一種地下水污染的植物修復(fù)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種地下水污染的植物修復(fù)方法，包括：以污染源為中心調(diào)查周邊地下水污染環(huán)境，模擬污染羽形狀特點(diǎn)，確定污染點(diǎn)，進(jìn)行布井；向井內(nèi)放置限塑膜，并向膜內(nèi)添加栽培基質(zhì)，將修復(fù)植物栽種于栽培基質(zhì)中；所述限塑膜為兩端開口的中空柱狀結(jié)構(gòu)，頂部與地面平齊，底部深入至地下土壤與地下水位的交界處，能夠周向包圍修復(fù)植株的根系，限制其橫向生長(zhǎng)；栽培修復(fù)植物，直至土壤達(dá)標(biāo)。本發(fā)明根據(jù)污染羽的特點(diǎn)，在特定污染點(diǎn)上種植修復(fù)植物，并在修復(fù)植物外周設(shè)置了限塑膜，使修復(fù)植物能夠更合理地向污染的地下水生長(zhǎng)，提高了修復(fù)效率，實(shí)現(xiàn)了高效地下水原位修復(fù)的目的。
【專利說(shuō)明】
一種地下水污染的植物修復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及污染環(huán)境修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種地下水污染的植物修復(fù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 經(jīng)過(guò)幾十年的工業(yè)化進(jìn)程，大量工廠因?yàn)閲?yán)重污染而被關(guān)停。經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，絕大 多數(shù)工廠均存在不同程度的污染，而且由于污染時(shí)間長(zhǎng)、地質(zhì)地形復(fù)雜多樣，污染情況更加 復(fù)雜。受污染的土壤一方面將直接污染地下水，給人們?cè)斐捎盟C(jī)，另一方面污染物隨地 下水轉(zhuǎn)移，不僅污染地下土壤，而且也可能對(duì)地勢(shì)較低的地表帶來(lái)嚴(yán)重的生態(tài)危機(jī)。
[0003] 污染物進(jìn)入到土壤飽和帶以后隨著水流方向形成明顯的污染羽。由于污染羽位于 地下較深處，水體流經(jīng)的土壤同樣遭受污染，難以通過(guò)短期的工程手段完成修復(fù)目標(biāo)。因 此，現(xiàn)有工程實(shí)施通過(guò)在地下水下游處開挖水井，將污染地下水抽出后通過(guò)異位污水處理 工藝，獲得較好處理效果。但此法需要長(zhǎng)期抽水并轉(zhuǎn)運(yùn)處理，能耗高、成本巨大，修復(fù)后土壤 中的污染物仍然可能再次浸出超標(biāo)，修復(fù)效果不穩(wěn)定。
[0004] 目前，采用植物修復(fù)方法對(duì)地下水污染進(jìn)行治理的研究報(bào)道較多，例如：
[0005] 申請(qǐng)公布號(hào)為CN104607448A的發(fā)明專利申請(qǐng)文獻(xiàn)公開了一種修復(fù)Cd污染的土壤 或水體的方法，該方法采用南黃堇作為植物材料對(duì)Cd污染的土壤或水體進(jìn)行修復(fù)，步驟如 下：1)將南黃堇幼苗移植到Cd污染的土壤或水體中，在南黃堇之后的生長(zhǎng)過(guò)程中保持土壤 或水體的PH值在5~8之間；2)定期收割南黃堇的地上或水上部分，持續(xù)至土壤或水體中的 Cd含量達(dá)到環(huán)境質(zhì)量要求。該方法可持續(xù)提取土壤及水體中的鎘，從而清除土壤或水體中 的鎘污染。
[0006] 申請(qǐng)公布號(hào)為CN104692531A的發(fā)明專利申請(qǐng)文獻(xiàn)公開了一種地下水重金屬污染 修復(fù)裝置，該裝置由抽水系統(tǒng)、布水系統(tǒng)、吸附反應(yīng)區(qū)、植物修復(fù)區(qū)、快速滲流區(qū)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 組成;其中，抽水系統(tǒng)包括:抽水井，深入目標(biāo)含水層，抽水栗安裝在抽水井的進(jìn)口或位于目 標(biāo)含水層水位面以下，抽水管插設(shè)在井篩中間，過(guò)濾網(wǎng)安裝于抽水管的取水點(diǎn)處;布水系統(tǒng) 包括:若干根導(dǎo)水管，其一端均與抽水管連接并呈圓形輻射狀均勻分布，弧形布水管連接導(dǎo) 水管末端，弧形布水管上設(shè)有多個(gè)出水孔，布水系統(tǒng)設(shè)置于吸附反應(yīng)區(qū)上部填料層中；吸附 反應(yīng)區(qū)是由對(duì)重金屬有吸附作用的介質(zhì)填料填充而成，吸附反應(yīng)區(qū)側(cè)面和底部設(shè)有防滲 層;植物修復(fù)區(qū)位于吸附反應(yīng)區(qū)上方，為一層土壤，植物修復(fù)區(qū)的土壤層表面種植可富集重 金屬的植物;快速滲流區(qū)位于抽水井的井管外圍，填充有沸石和石英砂;監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括一處 水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)和兩處水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。
[0007] 上述方法對(duì)于如何更合理地調(diào)整修復(fù)植物根系生長(zhǎng)情況的研究較少。因此，有必 要針對(duì)修復(fù)植物根系的生長(zhǎng)及走向進(jìn)行研究，以確保植物根系能夠更有效處理污染水體， 提高水體修復(fù)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明提供了一種地下水污染的植物修復(fù)方法，該方法能夠合理地調(diào)整修復(fù)植物 根系生長(zhǎng)，提高污染水體修復(fù)效率。
[0009] -種地下水污染的植物修復(fù)方法，包括：
[0010] (1)以污染源為中心調(diào)查周邊地下水污染環(huán)境，模擬污染羽形狀特點(diǎn)，確定污染 點(diǎn)，進(jìn)行布井；
[0011] (2)向井內(nèi)放置限塑膜，并向膜內(nèi)添加栽培基質(zhì)，將修復(fù)植物栽種于栽培基質(zhì)中；
[0012] 所述限塑膜為兩端開口的中空柱狀結(jié)構(gòu)，頂部與地面平齊，底部深入至地下土壤 與地下水位的交界處，能夠周向包圍修復(fù)植株的根系，限制其橫向生長(zhǎng)；
[0013] (3)栽培修復(fù)植物，直至土壤達(dá)標(biāo)。
[0014] 所述限塑膜采用不透水的材質(zhì)，能夠?qū)⑿迯?fù)植物的根系限制在指定范圍內(nèi)。作為 優(yōu)選，所述限塑膜為筒狀，且直徑為〇. 6~0.8m，深度彡6m。
[0015] 作為優(yōu)選，所述限塑膜的材質(zhì)為高密度聚乙烯；該材料防滲、防腐，可避免四周水 源的滲入且使用時(shí)間長(zhǎng)。
[0016] 為提高修復(fù)效果，需要充分利用土壤、水份、空氣等因素引導(dǎo)根系向深層土壤生 長(zhǎng)；當(dāng)根系生長(zhǎng)到限塑膜底部時(shí)，即主要吸收利用污染地下水層的水，在蒸騰作用下，將污 染地下水吸至地上部，污染物實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)移，在植物體內(nèi)降解或通過(guò)樹葉揮發(fā)出去，從而實(shí) 現(xiàn)對(duì)地下水的原位修復(fù)。
[0017] 作為優(yōu)選，所述栽培基質(zhì)沿縱向分為若干層，從上至下，栽培基質(zhì)的含沙量逐層降 低，有機(jī)質(zhì)含量逐層增加。
[0018] 更優(yōu)選，所述栽培基質(zhì)分為五層，從上至下，各層的含砂量依次為75~95%、55~ 65%、35~45%、25~34%、5~15%，有機(jī)質(zhì)含量依次為5~15%、16~25%、26~35%、36~ 45%、46 ~55%。
[0019] 上述栽培基質(zhì)的層次設(shè)計(jì)有利于植物根系的生長(zhǎng)且不斷地向深層土壤延伸。
[0020] 此外，作為優(yōu)選，向所述限塑膜的內(nèi)部豎直穿插用于為栽培基質(zhì)提供水和空氣的 輸送管;便于向植物根系澆水，同時(shí)利用根系向水性引導(dǎo)根系向更深地土層生長(zhǎng);在植物生 長(zhǎng)前期，主要用來(lái)澆水，在植物正常存活，根系自主吸水后，此輸送管主要作為通氣管，有助 于滿足植物根系對(duì)空氣的需要。
[0021 ]作為優(yōu)選，所述輸送管上開設(shè)有若干輸送孔。
[0022] 作為優(yōu)選，所述輸送管上等間隔設(shè)置輸送孔。
[0023] 作為優(yōu)選，所述輸送管的同一高度上設(shè)置若干個(gè)等孔徑的輸送孔。
[0024] 進(jìn)一步地，所述輸送管的直徑為10~15cm;所述輸送孔的直徑為0.8~1.0cm。所述 輸送管直接插入至與限塑膜平齊的底部。
[0025] 為了避免栽培基質(zhì)進(jìn)入輸送管的輸送孔中，包裹一層10目的不銹鋼絲網(wǎng)（孔徑為 2mm)。另外，在填入栽培基質(zhì)時(shí)，所有栽培基質(zhì)的含水量均為75~85%，有利于植物的存活， 也可避免砂質(zhì)材料通過(guò)小孔進(jìn)入輸送孔中。
[0026] 修復(fù)植物的種植初期，需要定時(shí)向地表澆水，待植物成功存活后通過(guò)輸送管進(jìn)行 澆水，經(jīng)常觀測(cè)植物生長(zhǎng)情況，及時(shí)補(bǔ)充水分，保證植物正常存活。
[0027]植物存活后，需要將限塑膜頂部進(jìn)行封口處理，以避免雨水從頂部進(jìn)入。作為優(yōu) 選，所述限塑膜的頂部設(shè)有防滲膜，防滲膜上開設(shè)有供輸送管穿過(guò)的開口。
[0028]作為優(yōu)選，所述污染點(diǎn)的確定方法包括:選取所述污染羽的深度在6~IOm以內(nèi)的 區(qū)域，從該區(qū)域內(nèi)確定污染點(diǎn)。
[0029] 作為優(yōu)選，所述修復(fù)植物為楊樹或柳樹。此類樹木的根系扎入土壤較深，選著樹齡 兩年以上的樹種，易于存活、吸水且去污能力強(qiáng)。
[0030] 具體地，所述楊樹為新疆楊或灰楊；所述柳樹為Salix fragilis L.或Salix nigra〇
[0031] 根據(jù)種植植物樹冠的大小，在植物生長(zhǎng)不相互影響的前提下，盡可能密集地的種 植植物，作為優(yōu)選，所述修復(fù)植物的株距為5~8m。
[0032] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0033] 本發(fā)明根據(jù)污染羽的特點(diǎn)，在特定污染點(diǎn)上種植修復(fù)植物，并在修復(fù)植物外周設(shè) 置了限塑膜，使修復(fù)植物能夠更合理地向污染的地下水生長(zhǎng)，提高了修復(fù)效率，實(shí)現(xiàn)了高效 地下水原位修復(fù)的目的。
【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1為地下水污染區(qū)域示意圖；
[0035] 圖2為針對(duì)地下水污染的植物修復(fù)的示意圖。
[0036] 其中，1、修復(fù)植株;2、限塑膜;3、栽培基質(zhì);4、輸送管;5、輸送孔;6、防滲膜；
[0037] A為地上部;B為非飽和帶;H為地下水飽和帶。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步解釋。
[0039] 實(shí)施例1
[0040]以楊樹(新疆楊)為修復(fù)植物，進(jìn)行試驗(yàn)。
[0041 ] -種地下水污染的植物修復(fù)方法，具體包括以下步驟：
[0042] (1)以污染源為中心，對(duì)周邊土壤地下水中的污染物種類、深度和濃度進(jìn)行調(diào)查， 根據(jù)污染物調(diào)查結(jié)果，通過(guò)Surfer軟件模擬制作三維污染羽的形狀特點(diǎn)，（如圖1所示）。 [0043] (2)選擇污染羽深度為6~IOm以內(nèi)范圍的污染點(diǎn)，開挖直徑為0.7m，深度至地下土 壤與地下水位交界處的深井。
[0044] (3)向井內(nèi)放置兩端開口的中空筒狀結(jié)構(gòu)的高密度聚乙烯限塑膜，使限塑膜外壁 貼靠深井內(nèi)壁，并使限塑膜頂部與地面平齊，底部伸入至深井底部。
[0045] (4)向限塑膜內(nèi)添加含水量均為80%的栽培基質(zhì)，其中，栽培基質(zhì)沿縱向分為等高 度的五層，從上至下，各層的含黃砂量依次為80%、60%、40%、30%、10%，有機(jī)質(zhì)(糞肥)含 量依次為10 %，20 %，30 %，40 %，50 % ;其余組分為普通粘土。
[0046] (5)再將兩年以上樹齡的楊樹移栽至栽培基質(zhì)中，種植深度在1.5~2m之間，株距 為6m，進(jìn)行栽培。
[0047] (6)栽培期間，向限塑膜的內(nèi)部豎直穿插一根用于為栽培基質(zhì)提供水和空氣的輸 送管，輸送管上開設(shè)有等間隔設(shè)置的輸送孔，且同一高度上設(shè)置有若干個(gè)等孔徑的輸送孔， 輸送管直徑為12cm、輸送孔直徑為0 · 8cm 〇
[0048] 修復(fù)植物的種植初期，定時(shí)向地表澆水直至植物移栽成功，植物存活后，通過(guò)防滲 膜將限塑膜頂部進(jìn)行封口，防滲膜上開設(shè)有供輸送管穿過(guò)的開口，再通過(guò)輸送管進(jìn)行灌水， 每次灌水量為20L，第1個(gè)月每天一次，第2個(gè)月每周兩次，第3-4個(gè)月每周1次，之后視樹木的 成活狀況酌情灌水，使樹木能夠正常存活。在不進(jìn)行灌水時(shí)，輸送管作為通氣管路為栽培基 質(zhì)提供空氣。
[0049] (7)依據(jù)步驟(6)，持續(xù)栽培修復(fù)植物楊樹，直至土壤達(dá)標(biāo)。
[0050] 根據(jù)上述種植方法，修復(fù)植物種植1年左右即可存活，2~3年內(nèi)其根系即可達(dá)到污 染區(qū)域的邊緣。當(dāng)所種植的楊樹根系達(dá)到污染區(qū)域以后，植物根系即可從地下水中獲取水 分，并將地下水中的污染物吸收轉(zhuǎn)運(yùn)至植物地上部，通過(guò)檢測(cè)地上部枝葉、莖部及地下部根 系中污染物的含量，判斷重金屬和有機(jī)污染物的含量。
[0051] 植物種植的場(chǎng)地為典型工業(yè)污染場(chǎng)地，污染物包括鎘、鋅、鉛和銅等重金屬、三氯 乙烯、硝基苯、苯系物、多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴；經(jīng)檢測(cè)，其中，鎘濃度為9.8mg/L，鋅濃度為 210mg/L，鉛濃度為230mg/L，銅濃度為185mg/L;三氯乙烯和硝基苯的平均濃度為21mg/L和 39mg/L;苯系物的平均污染濃度為15.3mg/L;多氯聯(lián)苯的平均濃度為19.6mg/L;多環(huán)芳經(jīng)的 平均污染濃度為7.4mg/L。
[0052] 檢測(cè)楊樹對(duì)污染的地下水中重金屬和有機(jī)質(zhì)的吸收情況。
[0053]具體檢測(cè)方法如下:取修復(fù)植物栽種第3年的葉片、莖部和根系，測(cè)定葉片、莖和根 系中各重金屬元素及有機(jī)物的含量（用酸液完全消解后通過(guò)ICP-OES測(cè)定），了解楊樹種植 的第3年對(duì)地下污染土壤中重金屬和有機(jī)質(zhì)的吸收情況，結(jié)果如表1所示。下列指標(biāo)的測(cè)定 方法，如無(wú)特殊指明均采用常規(guī)測(cè)定方法。
[0054]表1楊樹對(duì)土壤常見污染物的吸收、去除效果
[0057] 注:上述重金屬修復(fù)過(guò)程中，楊樹未表現(xiàn)毒害效應(yīng)。
[0058] 實(shí)施例2
[0059] 以柳樹(Salix nigra)為修復(fù)植物，進(jìn)行試驗(yàn)，具體修復(fù)方法及測(cè)定方法均與實(shí)施 例1相同，結(jié)果如表2所示。
[0060]表2柳樹對(duì)土壤常見污染物的吸收、去除效果
[0062] 注:上述重金屬修復(fù)過(guò)程中，柳樹未表現(xiàn)毒害效應(yīng)。
[0063]從通過(guò)上述結(jié)果可以明確種植楊樹和柳樹在種植后的第3年對(duì)重金屬和有機(jī)污染 物有明顯的提取效果，而且根、莖、葉對(duì)污染物的積累能力各不相同。對(duì)于重金屬主要體現(xiàn) 在植物的積累，而部分有機(jī)污染物在植物根系、植物體內(nèi)均可能發(fā)生降解作用，部分可揮發(fā) 污染物可通過(guò)葉片的蒸騰作用。
[0064]以重金屬污染為例，在一棵干重為150kg的楊樹或柳樹內(nèi)，重金屬分布在樹干和每 年脫落的葉片兩個(gè)部分，樹干對(duì)重金屬的提取效果如表3所示。除樹干、樹根對(duì)重金屬的提 取外，每年脫落的葉片也積累了大量重金屬，以每棵樹每年產(chǎn)生10~30kg的樹葉計(jì)算，則10 年會(huì)產(chǎn)生100-300kg的葉片，其重金屬去除量與一棵150kg的樹干去除量相當(dāng)。
[0065]表3每棵楊樹、柳樹對(duì)重金屬的提取效果
[0068] 從上述結(jié)果可以看出，柳樹和楊樹對(duì)有機(jī)污染的去除作用復(fù)雜、多樣，目標(biāo)污染物 包括農(nóng)藥、三氯乙醛、多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯等。植物根系有助于維持微生物群落結(jié)構(gòu)的多樣 性，顯著提高有機(jī)污染物的可降解性。
[0069] 因此，大部分容易降解的低分子有機(jī)物質(zhì)均在植物根系的微生物作用下降解并被 植物作為養(yǎng)料利用，少量的難降解有機(jī)物質(zhì)隨植物根系吸收水分進(jìn)入植物體，然后部分通 過(guò)蒸騰、體內(nèi)降解等作用排放或分解有機(jī)污染物，極少量有機(jī)質(zhì)殘留在植物體內(nèi)。
[0070]通過(guò)限制植物根系的活動(dòng)范圍能夠有效增加植物根系與地下水的接觸面積，增強(qiáng) 植物根系吸收和降解污染物的能力。根據(jù)上述研究數(shù)據(jù)，向污染羽中種植深根樹種一柳樹、 楊樹，能夠有效地降解或吸收地下水中的有機(jī)污染重和重金屬，顯著降低地下水中污染物 的含量，對(duì)場(chǎng)地深層污染土壤植物修復(fù)提供了新的方法。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種地下水污染的植物修復(fù)方法，其特征在于，包括： (1) 以污染源為中心，調(diào)查周邊地下水污染環(huán)境，模擬污染羽形狀特點(diǎn)，確定污染點(diǎn)，進(jìn) 行布井； (2) 向井內(nèi)放置限塑膜，并向膜內(nèi)添加栽培基質(zhì)，將修復(fù)植物栽種于栽培基質(zhì)中； 所述限塑膜為兩端開口的中空柱狀結(jié)構(gòu)，頂部與地面平齊，底部深入至地下土壤與地 下水位的交界處，能夠周向包圍修復(fù)植株的根系，限制其橫向生長(zhǎng)； (3) 栽培修復(fù)植物，直至土壤達(dá)標(biāo)。2. 如權(quán)利要求1所述的植物修復(fù)方法，其特征在于，所述限塑膜的材質(zhì)為高密度聚乙 稀。3. 如權(quán)利要求1所述的植物修復(fù)方法，其特征在于，所述栽培基質(zhì)沿縱向分為若干層， 從上至下，栽培基質(zhì)的含沙量逐層降低，有機(jī)質(zhì)含量逐層增加。4. 如權(quán)利要求3所述的植物修復(fù)方法，其特征在于，所述栽培基質(zhì)分為五層，從上至下， 各層的含砂量依次為75~95%、55~65%、35~45%、25~34%、5~15%，有機(jī)質(zhì)含量依次 為5 ~15%、16~25%、26~35%、36~45%、46~55%。5. 如權(quán)利要求1所述的植物修復(fù)方法，其特征在于，向所述限塑膜的內(nèi)部豎直穿插用于 為栽培基質(zhì)提供水和空氣的輸送管。6. 如權(quán)利要求5所述的植物修復(fù)方法，其特征在于，所述輸送管上開設(shè)有若干輸送孔。7. 如權(quán)利要求6所述的植物修復(fù)方法，其特征在于，所述輸送管上等間隔設(shè)置輸送孔。8. 如權(quán)利要求5所述的植物修復(fù)方法，其特征在于，所述限塑膜的頂部設(shè)有防滲膜，防 滲膜上開設(shè)有供輸送管穿過(guò)的開口。9. 如權(quán)利要求1所述的植物修復(fù)方法，其特征在于，所述污染點(diǎn)的確定方法包括:選取 所述污染羽的深度在6~IOm以內(nèi)的區(qū)域，從該區(qū)域內(nèi)確定污染點(diǎn)。10. 如權(quán)利要求1所述的植物修復(fù)方法，其特征在于，所述修復(fù)植物為楊樹或柳樹。
【文檔編號(hào)】C02F103/06GK105923777SQ201610286397
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年4月29日
【發(fā)明人】陳昆柏, 溫俊明, 陳寶, 段德超, 張明, 王春秀
【申請(qǐng)人】浙江博世華環(huán)?？萍加邢薰?br>