CN104946259A - 一种酸性土壤的改良剂 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种酸性土壤的改良剂，所述的改良剂包括以下原料组份及重量份：钢渣30~50重量份，熟污泥100~150重量份。本发明利用钢渣的碱性和具有营养元素特性，结合熟污泥中的有机质，能够在改良土壤酸性的同时，降低土壤中重金属的有效性。同时，酸性土壤通常伴随着有机质缺乏的现象，熟污泥有机肥成分含量和稳定性高，具有长期效用的特征，能够疏松土壤及增强水分保持能力，促进土壤理化性质的持续改进，为植物生长提供良好的环境。

Description

一种酸性土壤的改良剂

技术领域

本发明属于土壤改良领域，具体涉及一种用于改良酸性土壤的改良剂。

背景技术

近年来，中国经济的快速发展给环境造成了巨大的压力，在中国南方，酸雨沉降不断增加、铵态氮肥大量使用等导致土壤酸化加剧，从而使得土壤中的Ca、Mg、P等营养元素大量淋失，土壤中的重金属大量溶出，酸性土壤重金属是抑制作物生长和导致作物减产、污染粮食的主要原因。土壤酸化以及伴随的重金属污染已成为制约中国农业可持续发展的主要问题之一，各类酸化土壤面积约2亿hm²。由于各类土壤污染使全国农业粮食减产已超过1300万吨。

在酸性土壤改良方面，酸性土壤改良剂的研究已经具有悠久的历史，最初研究较多的有沸石、石灰石、石膏等天然矿物，其见效快、经济快捷的特点成为改良剂的首选，但天然改良剂开发成本高、生产易造成大量环境污染成为其应用的障碍，此外长期或大量使用石灰会引起土壤板结，还会引起土壤中钙、镁、钾等元素的平衡失调而导致作物的减产。近年来随着工农业副产品的大量堆积，越来越多的研究者将不同的副产品配合作为改良剂施用，其中磷石膏、碱渣、煤矸石、污泥、菇渣、粉煤灰等得到了大量的应用研究。但工业副产物通常含有有害重金属和有毒微生物等问题，成分不稳定，加工过程较复杂，有些有机质的改良剂需要添加氢氧化钾等碱溶液调节pH，在实际应用过程中存在着大量的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种酸性土壤的改良剂，以克服现有技术中酸性土壤改良剂性能不稳定，重金属和有毒微生物含量高的缺陷。

一种酸性土壤的改良剂，所述的改良剂包括以下原料组份及重量份：

钢渣      30～50重量份

熟污泥    100～150重量份。

本发明中所述钢渣选自电炉滚筒渣、转炉渣、转炉滚筒渣中的一种或多种。

本发明的目的是根据目前酸性土壤改良剂技术的不足之处，提供一种以钢渣、熟污泥(消化污泥)为原料的酸性土壤改良剂。

优选地，所述钢渣与所述熟污泥之间的质量比为0.25～0.35。

优选地，以所述钢渣的总质量为基准计，所述钢渣包括

以下原料组份及重量份：

氧化钙      30～60wt％

二氧化硅    8～23wt％

氧化镁      4～11wt％

余量选自为P₂O₅、FeO、MnO、Fe₂O₃以及硫化物中的一种或多种，所述硫化物选自单质硫、二氧化硫和三氧化硫中的一种或多种。

优选地，P₂O₅的质量百分含量为0-8wt％。

优选地，FeO的质量百分含量为0-15wt％。

优选地，MnO的质量百分含量为0-2wt％。

优选地，Fe₂O₃的质量百分含量为0-15wt％。

优选地，硫化物的质量百分含量为0-1wt％。

由于电炉滚筒渣、转炉渣、转炉滚筒渣中的钢渣在冶炼过程中经过高温煅烧，其溶解度已大大改变，所含各种成分易容量达全量的1/3～1/2，有的甚至更高，容易被植物吸收。其中含有一定量的游离态氧化钙和氧化镁，这些可用于提高土壤的pH，解决土壤酸化问题，同时钝化重金属，降低土壤中重金属含量。而Si、Ca、P、Mg、S等化学元素也为土壤养分提供了补充来源，特别是硅钙等元素能够提高植物抗病性，并且钢渣中的有害元素远低于国家标准要求。

优选地，所述钢渣28天活性≤65％，莫氏硬度≤5.5，所述钢渣的最大粒径小于1mm。即本发明中钢渣为采用电炉滚筒渣、转炉渣、转炉滚筒渣中的一种或多种经过筛分后获得的细度小于1mm的钢渣。

优选地，所述熟污泥的含水率为70～90％。

熟污泥在好氧或厌氧条件下进行消化，使污泥中挥发物含量降低到固体相对地不易腐烂和不发恶臭时的污泥。其含水率约为85％，容易脱水。熟污泥中有机质的含量超过50％，氮、磷、钾等元素分别超过5％，其中大部分病原菌或蛐虫卵被杀灭或作为有机物被分解，部分有机氮转化成了氨氮，提高了污泥的肥效。

优选地，以所述钢渣和所述熟污泥干态时的总质量为基准计，所述钢渣和所述熟污泥中的重金属含量为：总镉＜0.1mg/kg、总汞＜0.05mg/kg、总砷＜5mg/kg、总铅＜5mg/kg、总铜＜5mg/kg、总镍＜5mg/kg、总锌＜5mg/kg、总锰＜100mg/kg、总钴＜1mg/kg、总硒＜1mg/kg、总钒＜1mg/kg、总锑＜0.10mg/kg、总铊＜0.10mg/kg、总铬＜10mg/kg、六价铬＜0.1mg/kg。

优选地，所述熟污泥中微生物含量需满足CJ248-2007《城镇污水处理厂污泥处置-园林绿化用泥质》的标准。即所述熟污泥中粪大肠菌群菌值>0.01；蠕虫卵死亡率>95％。本发明还公开了一种制备如上述所述改良剂的方法，为将钢渣和熟污泥混合搅拌反应，反应结束后将混合物脱水、干燥、破碎后获得所述改良剂。

优选地，搅拌反应的时间至少为3天。

更优选地，搅拌反应的时间至少为7天。

本发明中脱水可以采用现有技术中常用的污水脱泥机；本发明中的干燥可以采用现有技术中常用的干燥机；本发明中的破碎可以采用现有技术中常用的破碎机。

优选地，脱水干燥后的混合物中的含水率小于2％。

优选地，破碎后获得所述改良剂的粒径小于3mm。

本发明还公开了一种如上述所述的改良剂在酸性土壤改良中的应用。即将这种改良剂施加在酸性土壤中。

优选地，以酸性土壤的总质量为基准计，所述改良剂的添加量为3～5wt％。

本发明首先对含有大量水的熟污泥中加入较细的钢渣，充分利用钢渣水解需要水分的特点，降低污泥的含水率，污泥的含水率从70％～90％降低为12％～26％，有限的实现了污泥的半干化，将熟污泥从稀松、粘稠的状态转化为疏松、便于处理的物料，提高了后续污泥的脱水效率。同时，钢渣水解时释放大量的碱性，有助于杀灭熟污泥中残余的细菌以及消除气味。此外，钢渣经过水解后已释放完胶凝性，再次利用在土壤改良时不存在胶凝的后顾之忧，土壤不会产生板结的现象。

本发明利用钢渣的碱性和具有营养元素特性，结合熟污泥中的有机质，能够在改良土壤酸性的同时，降低土壤中重金属的有效性。同时，酸性土壤通常伴随着有机质缺乏的现象，熟污泥有机肥成分含量和稳定性高，具有长期效用的特征，能够疏松土壤及增强水分保持能力，促进土壤理化性质的持续改进，为植物生长提供良好的环境。该处理土壤原始pH为4.81，改良前土壤可浸出态重金属总量31.26mg/l，改良前土壤有机质总量0.83％。经处理后有机质提高到2.55％-3.21％，可浸出态重金属总量为19.37-20.01mg/l。

同时，本发明采用常见的工业废弃物钢渣和熟污泥，属于废弃物的再生利用，具有良好的社会、经济、环境效益。

此外，本发明将较细钢渣与熟污泥直接混合反应，水分大大减少，很大程度减少处理量，后期只要经过简单脱水后粉化到一定细度既得酸性土壤改良剂，工艺上较为简单实用。

经过本改良剂改良后的土壤pH明显得到改善，可达到6.5-7.5之间，土壤中的有益微生物大量活动，土壤中各营养元素及有机质含量显著增加，重金属有效性显著降低，植物对重金属的抗性也明显增强，处理后的土壤完全满足GB 15618—201□《农用地土壤环境质量标准(征求意见稿)》标准的要求。总体上，能够显著改善土壤的理化性质，提高农作物的产量和抗病性，对酸性土壤具有很好的改良作用。

本发明中公开的克服了现有技术中的种种缺陷而具有创造性。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

实施例1～8

实施例1～8中各原料组分的重量份及规格见表1所示。

实施例1～8中为将钢渣和熟污泥混合搅拌反应，反应结束后将混合物脱水、干燥、破碎后获得所述改良剂。搅拌反应7天后的混合物的含水率见表1所示。

表1

序号	钢渣(Kg)	熟污泥(Kg)	污泥含水率(％)	混合7d后含水率(％)
					1	300	1000	70	21
2	350	1000	80	22
					3	400	1000	70	14
4	450	1000	75	13
					5	400	1000	85	19
6	300	1000	90	26
					7	500	1000	90	16

8

500

1000

75

12

实施例9～15中为将钢渣与熟污泥混合搅拌反应7天，反应结束后将混合物脱水、干燥、破碎后获得的改良剂用于改性酸性土壤的效果对比。

表2

表1中的数据表明钢渣掺入熟污泥可显著降低混合物的含水率，其中含水率的测试方法采用烘干法测定，以在105-110℃下烘至恒量时所失去的水分质量和达恒量后干土质量的百分比值来表示。其中恒温烘箱为深圳市爱特尔电子科技有限公司销售的DHG-9123A型，天平为上海方瑞仪器有限公司销售的FA2004型。钢渣为宝钢厂内生产，熟污泥来源于上海市石洞口城市污水处理治理有限公司的消化污泥。

将按照实施例9～15中的制备的改良剂用于酸性土壤改良，所处理的酸性土壤pH为4.81，可浸出态重金属总量为31.26mg/l，有机质总量为0.83％。可浸出态重金属浸出参照硫酸硝酸法(HJ/T 299-2007)测试，对浸出液中的重金属浸出浓度采用ICP-MS(美国产安捷伦7700型)进行测定。土壤有机质采用重铬酸钾容量法—外热法测定，土壤pH采用NY-T1377-2007《土壤PH的测定》标准测定。pH计为上海赛伯乐仪器有限公司销售的MP511型系列精密酸度计/pH计。

本发明实施例1～15中所使用放入钢渣包括以下原料组份及重量份：

氧化钙      30～60wt％

二氧化硅    8～23wt％

氧化镁      4～11wt％

余量选自为P₂O₅、FeO、MnO、Fe₂O₃以及硫化物中的一种或多种，所述硫化物选自单质硫、二氧化硫、三氧化硫中的一种或多种。

具体地，P₂O₅的质量百分含量为0-8wt％。

具体地，，FeO的质量百分含量为0-15wt％。

具体地，MnO的质量百分含量为0-2wt％。

具体地，Fe₂O₃的质量百分含量为0-15wt％。

具体地，硫化物的质量百分含量为0-1wt％。

本发明实施例1～15中所述钢渣28天活性≤65％，莫氏硬度≤5.5，所述钢渣的最大粒径小于1mm。

本发明实施例1～15中所述熟污泥的含水率为70～90％。

本发明实施例中，以所述钢渣和所述熟污泥干态时的总质量为基准计，所述钢渣和所述熟污泥中的重金属含量为：总镉＜0.1mg/kg、总汞＜0.05mg/kg、总砷＜5mg/kg、总铅＜5mg/kg、总铜＜5mg/kg、总镍＜5mg/kg、总锌＜5mg/kg、总锰＜100mg/kg、总钴＜1mg/kg、总硒＜1mg/kg、总钒＜1mg/kg、总锑＜0.10mg/kg、总铊＜0.10mg/kg、总铬＜10mg/kg、六价铬＜0.1mg/kg。

本发明实施例中所述熟污泥中微生物含量需满足CJ248-2007《城镇污水处理厂污泥处置-园林绿化用泥质》的标准，其中，粪大肠菌群菌值>0.01；蠕虫卵死亡率>95％。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种酸性土壤的改良剂，其特征在于：所述的改良剂包括以下原料组份及重量份：

钢渣    30～50重量份

熟污泥  100～150重量份。

2.如权利要求1所述改良剂，其特征在于：以所述钢渣的总质量为基准计，所述钢渣包括以下原料组份及重量份：

氧化钙    30～60wt％

二氧化硅  8～23wt％

氧化镁    4～11wt％

余量选自为P₂0₅、FeO、MnO、Fe₂0₃以及硫化物中的一种或多种，所述硫化物选自单质硫、二氧化硫和三氧化硫中的一种或多种。

3.如权利要求1所述改良剂，其特征在于：所述钢渣28天活性≤65％，莫氏硬度≤5.5，所述钢渣的最大粒径小于1mm。

4.如权利要求1所述改良剂，其特征在于：所述熟污泥的含水率为70～90％。

5.如权利要求1所述改良剂，其特征在于：以所述钢渣和所述熟污泥干态时的总质量为基准计，所述钢渣和所述熟污泥中的重金属含量为：总镉＜0.1mg/kg、总汞＜0.05mg/kg、总砷＜5mg/kg、总铅＜5mg/kg、总铜＜5mg/kg、总镍＜5mg/kg、总锌＜5mg/kg、总锰＜100mg/kg、总钴＜1mg/kg、总硒＜1mg/kg、总钒＜1mg/kg、总锑＜0.10mg/kg、总铊＜0.10mg/kg、总铬＜10mg/kg、六价铬＜0.1mg/kg。

6.如权利要求1所述改良剂，其特征在于，所述熟污泥中微生物含量需满足粪大肠菌群菌值>0.01；蠕虫卵死亡率>95％。

7.一种制备如权利要求1～6任一所述改良剂的方法，为将钢渣和熟污泥混合搅拌反应，反应结束后将混合物脱水、干燥、破碎后获得所述改良剂。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，脱水干燥后的混合物中的含水率小于2％。

9.如权利要求7所述方法，其特征在于，破碎后获得所述改良剂的粒径小于3mm。

10.一种如权利要求1～6任一所述的改良剂在酸性土壤改良中的应用。