專利名稱：一種修復(fù)多環(huán)芳烴污染土壤的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及污染土壤的修復(fù)方法，具體涉及一種修復(fù)PAHs污染土壤的方法。
背景技術(shù)：
(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAHs) rS^^Ti^^F, 是最早被發(fā)現(xiàn)且數(shù)量最多的致癌物，目前已發(fā)現(xiàn)的致癌性PAHs及其衍生物已超過400種。 由于其生物毒性、生物蓄積性和半揮發(fā)性，PAHs作為一類具有代表性的持久性有機(jī)污染物 (Persistent Organic Pollutants，POPs)，已受到各國政府和科學(xué)界的廣泛關(guān)注。1976年 美國環(huán)保局(USEPA)提出的129種“優(yōu)先污染物”中，PAHs類化合物就有16種；爾后歐盟 將6種PAHs作為主控污染物；1990年我國國家環(huán)?？偩謱?種致癌性PAHs列入中國環(huán)境 優(yōu)先污染物黑名單。土壤環(huán)境中的PAHs來源非常廣泛，包括工業(yè)源、交通源、農(nóng)業(yè)源和自然源等，大多 來自大氣沉降、污水灌溉、固體廢棄物填埋滲漏、油田開采以及石油產(chǎn)品的大量使用等。隨 著礦物燃料消耗量與日劇增，近100 150年來世界各地土壤PAHs含量呈逐年上升趨勢。近年來，越來越多的農(nóng)田土壤環(huán)境受到PAHs的嚴(yán)重污染。2005年的調(diào)查結(jié)果表 明，長江三角洲地區(qū)主要類型土壤表層中15種PAHs總量可高達(dá)3881 μ g/kg，有一半農(nóng)田 土壤中的總量高于200 μ g/kg (大大高于加拿大的農(nóng)業(yè)土壤PAHs標(biāo)準(zhǔn)100 μ g/kg)，已經(jīng)被 PAHs污染。在珠江三角洲地區(qū)，2004年和2005年調(diào)查結(jié)果表明，廣州市周邊菜地土壤受到 PAHs污染，16種PAHs含量在42 3077 μ g/kg之間，以菲、熒蒽、芘、苯并[b]熒蒽為主，絕 大部分農(nóng)田土壤中的PAHs含量在200 μ g/kg以上，已達(dá)中度污染程度。土壤中的PAHs可以由植物根系吸收而進(jìn)入植物體，植物體也可經(jīng)葉片吸收由土 壤揮發(fā)到大氣中的PAHs，并在植物體內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)運(yùn)、部分代謝和積累，通過食物鏈的富集與傳 遞，危及人體健康。近兩年的數(shù)據(jù)顯示，我國主要品種茶葉中16種PAHs的總濃度為323 8800 μ g/kg，其中3 4環(huán)占77. 7% 98. 7%。天津污灌菜地的蔬菜中PAHs高達(dá)1690 μ g/ kg，而且葉片中PAHs是根中的6. 5倍。有研究顯示，白菜和西紅柿中強(qiáng)致癌物苯并[a]芘 分別為1. 31 12. 36 μ g/kg和0. 84 4. 34 μ g/kg。由此可見，PAHs污染已嚴(yán)重威脅到農(nóng) 產(chǎn)品質(zhì)量安全，開展農(nóng)田土壤PAHs污染的控制與修復(fù)已成為我國亟需開展的重要環(huán)境保 護(hù)工作之一，也是我國新農(nóng)村建設(shè)和健康和諧發(fā)展的迫切需求。蚯蚓是土壤中的大型動(dòng)物，在陸地生態(tài)系統(tǒng)中占有非常重要的地位。它們參與土 壤有機(jī)質(zhì)的分解和養(yǎng)分循環(huán)，其取食活動(dòng)直接或間接地對土壤起到了機(jī)械翻動(dòng)的作用，并 改善了土壤的結(jié)構(gòu)、通氣性和透水性，使土壤迅速熟化。蚯蚓在陸地食物鏈較重要，因而常 常用作土壤生態(tài)毒理的標(biāo)志物種，并能富集高濃度污染物。土壤中PAHs的有效性與污染物 種類、基質(zhì)和基質(zhì)中生物體三者間的相互作用有關(guān)。一方面，在PAHs污染土壤中，蚯蚓受pH 值及其它土壤屬性的影響，且對其中某些污染物只能耐受很低范圍的濃度；另一方面，蚯蚓 長期存在，能影響土壤中PAHs的生物有效性，可提取出的菲、苯并[b]蒽含量降低。這些研 究表明，蚯蚓能改變土壤中PAHs的存在形態(tài)，從而可能對植物在PAHs污染土壤中生長或吸收PAHs產(chǎn)生影響。PAHs污染土壤的修復(fù)已成為國際土壤環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。近年來，在歐、美 等發(fā)達(dá)國家，PAHs污染土壤的修復(fù)特別是原位微生物修復(fù)技術(shù)、植物_微生物聯(lián)合修復(fù)技 術(shù)、物化強(qiáng)化生物修復(fù)技術(shù)以及生態(tài)調(diào)控與監(jiān)測技術(shù)已成為土壤有機(jī)污染環(huán)境修復(fù)中的研
J Ll ^^ O這些技術(shù)在PAHs污染土壤的修復(fù)應(yīng)用中各有其優(yōu)缺點(diǎn)，尤其是借重微生物菌種 的作用進(jìn)行PAHs污染土壤強(qiáng)化生物修復(fù)時(shí)，常常令人擔(dān)心實(shí)驗(yàn)室內(nèi)篩選獲得的微生物菌 種接種到野外污染土壤后其活性是否穩(wěn)定、功能是否能發(fā)揮出來，基于此原因，微生物聯(lián)合 植物修復(fù)PAHs污染土壤這項(xiàng)技術(shù)多停留在實(shí)驗(yàn)室階段，還不能應(yīng)用于野外PAHs污染土壤 的修復(fù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種修復(fù)PAHs污染土壤的方法。本發(fā)明提供的修復(fù)PAHs污染土壤的方法，選自以下任一1)為向PAHs污染土壤中施用發(fā)酵牛糞及接種蚯蚓；2)為向PAHs污染土壤中施用發(fā)酵牛糞及接種蚯蚓并種植南瓜。進(jìn)一步的，施用發(fā)酵牛糞量為0. 20 0. 50kg/m2，通過翻土的方式使得牛糞覆蓋于 表層土壤下；接種蚯蚓為20 40條/m2，同樣需把剛施放的蚯蚓覆蓋于土壤下，并澆上少許 水。發(fā)酵牛糞的方法可為將新鮮牛糞，在25 35°C條件下發(fā)酵合適的時(shí)間如一周后， 移出在通風(fēng)良好的室內(nèi)自然風(fēng)干，保存?zhèn)溆?。通過該方法，可確保發(fā)酵牛糞中微生物群落的 活性。蚯蚓優(yōu)選容易獲得的赤子愛勝蚓(Eisermia foetida)，選擇環(huán)帶明顯、大小基本 一致的健康蚯蚓備用。進(jìn)一步的，接種蚯蚓的小區(qū)外圍設(shè)有用于小區(qū)內(nèi)雨水排放和防止蚯蚓逃逸到其它 區(qū)域的溝渠，溝渠的寬度和深度可為20cmX25 30cm。進(jìn)一步的，接種蚯蚓的小區(qū)邊緣設(shè)有防止蚯蚓逃逸的塑料膜。較佳的，所述塑料膜 垂直于地面設(shè)立，地表以下部分的寬度為18-25cm，地表以上部分的寬度為25-35cm。具體 做法可為把塑料膜剪成寬度為50-60cm，長度不限，其中塑料膜寬度的18-25cm埋于小區(qū)的 邊緣土壤中，接近每個(gè)小區(qū)的溝渠即可，且埋入地下的塑料膜部分要確保是呈現(xiàn)與地面為 垂直方向伸展開來，而不是以隨意卷曲方式埋入地下；余下的25-35cm用竹竿夾住，呈現(xiàn)垂 直于地表的方向立于地表之上，從而能有效避免接種蚯蚓的逃逸。本發(fā)明的方法中，用于PAHs污染土壤修復(fù)的植物為南瓜(Cucurbita moschataM. Var. JingoiKsquash))，種植南瓜時(shí)，密度比普通農(nóng)業(yè)方式稍高，如移播密度約為 40CmX40Cm，并采用支架牽引南瓜藤，防止南瓜藤直接匍匐在地面上。具體可在每棵南瓜旁 用竹竿搭建架子，牽引南瓜藤于架子上，此種種植方式有利于防止南瓜藤因匍匐于地面相 互纏繞、遮蓋而導(dǎo)致的死亡，提高南瓜的種植密度和最終生物量。南瓜生物量的提高，將直 接利于南瓜吸入農(nóng)田土壤中PAHs量升高，最終提高南瓜_蚯蚓_牛糞技術(shù)修復(fù)PAHs污染 土壤的效率。
本發(fā)明選用發(fā)酵過的牛糞，聯(lián)合植物-土壤動(dòng)物(蚯蚓)修復(fù)PAHs污染土壤，可充 分發(fā)揮發(fā)酵牛糞中所含多種微生物菌種的作用，且這些菌種與牛糞介質(zhì)共存，施用到土壤 后，有助于這些微生物菌種獲得穩(wěn)定的營養(yǎng)物質(zhì)以適應(yīng)陌生的環(huán)境條件及PAHs污染土壤 時(shí)，并在PAHs污染土壤中能基本保持其活性。而土壤大型動(dòng)物_蚯蚓在土壤中除了能改變 PAHs的生物有效性，同時(shí)因其在土壤中運(yùn)動(dòng)而使得土壤中通氣量增加，使得牛糞中好氧微 生物充分發(fā)揮作用，從而提高PAHs的降解效率。結(jié)合特定植物能從土壤中有效吸收PAHs的 功能、及其根際代謝物將給微生物、蚯蚓提供養(yǎng)料，從而使得本技術(shù)綜合微生物_動(dòng)物_植 物的功能，性能穩(wěn)定，操作不難，無二次污染，具有推廣應(yīng)用于野外修復(fù)PAHs污染土壤的價(jià) 值。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，接種蚯蚓和添加入發(fā)酵過的牛糞用于修復(fù)PAHs污染土 壤，其中發(fā)酵過的牛糞在PAHs污染土壤中可發(fā)揮二種核心功能①發(fā)揮發(fā)酵的牛糞中所含 豐富的微生物種群作用。生態(tài)修復(fù)PAHs污染土壤的核心是來自于微生物的作用，發(fā)酵牛 糞施于PAHs污染土壤中，豐富的微生物群落將加快土壤中PAHs的降解，從而提高修復(fù)效 率。②發(fā)酵牛糞的營養(yǎng)成分利于植物和微生物使用，從而提高根際微生物群落的活性，促 進(jìn)微生物在降解農(nóng)田土壤中PAHs，利于植物-微生物高效聯(lián)合修復(fù)PAHs污染土壤；同時(shí)供 蚯蚓食用，利于蚯蚓在PAHs污染農(nóng)田土壤中存活。接種蚯蚓的目的主要為一是通過代謝 牛糞，形成蚓糞，而蚓糞非常利于植物吸收其所含的養(yǎng)分，供給植物生長，從而利于植物在 PAHs污染農(nóng)田土壤中生長的同時(shí)，促進(jìn)植物從土壤中吸收PAHs ；二是通過蚯蚓在土壤中的 運(yùn)動(dòng)，能攜帶牛糞中的微生物菌群在土壤中擴(kuò)散，充分發(fā)揮牛糞中微生物菌群降解PAHs的 功能，提高土壤中PAHs的降解率；三是蚯蚓在土壤中運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)了土壤中通氣量的變化，提 高了土壤中的含氧量，從而利于好氧微生物降解土壤中的PAHs。通過本方法，能有效地提高 污染土壤中PAHs降解率，從而能快速提高修復(fù)PAHs污染土壤。該方法是通過生物技術(shù)及 施用有機(jī)肥的方式，不涉及任何危險(xiǎn)藥品，操作簡單，因而是一種環(huán)境友好、技術(shù)安全、無二 次污染的技術(shù)。


圖1接種蚯蚓和施用牛糞對土壤中PAHs降解的影響CK-對照；E-接種蚯蚓；D-施用牛糞；ED-接種蚯蚓和施用牛糞；Ant-蒽；BaP-苯并(a)芘；Bper-苯并(g，h, i)茈圖2種植南瓜后接種蚯蚓和施用牛糞對土壤中PAHs降解的影響CK-對照；E-接種蚯蚓；D-施用牛糞；ED-接種蚯蚓和施用牛糞；Ant-蒽；BaP-苯并(a)芘；Bper-苯并(g, h, i)茈圖3種植南瓜后接種蚯蚓和施用牛糞對大田土壤中PAHs降解的影響CK-對照；E-接種蚯蚓；D-施用牛糞；ED-接種蚯蚓和施用牛糞；Ant-蒽；BaP-苯并(a)芘；Bper-苯并(g, h, i)茈圖4實(shí)施例2和3的工藝路線圖
具體實(shí)施例方式以下列舉具體實(shí)施例以進(jìn)一步闡述本發(fā)明，應(yīng)理解實(shí)例并非用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例1室內(nèi)土壤培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)1. 1材料與方法供試土壤選用無錫某地的受工業(yè)廢水污染農(nóng)田的表層土壤(0 20cm)，剔除植 物根系、石礫等雜物，過0.9mm不銹鋼篩，混勻備用。該土壤的基本化學(xué)性質(zhì)如下有機(jī)質(zhì) 19. 2g · kg—1，全 N 1. 29g · kg-1，全 P 0. 48g · kg-1，全 K 14. 2g· kg、水解 N 78. 4mg · kg-1， 速效 P 3. 56mg · kg-1，速效 K 86. Omg · kg-1, PAHs 17. 3mg · kg-1, pH 6. 1。供試蚯蚓供試蚯蚓為赤子愛勝蚓(Eisenia foetida)，購自南京某養(yǎng)殖場.試驗(yàn) 前進(jìn)行預(yù)培養(yǎng)，選擇環(huán)帶明顯、大小基本一致的健康蚯蚓。牛糞新鮮牛糞取回實(shí)驗(yàn)室后，恒溫28°C條件下發(fā)酵一周，移出在通風(fēng)良好的室 內(nèi)自然風(fēng)干，保存?zhèn)溆?。?shí)驗(yàn)設(shè)置實(shí)驗(yàn)以陶瓷盆培養(yǎng)的模式進(jìn)行，共設(shè)接種蚯蚓(E)、施用發(fā)酵牛糞(C) 及對照共三個(gè)處理，每個(gè)處理三個(gè)重復(fù)。盆底采用100目尼龍布墊底，每盆裝供試土壤lkg， 發(fā)酵牛糞層施，發(fā)酵牛糞施用量IOg/盆，接種蚯蚓，所有盆均置于24h有光條件下連續(xù)10d。 每盆施蚯蚓10條。在整個(gè)這期間，每天澆蒸餾水，維持土壤含水率約為田間最大持水量的 80%。所有盆隨機(jī)排列于室內(nèi)。10周后取樣分析土壤中PAHs的降解率。土壤樣品分析土壤樣品過20目。取2g樣品于25ml玻璃離心管中(濕土要先加 入2g過20目篩的無水硫酸鈉，充分混勻)，加入IOml 二氯甲烷，蓋緊后，于超聲水浴中超 聲萃取Ih ；以4000rpm離心IOmin ；取3ml上清液過2g硅膠柱凈化，并用Iml 1 1的二 氯甲烷和正己烷溶液洗脫；洗脫液收集至旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)瓶，40°C恒溫下濃縮至干，用乙腈定容到 2ml，過0. 22 μ m孔徑濾膜后，高效液相色譜測定含量。色譜條件高效液相色譜儀(Waters 公司，USA) PAHs專用柱(4. 6mmX 250mm)，柱溫30°C，流速1. OmLmin,熒光檢測器。測定條件 見表1。表1高效液相色譜測定條件
波長 時(shí) 間 /min激發(fā)波長 /nm發(fā)射波長/nm流動(dòng)相 時(shí)間/min乙腈/%水/%0.02243300.060408.027032311.099111.025036025.0604012.425042035.0604015.027038516.728041022.4305480 1. 2 結(jié)果
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以PAHs中的蒽(Ant)、苯并(a)芘(BaP)、苯并(g，h，i)茈(Bper)為例，如圖1 所示，添加發(fā)酵牛糞和接種蚯蚓均能不同程度地促進(jìn)土壤中蒽、苯并(a)芘、苯并(g，h，i) 茈的降解，尤其是接種蚯蚓及其聯(lián)合使用牛糞的處理，對土壤中PAHs降解的促進(jìn)作用較顯 著。因此，施用牛糞和接種蚯蚓有助于提高土壤中PAHs的降解率，可用于PAHs污染土壤的 修復(fù)。實(shí)施例2溫室盆栽實(shí)驗(yàn)1. 1材料與方法供試土壤同實(shí)施案例1。供試蚯蟲引同實(shí)施案例1 ；牛糞同實(shí)施案例1;供試植物用于PAHs污染土壤修復(fù)的植物為南瓜(Cucurbita moschata M. Var. Jingou (squash))，從購買的南瓜種子中挑選出大小相差不大的飽滿顆粒，均勻撒在墊有 紗布的托盤中，每4h用噴霧器噴灑少量水，確保紗布表面無干燥特征顯現(xiàn)。在室溫下催 芽48h。催芽后的南瓜種子均勻播種于含水率均勻的土壤中，2周后苗備用。移播密度為 40cmX40cm。結(jié)果分析土壤樣品采集與分析同實(shí)施案例1。1. 2 結(jié)果如圖2所示，種植南瓜后，接種蚯蚓和施用牛糞處理的土壤中蒽、苯并(a)芘、苯并 (g，h，i)茈均低于對照處理，可見施用牛糞和接種蚯蚓有利于促進(jìn)土壤中PAHs的降解；與 實(shí)施案例1的結(jié)果相比，相同的處理的土壤中蒽、苯并(a)芘、苯并(g，h，i)茈均顯著降低， 可見種植南瓜后，結(jié)合牛糞和蚯蚓的作用，顯著提高修復(fù)PAHs污染土壤的效率。實(shí)施例3南京某地大田實(shí)驗(yàn)1. 1材料與方法野外大田位于南京郊區(qū)某工廠附近。多環(huán)芳烴污染源主要為寶鋼煉鋼爐廢氣、粉 塵排放和國道汽車尾氣排放。采用多點(diǎn)采樣法對土壤基本理化性質(zhì)及多環(huán)芳烴污染情況進(jìn) 行調(diào)查。土壤基本理化性質(zhì)如下pH值(H2O) 6. 4，有機(jī)質(zhì)19. 2mg · kg_\全Ni. 29mg · kg—1， 全 P0. 48mg · kg-1,全 K14. 2mg · kg-1,速效 Ρ3· 56mg · kg-1,速效 K86. Omg · kg-1, PAHs 為 1396mg · kg-1。供試蚯蚓同實(shí)施案例1。牛糞同實(shí)施案例1。供試植物同樣選用南瓜為供試植物，南瓜苗準(zhǔn)備同實(shí)施案例2。樣品分析土壤樣品采集與分析同實(shí)施案例1。1. 2 結(jié)果如圖3所示，種植南瓜后，接種蚯蚓和施用牛糞均能促進(jìn)土壤中蒽、苯并(a)芘、苯 并(g，h，i)茈的降低，尤其是接種蚯蚓和施用秸稈的聯(lián)合作用，能顯著提高土壤中PAHs的 降解效率。因此，用植物(南瓜)修復(fù)PAHs污染土壤時(shí)，結(jié)合施用牛糞和接種蚯蚓技術(shù)，有 利于提高土壤中PAHs的降解率，從而提高南瓜修復(fù)PAHs污染土壤的效率。
權(quán)利要求
一種修復(fù)PAHs污染土壤的方法，選自以下任一1)向PAHs污染土壤中施用發(fā)酵牛糞及接種蚯蚓；2)向PAHs污染土壤中施用發(fā)酵牛糞及接種蚯蚓并種植南瓜。
2.如權(quán)利要求1所述修復(fù)PAHs污染土壤的方法，其特征在于，施用發(fā)酵牛糞量為 0. 20-0. 50kg/m2 ；接種蚯蚓為 20-40 條 /m2。
3.如權(quán)利要求1所述修復(fù)PAHs污染土壤的方法，其特征在于，所述發(fā)酵牛糞為將新鮮 牛糞在25-35°C條件下發(fā)酵合適的時(shí)間后自然風(fēng)干獲得。
4.如權(quán)利要求1所述修復(fù)PAHs污染土壤的方法，其特征在于，所述蚯蚓為赤子愛勝蚓。
5.如權(quán)利要求1所述修復(fù)PAHs污染土壤的方法，其特征在于，接種蚯蚓的小區(qū)外圍設(shè) 有用于小區(qū)內(nèi)雨水排放和防止蚯蚓逃逸到其它區(qū)域的溝渠。
6.如權(quán)利要求5所述修復(fù)PAHs污染土壤的方法，其特征在于，接種蚯蚓的小區(qū)邊緣還 設(shè)有防止蚯蚓逃逸的塑料膜。
7.如權(quán)利要求6所述修復(fù)PAHs污染土壤的方法，其特征在于，所述塑料膜垂直于地面 設(shè)立，地表以下部分的寬度為18-25cm，地表以上部分的寬度為25-35cm。
8.如權(quán)利要求1所述修復(fù)PAHs污染土壤的方法，其特征在于，種植南瓜時(shí)，密度比普通 農(nóng)業(yè)方式稍高，并采用支架牽引南瓜藤，防止南瓜藤直接匍匐在地面上。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種修復(fù)PAHs污染土壤的方法，通過利用土壤動(dòng)物-植物-農(nóng)業(yè)固體廢棄物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，其中土壤動(dòng)物為蚯蚓，植物為南瓜，農(nóng)業(yè)固體廢棄物為發(fā)酵牛糞，共同修復(fù)PAHs污染農(nóng)田土壤。結(jié)果表明，通過土壤動(dòng)物-植物-發(fā)酵牛糞的聯(lián)合作用，與不接種蚯蚓或施用發(fā)酵牛糞的處理相比，本方法能有效提高土壤中PAHs的降解率，提高的降解率因多環(huán)芳烴環(huán)數(shù)的不同而異。因此，本技術(shù)相對于傳統(tǒng)技術(shù)而言，通過向土壤中接種蚯蚓及施用發(fā)酵牛糞，將極大提高PAHs污染農(nóng)田土壤的修復(fù)效率，簡單易行，環(huán)境友好，無二次污染，并有助于解決PAHs污染農(nóng)田土壤問題，對于保護(hù)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全具有重要意義。
文檔編號B09C1/00GK101947541SQ20101050741
公開日2011年1月19日 申請日期2010年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月14日
發(fā)明者林先貴, 王一明, 白建峰, 秦華, 胡君利 申請人:上海第二工業(yè)大學(xué)