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；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，提高了修復(fù)效率，實現(xiàn)了高效地下水原位修復(fù)的目的。
【專利說明】
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)過幾十年的工業(yè)化進(jìn)程，大量工廠因為嚴(yán)重污染而被關(guān)停。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，絕大 多數(shù)工廠均存在不同程度的污染，而且由于污染時間長、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，給人們造成用水危機(jī)，另一方面污染物隨地 下水轉(zhuǎn)移，不僅污染地下土壤，而且也可能對地勢較低的地表帶來嚴(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，難以通過短期的工程手段完成修復(fù)目標(biāo)。因 此，現(xiàn)有工程實施通過在地下水下游處開挖水井，將污染地下水抽出后通過異位污水處理 工藝，獲得較好處理效果。但此法需要長期抽水并轉(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)方法對地下水污染進(jìn)行治理的研究報道較多，例如：
[0005] 申請公布號為CN104607448A的發(fā)明專利申請文獻(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過程中保持土壤 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] 申請公布號為CN104692531A的發(fā)明專利申請文獻(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)測系統(tǒng)包括一處 水位監(jiān)測點(diǎn)和兩處水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)。
[0007] 上述方法對于如何更合理地調(diào)整修復(fù)植物根系生長情況的研究較少。因此，有必 要針對修復(fù)植物根系的生長及走向進(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，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；
[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 源的滲入且使用時間長。
[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；當(dāng)根系生長到限塑膜底部時，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，污染物實現(xiàn)同步轉(zhuǎn)移，在植物體內(nèi)降解或通過樹葉揮發(fā)出去，從而實 現(xiàn)對地下水的原位修復(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)計有利于植物根系的生長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，同時利用根系向水性引導(dǎo)根系向更深地土層生長;在植物生 長前期，主要用來澆水，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，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)材料通過小孔進(jìn)入輸送孔中。
[0026] 修復(fù)植物的種植初期，需要定時向地表澆水，待植物成功存活后通過輸送管進(jìn)行 澆水，經(jīng)常觀測植物生長情況，及時補(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，提高了修復(fù)效率，實現(xiàn)了高效 地下水原位修復(fù)的目的。
【附圖說明】
[0034]圖1為地下水污染區(qū)域示意圖；
[0035] 圖2為針對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。
【具體實施方式】
[0038]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步解釋。
[0039] 實施例1
[0040]以楊樹(新疆楊)為修復(fù)植物，進(jìn)行試驗。
[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，定時向地表澆水直至植物移栽成功，植物存活后，通過防滲 膜將限塑膜頂部進(jìn)行封口，防滲膜上開設(shè)有供輸送管穿過的開口，再通過輸送管進(jìn)行灌水， 每次灌水量為20L，第1個月每天一次，第2個月每周兩次，第3-4個月每周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，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，通過檢測地上部枝葉、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] 植物種植的場地為典型工業(yè)污染場地，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，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] 檢測楊樹對污染的地下水中重金屬和有機(jī)質(zhì)的吸收情況。
[0053]具體檢測方法如下:取修復(fù)植物栽種第3年的葉片、莖部和根系，測定葉片、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ICP-OES測定），了解楊樹種植 的第3年對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)的測定 方法，如無特殊指明均采用常規(guī)測定方法。
[0054]表1楊樹對土壤常見污染物的吸收、去除效果
[0057] 注:上述重金屬修復(fù)過程中，楊樹未表現(xiàn)毒害效應(yīng)。
[0058] 實施例2
[0059] 以柳樹(Salix nigra)為修復(fù)植物，進(jìn)行試驗，具體修復(fù)方法及測定方法均與實施 例1相同，結(jié)果如表2所示。
[0060]表2柳樹對土壤常見污染物的吸收、去除效果
[0062] 注:上述重金屬修復(fù)過程中，柳樹未表現(xiàn)毒害效應(yīng)。
[0063]從通過上述結(jié)果可以明確種植楊樹和柳樹在種植后的第3年對重金屬和有機(jī)污染 物有明顯的提取效果，而且根、莖、葉對污染物的積累能力各不相同。對于重金屬主要體現(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 年脫落的葉片兩個部分，樹干對重金屬的提取效果如表3所示。除樹干、樹根對重金屬的提 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的樹葉計算，則10 年會產(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]通過限制植物根系的活動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，對場地深層污染土壤植物修復(fù)提供了新的方法。
【主權(quán)項】
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； (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】C02F103/06GK105923777SQ201610286397
【公開日】2016年9月7日
【申請日】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
【申請人】浙江博世華環(huán)?？萍加邢薰?br>