一种汞污染农田分层置换修复方法与流程

[0001]
本发明涉及污染土壤修复技术领域，尤其涉及一种汞污染农田分层置换修复方法。


背景技术：

[0002]
农田土壤的环境安全直接影响国家粮食的供给，是关系着国计民生的重要命脉。重金属hg已成为土壤普遍且危害性高的重金属污染物之一，而农田土壤中重金属不仅能够通过溶解、沉降等作用在环境中进行迁移，还能通过农产品放大重金属汞在生物体内富集作用，对生态环境和人体产生危害。
[0003]
目前，农田土壤中的hg修复处理方法主要有物理法、化学法、微生物法等，但是这些方法存在二次污染可能性大、受环境影响大等不足。物理方法具体包括：客土法、换土法、深耕翻土法和隔离包埋法。
[0004]
其中，客土法和深耕翻土法，是利用清洁土壤与污染土壤混合，从而降低土壤中重金属含量，使土壤汞含量达到正常值。换土法和隔离包埋法，则是将污染土壤转移或隔离，但这类办法仅适用于轻度污染、污染范围小的区域。为此，一种大面积修复且适用于多种污染程度的汞农田污染修复方法具有重要意义。


技术实现要素：

[0005]
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种汞污染农田分层置换修复方法，适用性广，且可操作性强，修改效果好。
[0006]
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种汞污染农田分层置换修复方法，包括：
[0007]
一、将待修复土壤按深度进行分层，分成n层，每层深度的差为15～20cm，第一层土壤的深度为10～20cm，2≤n≤5；
[0008]
二、测量不同深度土壤的汞含量，划分出浅层污染土壤和深层清洁土壤；
[0009]
当且时，则第一层至第m层的土壤为浅层污染土壤，第m+1层至第n-1层的土壤为深层清洁土壤；
[0010]
当且时，则第一层至第m层的土壤为浅层污染土壤，第m+1层至第n层的土壤为深层清洁土壤；
[0011]
a
平1
是n层土壤的汞的平均含量，a
m
是对应第m层土壤的汞含量，2≤m＜n；
[0012]
三、将土壤分成若干个作业单元，将作业单元的浅层污染土壤挖出来置于一侧，将作业单元的深层清洁土壤挖出来置于另一侧，将浅层污染土壤回填到作用单元内并加入固化剂，并对浅层污染土壤和固化剂进行翻耕混合；
[0013]
四、翻耕完成后，将50％～70％的深层清洁土壤回填到作业单元的浅层污染土壤上，并向深层清洁土壤灌水，使得深层清洁土壤的含水量达到60％～80％，并对深层清洁土
壤进行平整压实，构筑犁底层；
[0014]
五、将剩余的深层清洁土壤回填到已构筑的犁底层上，形成耕作层。
[0015]
作为上述方案的改进，步骤(二)中，所述固化剂为石灰。
[0016]
作为上述方案的改进，步骤(三)中，所述固化剂的添加量为b，100≤k≤300，其中，a
平2
是指浅层污染土壤中汞的平均含量，h
浅
是指浅层污染土壤的总深度，h
总
是指浅层污染土壤和深层清洁土壤的总深度。
[0017]
作为上述方案的改进，步骤(三)中，所述固化剂的添加量为80～200kg/亩。
[0018]
作为上述方案的改进，步骤(三)中，采用旋耕机来对浅层污染土壤和固化剂进行翻耕混合，翻耕速度为2.2～4.5km/h。
[0019]
作为上述方案的改进，步骤(三)中，翻耕深度为10～20cm，翻耕次数不低于3次。
[0020]
作为上述方案的改进，步骤(四)中，采用挖掘机或压路机以2.2～4.5km/h的速度对回填的深层清洁土壤往复碾压2～3次，以构筑犁底层。
[0021]
作为上述方案的改进，步骤(四)中，所述犁底层的土壤密度为1.50～1.53g/cm3，土壤硬度为16～17.5g/cm2，在排除降雨量和蒸发量后，水降速率分别为0.8～1.0cm/天。
[0022]
作为上述方案的改进，步骤(二)中，所述作业单元的面积为(5～10)cm*(100～130)cm。
[0023]
作为上述方案的改进，待修复土壤的汞含量为0～5mg/kg。
[0024]
实施本发明，具有如下有益效果：
[0025]
本发明通过挖掘机铲斗将浅层污染土壤与深层清洁土壤分别铲出堆置，随后先将经固化处理后的浅层污染土壤回填至深层位置夯实，再将原深层清洁土壤回填于其上，从而实现浅层污染土壤与深层清洁土壤分层置换，使得修复后表层土壤汞含量达标，有效地降低浅层土壤汞污染的含量，避免了土壤二次污染，最大限度减少污染物的数量；提高土地的利用率，满足正常的农业生产需要；保障农产品的安全，规避农产品超标对人体健康危害的风险。
[0026]
本发明结合不同深度土壤的汞含量及土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(gb15618-2018)标准，其中，标准里面规定表层土壤的浓度要小于0.5mg/kg；本发明将不同层的土壤的汞含量逐一与本发明限定的标准进行对比，从而划分出浅层污染土壤和深层清洁土壤，这样不仅可以保证修复效果，还可以适用于不同浓度汞污染的土壤，即使原来土壤表层中汞的含量较高，也能适用于本发明。
[0027]
本发明的修复方法通过置换浅层污染土壤和深层清洁土壤来实现，操作简单，只需挖掘机就可实现，涉及的设备少，可应用在大面积的污染土壤中；此外，本发明的固化剂价格便宜、易于购买，且添加量少，有效降低土壤修复的成本；本发明应用范围广，适应于多种污染程度。
具体实施方式
[0028]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明作进一步地详细描述。
[0029]
本发明提供的一种汞污染农田分层置换修复方法，包括：
[0030]
一、将待修复土壤按深度进行分层，分成n层，每层深度的差为15～20cm，第一层土壤的深度为10～20cm，2≤n≤5；
[0031]
本发明以15～20cm的深度为一个等级来进行分层，可以在分层效率和分层精度上得到一个良好的平衡。
[0032]
二、测量不同深度土壤的汞含量，划分出浅层污染土壤和深层清洁土壤；
[0033]
当且时，则第一层至第m层的土壤为浅层污染土壤，第m+1层至第n-1层的土壤为深层清洁土壤；
[0034]
当且时，则第一层至第m层的土壤为浅层污染土壤，第m+1层至第n层的土壤为深层清洁土壤；
[0035]
a
平1
是n层土壤的汞的平均含量，a
m
是对应第m层土壤的汞含量，2≤m＜n。
[0036]
本发明结合不同深度土壤的汞含量及土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(gb15618-2018)标准，其中，标准里面规定表层土壤的浓度要小于0.5mg/kg；本发明将不同层的土壤的汞含量逐一与本发明限定的标准进行对比，从而划分出浅层污染土壤和深层清洁土壤，这样不仅可以保证修复效果，还可以适用于不同浓度汞污染的土壤，即使原来土壤表层中汞的含量较高，也能适用于本发明。优选的，待修复土壤的汞含量为0～5mg/kg。
[0037]
三、将土壤分成若干个作业单元，将作业单元的浅层污染土壤挖出来置于一侧，将作业单元的深层清洁土壤挖出来置于另一侧，将浅层污染土壤回填到作用单元内并加入土壤固化剂，并对浅层污染土壤和固化剂进行翻耕混合；
[0038]
具体的，采用挖掘机铲斗将浅层污染土壤进行剥离。为了实现大规模的农田修复，优选的，本发明的挖掘机型号为小松pc200-8。所述型号的挖掘机可以直接开到农田里面，同时其挖掘效率高，操作方便，且其挖掘深度精准，可满足本发明的要求。
[0039]
优选的，所述作业单元的面积为(5～10)cm*(100～130)cm。
[0040]
更优的，所述作业单元的面积为(5～8)cm*(100～120)cm。
[0041]
更优的，所述作业单元的面积为5cm*120cm。
[0042]
作业单元的面积主要受限于挖掘机，但作业单元的面积也影响了农田的整体修复效率和修复效果。若作业单元的面积过大，虽然修复效率会提高，但在浅层污染土壤和深层清洁土壤的分层挖掘中，精度会降低，同时也影响浅层污染土壤和固化剂的翻耕混合；若作业单元的面积过小，修复效率会下降。
[0043]
所述固化剂用于固化浅层污染土壤中的汞，降低汞的有效性，防止其迁移到深层清洁土壤上。
[0044]
优选的，所述固化剂为石灰，石灰价格便宜，易于购买，且不会造成二次污染，适合于大规模的农田使用。
[0045]
需要说明的是，本发明固化剂的添加量受浅层污染土壤中汞含量及浅层污染土壤的深度影响。
[0046]
具体的，所述固化剂的添加量为b kg/亩，100≤k≤300其中，a
平2
是指浅层污染土壤中汞的平均含量，h
浅
是指浅层污染土壤的总深度，h
总
是指浅层污染土壤和深层清洁土壤的总深度。
[0047]
优选的，所述固化剂的添加量为80～200kg/亩。
[0048]
更优的，所述固化剂的添加量为100～150kg/亩。
[0049]
由于本发明是将浅层污染土壤置换到深层土壤中，一般的植物根系很少伸入到深层土壤中，因此只添加少量石灰就足以将汞进行固化，减少植物吸收汞，保证粮食的安全性。
[0050]
与一般的土壤修复方法相比，本发明的修复方法操作简单，效果好，固化剂容易获得、且价格便宜、添加量少。
[0051]
为了提高固化剂的固化效果，本发明对浅层污染土壤和固化剂进行翻耕混合，翻耕深度为10～20cm，翻耕次数不低于3次。
[0052]
优选的，翻耕深度为20cm，翻耕4次。
[0053]
具体的，本发明采用旋耕机来对浅层污染土壤和固化剂进行翻耕混合，速度为2.2～4.5km/h。
[0054]
四、翻耕完成后，将50％～70％的深层清洁土壤回填到作业单元的浅层污染土壤上，并向深层清洁土壤灌水，使得深层清洁土壤的含水量达到60％～80％，并对深层清洁土壤进行平整压实，构筑犁底层；
[0055]
犁底层是指位于耕作层以下较为紧实的土层，一般离地表12～20cm，厚度约10cm，最厚可达到20cm。犁底层存在的目的是为了确保水田的保水保肥功能和对农用机具的承载。
[0056]
回填后深层清洁土壤的含水量对于构筑犁底层起着重要的作用，若深层清洁土壤的含水量小于60％，则含水量太低，不利于构筑犁底层；若深层清洁土壤的含水量大于80％，则含水量太高，土壤粘黏机械，不利于机械操作。
[0057]
优选的，采用挖掘机或压路机以2.2～4.5km/h的速度对回填的深层清洁土壤往复碾压2～3次。
[0058]
所述犁底层的土壤密度为1.50～1.53g/cm3，土壤硬度为16～17.5g/cm2，在排除降雨量和蒸发量后，水降速率分别为0.8～1.0cm/天。
[0059]
目前，常规采用的犁地层的构筑方法主要是水淹耙地法。在淹水和旋耕机耙地的反复循环下，使得土壤中的粘性颗粒不断下沉，逐渐形成犁底层。但这一方法较为费时费力，且无法直接确定犁底层是否达到构筑标准。
[0060]
与传统水稻田的每天1～2cm的水面下降速率相比，本发明通过分层置换土壤的方法构筑的犁底层，成本低，且快速地达到了保水保肥效果。
[0061]
五、将剩余的深层清洁土壤回填到已构筑的犁底层上，形成耕作层。
[0062]
本发明通过挖掘机铲斗将浅层污染土壤与深层清洁土壤分别铲出堆置，随后先将经固化处理后的浅层污染土壤回填至深层位置夯实，再将原深层清洁土壤回填于其上，从而实现浅层污染土壤与深层清洁土壤分层置换，使得修复后表层土壤汞含量达标，有效地降低浅层土壤汞污染的含量，避免了土壤二次污染，最大限度减少污染物的数量；提高土地
的利用率，满足正常的农业生产需要；保障农产品的安全，规避农产品超标对人体健康危害的风险。
[0063]
本发明的修复方法通过置换浅层污染土壤和深层清洁土壤来实现，操作简单，只需挖掘机就可实现，涉及的设备少，可应用在大面积的污染土壤中；此外，本发明的固化剂价格便宜、易于购买，且添加量少，有效降低土壤修复的成本；本发明应用范围广，适应于多种污染程度。
[0064]
下面将以具体实施例来进一步阐述本发明
[0065]
实施例1
[0066]
对揭阳市普宁市某汞污染农田进行分层置换修复，包括：
[0067]
一、对待修复土壤进行分层检测，分别采集深度为0～20cm、20～40cm、40～60cm、60～80cm和80～100cm的土壤，分别测量土壤中的汞含量，结果如下表1所示：
[0068]
表1修复前不同深度土壤hg含量
[0069][0070]
二、划分出浅层污染土壤和深层清洁土壤，a
平1
＝0.466mg/kg，＝0.466mg/kg，则深度为0～40cm的土壤为浅层污染土壤，深度为40～80cm的土壤为浅层污染土壤；
[0071]
三、将土壤分成若干个作业单元，每个作业单元的面积为5m*120m，将作业单元的浅层污染土壤挖出来置于一侧，将作业单元的深层清洁土壤挖出来置于另一侧，将浅层污染土壤回填到作用单元内并加入120kg/亩的石灰，采用旋耕机来对浅层污染土壤和石灰进行翻耕混合，速度为2.2～4.5km/h，翻耕深度为20cm，翻耕4次；
[0072]
四、翻耕完成后，将60％的深层清洁土壤回填到作业单元的浅层污染土壤上，并向深层清洁土壤灌水，使得深层清洁土壤的含水量达到70％，采用挖掘机或压路机以2.2～4.5km/h的速度对回填的深层清洁土壤往复碾压2～3次，构筑犁底层，所述犁底层的土壤密度为1.53g/cm3，土壤硬度为17.5g/cm2，在排除降雨量和蒸发量后，水降速率分别为1.0cm/天；
[0073]
五、将剩余的深层清洁土壤回填到已构筑的犁底层上，形成耕作层。
[0074]
对修复后一周后，分别采集深度为0～20cm、20～40cm、40～60cm、60～80cm和80～100cm的土壤，分别测量土壤中的汞含量，结果如下表2所示：
[0075]
表2修复后不同深度土壤hg含量
[0076][0077]
从表1和表2可以看出，采用本发明的分层置换修复方法后，耕作层(0～20cm)和犁底层(20～40cm)土壤中汞均含量小于0.5mg/kg，符合《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(gb15618-2018)标准，同时深层土壤(40～80cm)中汞的含量也被平均分
散，小于修复前浅层土壤中汞的含量。
[0078]
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。