[發明專利]一種快速降低靜止水體上覆水Cd濃度與底泥Cd遷移擴散的方法

在審

• 申請號: 201610156397.2
• 申請日: 2016-03-18
• 公開（公告）號: CN105776488A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 劉孝利;鐵柏清;秦普豐;雷鳴;魏祥東
• 申請（專利權）人: 湖南農業大學;劉孝利
• 主分類號: C02F1/62
• 分類號: C02F1/62;C02F11/00
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 何為;李宇

技術領域

本發明涉及一種快速降低靜止水體上覆水Cd濃度與底泥Cd遷移擴散的方法。

背景技術

污染底泥中重金屬離子會不斷通過擴散作用向水相遷移釋放，造成上覆水體重金屬離子 濃度升高，進而可能通過灌溉過程進入農田生態系統。因灌溉水中水溶態Cd濃度高是導致稻 米Cd超標的主要來源之一，可見快速降低灌溉水中水溶態Cd、并阻控重金屬污染底泥中有毒 元素釋放十分必要。

隨著我國經濟迅速發展，水資源緊缺日益加劇，污水灌溉在一定程度上緩解了農業用水 的供需矛盾，但由于工業污水、畜禽養殖廢水、尾礦區水塘水庫等灌溉水源中含有一定量的 重金屬，如果長期用這些污水進行灌溉就極易造成有毒重金屬在土壤和農產品中累積。當前， 由于污灌引發的重金屬超標問題受到越來越多的關注。而我國污水灌溉歷史由來已久，從地 域上來說污水灌溉農田主要集中在海、遼、黃、淮4大流域，約占全國污水灌溉面積的85％^[1]。 在各種重金屬污染物中，Cd超標率最突出，值得注意的是我國重金屬Cd污染大多由于污水灌 溉造成的，如常年引用污水灌溉以彌補農業用水不足致使干旱少雨的天津約23萬hm²農田受到 不同程度的重金屬污染，在污灌區進行現場采樣試驗，結果表明小麥籽實中Cd含量超過國家 食品安全標準，已受到Cd的污染^[2]，另外國內有不少地方稻田土壤中Cd的含量嚴重超標且達 到生產鎘米(大米Cd含量≥1.0mg/kg)的污染程度，如沈陽張士灌區、上海沙川灌區、湖南 衡陽水口山和株洲清水塘等地區^[2-3]，諸多研究均表明，以重金屬超標水源進行灌溉會導致農 田土壤重金屬累積超標，進而造成農產品重金屬超標^[4-6]。

針對農田土壤及農產品重金屬超標問題的凸顯，國內外開展了大量的農田土壤重金屬污 染修復技術研究，如客土等工程措施，物理化學技術，生物微生物技術，植物修復等生態技 術等等，并取得了一系列的成果^[7-10]。近年來，隨著灌溉用水的污染及其引發的土壤健康、食 品安全風險日益嚴重，生態環境壓力越來越大，將灌溉水源進行凈化后再利用，是緩解水資 源的重要手段，當前灌溉水凈化技術多集中在去除懸浮物、病原菌等有機污染物，且現有的 水質凈化技術成本昂貴很難應用到農業實踐^[11]。

底泥作為水體污染的敏感指標，其重金屬污染濃度可反映上覆水體的污染程度^[12]。目前 針對水體沉積物的污染特征研究較多，以及底泥重金屬污染對河流水質及水生態系統的影響 問題已引起人們的廣泛關注^[12]，通常進入水體的重金屬離子大部分以各種形態賦存在底泥中， 但卻會在微生物活動、人為干擾會不斷釋放到上覆水中，從而隨灌溉進入食物鏈。

湖南是我國重要的稻米產區，水稻是高耗水作物，湖南每年播種水稻約5400萬畝左右。 以雙季稻為例，早晚稻灌溉用水分別需要300m³和450m³左右。湖南同屬我國典型酸雨區，土 壤與降雨雙重酸性導致重金屬活性較強，極易遷移進入食物鏈^[14-15]，湖南也是我國著名的有 色金屬之鄉，金屬礦產累年采冶，尾礦露天堆放，導致周圍很多水塘、水庫等農用灌水、人 畜飲水被嚴重污染。如衡陽市水口山鉛鋅礦區建礦歷程已有110多年，由于污排泛濫致使礦區 周邊水源污染，致使大面積灌溉農田遭受重金屬污染，在長株潭地區，As、Cd、Pb、Zn等重 金屬以外源污染形式進入土壤環境的特征明顯，并且Cd的污染指數最大^[16]。河流、水庫等底 質及上覆水監測研究顯示，因底泥重金屬污染而導致的上覆水體中溶解態重金屬離子超標現 象在全國各地區均有報道，以廣東為例，寧建鳳等(2009)分析了廣東省45宗大中型水庫底 泥的重金屬含量發現，底泥中Cd、Pb、Cu等重金屬元素含量均高于廣東土壤背景值^[17]，黃河 上游一些典型地區河段底泥中重金屬Cr、Cd污染程度較為嚴重^[18-19]。可見，底泥重金屬污染 及其帶來的水環境、水生態問題日益得到廣泛重視，然而如何快速降低水體溶解態重金屬濃 度，同時有效控制底泥中重金屬向水相釋放是亟待解決的科學難題。