一种全氟多氟烷基化合物污染土壤的生态修复方法技术

本发明专利技术公开了一种全氟多氟烷基化合物污染土壤的生态修复方法，包括步骤1、筛选高富集自生植物品种；步骤2、种植高富集自生植物；步骤3、自生植物收割；步骤4、秸秆粉碎；步骤5、制备生物炭；步骤6、生物炭回用修复污染土壤。本发明专利技术通过在PFAS污染物的土壤上种植自生植物，植物根系会吸附锁定长链、疏水性PFAS物质，而短链、亲水性PFAS会被植物根系吸收并转运到植物的地上部分，最终储存在叶片和枝条中。自生植物在整个生命周期不用特别管理维护，当植物长到成熟期后，可将植物地上部分进行收割，集中焚烧发电，PFAS将在高温焚烧过程中被分解，形成生物炭，再次修复污染土壤。再次修复污染土壤。

【技术实现步骤摘要】
一种全氟多氟烷基化合物污染土壤的生态修复方法


[0001]本专利技术涉及土壤有机污染修复领域，特别是一种全氟多氟烷基化合物污染土壤的生态修复方法。

技术介绍

[0002]全(多)氟烷基化合物(PFAS)是以烷基碳链结构为骨架、氢原子被氟原子全部或部分取代的一系列新型持久性有机污染物(POPs)。近十年来，PFAS已在全球空气和土壤、水体、动物、中被检出。
[0003]2015年PFOA及其盐类、以及部分可以降解为PFOA的化合物，被提议纳入《斯德哥尔摩公约》。加拿大、中国和欧洲化学品管理局等，也相继出台政策和措施对其进行管控，其使用被禁止或受到严格限制。
[0004]土壤是PFAS重要的“汇”，PFAS污染场地有如下几个主要特性：
[0005]1、浓度微量或者痕量，多数在ppt、ppb水平，具有隐蔽性。
[0006]2、高稳性，难以被生物降解，只能在环境多界面迁移、贮存。
[0007]3、潜在慢性毒害性并且容易通过食物链产生毒性放大作用。
[0008]4、数量众多，分子结构复杂，常规手段难以同步去除长链和短链物质。
[0009]对于PFAS污染场地的修复主要有热解析、电渗析、吸附剂吸附、电化学高级氧化等途径。然而，热解析与电渗析，均存在能耗大和成本高的问题，且电渗析对于短链PFAS(如PFBA、PFHxA)的回收率较低(平均26％和20％)；而吸附剂吸附和电化学高级氧化，均存在副产物产生二次污染的问题。
[0010]目前，利用绿色植物来转移、容纳或转化污染物的植物修复，已被证实具有低成本、低扰动、低二次污染的特点，且可用于修复痕量、微量持久性有机污染物污染的水体和土壤。前期研究已经证实多种农作物对PFAS有可观的生物富集：例如燕麦秸秆和小麦秸秆对于PFOA的生物富集系数(BCF)分别为2.0
±
1.9和4.0
±
1.9。然而，由于目前对于植物生物富集PFAS的研究，主要关注农作物等可食用植物，研究的重点侧重于评估PFAS的食物链富集、生物放大、生态环境风险，而植物用于PFAS环境污染修复的可行性、优势物种选取的研究尚且欠缺。
[0011]随着城市化进程加快，环境、资源等问题日益凸显，人与自然和谐共生越来越受人们的重视。相比人工栽植园林植物，自生植物(Spontaneous vegetation，泛指些非人工栽植、自然定居生长的植物群体，具有自我繁殖和扩散能力)在生长过程中鲜有人为干扰，对环境的适应性更强，可自我更新演替，是城市里珍贵的自然成分，具有更突出的生态意义。自生植物可以通过植物茎秆或发达的根系形成高效根系过滤层将土壤中的污染物提取、萃取，过滤并储存在可收获的地上部分，最后通过收割实现污染物的分离。

技术实现思路

[0012]本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种全氟多氟烷基
化合物污染土壤的生态修复方法，该全氟多氟烷基化合物污染土壤的生态修复方法采用非人工栽植、自然定居生长的植物群用于从土壤中固定、去除多种PFAS。
[0013]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0014]全氟多氟烷基化合物污染土壤的生态修复方法，包括如下步骤。
[0015]步骤1、筛选高富集自生植物品种：通过培育不同品种的自生植物幼苗，并将自生植物幼苗转移至具有设定浓度的PFAS水溶液或土壤中；在设定间隔时间内，对自生植物的地上部分和地下部分分别监测PFAS浓度，并分别计算各自对PFAS的富集效率；设自生植物地上部分对PFAS的富集效率为BCF
Shoot
，自生植物地下部分对PFAS的富集效率为BCF
Root
，则对应计算公式分别为：
[0016][0017][0018]式中，C
Shoot
是自生植物地上部分的PFAS浓度；
[0019]C
Root
是自生植物地下部分的PFAS浓度；
[0020]C
soil
是PFAS水溶液或土壤中PFAS的设定浓度。
[0021]另外，使用易位因子TF计算自生植物从土壤或根到植物地上部分或叶的转运、易位能力，具体计算公式为：
[0022][0023]当BCF
Shoot
不低于α，BCF
Root
不低于β，且TF不低于γ时，认为对应自生植物为高富集自生植物；其中，α≥150％，β≥150％，γ≥100％。
[0024]步骤2、种植高富集自生植物：在具有PFAS污染的场地，根据当地环境、气候特性以及PFAS污染场地的浓度，从步骤1确定的高富集自生植物品种中选择一种或多种进行种植。
[0025]步骤3、自生植物收割：在每年，当步骤2种植的高富集自生植物处于成熟期时，将处于地上部分的自生植物全部进行收割；其中，处于地上部分的自生植物将污染场地中的部分多种PFAS同步从污染场地中进行分离。
[0026]步骤4、秸秆粉碎：将步骤3收割的自生植物秸秆清洗、烘干并粉碎，形成自生植物碎屑。
[0027]步骤5、制备生物炭：将步骤4形成的自生植物碎屑通入氮气保护的管式炉中进行低温煅烧，其中，煅烧温度不低于300气，煅烧时间不低于1小时；在煅烧过程中，自生植物碎屑所含有的PFAS将自动挥发，形成尾气，并被管式炉尾部的吸收液进行吸收；而煅烧后的自生植物碎屑形成为不含有PFAS的生物炭。
[0028]步骤6、生物炭回用修复污染土壤：将步骤5制备的生物炭，施加于PFAS污染土壤，土壤中的PFAS会吸附于生物炭上，进一步固定土壤中的PFAS污染物，降低PFAS再污染场地的流动性，削弱其向地下水或其他水体的迁移能力。
[0029]步骤1中，高富集自生植物品种的筛选方法，具体包括如下步骤。
[0030]步骤1
‑
1、自生植物品种初筛：从待生态修复土壤所处区域，分布广泛的优势自生植物品种中，进行初筛；设筛选后的自生植物种类数为N种。
[0031]步骤1
‑
2、幼苗培育：对步骤1
‑
1初筛后的每种自生植物，均进行植物幼苗的培育。
[0032]步骤1
‑
3、制备PFAS水溶液：制备含设定浓度C
soil
的PFAS水溶液，并均分至(N*M+a)个水盆中；其中，M≥5，a≥3。
[0033]步骤1
‑
4、植物转移：将步骤1
‑
2培育的每种植物幼苗均等量转移至b个无PFAS对照水盆和步骤1
‑
3制备的M个含PFAS的水盆中；其中，每个无PFAS对照水盆和每个含PFAS水盆均为不透光材质或包裹不透光材料层；同时，b≥3；每个无PFAS对照水盆内不含有PFAS；未转移植物幼苗的a个含PFAS水盆，形成为无植物对照水盆。
[0034]步骤1
‑
5、植物收集及PFAS测试：当步骤1
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全氟多氟烷基化合物污染土壤的生态修复方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、筛选高富集自生植物品种：通过培育不同品种的自生植物幼苗，并将自生植物幼苗转移至具有设定浓度的PFAS水溶液或土壤中；在设定间隔时间内，对自生植物的地上部分和地下部分分别监测PFAS浓度，并分别计算各自对PFAS的富集效率；设自生植物地上部分对PFAS的富集效率为BCF
Shoot
，自生植物地下部分对PFAS的富集效率为BCF
Root
，则对应计算公式分别为：计算公式分别为：式中，C
Shoot
是自生植物地上部分的PFAS浓度；C
Root
是自生植物地下部分的PFAS浓度；C
soil
是PFAS水溶液或土壤中PFAS的设定浓度；另外，使用易位因子TF计算自生植物从土壤或根到植物地上部分或叶的转运、易位能力，具体计算公式为：当BCF
Shoot
不低于α，BCF
Root
不低于β，且TF不低于γ时，认为对应自生植物为高富集自生植物；其中，α≥150％，β≥150％，γ≥100％；步骤2、种植高富集自生植物：在具有PFAS污染的场地，根据当地环境、气候特性以及PFAS污染场地的浓度，从步骤1确定的高富集自生植物品种中选择一种或多种进行种植；步骤3、自生植物收割：在每年，当步骤2种植的高富集自生植物处于成熟期时，将处于地上部分的自生植物全部进行收割；其中，处于地上部分的自生植物将污染场地中的部分多种PFAS同步从污染场地中进行分离；步骤4、秸秆粉碎：将步骤3收割的自生植物秸秆清洗、烘干并粉碎，形成自生植物碎屑；步骤5、制备生物炭：将步骤4形成的自生植物碎屑通入氮气保护的管式炉中进行低温煅烧，其中，煅烧温度不低于300℃，煅烧时间不低于1小时；在煅烧过程中，自生植物碎屑所含有的PFAS将自动挥发，形成尾气，并被管式炉尾部的吸收液进行吸收；而煅烧后的自生植物碎屑形成为不含有PFAS的生物炭；步骤6、生物炭回用修复污染土壤：将步骤5制备的生物炭，施加于PFAS污染土壤，土壤中的PFAS会吸附于生物炭上，进一步固定土壤中的PFAS污染物，降低PFAS再污染场地的流动性，削弱其向地下水或其他水体的迁移能力。2.根据权利要求1所述的全氟多氟烷基化合物污染土壤的生态修复方法，其特征在于：步骤1中，高富集自生植物品种的筛选方法，具体包括如下步骤：步骤1
‑
1、自生植物品种初筛：从待生态修复土壤所处区域，分布广泛的优势自生植物物种中进行初筛；设筛选后的自生植物种类数为N种；步骤1
‑
2、幼苗培育：对步骤1
‑
1初筛后的每种自生植物，均进行植物幼苗的培育，或者从未污染场地移栽；步骤1
‑
3、制备PFAS水溶液：制备含设定浓度的PFAS水溶液，并均分至(N*M+a)个水盆中；其中，M≥5，a≥3；
步骤1
‑
4、植物转移：将步骤1
‑
2培育的每种植物个体...

【专利技术属性】
技术研发人员：智悦，何强，钱深华，王小铭，刘彩虹，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：