微生物修復(fù)方法可能會(huì)對(duì)土壤和地下水造成生物性污染。化學(xué)氧化修復(fù)如芬頓氧化、過(guò)硫酸鹽氧化等，因其具有修復(fù)效率高、時(shí)間短、對(duì)污染物類型和濃度不敏感等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于多環(huán)芳烴污染場(chǎng)地的修復(fù)。植物修復(fù)作為一種環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)可靠的修復(fù)技術(shù)，在濕地土壤污染修復(fù)領(lǐng)域得到了廣泛的研宄。因此，將生物手段和化學(xué)手段相結(jié)合將是研宄和實(shí)踐應(yīng)用的必然趨勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的之一在于提供一種利用過(guò)硫酸鹽氧化聯(lián)合黑麥草修復(fù)芘污染濕地土壤的方法。
[0005]本發(fā)明的目的之二在于提供實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種利用過(guò)硫酸鹽氧化加黑麥草植物修復(fù)芘污染濕地土壤的方法，其特征在于該方法的具體步驟為:
a.將過(guò)硫酸鹽配制成濃度為0.05-0.1OmmoI/L的水溶液；
b.將土壤溫度加熱55~65°C的溫度下，將步驟a所得溶液加入到土壤中，使溶液通過(guò)重力作用和毛細(xì)現(xiàn)象透過(guò)受芘污染的濕地土壤對(duì)受污染土壤進(jìn)行氧化反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為4-7天；控制溶液流經(jīng)土壤的速度為:8~10 cm/h ;所述的溶液與土壤的固液比例為1/2~1/3 ；
c.以每平方米100~120棵的密度，在步驟b所得土壤上種植黑麥草進(jìn)行植物修復(fù)。
[0007]上述的過(guò)硫酸鹽有:過(guò)硫酸鈉或過(guò)硫酸鉀。
[0008]一種實(shí)現(xiàn)上述的利用過(guò)硫酸鹽氧化加黑麥草植物修復(fù)芘污染濕地土壤的方法的裝置，包括氧化桶(I )和溫控裝置(II)，其特征在于所述的氧化桶(I )的結(jié)構(gòu)為:桶體(I)的一端開口，底部為斗狀，該斗狀底內(nèi)填充礫石，下端連接濾液收集室(4)，在所述的濾液收集室(4)和斗狀底之間有篩板(8)，所述的濾液收集室(4)下端與閥門(5)相接；所述的溫控裝置(II)是由加熱帶(2)和溫控部分組成，所述的加熱帶以纏繞的方式纏繞在桶體(I)的外圍；所述的溫度部分是利用溫度傳感器探測(cè)氧化裝置內(nèi)土壤的溫度，控制加熱帶通電與斷電的方式實(shí)現(xiàn)溫度控制。
[0009]本發(fā)明設(shè)計(jì)了利用過(guò)硫酸鹽氧化芘污染濕地土壤的裝置，采用活化效率最高的方式以氧化去除土壤中的多環(huán)芳烴芘。將黑麥草在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)催芽后，以每平方米100~120棵的種植密度點(diǎn)播于經(jīng)過(guò)硫酸鹽氧化修復(fù)過(guò)的濕地土壤中，采用室內(nèi)盆栽培養(yǎng)，60天后采樣分析。
[0010]在芘污染的濕地土壤中種植黑麥草，通過(guò)黑麥草的吸收與代謝，促進(jìn)土著微生物對(duì)濕地土壤中芘的降解，實(shí)現(xiàn)降解消除濕地土壤中芘的目的。
[0011]用植物來(lái)修復(fù)芘污染的濕地土壤，與傳統(tǒng)方法相比，投資少、工程量、專業(yè)技術(shù)要求不高，而且作為一種綠色原位修復(fù)技術(shù)，所獲得的生物量可以集中處理，降低了二次污染的可能性，同時(shí)修復(fù)過(guò)程不會(huì)破壞所修復(fù)地點(diǎn)的生態(tài)環(huán)境，反而有助于改善因污染引起的濕地土壤退化等問(wèn)題，從而恢復(fù)被污染濕地的生物多樣性，在一定程度上，黑麥草還可以提高修復(fù)后濕地環(huán)境的景觀效應(yīng)。另外若將黑麥草的生物量部分能源再利用，就有了更好的資源效益。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1用于研宄利用過(guò)硫酸鹽氧化土壤芘污染的模擬裝置
圖2過(guò)硫酸鹽氧化處理對(duì)植物地上部分和地下部分鮮重的影響化圖3化學(xué)氧化聯(lián)合黑麥草修復(fù)過(guò)程中芘的濃度變化圖4不同處理組中的多酚氧化酶(PPO)、脫氫酶(DHA)和過(guò)氧化氫酶(CAT )活性。
【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施例子1:對(duì)受芘污染的濕地土壤通過(guò)優(yōu)化后的過(guò)硫酸鹽氧化進(jìn)行前期制備過(guò)硫酸鹽對(duì)土壤芘的氧化在一個(gè)帶有溫度控制的裝置中進(jìn)行。參見圖1中的裝置為一種用于研宄利用過(guò)硫酸鹽氧化土壤芘污染的模擬裝置，包括氧化桶(I )和溫控裝置(II)。氧污染土放置在化桶(I )的桶體I中。桶體I的斗狀底連接濾液收集室4，斗狀底和濾液收集室之間之間有篩板8隔開；濾液收集室4下端與閥門5相接，斗狀底內(nèi)填充礫石。溫控裝置(II)是由加熱帶2和溫控部分組成，加熱帶環(huán)繞在桶體I的外圍；溫控部分是一個(gè)機(jī)械式的控溫設(shè)備，該設(shè)備可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求設(shè)置所需的溫度。
[0014]將過(guò)硫酸鈉配制成濃度為0.083mmol/L的溶液，按固液比為1:3的比例，將溶液加入到土壤中?？刂仆寥罍囟仍?0°C左右，氧化開始后，溶液經(jīng)過(guò)重力作用和毛細(xì)現(xiàn)象透過(guò)土壤層，由斗狀底收集進(jìn)入濾液收集室4，濾液收集室4和斗狀底閥門5的大小可以控制土壤顆粒孔隙水的水流速度；加熱帶以纏繞的方式外圍加熱為桶體加熱。
[0015]實(shí)施例子2:黑麥草修復(fù)芘污染濕地土壤模擬試驗(yàn)
先將黑麥草種植6在供試土壤中。種植密度為每平方米100棵。根據(jù)所采用土壤處理的不同可以把盆栽樣品分為不同的處理組:未污染土壤種植植物(CNP)、污染土壤且無(wú)氧化處理種植植物(CKP)、污染土壤+氧化處理(0D)、污染土壤+氧化處理+淋洗(0W)、污染土壤+氧化處理+淋洗+植物(OWP)、污染土壤+氧化+淋洗+植物+施肥(OWFP)。同時(shí)隨機(jī)更換盆缽在溫室中的位置。每種處理做三個(gè)平行樣。在實(shí)驗(yàn)種植及培養(yǎng)的整個(gè)培養(yǎng)過(guò)程中應(yīng)注意水分添加以保證模擬的濕地環(huán)境，并注意觀察模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程中黑麥草的生長(zhǎng)狀況；整個(gè)培養(yǎng)周期為60天，實(shí)驗(yàn)60天后取樣分析。
[0016]植物樣用自來(lái)水充分沖洗以去除粘附于植物樣品上的泥土和污物，然后用去離子水沖洗，用濾紙吸取水分，測(cè)定其鮮重后在_65°C的冰箱內(nèi)保存待分析。
[0017]實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下:
(I)過(guò)硫酸鹽氧化處理對(duì)植物地上部分和地下部分鮮重的影響圖2顯示了受污染的土壤對(duì)植物的地上部分和地下部分鮮重有一定程度的抑制作用。而氧化處理使得植物地上部分與地下部分鮮重的比值上升。
[0018](2)化學(xué)氧化聯(lián)合黑麥草修復(fù)下芘的濃度變化
圖3顯示了過(guò)硫酸鹽氧化是一個(gè)較為劇烈的化學(xué)氧化過(guò)程，經(jīng)過(guò)60°C活化處理，約50%的芘被去除。同時(shí)，未經(jīng)過(guò)氧化處理的土壤經(jīng)過(guò)60天的自然衰減后，芘降解量很少，其濃度維持在較高的水平，約430 mg/kg。通過(guò)氧化處理和黑麥草修復(fù)處理后，土壤中芘的濃度降低至 130 mg/kg ο
[0019](3)不同處理組下的多酚氧化酶(ΡΡ0)、脫氫酶(DHA)和過(guò)氧化氫酶(CAT)活性圖4顯示了經(jīng)過(guò)氧化處理后，多酚氧化酶(PPO)和脫氫酶(DHA)的活性均顯著的下降，
而土壤過(guò)氧化氫酶(CAT)的活性明顯增大。通過(guò)60天的黑麥草種植，PPO和DHA的活性均可以恢復(fù)到最初的水平，但是CAT的活性仍維持在較高的水平。
[0020]通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)研宄結(jié)果證明本發(fā)明提供的一種利用過(guò)硫酸鹽氧化聯(lián)合黑麥草修復(fù)芘污染濕地土壤的方法是可行的，并具有良好的應(yīng)用潛力。該方法與傳統(tǒng)的污染濕地土壤的物理化學(xué)方法相比，具有修復(fù)效率高、費(fèi)用低、可操作性強(qiáng)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)小等特點(diǎn)，且具有良好的環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，為芘污染濕地土壤環(huán)境修復(fù)提供了一種新的方法。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用過(guò)硫酸鹽氧化加黑麥草植物修復(fù)芘污染濕地土壤的方法，其特征在于該方法的具體步驟為: a.將過(guò)硫酸鹽配制成濃度為0.05-0.1Ommo I/L的水溶液； b.將土壤溫度加熱55~65°C的溫度下，將步驟a所得溶液加入到土壤中，使溶液通過(guò)重力作用和毛細(xì)現(xiàn)象透過(guò)受芘污染的濕地土壤對(duì)受污染土壤進(jìn)行氧化反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為4-7天；控制溶液流經(jīng)土壤的速度為:8~10 cm/h ;所述的溶液與土壤的固液比例為1/2~1/3 ； c.以每平方米100~120棵的密度，在步驟b所得土壤上種植黑麥草進(jìn)行植物修復(fù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用過(guò)硫酸鹽氧化加黑麥草植物修復(fù)芘污染濕地土壤的方法，其特征在于所述的過(guò)硫酸鹽有:過(guò)硫酸鈉、過(guò)硫酸鉀。
3.一種實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用過(guò)硫酸鹽氧化加黑麥草植物修復(fù)芘污染濕地土壤的方法的裝置，包括氧化桶(I )和溫控裝置(II)，其特征在于所述的氧化桶(I)的結(jié)構(gòu)為:桶體(I)的一端開口，底部為斗狀，該斗狀底內(nèi)填充礫石，下端連接濾液收集室(4)，在所述的濾液收集室(4)和斗狀底之間有篩板(8)，所述的濾液收集室(4)下端與閥門(5)相接；所述的溫控裝置(II)是由加熱帶(2)和溫控部分組成，所述的加熱帶以纏繞的方式纏繞在桶體(I)的外圍；所述的溫度部分是利用溫度傳感器探測(cè)氧化裝置內(nèi)土壤的溫度，控制加熱帶通電與斷電的方式實(shí)現(xiàn)溫度控制。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用過(guò)硫酸鹽氧化聯(lián)合黑麥草修復(fù)芘污染濕地土壤的方法和裝置，主要是以黑麥草為材料，結(jié)合過(guò)硫酸鹽氧化修復(fù)芘污染濕地土壤的技術(shù)。本發(fā)明采用活化效率最高的方式，加熱來(lái)活化過(guò)硫酸鹽氧化去除濕地土壤中的芘。將黑麥草在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)催芽后，以每平方米100~120棵的種植密度點(diǎn)播于過(guò)硫酸鹽氧化修復(fù)過(guò)的濕地土壤中，采用室內(nèi)盆栽培養(yǎng)，60天后采樣分析。該方法與傳統(tǒng)的污染濕地土壤的物理化學(xué)方法相比，具有修復(fù)效率高、費(fèi)用低、可操作性強(qiáng)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)小等特點(diǎn)，且具有良好的環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，為芘污染濕地土壤環(huán)境修復(fù)提供了一種新的方法。
【IPC分類】B09C1-08, B09C1-00
【公開號(hào)】CN104874597
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510336000
【發(fā)明人】劉曉艷, 李紅兵, 朱水平, 陳梟, 殷甜甜, 陶愷赟, 侯蕓蕓
【申請(qǐng)人】上海大學(xué)
【公開日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2015年6月17日