农田修复技术方案设计

农田修复技术方案设计
修复方案的确定直接关系到修复工程的可行性，需要根据农田土壤实际污染情况，综合考虑农田土壤地层、水文地质、修复成本、修复工期等条件，提出合理方案，并通过小试、中试确定最佳修复技术路线，保证修复技术合理、可行性。

1.1.1.1、拟修复区农田土壤修复小试方案
1.1.1.1.1、小试目的
农田土壤修复小试主要是探究被重金属及有机物污染的中度和轻度污染土壤修复小试的试验条件，为中试试验储备数据并夯实技术基础。

中度污染（重金属）修复技术建议采用土壤钝化法的修复方式，因此中度污染（重金属）土壤修复小试只确定土壤钝化剂的种类、投加比例。

中度污染（有机物）农田，轻度污染（重金属，有机物）农田修复技术建议采用植物修复方式，其中植物修复的关键在于筛选最佳的植物种类或不同植物组合修复方式。

因此，小试目的在于获得适应于项目且修复效果最好植物种类或不同植物组合修复方式。

1.1.1.1.2、小试材料及用途
在进行小试前，需要准备好相关材料和仪器（具体见表下表），保证小试顺利进行。

表24 小试材料及用途表
1.1.1.1.3、中度污染（重金属）土壤修复小试方案
（1）中度污染土壤预处理
1）采集耕作层土壤（0~20cm），将采集的中度污染土样置于室内，自然风干；
2）土壤筛分，去除石块、根茬、杂物等，筛除直径在2mm以上的颗粒；
3）若存在较大泥块，采用小锤进行敲碎后再次过筛。

（2）小试材料的准备
1）钝化药剂需要送去有相应资质的第三方检测公司检测镉、铅、铜、锌、铬、镍、砷、汞等元素全量，防止外源污染影响实验结果；
2）所用NH
4NO
3
，KH
2
PO
4
等基肥需使用分析纯试剂，或使用经过第三方检测公
司检测达标后的肥料，检测指标参照钝化药剂。

（3）土壤钝化剂与中度污染土壤混合
1）将污染土壤分为6组，每组16kg，6份样品对应6种不同类型的土壤钝化剂，针对东莞农田土壤污染呈复合污染趋势，设置两组组合钝化药剂，根据实际场地需求和钝化剂特性进行复配。

（磷矿粉类、粘土矿物类、工业副产品类、
有机钝化剂类、钝化药剂组合1、钝化剂组合2）；
2）将投加不同钝化药剂的土壤再平均分为4份，每份4kg，每份土壤样品添加不同比例的土壤钝化剂，土壤钝化剂添加比例分别为1%、2%、3%和4%，并充分搅拌，直到混合均匀为止。

在实际小试过程中，土壤钝化剂的添加比例可根据污染土壤浓度确定。

（4）空白样
设置1组空白土壤样品，除添加基肥外不添加任何钝化药剂，空白土壤量为4kg。

（5）盆栽实验
1）将上述处理好的每份4kg的样品（含空白样）作为一个批次，将样品平均分为4组，每组1kg，一组作为培养实验平行，三组作为盆栽实验平行。

将4组样品分别装进塑料红色网底盆栽专用盆（配有盘托），然后把塑料盆置于盆栽网室平台，每个盆栽加水至完全湿润，平衡1周后开始种植农作物，期间每天浇水（纯水），保持土壤湿润；
2）在盆栽平衡阶段，准备农作物种子，提前催芽。

农作物种植密度根据实际种植情况设计；
3）盆栽平衡阶段完毕后每天定时定量浇水，使土壤保持湿润状态（保持含水量在土壤最大田间持水量的70％左右）。

灌溉水采用纯水。

培养组不种植农作物，三组平行盆栽实验分别种植待试农作物，种植密度根据生产实际确定。

种植周期根据具体农作物确定。

本试验设100个处理，如表25所示；
4）待农作物成熟后进行收割，将收获的农作物食用部分按实验规范要求保存，送检。

表25 样品编号及钝化剂投加信息表
注：样品编号MS4-3中的字的含义：第一个M代表中度污染；第二个S表示是土壤样；第一个数字“4”代表土壤钝化剂的种类，空白为“0”、磷矿粉类为“1”、粘土矿物类为“2”、工业副产品类为“3”、有机钝化剂类为“4”、钝化药剂组合1“5”、钝化药剂组合2为“6”；第二个数字“3”代表对应土壤钝化剂的添加比例。

（6）采样及送检
1）农作物成熟后，按实验室要求用量采集可食用部分，采集后用自封袋密封，放入有蓝冰的保温箱保存，当天送至第三方检测机构处理检测。

采集农作物样品时，盆栽实验组采集混合样；
2）农作物采集完毕后，将盆栽土壤按实验室要求用量转移至自封袋密封，然后放入有蓝冰的保温箱保存，当天送至第三方检测机构处理检测。

采集土壤样品时，盆栽实验组采集混合样；
3）每组处理的培养组取1个农作物和1个土壤样品，另外3组盆栽组取1个混合样的农作物及1个混合样的土壤。

（7）检测指标
（8）结果分析
分析小试结果，筛选出最优的实验参数，为中试工程提供依据。

1.1.1.1.4、中度污染（有机物）及轻度污染（重金属、有机物）土壤
修复小试方案
（1）污染土壤预处理
1）采集耕作层土壤（0~20cm），将采集的轻度污染土样置于室内，自然风干；
2）土壤筛分，去除石块、根茬、杂物等，筛除直径在2mm以上的颗粒；
3）若存在较大泥块，采用小锤进行敲碎后再次过筛。

（2）小试材料的检测
1）所用客土需要送去有相应资质的第三方检测公司检测镉、铅、铜、锌、铬、镍、砷、汞等元素全量，防止外源污染影响实验结果；
2）所用NH4NO3，KH2PO4等基肥需使用分析纯试剂，或使用经过第三方检
测公司检测达标后的肥料，检测指标参照钝化药剂。

（3）空白对照样
先采集一组空白对照土壤样，不种植修复植物，作为与实验组效果的对照组。

（4）超积累植物种植
1）超积累植物选择
选择针对性污染物超积累植物，一般超积累植物图片如下：
牛膝菊伴矿景天鬼针草
蜈蚣草东南景天龙葵
图76 修复植物图示
2）实验设置
本实验设置3组不同超积累植物的修复实验，每种超积累植物设置3组不同的收获时间，收获时间初定为30天，60天，90天（不同的植物生长成熟期不同具体收获时间可根据植物实际生长情况而定，一般成熟期收获最佳）。

对应的超积累植物与对应的收割时间为一个处理，每个处理设置3组平行，3组平行样按比例混合为一个样品。

3）幼苗培育
取四个大塑料盆，分别装客土15kg，并添加分析纯NH4NO3和分析纯KH2PO4作为基肥，要求基肥中每1kg土壤中含氮、磷和钾分别为100、80和100mg，且基肥与土需混合均匀；第一个大塑料盆种植A植物幼苗，第二个大塑料盆种植B 植物幼苗，第三个大塑料盆种植C植物幼苗，第四个大塑料盆种植D植物幼苗及E植物幼苗。

每天定时定量浇水（纯水），保持含水量在土壤最大田间持水量
的70％左右。

4）植株移栽
幼苗培育后，选择株高约6cm，鲜重5g左右的植株移栽。

每个塑料盆分别装轻度污染土壤1.5kg，并添加基肥，每盆种植3株幼苗，每天浇水（纯水），保持含水量在土壤最大田间持水量的70％左右。

每种超积累植物种植设置3组不同收获时间，分别为30天，60天，90天。

5）植物收获
设置3组收获时间，分别为30天，60天，90天，植物收获时，整株收割。

6）样品前处理
将收获的植物地上部带回实验室，分为茎、叶两部分，用去离子水冲洗干净，105℃杀青半小时，85℃烘至恒重，用植物粉碎机磨碎，保存，送检，编号信息如下。

表26 样品编号及超积累植物种植信息表
注：样品编号LS1-1中的字的含义：第一个L代表轻度污染/M代表中度污染；第二个S表示是土壤样；第一个数字“1”代表植物类型，空白为“0”、超积累植物A为“1”、超积累植物B为“2”、超积累植物C为“3”、超积累植物D+E为“4”；第二个数字“30”代
表对应收获时间（天）。

（5）样品的数量
空白样品3个，超积累植物A土壤样品3个，超积累植物A样品3个；超积累植物B土壤样品3个，超积累植物B样品3个；超积累植物C土壤样品3个，超积累植物C样品3个；超积累植物D+E土壤样品3个，超积累植物D样品3个，超积累植物E样品3个共27个。

（6）农作物种植
在超积累植物修复过的土壤上种植调查区域相应的农作物，检测成熟农作物重金属含量，确定土壤植物修复的最终效果。

1）采用盆栽方式种植，盆中装超积累植物修复过的土壤1.5kg，设置3个平行样；
2）播种前深翻土壤，并按照农作物种植要求添加肥料，与土壤混匀后耙平整细。

3）每盆移栽调查区域种植的农作物幼苗4株，每天浇水，保持含水量在土壤最大田间持水量的70％左右。

4）当秧苗长到一点程度时要浇水施肥，促进发苗，以后要经常浇水保持土壤湿润。

5）种植45天后（时间以农作物成熟可收获时间为准），采摘秧苗。

6）同时做空白对照。

空白样品1个，农作物样品4个。

将收获的农作物食用部分按实验规范要求保存，送检。

编号信息见下表。

表27 轻度污染土壤修复后农作物样品编号
注：样品编号VLS1-1中的字的含义：第一个V代表农作物；第二个L代表轻度污染,M 代表中度污染,；第三个S表示是土壤样；第一个数字“1”代表超积累植物处理类型，空白为“0”，超积累植物A处理类型为“1”，超积累植物B处理类型为“2”，超积累植物C处理类型为“3”，超积累植物D+E处理类型为“4”；第二个数字“45”代表对应收获时间（天），最后一个L/S代表叶或茎。

（7）检测指标
（8）结果分析
分析小试结果，筛选出最优的实验参数，为中试工程提供依据。

1.1.1.1.5、小试结果分析
通过小试的结果分析，全面掌握不同污染程度农田土壤修复的小试参数，为下一步中试提供借鉴及数据支持。

小试结果分析综合考虑各因素，包括修复效果，经济性以及可操作性。

1.1.1.2、拟修复区农田土壤修复中试方案
1.1.1.
2.1、中试目的
中试的目的一方面是验证小试阶段确定的各种信息，另一方面也要对轻度污染土壤的植物修复效果进行观察，根据以上各种污染程度土壤的中试效果，编制整个调查区农田污染土壤的修复技术方案。

1.1.1.
2.2、中试材料及用途
在中试过程中可能要用到以下材料，见下表：
表28 中试材料及用途表
1.1.1.
2.3、中度污染（重金属）土壤修复中试方案
根据中度污染（重金属）土壤修复小试阶段获取的数据，初步确定土壤钝化剂类型以及投加比对土壤修复效果的参数，掌握不同参数对土壤修复效果的信息，中试是在此基础上继续对这些信息进行验证和优化。

本文中试方案的设计是在假设基础上进行的，有2个假定条件：假定磷矿粉对土壤的修复效果很好且经济合理；假定磷矿粉投加比为2%时修复效果就满足要求，根据上述2个假定条件进行中度污染土壤修复中试方案设计，主要包括以下几个流程：
图77 中度污染土壤中试修复方案流程图
（1）钝化剂与土壤混合
首先将3亩农田平均分为3组，编号分别为A、B、C；根据假定条件：磷矿粉对土壤的修复效果很好且经济合理、磷矿粉投加比为2%时修复效果就满足要求，设计中试阶段3组农田土壤均投加磷矿粉钝化剂，但每组土壤投加的比例不同，投加比例分别为1.6%、1.8%、2%，以验证当磷矿粉投加比减少时是否仍能满足要求。

农田分组后，利用土壤翻耕机将磷矿粉按设定好的比例进行混合，直到混合均匀为止。

在实际中试过程中，若存在其它的经济合理且能满足修复要求的钝化剂，可增加相应的中试试验，将不同的钝化剂进行对比，筛选出最优的方案。

（2）农作物种植
钝化剂与土壤混合均匀后，种植农作物，农作物的种植应按照其生长习性进行施肥。

田间管理按大田常规操作进行，等待农作物的生长发育，以采集农作物样品对修复效果进行检验。

（3）农作物、土壤样品采集
对A、B、C三组的土壤及农作物均进行采样，每个采样区采集分别采集5个农作物样和5个土壤样。

农作物采集时间以农作物成熟时间为准，采集方法与场地调查阶段一致。

土壤样品在采集农作物是同时采集，采集方法与场地调查阶段一致。

由于土壤样品已经为混合样，只采集表层土。

（4）农作物、土壤样品检测指标
农作物与土壤样品检测指标与场地调查阶段相同。

1.1.1.
2.4、中度污染（有机物）及轻度污染（重金属、有机物）土壤
修复中试方案
轻度污染（重金属，有机物）及中度污染（有机物）土壤初步设计采用植物修复的方法，该土壤修复中试的目的是验证小试结果，通过对比不同超积累植物对土壤的修复效果，确定适合轻度污染土壤修复的方案，为修复技术方案编制做准备。

（1）植物种植
本项目污染土壤修复中试范围为1亩轻度污染农田，1亩中试农田面积约为666.67㎡。

1亩农田种植由小试筛选出来的最优超积累植物品种，定期浇水，并保持含水量为土壤最大田间持水量的70％。

定期追肥和松土，维持土壤的营养供给以及良好的结构。

污染土壤用植物连续修复，种植轮次以小试结果为准。

（2）超积累植物、土壤样品采集
对中试的土壤及种植的植物均进行采样，分别采集4个超积累植物样和4个土壤样。

超积累植物采集方法与农作物样品一致。

土壤样品只采集表层土，采集频次与超积累植物植物样品一致，采集方法与场地调查阶段一致。

（3）农作物种植
超积累植物收割完毕后，种植农作物，农作物的种植应按照其生长习性进行施肥。

田间管理按大田常规操作进行，等待农作物的生长发育，以采集农作物样品对修复效果进行检验。

（4）农作物样品采集
对农作物进行采样，每个采样区采集采集4个农作物样。

农作物采集时间以农作物成熟时间为准，采集方法与场地调查阶段一致。

（5）植物、农作物土壤样品检测指标
植物样品检测指标与农作物样品一致，土壤样品检测指标与场地调查阶段相同。

1.1.1.
2.5、中试效果评价
根据农作物、土壤样品检测结果评价不同修复方案的修复效果，并将其与招
标文件中规定的修复目标进行对比，看是否达到修复目标。

1.1.1.3、拟修复区农田土壤总体修复方案
1.1.1.3.1、植物修复技术工程方案——针对中轻度污染
（1）植物修复技术的工艺流程
植物修复技术处理低浓度重金属污染土壤的工艺流程如下图所示。

图78 植物修复技术工艺流程图
（2）设备参数及治理周期
1）治理设备参数
植物修复技术推荐的植物为小试，中试筛选超积累植物，目前只能通过人工育苗、种植和收割，暂无有效机械设备。

2）修复周期
依据场地调查和风险评估结果，以及小试和中试结果确定修复面积、土方量和修复周期。

1.1.1.3.2、土壤钝化技术修复工程方案——针对中度污染
（1）土壤钝化技术的工艺流程
1）钝化剂筛选
pH 值对土壤重金属的形态影响很大，一般酸性条件下重金属的迁移性和毒性都会增强，因此本项目选择中性或偏碱性的土壤钝化剂为宜。

在土壤修复小试及中试阶段已经通过相关实验筛选了适合本项目的钝化剂，并确定了最佳钝化剂组分及比例；钝化剂的投加比例(与土壤的质量比)等。

2）污染土与土壤钝化剂混合
首先将污染土壤的松动，通过土壤翻耕机翻耕待修复的土壤，使其内部松动易于与钝化剂混合均匀，并使其含水分布均匀。

本工程采用土壤翻耕机将污染土壤与钝化剂混合均匀，通过多次翻耕混合，最终使钝化剂与土壤混合均匀。

该工艺的具体流程见图79：
图79 土壤钝化技术工艺流程图
（2）设备参数及治理周期
需要通过田间试验，确定土壤钝化的效果，根据效果确定治理周期。

与其它土壤治理技术相比，一般钝化治理技术周期比较短，根据土壤污染的性质和程度，钝化周期长短不一，一般在4周~半年。

本项目土壤钝化修复工程中修复面积和土方量依据场调查和风险评估结果待定。

1）治理设备参数
土壤钝化工艺中主要设备为土壤翻耕机，单个场地每台土壤翻耕机同时配备两台装载机，运送钝化药剂。

1台土壤翻耕机配合两台装载机的处理能力约为500 ㎡/h （修复深度20cm ），可连续工作，根据实际情况暂定每天作业10 h 。

2）处理效率
土壤改良机有效处理能力控制在500 ㎡/h （修复深度20cm ），拟每天作业10 h ，则日处理能力约为7.5亩。

3）处理周期
根据场调查和风险评估，以及小试和中试结果共同确定。

1.1.1.3.3、灌溉水处理工程设计
受周边乡镇企业生产活动及历史原因的影响，灌溉用水不同程度受到重金属的污染，可能导致修复效果反复多变。

因此将灌溉用水处理工程连同施工污水处理工程一并设计。