技術(shù)介紹

1 技術(shù)名稱

技術(shù)名稱：土壤植物修復(fù)

英文名稱：Soil Phytoremediation

2 技術(shù)適用性

2.1 適用的介質(zhì)

污染土壤。

2.2 可處理的污染物類型

重金屬(如砷、鎘、鉛、鎳、銅、鋅、鈷、錳、鉻、汞等)，以及特定的有機(jī)污染物(如石油烴、五氯酚、多環(huán)芳烴等)。

2.3 應(yīng)用限制條件

不適用于未找到修復(fù)植物的重金屬，也不適用于2.2 中指明之外的有機(jī)污染(如六六六、滴滴涕等)污染土壤修復(fù);植物生長受氣候、土壤等條件影響，本技術(shù)不適用于污染物濃度過高或土壤理化性質(zhì)嚴(yán)重破壞不適合修復(fù)植物生長的土壤。

3 技術(shù)介紹

3.1 原理

利用植物進(jìn)行提取、根際濾除、揮發(fā)和固定等方式移除﹑轉(zhuǎn)變和破壞土壤中的污染物質(zhì)，使污染土壤恢復(fù)其正常功能。目前國內(nèi)外對植物修復(fù)技術(shù)的研究和推廣應(yīng)用多數(shù)側(cè)重于重金屬元素，因此狹義的植物修復(fù)技術(shù)主要指利用植物清除污染土壤中的重金屬。

3.2 系統(tǒng)構(gòu)成和主要設(shè)備

系統(tǒng)構(gòu)成和主要設(shè)備：主要由植物育苗、植物種植、管理與刈割系統(tǒng)、處理處置系統(tǒng)與再利用系統(tǒng)組成。富集植物育苗設(shè)施、種植所需的農(nóng)業(yè)機(jī)具(翻耕設(shè)備、灌溉設(shè)備、施肥器械)、焚燒并回收重金屬所需的焚燒爐、尾氣處理設(shè)備、重金屬回收設(shè)備等。

3.3 關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)或指標(biāo)

關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)包括：污染物類型，污染物初始濃度，修復(fù)植物選擇，土壤pH 值，土壤通氣性，土壤養(yǎng)分含量，土壤含水率，氣溫條件，植物對重金屬的年富集率及生物量，尾氣處理系統(tǒng)污染物排放濃度，重金屬提取效率等。

(1)污染物初始濃度：采用該技術(shù)修復(fù)時(shí)，土壤中污染物的初始濃度不能過高，必要時(shí)采用清潔土或低濃度污染土對其進(jìn)行稀釋，否則修復(fù)植物難以生存，處理效果受到影響。

(2)土壤pH：通常土壤pH值適合于大多數(shù)植物生長，但適宜不同植物生長的pH值不一定相同。

(3)土壤養(yǎng)分含量：土壤中有機(jī)質(zhì)或肥力應(yīng)能維持植物較好生長，以滿足植物的生長繁殖和獲取最大生物量以及污染物的富集效果。

(4)土壤含水率：為確保植物生長過程中的水分需求，一般情況下土壤的水分含量應(yīng)控制在確保植物較好生長的土壤田間持水量。

(5)氣溫條件：低溫條件下植物生長會受到抑制。在氣候寒冷地區(qū)，需通過地膜或冷棚等工程措施確保植物生長。

(6)植物對金屬的富集率及生物量：由于主要以植物富集為主，因此，對于生物量大且有可供選擇的超富集植物的重金屬(如砷、鉛、鎘、鋅、銅等)，植物修復(fù)技術(shù)的處理效果往往較好。但是，對于難以找到富集率高或植物生物量小的重金屬污染土壤，植物修復(fù)技術(shù)對污染重金屬的處理效果有限。

4 技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)和前期準(zhǔn)備

修復(fù)前應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的可行性試驗(yàn)，目的在于評估該技術(shù)是否適合于特定場地的修復(fù)以及為修復(fù)工程設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)參數(shù)。試驗(yàn)參數(shù)包括：土壤中污染物初始濃度、氣候條件、土壤肥力等，并根據(jù)已有的研究成果確定修復(fù)植物生長情況、植物對重金屬的年富集率及生物量等。

5 主要實(shí)施過程

(1)對污染土壤進(jìn)行調(diào)查與評價(jià)(包括污染土壤中重金屬的含量與分布，土壤pH 值、土壤有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分含量、土壤含水率、土壤孔隙度、土壤顆粒均勻性等);(2)提出修復(fù)目標(biāo)，制定修復(fù)計(jì)劃;(3)為了縮短修復(fù)周期，可采用潔凈土稀釋污染嚴(yán)重的土壤或?qū)⑵滢D(zhuǎn)移至污染較輕地方進(jìn)行混合;(4)選取合適的修復(fù)植物并育苗;(5)污染場地田間整理、植物栽種、管理與刈割，管理時(shí)需根據(jù)土壤具體情況進(jìn)行灌溉、施肥和添加金屬釋放劑;(6)植物安全焚燒。

6 運(yùn)行維護(hù)和監(jiān)測

該技術(shù)田間管理相對簡單，僅需對植物生長過程進(jìn)行相應(yīng)的灌溉和施肥等農(nóng)業(yè)措施。為掌握污染土壤中污染物的年去除率，運(yùn)行過程中需定期對污染土壤中污染物濃度等相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測。同時(shí)為避免二次污染，應(yīng)對焚燒爐、尾氣處理設(shè)施和重金屬提取效果進(jìn)行定期監(jiān)測，以便及時(shí)采取相應(yīng)的應(yīng)對措施。

7 修復(fù)周期及參考成本

該技術(shù)處理周期較長，一般需3-8 年。其處理成本與工程規(guī)模等因素相關(guān)。在美國應(yīng)用的成本約為25-100 美元/噸，國內(nèi)的工程應(yīng)用成本約為100-400 元/噸。

應(yīng)用案例

8 國外應(yīng)用情況

該技術(shù)修復(fù)成本相對低廉，相關(guān)配套設(shè)施已能夠成套化生產(chǎn)制造，在國外已廣泛應(yīng)用于重金屬、放射性核素、鹵代烴、汽油、石油烴等污染土壤的修復(fù)，技術(shù)相對比較成熟。

9 國內(nèi)典型案例

9.1 國內(nèi)應(yīng)用情況

我國對植物修復(fù)技術(shù)處理重金屬的實(shí)驗(yàn)研究起步較早，相繼開展了銅、鉛、鋅、鎘和砷等污染土壤的植物修復(fù)研究。1999年起國內(nèi)開展了砷的超富集植物篩選和砷污染土壤的植物修復(fù)研究，用于砷污染農(nóng)田土壤修復(fù)。本技術(shù)在國內(nèi)發(fā)展已比較成熟，已廣泛用于重金屬污染土壤的修復(fù)。2009年，利用化學(xué)-植物修復(fù)技術(shù)處理日本遺棄化學(xué)武器引起的農(nóng)田有機(jī)砷污染土壤，對該技術(shù)進(jìn)行了工程應(yīng)用示范，用于修復(fù)數(shù)百公頃有機(jī)砷污染土壤。

9.2 國內(nèi)案例介紹

(1)工程背景：某地因開礦和尾礦大壩損壞引起農(nóng)田大面積砷污染，經(jīng)場地調(diào)查與風(fēng)險(xiǎn)評估，砷污染土壤面積總計(jì)約1000余畝。先期進(jìn)行了17 畝蜈蚣草治理砷污染土壤示范工程，直接采用種植蜈蚣草、蜈蚣草+桑樹套種技術(shù)，將污染土壤修復(fù)至30mg/kg 以下。

(2)工程規(guī)模：17畝。

(3)主要污染物及污染程度：土壤污染物為砷，另有鉛、鋅和鎘污染。砷的檢出濃度超出國家環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)5-10 倍，最高超出50 倍以上。

(4)土壤理化特性：土壤pH 值范圍為3.8～7.0，大部分區(qū)域呈酸性，重污染區(qū)pH值低至3.8。

(5)技術(shù)選擇：主要進(jìn)行重金屬污染與酸污染修復(fù)。在進(jìn)行砷、鉛等復(fù)合污染土壤的植物修復(fù)過程中，應(yīng)充分考慮修復(fù)植物對這些重金屬的抗性、耐性和富集性，以及酸污染對修復(fù)植物的毒害，搭配適宜的富集植物蜈蚣草以修復(fù)重金屬復(fù)合污染與酸污染土壤。富集砷的蜈蚣草晾干后采用焚燒方式處理。

(6)工藝流程及關(guān)鍵設(shè)備：富集植物育苗設(shè)施、種植所需的農(nóng)業(yè)翻耕設(shè)備、灌溉設(shè)備、施肥器械、焚燒爐、尾氣處理設(shè)備等。

(7)主要工藝及設(shè)備參數(shù)：

主要包括場地調(diào)查、育苗、移栽、田間管理、刈割和安全焚燒。蜈蚣草采用孢子育苗，育苗溫室溫度控制在20~25℃，濕度60~70%。種植密度約7000株/畝。在田間種植條件下，

蜈蚣草葉片含砷量高達(dá)0.8%。蜈蚣草生長至0.5m時(shí)收割，年收割4次。收獲的蜈蚣草晾干后，通過添加重金屬固定劑，進(jìn)行安全焚燒處理。

(8)成本分析：

包含建設(shè)施工投資、設(shè)備投資、運(yùn)行管理費(fèi)用。處理成本約2-3萬元/畝。運(yùn)行過程中的主要能耗為灌溉、焚燒和尾氣處理的電耗，另外有田間管理的人工成本。

(9)修復(fù)效果：污染土壤中砷的濃度降低至修復(fù)目標(biāo)30mg/kg 以下，滿足修復(fù)要求。