CN101787286A - 一种复合土壤改良剂及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合土壤改良剂及其应用。本发明复合土壤改良剂的原料为赤泥、熟石灰、城市污泥、沸石和保水剂，各组分的质量比为：赤泥∶熟石灰∶城市污泥∶沸石＝10∶1~2∶6~12∶3~6。本发明复合土壤改良剂所用原料多为工业废料，投入成本低；该复合土壤改良剂可用于治理含硫化物的酸性矿山污染土壤，经过改良可使之成为可供多种植物生长，达到一次性治理的目的；用本发明复合土壤改良剂对土壤改良时，无需对底土进行化学处理，节省了费用。本发明复合土壤改良剂改善了污染土壤的生态环境，有利于环境保护。

Description

一种复合土壤改良剂及其应用

技术领域

本发明涉及土壤改良剂领域，具体涉及一种用于修复酸性矿山污染土壤的复合土壤改良剂。

背景技术

大部分含煤、铁和有色金属矿的地层都含有各种类型的金属硫化物，这些金属硫化物由于采矿活动而与空气接触后即可产生氧化作用而生成硫酸，矿区生态退化和向下游排放污染物是一个全球性的严重环境问题，现有酸性矿水处理方法成本高且为治标的办法。要从根本上治理酸性矿水外排的问题，重点应该放在污染源地，即(1)如何抑制污染源土壤/风化物/岩石中金属硫化物的氧化(即由潜在酸变为实在酸)；(2)如何有效消除土壤中已产生的酸性物质；(3)如何有效控制水土流失，减少外排水量。矿山污染源地往往也是生态严重退化的废弃地，所以这些污染源控制措施可以与废弃地的生态恢复/生态建设有机地结合起来，一举两得。

含金属硫化物的污染源土壤通常具有下列特征：(1)酸性强，(2)重金属含量高，(3)土壤有机质含量低，(4)土壤结构不良，(5)土壤保水性能差，(6)土壤肥力差，尤其是作为植物主要营养元素的氮含量低，磷的有效性也因土壤呈强酸性而大为降低。因此，污染源土壤分布区通常处于弃荒状态并伴随严重的水土流失。对污染源土壤进行改良需要全面考虑上述诸多因素，才能保证酸性矿区生态恢复/建设的快速性和永久性。首先，这类土壤不但含已产生的酸性物质而且还含有潜在的酸性物质(即金属硫化物)。所以，在考虑对土壤施用酸中和材料时，不能照搬用石灰改良一般酸性土壤的方法。因石灰微溶于水，在高温多雨地区，添加的石灰可能在大部分储存在土壤中的金属硫化物尚未氧化之前就已经被雨水淋掉了，随后土壤又开始发生酸化，导致已经生长起来的植物面临生境威胁。所以，在施用石灰的同时，加入其它低移动性的酸中和物质组分如赤泥(提炼氧化铝的工业废渣)所含的去质子化两性胶体，可以达到既有效地中和现有的土壤酸度又能抑制未来因金属硫化物进一步氧化而产生的土壤再酸化。如何根据特定矿山酸性污染源土壤的性状(现有酸度、硫化物含量及类型、土壤质地和结构)，确定不同类型酸中和材料混用的比例和与土壤掺和的技术方法，为下一步生物治理过程所用的植物和微生物的生长和繁殖提供合适的土壤基质是治理酸性矿山土壤的首要技术环节。

鉴于矿山酸性污染源土壤肥力低的状况，在种植先锋草本植物之前，施加适量的肥料是必要的。从降低治理费用着眼，利用城市污泥增加土壤肥力是一个既有效又省钱的选择。已有研究表明，施用污泥后，0～30cm土层的全氮量显著增加。有利于改良土壤的理化性质，从而保证植物的生长，达到防止水土流失和改良土壤的目的。同时，还能提高矿区废弃地微生物的活性。土壤微生物的活动参与和促进土壤中物质循环，是构成土壤肥力的重要因素。通过施用城市污泥，改善土壤环境为土壤微生物的活动提供了条件。土壤微生物又反过来进一步促进土壤肥力的提高。城市污泥一方面含有大量的有机质和矿物养分，有利于促进土壤原有微生物的活动和繁殖；另一方面又因为其本身主要是由微生物群体组成的活性污泥(1g污泥含细菌高达数万亿个)，从而直接的大大提高了土壤中微生物的数量。微生物促进有机物的分解和氮素的矿化作用和硝化作用，提高养分的有效性。考虑到土壤因有机质含量低、土壤质地粗和结构不良所造成保水、保肥能力差等特点，添加沸石有利于减少养分元素在高温多雨条件下大量流失。然而，如果所施用的城市污泥和沸石搭配不当，土壤的供肥能力将受到严重的影响，甚至于出现供肥不足的情形，无法达到满足先锋草本植物生长的目的。因此，城市污泥和沸石的最佳混合比例和施用方式是继中和土壤酸度之后，为矿山弃荒地植被恢复创造适宜土壤条件所必须解决的另一个技术环节。

发明内容

本发明的目的在于根据现有技术中存在的不足，提供一种投入成本低、可对污染土壤进行一次性治理的复合土壤改良剂。

本发明另一目的是提供上述复合土壤改良剂在酸性矿山污染土壤改良中的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案予以实现：

一种复合土壤改良剂，其原料为：赤泥、熟石灰、城市污泥、沸石和保水剂，各组分的质量比为：赤泥∶熟石灰∶城市污泥∶沸石＝10∶1~ 2∶6~12∶3~6。

上述复合土壤改良剂的原料中，赤泥是从铝土矿提炼氧化铝过程中产生的工业废渣，呈强碱性(pH通常在10~13之间)，含大量氧化铁、碳酸钙、氧化铝和氢氧化钠等对中和土壤酸度有作用的化学物，优选平果赤泥。本复合土壤改良剂的配制选用干法排堆赤泥，pH在10左右，便于运输。

熟石灰可从市面上选购。

城市污泥是生活污水处理过程中分离出来的沉淀物质，富含有机物质和氮磷各种养分元素，同时也含一定量重金属，可从城市污水处理厂获得。

沸石粉是将含沸石矿岩石研磨成的粉末状物质，具很强的离子吸附能力因而可调控土壤中的营养供给，本复合土壤改良剂系列使用下列改性沸石粉：铵饱和沸石和钾饱和沸石。

保水剂是具极强吸水能力的高分子有机化合物产品，如润土RT-3005系列保水剂、JC-601农业专用保水剂等，可从市面上选购。

根据土壤的潜在酸度(由还原态硫含量估算，1毫摩尔原态硫完全氧化后生成2毫摩尔酸)和总实际酸度，决定赤泥和熟石灰的施用量。赤泥的添加量根据潜在酸度，熟石灰的施用量根据总实在酸度。

赤泥酸中和容量因源地不同而异，使用前需用酸中和滴定加以测定，以便确定赤泥的需求量。

实验数据显示，本复合土壤改良剂所选用的赤泥的酸中和容量为每公斤5~6摩尔(广西平果)和每公斤12~13摩尔(河南郑州)。

沸石粉选用含斜发沸石、丝光沸石总量在50％以上的产品，经用氨水或含钾水溶液分别配制成铵饱和沸石和钾饱和沸石。

城市污泥就近使用拟治理酸性矿山附近的生活污水处理厂，使用前根据国标测定下列生物化学指标：微生物总量、有机质含量、全氮、全磷、速效氮、速效磷、重金属元素Cd、Pb、Cu、Zn、Cr、Hg等的总含量。

本发明复合土壤改良剂可用于酸性矿山土壤改良或矿山生态恢复中。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明复合土壤改良剂所使用的原料多为工业废料，投入成本低；

(2)本发明将石灰和赤泥混合使用，既消除了已产生的酸性物质，又防止未来反酸，达到一次性治理的目的；

(3)本发明不但使原来丢荒的土地得以利用，而且减轻了水土流失和酸性矿水对下游水生生态系统的影响。

具体实施方式

以下结合实施例来进一步解释本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。

实施例1

改土时间：2006年3月；

造林试验选点：大宝山排土场，矾水坑上方，造林地海拔约780米，表土在采矿过程中全面剥离，仅留母质，多见岩石裸露，土壤酸性重；

土壤酸度：pH值为2.41；

挖穴规格：长60cm×宽60cm×深40cm；

施加土壤化学改良剂用量如下：赤泥2kg，熟石灰0.2kg，城市污泥1.2kg，沸石0.6kg。

造林时间：2006年4月改土平衡后，在改土穴内种植桉树(柠檬桉)，并于改土穴表层土上撒播毛芍子种子。

2007年1月5日调查，改土处理部分存活林木102株，总存活率50.2％，全林平均高度89cm，平均地径2.3cm；最优单株高205cm，地径5.4cm。毛苕子在部分种植穴内发芽生长并快速扩展到穴外，呈现良好的生长势头。最优单株毛苕子生长直径为150cm。

测定改土后的土壤pH值6.17，证明本发明土壤改良剂可以明显改善酸性土壤的pH值，使土壤适合植物生长。

Claims (6)

1.一种复合土壤改良剂，其特征在于其原料为：赤泥、熟石灰、城市污泥、沸石和保水剂，各组分的质量比为：赤泥∶熟石灰∶城市污泥∶沸石＝10∶1~2∶6~12∶3~6。

2.根据权利要求1所述的复合土壤改良剂，其特征在于所述赤泥为平果赤泥。

3.根据权利要求2所述的复合土壤改良剂，其特征在于所述沸石为铵饱和沸石、钾饱和沸石或二者的混合物。

4.权利要求3所述复合土壤改良剂，其特征在于所述保水剂为吸水能力强的高分子有机化合物。

5.根据权利要求4所述复合土壤改良剂，其特征子碍于所述保水剂为润土RT-3005系列保水剂或JC-601农业专用保水剂。

6.权利要求1~5所述复合土壤改良剂在酸性矿山污染土壤修复或矿山生态恢复中的应用。