一种用于有机污染土壤修复的仿生植物系统的制作方法

1.本实用新型涉及仿生植物领域，特别是一种用于有机污染土壤修复的仿生植物系统。


背景技术：

2.在中国部分地区，因工业废水、大气降尘、石油开采和农药造成的土壤有机物污染相当严重。有机场地污染的类型多样，污染途径多，原因复杂，控制难度大，修复技术多样。目前已见报道的修复技术有化学氧化、土壤淋洗、热脱附、气相抽提、水泥窑协同处置及微生物修复等。其中，植物修复主要通过直接吸收作用，植物释放分泌物和酶，根际的矿化作用去除土壤中的有机污染物。植物修复具有可削减土壤污染物总量，对土壤影响小的特点，但植物修复的局限在于：修复周期长；特定植物只能降解特定污染物，缺乏普适性的植物；植物生长受污染物浓度、气候条件、土壤理化性质等诸多因素限制，条件不合适时，难以达到理想降解效果。
3.仿生植物修复技术通过模拟植物的蒸腾作用，将土壤内的污染物从地面转移到仿生植物由吸附材料构成的根茎内，达到修复土壤的目的。仿生植物修复技术具有环保经济，操作简单的优点，且不受季节、土壤条件限制，可广泛用于多种污染土壤的修复。仿生植物主要通过根茎内的吸附材料吸附土壤污染物，一旦吸附材料达到饱和，仿生植物就难以进一步移除土壤中的污染物。
4.另一方面，目前仿生植物主要用于重金属污染土壤修复，用于有机污染土壤或重金属有机污染土壤修复主要通过耦合淋洗、根际微生物修复和根茎内的化学氧化技术来实现。化学淋洗运行成本高，对土壤性质影响大；微生物修复也容易受到污染物浓度、气候条件、土壤理化性质等诸多因素限制；而根茎内放置的氧化剂有限，进而修复效果难以持久。公开号为cn110076194b的专利中公开了一种基于加速蒸腾型去除土壤重金属污染的仿生植物及其用途，其包括仿生叶面、直通外壳、直通中杆，内部填充石灰(cao)、活性炭、海泡石、沸石等吸附填料。该发明是一种基于环境地球物理化学和植物水分蒸腾原理的土壤重金属污染治理新技术。利用太阳照射使铝箔发热，加速仿生植物水分吸收和蒸腾，提高重金属有效态向仿生植物的迁移速度，增强修复装置的富集能力，可应用于农田和场地重金属污染治理中。但是该专利利用吸附填料吸附重金属污染，不能重复多次利用。
5.公开号为cn110252791a的专利中，所述仿生叶片的材料包括玻璃纤维丝、玻璃纤维布或者棉纱线中的任意一种或至少两种的组合，其均为导水材料，可将地下的污染物吸收至所述仿生叶片中。
6.因此，迫切需要开发修复效果持久，可适用多种环境条件的有机污染土壤仿生植物修复系统。
7.公开号为cn113354104a的专利中一种适用于深水环境修复的生态系统及其构建方法。所述生态系统将水下光照系统、光催化仿生网和水生植被进行配合，利用光催化仿生网上的光催化材料吸收水下光照系统的光能、持续吸附并降解水体污染物，富集微生菌群，
将水体有机污染物菌解为水生植被生长的营养成分，水生植被由水下光照启动光合作用，加快生长。整个系统依赖可见光响应的光催化材料，开启光合水生态自然恢复，启动大自然的力量来净化水体、修复生态。此外，光催化仿生网可吸收光能并用于分解水产生氧气，大量新造氧气能吸引鱼类、虾类，并促进周围水生态植物繁殖，达到水生态的动态平衡。该专利中，所述光催化材料为介孔石墨烯-介孔光催化复合材料、介孔二氧化钛、介孔二氧化钛-石墨烯复合材料、介孔二氧化钛-石墨相氮化碳复合材料、介孔二氧化钛-分子筛复合材料、介孔二氧化钛-有机金属框架材料，介孔二氧化钛-氧化锌、介孔二氧化钛-三氧化二铁、介孔二氧化钛-二硫化钼、介孔二氧化钛-硝酸银、介孔二氧化钛-铋系光催化材料、介孔二氧化钛-氧化钨、介孔二氧化钛-氧化锡、介孔二氧化钛-硫化镉、介孔二氧化钛-二氧化锆、金属掺杂介孔二氧化钛、氧空位自掺杂氧化钛、介孔氧化钛-氧空位自掺杂光催化剂、三价钛自掺杂氧化钛中的一种或两种以上的组合。但是该专利只能应用于深水环境修复。


技术实现要素：

8.本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种用于有机污染土壤修复的仿生植物系统，能快速移除土壤中的有机污染物并对有机污染物进行降解，修复效果持久。
9.为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种用于有机污染土壤修复的仿生植物系统，包括地下根系、地上枝干部分和仿生叶片，所述地下根系包括第一中空管和填充在所述第一中空管内部的第一导水材料层，所述地上枝干部分包括第二中空管和填充在所述第二中空管内部的第二导水材料层，所述仿生叶片表面为光催化剂层。本实用新型通过第一导水材料层和第二导水材料层将土壤中的有机物依次转移至地下根系、地上枝干部分和仿生叶片，通过光催化仿生叶片，实现降解有机污染物的目的。
10.进一步地，所述第一中空管包括主根系、第二级根系和第三级根系，所述第二级根系插设于所述主根系外表面开设的小孔中，所述第三级根系插设于所述第二级根系外表面开设的小孔中，所述第三级根系外表面开设有小孔。进一步地，所述主根系、所述第二级根系和所述第三级根系的直径依次递减。进一步地，所述第二级根系斜向下插设。利用多级根系逐级吸附土壤中的有机污染。
11.进一步地，所述第二中空管包括第一级枝干和第二级枝干，所述第二级枝干插设于所述第一级枝干外表面开设的小孔中，所述仿生叶片插设于所述第二级枝干上。进一步地，所述第一级枝干和所述第二级枝干的直径依次递减。进一步地，所述第二级枝干斜向上插设。利用多级枝干将多级根系吸附的有机污染转移至仿生叶片。
12.进一步地，所述仿生叶片通过叶柄插设于所述第二级枝干上。
13.与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：本实用新型提供一种移除土壤中有机污染的仿生植物，通过仿生根系和地上枝干内的亲水材料，将土壤中的有机物转移至仿生叶片，通过光催化仿生叶片，实现降解有机污染物的目的。该修复装置可应用于有机污染场地，修复周期短，不受土壤理化性质、污染物浓度的限制，可适应多种环境条件。喷涂的光催化材料起到催化剂的作用，降解污染物的过程中并不会产生消耗，因此可以实现持续稳定的修复效果。修复过程对土壤性质基本无影响，对有机物降解彻底，是一种绿色环保的修复装置。装置可以重复利用多次，修复过程中无需外加动力，具有较好的经济效益。
附图说明
14.图1为本实用新型一实施例中仿生植物系统整体示意图。
15.图2为本实用新型一实施例中地下根系局部示意图。
16.图3为本实用新型一实施例中地上枝干局部示意图。
具体实施方式
17.下面结合附图及具体实施例对本专利做进一步详细说明。
18.如图1所示，本实用新型一实施例由地下根系1、地上枝干部分2和仿生叶片3组成。所述地下根系1由直径依次递减的三级根系组成。如图2所示，根系由第一中空管1-1以及填充在第一中空管1-1内部的第一导水材料层1-2组成。所述第一中空管1-1具体为pvc-u管。所述第一导水材料层1-2可为海绵、棉纱、纤维棉等有多孔状结构材料，紧密填放在第一中空管1-1中，动水分或溶液通过毛细管作用向上输送。本实施例中所述第一导水材料层1-2具体选用棉纱，紧密填放在第一中空管1-1中，动水分或溶液通过毛细管作用向上输送。其中，主根系1-3中空管管径为50mm，主根系的长度为20cm；第二级根系1-4中空管管径为32mm，长度为10cm到40cm；第三级根系1-5中空管管径为20mm，长度为10cm到20cm。所述第一中空管1-1上错落开设多个斜向下的小孔1-6，小孔1-6直径与下一级根系外径相同，第三级根系1-5小孔直径不限，但应尽量增大开孔面积以增加所述第一导水材料层1-2与污染物的接触。根系第一中空管1-1上端设置卡扣接头，以安装至上级根系中空管小孔内。
19.地上枝干2由直径依次递减的两级枝干组成。如图3所示，地上枝干2由硬质第二中空管2-1以及填充在第二中空管2-1内部的第二导水材料层2-2组成。所述第二中空管2-1具体为pvc-u管。所述第二导水材料层2-2与第一导水材料层1-2一致，本实施例中具体选用棉纱，紧密填放在第二中空管2-1中，动水分或溶液通过毛细管作用向上输送。其中，第一级枝干2-3中空管管径为50mm，长度为50cm；第二级枝干2-4中空管管径为32mm，长度为30cm到50cm。所述枝干第二中空管2-1错落开设多个斜向上的小孔2-5，小孔2-5直径与下一级枝干外径相同，第二级枝干2-4中空管小孔直径与仿生叶片3叶柄3-1外径相同。枝干中空管下端设置卡扣接头，以安装至上级枝干中空管小孔2-5内。地上枝干最下端与地下根系最上端固定连接。
20.仿生叶片3由亲水性的片状纤维质材料制成，通过叶片叶柄3-1与最末一级枝干第二中空管2-1相连。仿生叶片的材质具体为2mm厚的吸水毛毡布，在叶片表面喷涂负载光催化剂，所述光催化剂可为具有光催化性能的tio2、zro2、zno、fe2o3、zns、sio2，本实施例中光催化剂具体为tio2，负载的方法为在1%羟甲基纤维素钠溶液中加入一定的100mg/l的纳米tio2粉末，调和均匀后置于超声振荡器中振荡30min，将该溶液均匀涂附在仿生叶片表面，自然晾干后，于100℃下干燥1小时。
21.利用所述仿生植物修复有机污染土壤的步骤为：
22.1) 调查确定土壤污染物种类、浓度和空间分布情况；
23.2) 根据污染空间分布，设置仿生植物修复装置的地下根系长度、地上枝干部分高度、布置密度等。
24.3) 平整土地，根据步骤2)的布置要求安装仿生植物修复装置。
25.4) 向污染土壤添加生物表面活性剂溶液，如槐糖脂、鼠李糖脂，以保持土壤湿度，
洗脱土壤吸附的有机污染物并促使污染物质向仿生植物修复装置迁移；仿生植物通过蒸发作用，将土壤内的污染物通过地下根系和地上枝干转移到仿生叶片内，光催化剂光照后产生的高氧化性的羟基自由基将仿生叶片上的污染物氧化成co2和h2o，达到去除土壤中有机污染物的目的。
26.5) 对各区域土壤进行检测，待土壤内污染物浓度降至修复目标值后，回收植物仿生修复装置。
27.将中等污染程度的石油污染土壤填充至室外1m*1m*0.8m的玻璃钢槽内，利用上述装置和方法进行修复，同时设置空白组进行对照。定期对槽内的土壤施加100mg/l的鼠李糖脂溶液。2个月后，随机选取4个点的污染土检测，本实施例和空白组总石油烃的平均去除率分别为41％和16%。