通过生物修复水体与土壤及资源综合利用的方法

通过生物修复水体与土壤及资源综合利用的方法
【专利摘要】通过生物修复水体与土壤及资源综合利用的方法，该方法包括：（1）确定选定的陆地区域或水体区域中主要污染物；（2）在选定的陆地区域或水体区域中选择种植和/或培育修复效率高的速生草本植物，速生藻类，乔木，灌木，菌类或微生物；（3）在速生草本植物、速生藻类生长到合适的高度或尺寸后进行收割或采收；（4）对收割或采收的速生草本植物、速生藻类集中处理，综合利用，防止污染物扩散；（5）人工浮岛修复富营养化水体；（6）圈养浮水植物修复重金属污染水体；（7）高羊茅、早熟禾混作修复镉、锌污染土壤；（8）紫花苜蓿、多花黑麦草间作修复多环芳烃（PAHs）污染土壤；（9）从含银废水修复植物中提取和回收白银。
【专利说明】通过生物修复水体与土壤及资源综合利用的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通过生物的种植和/或培育，收割和集中处理实现修复水体与土壤及资源综合利用的方法，属于环保领域。
【背景技术】
[0002]经济的快速发展，人口的不断增长，用水量急剧增加，污水排放量也相应增加，水体的环境容量和生态承载力不堪重负，生态系统遭到极大破坏。我国黄河、淮河、松花江、辽河等水域污染程度均为劣V类，严重制约了我国经济的可持续发展，对水体富营养化、重金属污染进行综合治理与修复已刻不容缓。
[0003]土壤是是人类及众多生物赖以生存繁衍的物质基础之一，随着工业化进程的加速，有机、无机的有毒有害物质(主要是农药、重金属、石油等)对土壤环境的污染变得越来越严重，世界各国都面临着不同程度的土壤污染问题。土壤污染中，尤其是重金属污染的土壤不仅对作物的生长发育及产量、品质有影响，而且会通过食物链对人体健康造成危害。土壤重金属污染的治理对于我国的农业可持续发展和环境质量的改善十分重要。
[0004]水体和土壤重污染问题已成为全球面临的一个严重的环境问题。尽管人们设想和研究了各种技术来修复环境，但目前仍然没有找到理想的修复方法。现有技术中没有公开通过生物的种植和/或培育，收割和集中处理实现修复水体与土壤及资源综合利用的方法。

【发明内容】

[0005]本发明的目的是提供一种新型的水体和土壤修复的方法；通过在水体与陆地种植和/或培育速生的草本植物与速生藻类，收割或采收所培育或所生长的草本植物、藻类、乔木、灌木、菌类或微生物，然后集中处理，来实现修复水体与土壤的目的。
[0006]在本申请中，所述的生物广义地包括速生草本植物、速生藻类，以及灌木、乔木、藤本、菌类、微生物。
[0007]在本申请中，所述重金属泛指化学污染物中的重金属(银、镉、钴、铬、铜、汞、锰、钥、镍、铅、锌等)、类金属(砷、硒等)、非金属(硼等)。
[0008]在本申请中“生物修复”与“植物修复”可互换使用，“速生草本植物”与“草本植物”可互换使用，“速生藻类”与“藻类”可互换使用。
[0009]本发明的实施方案概括如下:
1、通过生物修复水体与土壤的方法，该方法包括:
(1)确定选定的陆地区域或水体区域中主要污染物；
(2)在选定的陆地区域或水体区域中选择种植和/或培育修复效率高的速生草本植物，速生藻类，乔木、灌木，菌类或微生物；
(3)在速生草本植物、速生藻类生长到合适的高度后进行收获；陆生草本植物收割时保留该草本植物的根和茎的下部分；水体区域中种植和/或培育的速生草本植物和速生藻类收获时，保留一部分速生草本和速生藻类植株；
(4)对收割或采收的速生草本植物、速生藻类集中处理，防止污染物扩散；
在本发明中，收割或采收一般是机械或人工收割或采收，优选是机械收割或采收，例如使用农用收割机收割草本植物，使用滤网来采收藻类、水生浮游泳植物。
[0010]污染区收集的植物集中处理场一般远离农作物、庄稼种植区域或水源区，例如至少I公里，如相隔2-10公里。
[0011]2、根据以上I项的方法，其中在步骤(I)中陆地区域污染物包括化学污染物、物理污染物、生物污染物；水体区域染物包括有机耗氧性污染物、有毒污染物、石油、放射性污染物、富营养化污染物、致病性微生物。
[0012]化学污染物包括无机污染物和有机污染物，无机污染物如银、镉、钴、铬、铜、汞、锰、钥、镍、铅、锌、砷、硒、硼，过量的氮、磷植物营养元素以及氧化物和硫化物等；有机污染物如各种化学农药、石油及其裂解产物，以及其他各类有机合成产物等。物理污染物主要是来自工厂、矿山的固体废弃物如尾矿、废石、粉煤灰和工业垃圾等。生物污染物主要是带有各种病菌的城市垃圾和由卫生设施(包括医院)排出的废水、废物以及厩肥等。
[0013]有机耗氧性污染物主要是生活污水和一部分工业废水中含有大量的碳水化合物、蛋白质、脂肪和木质素等有机物，这些物质进入水体，在好氧微生物的作用下，分解为简单无机物质，消耗水体中的大量溶解氧，导致水体中溶解氧下降，影响鱼类和其它水生生物的正常生活。严重的还会引起水体发臭，鱼类大量死亡。
[0014]有毒污染物分为四类:(I)非金属无机毒物CN、F、S等，(2)重金属与类金属无机毒物Hg、Cd、Cr、Pb、Mn等，(3)易分解有机毒物如挥发性酚、醛、苯等，(4)难分解有机毒物DDT、六六六、多氯联苯、多环芳烃、芳香胺等。
[0015]石油污染主要是进入海洋的石油在水面形成一层油膜，影响氧气扩散进入水中，因而对海洋生物的生长产生不良影响。油膜和油块粘附在幼鱼和鱼卵上，使鱼卵不能成活或使幼鱼死亡。石油使鱼虾类产生石油臭味，降低海产品的食用价值。石油污染破坏优美的海滨风景，降低了作为疗养、旅游地的使用价值。
[0016]放射性污染主要来源于铀矿开采、选矿、冶炼、核电站及核试验以及放射性同位素的应用等。
[0017]富营养化污染物主要是指水流缓慢、更新期长的地表水体，接纳大量氮、磷、有机碳等植物营养元素，引起藻类等浮游生物急剧增加。
[0018]致病性微生物主要是细菌和病毒，大多来自于未经消毒处理的养殖场、肉类加工厂、生物制品厂和医院排放的污水。
[0019]3、根据以上I项的方法，其中在步骤(2)中在陆地区域中种植和/或培育的草本植物是:冰草、早熟禾、草木樨、大麦、荻、东南景天、遏蓝菜、风车草、甘蓝、高粱、狗牙根、鬼针草、旱伞菜、黑麦草、画眉草、结缕草、芥菜、堇菜、苦草、苦蒿、苦苣、狼尾草、龙葵、芦竹、美人蕉、千屈菜、青蒿、商陆、水葱、水蕹菜、酸模、土荆芥、豚草、苇状羊茅、无芒雀麦、蜈蚣草、香根草、香蒲、羊茅、紫花苜蓿、荻、杠板归；
在水体区域(尤其淡水型的水体区域)中种植和/或培育的速生草本植物是:彩叶草、菖蒲、大藻、凤眼莲、浮萍、旱伞菜、荷花、菱、芦苇、芦竹、满江红、美人蕉、千屈菜、水葱、水芹、水蕹菜、睡莲、梭鱼草、香根草、香蒲、菹草、草茨藻、伊乐藻、金鱼藻；在陆地区域中种植和/或培育的乔木是:白蜡、垂柳、旱柳、榆树、紫丁香、云杉、红松、杨树、桦树；
在陆地区域中种植和/或培育的灌木是:翅荚决明、胡枝子、紫穗槐、金叶女贞、紫叶小
檗；
在陆地区域中种植和/或培育的藤本是:地锦、杠柳、扶芳藤；
在速生草本植物或速生藻类的种植和/或培育过程中或其生长过程中，以及在速生草本植物或速生藻类的收割或采收之后，定期或周期性地对于种植和/或培育区域中的速生草本植物或速生藻类施加肥料，通过多次施加肥料，可促进植物快速生长，增加生物质产量，加快对土壤与水体的修复。 [0020]下表1是草本植物的列表。下表2是速生藻类的列表。下表3是乔木的列表。下表4是灌木的列表。下表5是藤本的列表。
【权利要求】
1.通过生物修复水体与土壤及资源综合利用的方法，该方法包括: (1)确定选定的陆地区域或水体区域中主要污染物； (2)在选定的陆地区域或水体区域中选择种植和/或培育修复效率高的速生草本植物，速生藻类，乔木，灌木，菌类或微生物； (3)在速生草本植物、速生藻类生长到合适的高度后进行收获；陆生草本植物收割时保留该草本植物的根和茎的下部分；水体区域中种植和/或培育的速生草本植物和速生藻类收获时，保留一部分速生草本和速生藻类植株； (4)对收获的速生草本植物、速生藻类集中处理，防止污染物扩散。
2.根据权利要求1项的方法，其中在步骤(1)中陆地区域污染物包括化学污染物、物理污染物、生物污染物；水体区域染物包括有机耗氧性污染物、有毒污染物、石油、放射性污染物、富营养化污染物、致病性微生物。
3.根据权利要求1项的方法，其中在步骤(2)中在陆地区域中种植和/或培育的草本植物是:冰草、早熟禾、草木樨、大麦、荻、东南景天、遏蓝菜、风车草、甘蓝、高粱、狗牙根、鬼针草、旱伞菜、黑麦草、画眉草、结缕草、芥菜、堇菜、苦草、苦蒿、苦苣、狼尾草、龙葵、芦竹、美人蕉、千屈菜、青蒿、商陆、水葱、水蕹菜、酸模、土荆芥、豚草、苇状羊茅、无芒雀麦、蜈蚣草、香根草、香蒲、羊茅、紫花苜蓿、荻、杠板归； 在水体区域(尤其淡水型的水体区域)中种植和/或培育的速生草本植物是:彩叶草、菖蒲、大藻、凤眼莲、浮萍、旱伞菜、荷花、菱、芦苇、芦竹、满江红、美人蕉、千屈菜、水葱、水芹、水蕹菜、睡莲、梭鱼草、香根草、香蒲、菹草、草茨藻、伊乐藻、金鱼藻； 在陆地区域中种植和/或培育的乔木是:白蜡、垂柳、旱柳、榆树、紫丁香、云杉、红松、杨树、桦树； 在陆地区域中种植和/或培育的灌木是:翅荚决明、胡枝子、紫穗槐、金叶女贞、紫叶小檗； 在陆地区域中种植和/或培育的藤本是:地锦、杠柳、扶芳藤。
4.根据权利要求1项的方法，其中在步骤(3)中收获陆地区域中生长的速生草本植物时，所保留的“莖的下部分”长Icm~IOcm, I~6个节理；当水体区域中速生草本植物收获时，保留的茎应露出水面5cm~10cm，I~6个节理；当整株收获水体区域中速生草本植物或速生藻类时，至少保留1/3以上植株。
5.根据权利要求1项的方法，其中在步骤(4)中对收获的速生草本植物、速生藻类采取焚烧法、堆肥法、高温分解法、灰化法、液相萃取法集中处理，综合利用。
6.根据权利要求1-5项的方法，其中步骤(1)-(4)或步骤(2)-(4)能够重复进行；通过种植和/或培育速生草本植物，速生藻类修复水体与土壤，并对所收获的速生草本植物、速生藻类，资源化综合利用。
7.根据权利要求1-6项所述的方法，其中所述的处理包括: a)对污染土壤采用生物修复法，利用生物削减、净化土壤中的重金属、病菌、放射性元素，降低重金属、病菌、放射性元素的毒性； b)对污染水体采用生物修复法，利用生物代谢活动对水体中污染物的吸收、转化和降解，达到减缓或消除水体污染、恢复水体生态功能的目的； c)对修复植物资源化综合利用，是利用修复植物体内具有较高的金属浓度，作为燃料转化成能源，再从灰分中提取重金属。
8.根据权利要求1-7项中任何一项的方法，还包括下列步骤: (5)人工浮岛修复富营养化水体的步骤，该修复步骤包括下列子步骤: (al)用竹杆、树干组成任意形状(如三角形、四角形、五角形、六角形)的浮岛单元外框，浮岛单元外框连接处用可降解纤维(如棕榈绳、麻绳、厚度小于3mm的竹条)固定； (a2)在外框内用可降解纤维(如棕榈绳、麻绳、厚度小于3mm的竹条)编成网，可降解纤维网与外框相连； (a3)在可降解纤维网内填充横竖交错的芦苇捆、稻草捆，厚度IOcm~100 cm ;先用芦苇、稻草将芦苇捆、稻草捆相互连接，再将芦苇捆、稻草捆与可降解纤维网连接； (a4)在芦華捆、稻草捆铺5cm~20cm厚一层泥土 ； (a5)培育浮岛植物小苗，当小苗达到5cm以上进行移栽； (a6)株行距按20cm~50cmX 20cm~50cm,将芦華、芦竹、香蒲、千屈菜、水竹、纸莎草小苗移栽至浮岛单元内，优选混种； (a7)在浮岛安置预定水域，设置多个固定锚、固定桩； (a8)将多个浮岛单元用可降解纤维连接，适当放松浮岛单元之间的间隙，以便缓解外力对浮岛单元的冲击和调节水位； (a9)用绳子将浮岛与多个固定锚、固定桩连接，适当放松连接绳以便调节水位； (alO)危害芦苇、芦竹、香蒲、千屈菜、水竹、纸莎草的主要害虫是蚜虫，虫害发生时用10%吡虫啉可湿性粉剂500~800倍液喷雾、40%氧化乐果800~1000倍液喷雾； (all)进入秋季后，当芦苇、芦竹、香蒲、千屈菜、水竹、纸莎草出现大量枯萎时，收获植物地上部分； (al2)当浮岛内芦苇捆、稻草捆出现大量分解时，将浮岛打捞上岸，清除出竹杆、树干及需要继续栽培的浮岛植物后做成堆肥。
9.根据权利要求1-8项中任何一项的方法，还包括下列步骤: (6)圈养浮水植物修复重金属污染水体的步骤，该修复步骤包括下列子步骤: (bl)用竹杆、树干、PVC管、漂浮物、绳子组成任意形状的浮水植物生长外框； (b2)在浮水植物生长预定水域，设置多个固定锚、固定桩； (b3)用绳子、铁丝将浮水植物生长外框与多个固定锚、固定桩连接，适当放松连接绳、铁丝长度以便调节水位； (b4)当气温稳定在15°C以上时，将水鳖、水蕹菜、凤眼莲投放至浮水植物生长外框内；(b5)当水鳖、水蕹菜、凤眼莲长满浮水植物生长外框时，打捞走1/2~2/3水鳖、水蕹菜、凤眼莲；在生长旺季，每隔20d~30d打捞一次； (b6)打捞上岸的水鳖、水蕹菜、凤眼莲需集中处理，综合利用，防止重金属二次污染。
10.根据权利要求1-9项中任何一项的方法，还包括下列步骤: (7)高羊茅、早熟禾混作修复镉、锌污染土壤的步骤，该修复步骤包括下列子步骤: (cl)播种前将 砖头、石块、树枝、塑料等杂物，并将表土耙平；土壤粘性较强时，结合翻耕加入细沙，以改善土壤的通气性；土壤贫瘠时，结合翻耕每亩施有机肥500kg~1000kg或复合肥80kg~IOOkg ；(c2)温暖地区春、夏、秋都可播，高寒区适4~5月春播，长江以南地区适宜9~10月秋播； (c3)高羊茅、早熟禾混作时,按每亩高羊茅种子30kg~35kg,早熟禾种子5kg~IOkg混合； (c4)播种前每亩施稀薄粪水2000kg~3000kg保持土壤湿润,播种后盖0.5cm~2cm厚一层细沙土； (c5)保持土壤湿润，播种后7d~IOd天即可发芽，发芽后适当减少喷灌次数，以利于幼苗扎根； (c6)当苗高5cm以上时,每亩撒施50kg~IOOkg粉碎的菜籽饼颗粒； (c7)高羊茅、早熟禾抗病性较强，病害较少；在南方湿热的夏季，喷施50%多菌灵可湿性粉剂800~1000倍液、40%三乙膦酸铝可湿性粉剂400~600倍液，每隔IOd~15d喷施一次，共喷施2-3次预防病害的发生； (c8)当高羊茅、早熟禾苗高IOcm以上时便可收割； (c9)收割的高羊茅、早熟禾及时运出镉、锌污染土地，集中处理，综合利用，防止重金属二次污染。
11.根据权利要求1-10项中任何一项的方法，还包括下列步骤: (8)紫花苜蓿、多花黑麦草间作修复多环芳烃(PAHs)污染土壤的步骤，该修复步骤包括下列子步骤: (dl)播种前将多环芳烃污染的土壤翻耕一遍，翻耕深度20cm~30cm，土地四周开挖排水沟，防止积水；清除土壤中的砖头、石块、树枝、塑料等杂物，并将表土耙平；结合翻耕每亩施有机肥500kg~800kg或尿素IOkg~15kg,过磷酸|丐50kg~80kg作为基肥； (d2)我国长江以南地区，适宜10月后秋播；华北和西北适宜4-5月春播；播前一周内，将种子放在太阳下晒2~3天，提高发芽率； (d3)紫花苜蓿、多花黑麦草间作时采用条播，每亩播紫花苜蓿种子0.5kg~0.6kg，多花黑麦草种子0.8 kg~1.0kg ； (d4)播种后盖3cm~5cm厚一层细土,种子发芽后,每亩施稀薄粪水1000kg~1500kg,保持土壤湿润； (d5)紫花苜蓿、多花黑麦草苗期生长慢，要及时中耕除草；苗期和生长期天旱时及时浇f崔; (d6)紫花苜蓿用58%甲霜灵锰锌可湿性粉剂500~600倍液喷雾防止霜霉病、70%甲基托布津可湿性粉剂500倍液喷雾防冶锈病、叶斑病；多花黑麦草用2.5%溴氰菊酯可湿性粉剂1000~1500倍液喷雾防冶粘虫、螟虫危害； (d7)紫花苜蓿株高30cm~40cm进行收割，第一次收割留茬高度5~IOcm cm，以免影响再生，以后30d~40d收割一次；多花黑麦草株高40cm~50cm进行收割，第一次收割适当提早，能促进分蘖，增加后几茬的产量；第一次收割留茬高度5~lOcmcm，以免影响再生，以后20d~30d收割一次； (d8)收割的紫花苜蓿、多花黑麦草及时运出多环芳烃(PAHs)污染土地，集中处理，综合利用，防止环芳烃二次污染。
12.根据权利要求1-11项中任何一项的方法，还包括下列步骤:(9)从含银废水修复植物中提取和回收白银的步骤，该修复步骤包括下列子步骤: (el)将在含银废水中生长的植物(如凤眼莲、喜旱莲子草、浮萍、褐藻、刺苦草等)打捞上岸，自然晒干后在空气中烧成粗灰； (e2)焚烧后的粗灰放入高温炉中，在500~600°C下，恒温15h~20h完全灰化成白色或棕色粉末； (e3)将完全灰化的植物粉末按重量比1:2加入10%的硝酸溶液中，浸泡8h~12h ;浸泡液中的银与硝酸反应生成硝酸银； (e4)在浸泡液中加入20%的氨水，将PH值调至10~11，浸泡液中的银与氨生成银氨络合离子； (e5)提取浸出液，加热到45~50°C后过滤，去除残渣；滤液继续保持45~50°C，将氨水完全蒸发； (e6)滤液中加入15%~20%的盐酸，盐酸与滤液体积比为1: 10，生乳白色的氯化银沉淀物； (e7)将上层贫银清液倒出，滤取氯化银沉淀物，用蒸馏水洗至中性； (e8)将氯化银沉淀物置于烘箱内，在100°C~110°C温度下，干燥2h~4h ; (e9)将干燥后的氯化银中加入质量比为15~20%的无水碳酸钠、10~12%硼砂及8~10%的细粒粗银，混合后在1000°C~1100°C温度下保持30~60min后，取出立即注入(TC~10°C的冷水中，冷却后得到纯度90%以上的粗银块。
【文档编号】C02F3/32GK103736721SQ201410031538
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月23日 优先权日:2014年1月23日
【发明者】雷学军 申请人:雷学军