通過生物修復水體與土壤及資源綜合利用的方法
【專利摘要】通過生物修復水體與土壤及資源綜合利用的方法，該方法包括：（1）確定選定的陸地區(qū)域或水體區(qū)域中主要污染物；（2）在選定的陸地區(qū)域或水體區(qū)域中選擇種植和/或培育修復效率高的速生草本植物，速生藻類，喬木，灌木，菌類或微生物；（3）在速生草本植物、速生藻類生長到合適的高度或尺寸后進行收割或采收；（4）對收割或采收的速生草本植物、速生藻類集中處理，綜合利用，防止污染物擴散；（5）人工浮島修復富營養(yǎng)化水體；（6）圈養(yǎng)浮水植物修復重金屬污染水體；（7）高羊茅、早熟禾混作修復鎘、鋅污染土壤；（8）紫花苜蓿、多花黑麥草間作修復多環(huán)芳烴（PAHs）污染土壤；（9）從含銀廢水修復植物中提取和回收白銀。
【專利說明】通過生物修復水體與土壤及資源綜合利用的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及通過生物的種植和/或培育，收割和集中處理實現修復水體與土壤及資源綜合利用的方法，屬于環(huán)保領域。
【背景技術】
[0002]經濟的快速發(fā)展，人口的不斷增長，用水量急劇增加，污水排放量也相應增加，水體的環(huán)境容量和生態(tài)承載力不堪重負，生態(tài)系統(tǒng)遭到極大破壞。我國黃河、淮河、松花江、遼河等水域污染程度均為劣V類，嚴重制約了我國經濟的可持續(xù)發(fā)展，對水體富營養(yǎng)化、重金屬污染進行綜合治理與修復已刻不容緩。
[0003]土壤是是人類及眾多生物賴以生存繁衍的物質基礎之一，隨著工業(yè)化進程的加速，有機、無機的有毒有害物質(主要是農藥、重金屬、石油等)對土壤環(huán)境的污染變得越來越嚴重，世界各國都面臨著不同程度的土壤污染問題。土壤污染中，尤其是重金屬污染的土壤不僅對作物的生長發(fā)育及產量、品質有影響，而且會通過食物鏈對人體健康造成危害。土壤重金屬污染的治理對于我國的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境質量的改善十分重要。
[0004]水體和土壤重污染問題已成為全球面臨的一個嚴重的環(huán)境問題。盡管人們設想和研究了各種技術來修復環(huán)境，但目前仍然沒有找到理想的修復方法?，F有技術中沒有公開通過生物的種植和/或培育，收割和集中處理實現修復水體與土壤及資源綜合利用的方法。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種新型的水體和土壤修復的方法；通過在水體與陸地種植和/或培育速生的草本植物與速生藻類，收割或采收所培育或所生長的草本植物、藻類、喬木、灌木、菌類或微生物，然后集中處理，來實現修復水體與土壤的目的。
[0006]在本申請中，所述的生物廣義地包括速生草本植物、速生藻類，以及灌木、喬木、藤本、菌類、微生物。
[0007]在本申請中，所述重金屬泛指化學污染物中的重金屬(銀、鎘、鈷、鉻、銅、汞、錳、鑰、鎳、鉛、鋅等)、類金屬(砷、硒等)、非金屬(硼等)。
[0008]在本申請中“生物修復”與“植物修復”可互換使用，“速生草本植物”與“草本植物”可互換使用，“速生藻類”與“藻類”可互換使用。
[0009]本發(fā)明的實施方案概括如下:
1、通過生物修復水體與土壤的方法，該方法包括:
(1)確定選定的陸地區(qū)域或水體區(qū)域中主要污染物；
(2)在選定的陸地區(qū)域或水體區(qū)域中選擇種植和/或培育修復效率高的速生草本植物，速生藻類，喬木、灌木，菌類或微生物；
(3)在速生草本植物、速生藻類生長到合適的高度后進行收獲；陸生草本植物收割時保留該草本植物的根和莖的下部分；水體區(qū)域中種植和/或培育的速生草本植物和速生藻類收獲時，保留一部分速生草本和速生藻類植株；
(4)對收割或采收的速生草本植物、速生藻類集中處理，防止污染物擴散；
在本發(fā)明中，收割或采收一般是機械或人工收割或采收，優(yōu)選是機械收割或采收，例如使用農用收割機收割草本植物，使用濾網來采收藻類、水生浮游泳植物。
[0010]污染區(qū)收集的植物集中處理場一般遠離農作物、莊稼種植區(qū)域或水源區(qū)，例如至少I公里，如相隔2-10公里。
[0011]2、根據以上I項的方法，其中在步驟(I)中陸地區(qū)域污染物包括化學污染物、物理污染物、生物污染物；水體區(qū)域染物包括有機耗氧性污染物、有毒污染物、石油、放射性污染物、富營養(yǎng)化污染物、致病性微生物。
[0012]化學污染物包括無機污染物和有機污染物，無機污染物如銀、鎘、鈷、鉻、銅、汞、錳、鑰、鎳、鉛、鋅、砷、硒、硼，過量的氮、磷植物營養(yǎng)元素以及氧化物和硫化物等；有機污染物如各種化學農藥、石油及其裂解產物，以及其他各類有機合成產物等。物理污染物主要是來自工廠、礦山的固體廢棄物如尾礦、廢石、粉煤灰和工業(yè)垃圾等。生物污染物主要是帶有各種病菌的城市垃圾和由衛(wèi)生設施(包括醫(yī)院)排出的廢水、廢物以及廄肥等。
[0013]有機耗氧性污染物主要是生活污水和一部分工業(yè)廢水中含有大量的碳水化合物、蛋白質、脂肪和木質素等有機物，這些物質進入水體，在好氧微生物的作用下，分解為簡單無機物質，消耗水體中的大量溶解氧，導致水體中溶解氧下降，影響魚類和其它水生生物的正常生活。嚴重的還會引起水體發(fā)臭，魚類大量死亡。
[0014]有毒污染物分為四類:(I)非金屬無機毒物CN、F、S等，(2)重金屬與類金屬無機毒物Hg、Cd、Cr、Pb、Mn等，(3)易分解有機毒物如揮發(fā)性酚、醛、苯等，(4)難分解有機毒物DDT、六六六、多氯聯苯、多環(huán)芳烴、芳香胺等。
[0015]石油污染主要是進入海洋的石油在水面形成一層油膜，影響氧氣擴散進入水中，因而對海洋生物的生長產生不良影響。油膜和油塊粘附在幼魚和魚卵上，使魚卵不能成活或使幼魚死亡。石油使魚蝦類產生石油臭味，降低海產品的食用價值。石油污染破壞優(yōu)美的海濱風景，降低了作為療養(yǎng)、旅游地的使用價值。
[0016]放射性污染主要來源于鈾礦開采、選礦、冶煉、核電站及核試驗以及放射性同位素的應用等。
[0017]富營養(yǎng)化污染物主要是指水流緩慢、更新期長的地表水體，接納大量氮、磷、有機碳等植物營養(yǎng)元素，引起藻類等浮游生物急劇增加。
[0018]致病性微生物主要是細菌和病毒，大多來自于未經消毒處理的養(yǎng)殖場、肉類加工廠、生物制品廠和醫(yī)院排放的污水。
[0019]3、根據以上I項的方法，其中在步驟(2)中在陸地區(qū)域中種植和/或培育的草本植物是:冰草、早熟禾、草木樨、大麥、荻、東南景天、遏藍菜、風車草、甘藍、高粱、狗牙根、鬼針草、旱傘菜、黑麥草、畫眉草、結縷草、芥菜、堇菜、苦草、苦蒿、苦苣、狼尾草、龍葵、蘆竹、美人蕉、千屈菜、青蒿、商陸、水蔥、水蕹菜、酸模、土荊芥、豚草、葦狀羊茅、無芒雀麥、蜈蚣草、香根草、香蒲、羊茅、紫花苜蓿、荻、杠板歸；
在水體區(qū)域(尤其淡水型的水體區(qū)域)中種植和/或培育的速生草本植物是:彩葉草、菖蒲、大藻、鳳眼蓮、浮萍、旱傘菜、荷花、菱、蘆葦、蘆竹、滿江紅、美人蕉、千屈菜、水蔥、水芹、水蕹菜、睡蓮、梭魚草、香根草、香蒲、菹草、草茨藻、伊樂藻、金魚藻；在陸地區(qū)域中種植和/或培育的喬木是:白蠟、垂柳、旱柳、榆樹、紫丁香、云杉、紅松、楊樹、樺樹；
在陸地區(qū)域中種植和/或培育的灌木是:翅莢決明、胡枝子、紫穗槐、金葉女貞、紫葉小
檗；
在陸地區(qū)域中種植和/或培育的藤本是:地錦、杠柳、扶芳藤；
在速生草本植物或速生藻類的種植和/或培育過程中或其生長過程中，以及在速生草本植物或速生藻類的收割或采收之后，定期或周期性地對于種植和/或培育區(qū)域中的速生草本植物或速生藻類施加肥料，通過多次施加肥料，可促進植物快速生長，增加生物質產量，加快對土壤與水體的修復。 [0020]下表1是草本植物的列表。下表2是速生藻類的列表。下表3是喬木的列表。下表4是灌木的列表。下表5是藤本的列表。
【權利要求】
1.通過生物修復水體與土壤及資源綜合利用的方法，該方法包括: (1)確定選定的陸地區(qū)域或水體區(qū)域中主要污染物； (2)在選定的陸地區(qū)域或水體區(qū)域中選擇種植和/或培育修復效率高的速生草本植物，速生藻類，喬木，灌木，菌類或微生物； (3)在速生草本植物、速生藻類生長到合適的高度后進行收獲；陸生草本植物收割時保留該草本植物的根和莖的下部分；水體區(qū)域中種植和/或培育的速生草本植物和速生藻類收獲時，保留一部分速生草本和速生藻類植株； (4)對收獲的速生草本植物、速生藻類集中處理，防止污染物擴散。
2.根據權利要求1項的方法，其中在步驟(1)中陸地區(qū)域污染物包括化學污染物、物理污染物、生物污染物；水體區(qū)域染物包括有機耗氧性污染物、有毒污染物、石油、放射性污染物、富營養(yǎng)化污染物、致病性微生物。
3.根據權利要求1項的方法，其中在步驟(2)中在陸地區(qū)域中種植和/或培育的草本植物是:冰草、早熟禾、草木樨、大麥、荻、東南景天、遏藍菜、風車草、甘藍、高粱、狗牙根、鬼針草、旱傘菜、黑麥草、畫眉草、結縷草、芥菜、堇菜、苦草、苦蒿、苦苣、狼尾草、龍葵、蘆竹、美人蕉、千屈菜、青蒿、商陸、水蔥、水蕹菜、酸模、土荊芥、豚草、葦狀羊茅、無芒雀麥、蜈蚣草、香根草、香蒲、羊茅、紫花苜蓿、荻、杠板歸； 在水體區(qū)域(尤其淡水型的水體區(qū)域)中種植和/或培育的速生草本植物是:彩葉草、菖蒲、大藻、鳳眼蓮、浮萍、旱傘菜、荷花、菱、蘆葦、蘆竹、滿江紅、美人蕉、千屈菜、水蔥、水芹、水蕹菜、睡蓮、梭魚草、香根草、香蒲、菹草、草茨藻、伊樂藻、金魚藻； 在陸地區(qū)域中種植和/或培育的喬木是:白蠟、垂柳、旱柳、榆樹、紫丁香、云杉、紅松、楊樹、樺樹； 在陸地區(qū)域中種植和/或培育的灌木是:翅莢決明、胡枝子、紫穗槐、金葉女貞、紫葉小檗； 在陸地區(qū)域中種植和/或培育的藤本是:地錦、杠柳、扶芳藤。
4.根據權利要求1項的方法，其中在步驟(3)中收獲陸地區(qū)域中生長的速生草本植物時，所保留的“莖的下部分”長Icm~IOcm, I~6個節(jié)理；當水體區(qū)域中速生草本植物收獲時，保留的莖應露出水面5cm~10cm，I~6個節(jié)理；當整株收獲水體區(qū)域中速生草本植物或速生藻類時，至少保留1/3以上植株。
5.根據權利要求1項的方法，其中在步驟(4)中對收獲的速生草本植物、速生藻類采取焚燒法、堆肥法、高溫分解法、灰化法、液相萃取法集中處理，綜合利用。
6.根據權利要求1-5項的方法，其中步驟(1)-(4)或步驟(2)-(4)能夠重復進行；通過種植和/或培育速生草本植物，速生藻類修復水體與土壤，并對所收獲的速生草本植物、速生藻類，資源化綜合利用。
7.根據權利要求1-6項所述的方法，其中所述的處理包括: a)對污染土壤采用生物修復法，利用生物削減、凈化土壤中的重金屬、病菌、放射性元素，降低重金屬、病菌、放射性元素的毒性； b)對污染水體采用生物修復法，利用生物代謝活動對水體中污染物的吸收、轉化和降解，達到減緩或消除水體污染、恢復水體生態(tài)功能的目的； c)對修復植物資源化綜合利用，是利用修復植物體內具有較高的金屬濃度，作為燃料轉化成能源，再從灰分中提取重金屬。
8.根據權利要求1-7項中任何一項的方法，還包括下列步驟: (5)人工浮島修復富營養(yǎng)化水體的步驟，該修復步驟包括下列子步驟: (al)用竹桿、樹干組成任意形狀(如三角形、四角形、五角形、六角形)的浮島單元外框，浮島單元外框連接處用可降解纖維(如棕櫚繩、麻繩、厚度小于3mm的竹條)固定； (a2)在外框內用可降解纖維(如棕櫚繩、麻繩、厚度小于3mm的竹條)編成網，可降解纖維網與外框相連； (a3)在可降解纖維網內填充橫豎交錯的蘆葦捆、稻草捆，厚度IOcm~100 cm ;先用蘆葦、稻草將蘆葦捆、稻草捆相互連接，再將蘆葦捆、稻草捆與可降解纖維網連接； (a4)在蘆華捆、稻草捆鋪5cm~20cm厚一層泥土 ； (a5)培育浮島植物小苗，當小苗達到5cm以上進行移栽； (a6)株行距按20cm~50cmX 20cm~50cm,將蘆華、蘆竹、香蒲、千屈菜、水竹、紙莎草小苗移栽至浮島單元內，優(yōu)選混種； (a7)在浮島安置預定水域，設置多個固定錨、固定樁； (a8)將多個浮島單元用可降解纖維連接，適當放松浮島單元之間的間隙，以便緩解外力對浮島單元的沖擊和調節(jié)水位； (a9)用繩子將浮島與多個固定錨、固定樁連接，適當放松連接繩以便調節(jié)水位； (alO)危害蘆葦、蘆竹、香蒲、千屈菜、水竹、紙莎草的主要害蟲是蚜蟲，蟲害發(fā)生時用10%吡蟲啉可濕性粉劑500~800倍液噴霧、40%氧化樂果800~1000倍液噴霧； (all)進入秋季后，當蘆葦、蘆竹、香蒲、千屈菜、水竹、紙莎草出現大量枯萎時，收獲植物地上部分； (al2)當浮島內蘆葦捆、稻草捆出現大量分解時，將浮島打撈上岸，清除出竹桿、樹干及需要繼續(xù)栽培的浮島植物后做成堆肥。
9.根據權利要求1-8項中任何一項的方法，還包括下列步驟: (6)圈養(yǎng)浮水植物修復重金屬污染水體的步驟，該修復步驟包括下列子步驟: (bl)用竹桿、樹干、PVC管、漂浮物、繩子組成任意形狀的浮水植物生長外框； (b2)在浮水植物生長預定水域，設置多個固定錨、固定樁； (b3)用繩子、鐵絲將浮水植物生長外框與多個固定錨、固定樁連接，適當放松連接繩、鐵絲長度以便調節(jié)水位； (b4)當氣溫穩(wěn)定在15°C以上時，將水鱉、水蕹菜、鳳眼蓮投放至浮水植物生長外框內；(b5)當水鱉、水蕹菜、鳳眼蓮長滿浮水植物生長外框時，打撈走1/2~2/3水鱉、水蕹菜、鳳眼蓮；在生長旺季，每隔20d~30d打撈一次； (b6)打撈上岸的水鱉、水蕹菜、鳳眼蓮需集中處理，綜合利用，防止重金屬二次污染。
10.根據權利要求1-9項中任何一項的方法，還包括下列步驟: (7)高羊茅、早熟禾混作修復鎘、鋅污染土壤的步驟，該修復步驟包括下列子步驟: (cl)播種前將 磚頭、石塊、樹枝、塑料等雜物，并將表土耙平；土壤粘性較強時，結合翻耕加入細沙，以改善土壤的通氣性；土壤貧瘠時，結合翻耕每畝施有機肥500kg~1000kg或復合肥80kg~IOOkg ；(c2)溫暖地區(qū)春、夏、秋都可播，高寒區(qū)適4~5月春播，長江以南地區(qū)適宜9~10月秋播； (c3)高羊茅、早熟禾混作時,按每畝高羊茅種子30kg~35kg,早熟禾種子5kg~IOkg混合； (c4)播種前每畝施稀薄糞水2000kg~3000kg保持土壤濕潤,播種后蓋0.5cm~2cm厚一層細沙土； (c5)保持土壤濕潤，播種后7d~IOd天即可發(fā)芽，發(fā)芽后適當減少噴灌次數，以利于幼苗扎根； (c6)當苗高5cm以上時,每畝撒施50kg~IOOkg粉碎的菜籽餅顆粒； (c7)高羊茅、早熟禾抗病性較強，病害較少；在南方濕熱的夏季，噴施50%多菌靈可濕性粉劑800~1000倍液、40%三乙膦酸鋁可濕性粉劑400~600倍液，每隔IOd~15d噴施一次，共噴施2-3次預防病害的發(fā)生； (c8)當高羊茅、早熟禾苗高IOcm以上時便可收割； (c9)收割的高羊茅、早熟禾及時運出鎘、鋅污染土地，集中處理，綜合利用，防止重金屬二次污染。
11.根據權利要求1-10項中任何一項的方法，還包括下列步驟: (8)紫花苜蓿、多花黑麥草間作修復多環(huán)芳烴(PAHs)污染土壤的步驟，該修復步驟包括下列子步驟: (dl)播種前將多環(huán)芳烴污染的土壤翻耕一遍，翻耕深度20cm~30cm，土地四周開挖排水溝，防止積水；清除土壤中的磚頭、石塊、樹枝、塑料等雜物，并將表土耙平；結合翻耕每畝施有機肥500kg~800kg或尿素IOkg~15kg,過磷酸|丐50kg~80kg作為基肥； (d2)我國長江以南地區(qū)，適宜10月后秋播；華北和西北適宜4-5月春播；播前一周內，將種子放在太陽下曬2~3天，提高發(fā)芽率； (d3)紫花苜蓿、多花黑麥草間作時采用條播，每畝播紫花苜蓿種子0.5kg~0.6kg，多花黑麥草種子0.8 kg~1.0kg ； (d4)播種后蓋3cm~5cm厚一層細土,種子發(fā)芽后,每畝施稀薄糞水1000kg~1500kg,保持土壤濕潤； (d5)紫花苜蓿、多花黑麥草苗期生長慢，要及時中耕除草；苗期和生長期天旱時及時澆f崔; (d6)紫花苜蓿用58%甲霜靈錳鋅可濕性粉劑500~600倍液噴霧防止霜霉病、70%甲基托布津可濕性粉劑500倍液噴霧防冶銹病、葉斑??；多花黑麥草用2.5%溴氰菊酯可濕性粉劑1000~1500倍液噴霧防冶粘蟲、螟蟲危害； (d7)紫花苜蓿株高30cm~40cm進行收割，第一次收割留茬高度5~IOcm cm，以免影響再生，以后30d~40d收割一次；多花黑麥草株高40cm~50cm進行收割，第一次收割適當提早，能促進分蘗，增加后幾茬的產量；第一次收割留茬高度5~lOcmcm，以免影響再生，以后20d~30d收割一次； (d8)收割的紫花苜蓿、多花黑麥草及時運出多環(huán)芳烴(PAHs)污染土地，集中處理，綜合利用，防止環(huán)芳烴二次污染。
12.根據權利要求1-11項中任何一項的方法，還包括下列步驟:(9)從含銀廢水修復植物中提取和回收白銀的步驟，該修復步驟包括下列子步驟: (el)將在含銀廢水中生長的植物(如鳳眼蓮、喜旱蓮子草、浮萍、褐藻、刺苦草等)打撈上岸，自然曬干后在空氣中燒成粗灰； (e2)焚燒后的粗灰放入高溫爐中，在500~600°C下，恒溫15h~20h完全灰化成白色或棕色粉末； (e3)將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 ;浸泡液中的銀與硝酸反應生成硝酸銀； (e4)在浸泡液中加入20%的氨水，將PH值調至10~11，浸泡液中的銀與氨生成銀氨絡合離子； (e5)提取浸出液，加熱到45~50°C后過濾，去除殘渣；濾液繼續(xù)保持45~50°C，將氨水完全蒸發(fā)； (e6)濾液中加入15%~20%的鹽酸，鹽酸與濾液體積比為1: 10，生乳白色的氯化銀沉淀物； (e7)將上層貧銀清液倒出，濾取氯化銀沉淀物，用蒸餾水洗至中性； (e8)將氯化銀沉淀物置于烘箱內，在100°C~110°C溫度下，干燥2h~4h ; (e9)將干燥后的氯化銀中加入質量比為15~20%的無水碳酸鈉、10~12%硼砂及8~10%的細粒粗銀，混合后在1000°C~1100°C溫度下保持30~60min后，取出立即注入(TC~10°C的冷水中，冷卻后得到純度90%以上的粗銀塊。
【文檔編號】C02F3/32GK103736721SQ201410031538
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權日:2014年1月23日
【發(fā)明者】雷學軍 申請人:雷學軍