CN105130696A - 修复铬污染土壤的复合肥及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种修复铬污染土壤的复合肥，包括氮磷钾营养组分以及适合配比的农用硝酸稀土、催化剂废剂、硫酸亚铁、腐殖酸矿粉、海泡石、草木灰、高岭土和沸石组分，将其施用于铬污染土壤后，在上述各组分的协同作用下，实现在将土壤中铬进行有效钝化和固定的同时对受污染土壤进行有效修复，使得土壤中的铬活性显著降低，有利于降低农作物对铬的吸收，进而使得农作物中铬含量显著降低，本发明所述的复合肥具有较好的稳定性和环境友好性，不产生二次污染，成本低廉，易于大面积推广，当施用于铬污染土壤时，施用量仅为10-200kg/hm2，能显著降低农作物中铬含量，使其达到国家食用安全标准。
Description
技术领域
本发明涉及一种修复铬污染土壤的复合肥及其制备方法和应用，属于污染土壤修复的技术领域。
背景技术
铬及其化合物在工业生产的各个领域广泛应用，是冶金工业、金属加工电镀、制革、油漆、颜料、印染、制药、照相制版等行业必不可少的原料。铬在天然土壤-水系统的Eh-pH范围内常以六价铬Cr(VI)和三价铬Cr(III)两种稳定价态存在。三价铬的盐类毒性低，并可在中性或弱碱溶液中水解生成不溶于水的氢氧化铬沉淀，进而吸附在固体物质上；而六价铬多溶于水，主要以HCrO4 -和CrO4 2-两种形态存在，其化学活性大，毒性强，是造成土壤污染的主要污染物。
土壤中重金属铬的污染，直接导致农产品铬含量的超标，进而通过食物链进入人体后对人类健康构成严重威胁。根据现已公开的文献资料报道，铬是国际公认的三种致癌金属物之一，同时也是美国EPA公认的129种重点污染物之一。“铬的健康、安全与环境指南”指出：对职业健康最有影响的是六价铬化合物，暴露在这些化合物中的人，有可能引起急性病，如肝损伤，皮肤刺激、溃疡和过敏，鼻刺激、溃疡和鼻中隔穿孔，呼吸过敏。最严重的健康问题时呼吸癌。流行病学研究证实，长期暴露在高浓度六价铬中可使呼吸癌发病率大大提高，且呼吸癌潜伏期超过15年。据报道共有104种职业存在着潜在的接触铬的机会。由于铬的应用非常广泛，因此很难确定铬的职业接触量到底有多少，但是，职业接触铬肯定是引发癌症的主要问题。
中国专利文献CN103084385A公开了一种铬污染土壤的修复方法，其以锰渣为固化剂，包括如下步骤：(1)破碎筛分，对铬污染土壤进行破碎筛分，使90％以上的该铬污染土壤颗粒直径≤20mm；(2)调节pH，向经步骤(1)处理后的铬污染土壤中加入硫酸，至铬污染土壤pH为5-6；(3)还原法反应，向经步骤(2)处理后的铬污染土壤中加入还原剂硫酸亚铁，并加入足量的水，保证土壤含水率高于40％，并搅拌均匀，静置20h以上；(4)固化反应，向步骤(3)得到的土壤中加入锰渣固化剂，搅拌均匀，即可得到修复后的土壤。然而，上述针对铬污染土壤的修复方法，需要先将铬污染土壤移出农田，并采用特定步骤和专用设备才能实现土壤的修复，通常更适用于对较少量铬污染土壤在实验室中进行修复净化，很难实现对大片农田土壤进行修复，且修复效果并不理想，农作物中铬含量仍然较高，此外，运输成本和修复成本均较高，农民不易接受，难以大面积推广。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的铬污染土壤修复方法，修复效果并不理想，农作物中铬含量仍然较高，从而提出一种对土壤修复效果好且能有效降低农作物中铬含量的修复铬污染土壤的复合肥。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种修复铬污染土壤的复合肥，其原料组成包括：
氮肥，10-60重量份；
磷肥，10-60重量份；
钾肥，10-60重量份；
农用硝酸稀土，0.5-2重量份；
催化剂废剂，2-10重量份；
硫酸亚铁，10-40重量份；
腐殖酸矿粉，25-55重量份；
海泡石，15-25重量份；
草木灰，3-11重量份；
高岭土，0.5-1.1重量份；
沸石，0.3-1.2重量份。
所述催化剂废剂的活性组分为氧化铜和氧化锌。
所述催化剂废剂为以氧化铝为载体的合成甲醇催化剂废剂。
所述催化剂废剂的粒径小于或等于10nm，所述硫酸亚铁的粒径小于或等于10nm。
所述氮肥为尿素、碳酸铵、硫酸铵、氯化铵、硝酸钙和硝酸铵中的一种或几种的混合物，所述磷肥为磷酸一铵、磷酸二铵、过磷酸钙、重过磷酸钙和钙镁磷肥中的一种或几种的混合物，所述钾肥为氯化钾、硫酸钾、硅酸钾和硝酸钾中的一种或几种的混合物。
所述腐殖酸矿粉的粒径为110-140目，所述海泡石的粒径为110-140目，所述草木灰的粒径为110-140目，所述高岭土的粒径为110-140目，所述沸石的粒径为110-140目。
还添加有生石灰、膨润土、羟基磷灰石中的至少一种以及有机肥；
所述有机肥中，以烘干基计的有机质质量分数≥40％；以烘干基计的氮、五氧化二磷和氧化钾总养分的质量分数≥4.0％；鲜样的水分的质量分数≤30％，酸碱度pH值为5.5-8.5。
所述的修复铬污染土壤的复合肥的制备方法，其步骤如下：
按照上述重量份取各种原料组分并混合均匀，经挤压造粒即得所述复合肥。
所述的修复铬污染土壤的复合肥在重金属污染土壤修复中的应用。
所述的修复铬污染土壤的复合肥的施用方法，其步骤如下：
向重金属污染的土壤中加入所述的修复铬污染土壤的复合肥，添加量为10-200kg/hm2，平衡改良土壤时间为7-14天。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明所述的修复铬污染土壤的复合肥，包括氮磷钾营养组分以及适合配比的农用硝酸稀土、催化剂废剂、硫酸亚铁、腐殖酸矿粉、海泡石、草木灰、高岭土和沸石组分，将其施用于重金属污染土壤后，在上述各组分的协同作用下，实现在将土壤中重金属进行有效钝化和固定的同时对受污染土壤进行有效修复，从而一方面使得土壤中的六价铬转变为三价铬，毒性和活性均显著降低，有效降低农作物对铬的吸收，进而使得农作物中铬含量显著降低，另一方面含有的氮磷钾营养组分和草木灰等又能为土壤提供营养以改善土壤肥力，增强农作物抗病能力，并持续强化对受污染土壤的修复效果，此外，农用硝酸稀土中的稀土组分本身对铬具有拮抗作用，进一步有利于降低农作物对铬的吸收，本发明所述的复合肥具有较好的稳定性和环境友好性，不会产生二次污染，成本低廉，易于大面积推广，当施用于铬污染土壤时，施用量仅为10-200kg/hm2，就能显著降低农作物中铬含量，使其达到国家食用安全标准，达到治理目标。
(2)本发明所述的修复铬污染土壤的复合肥，还添加有生石灰、膨润土、羟基磷灰石和有机肥，通过生石灰、膨润土、羟基磷灰石中的无机组分固定污染土壤中的铬，并结合有机肥来改善土壤的肥力，从而在提高对土壤中铬固定作用的同时强化对受污染土壤的修复作用。
具体实施方式
以下实施例中以1重量份代表1g。
实施例1
本实施例提供一种修复铬污染土壤的复合肥，其原料组成包括：
尿素，10重量份；
磷酸一铵，60重量份；
氯化钾，10重量份；
农用硝酸稀土，2重量份；
合成甲醇催化剂废剂，2重量份；
硫酸亚铁，10重量份；
腐殖酸矿粉，55重量份；
海泡石，15重量份；
草木灰，11重量份；
高岭土，0.5重量份；
沸石，1.2重量份。
所述的农用硝酸稀土的粒径为10目，所述合成甲醇催化剂废剂的粒径为10nm；所述硫酸亚铁、腐殖酸矿粉、海泡石、草木灰、高岭土和沸石的粒径均为110目。
进一步，提供所述的修复铬污染土壤的复合肥的制备方法，具体为：
按照上述重量份取各种原料组分并混合均匀，经挤压造粒即得所述复合肥。
实施例2
本实施例提供一种修复铬污染土壤的复合肥，其原料组成包括：
碳酸铵，60重量份；
磷酸二铵，10重量份；
硫酸钾，60重量份；
农用硝酸稀土，0.5重量份；
合成甲醇催化剂废剂，10重量份；
硫酸亚铁，15重量份；
腐殖酸矿粉，25重量份；
海泡石，25重量份；
草木灰，3重量份；
高岭土，1.1重量份；
沸石，0.3重量份；
生石灰，10重量份；
膨润土，15重量份；
羟基磷灰石，10重量份；
有机肥，20重量份。
所述的农用硝酸稀土的粒径为10目，所述合成甲醇催化剂废剂的粒径为9nm；所述硫酸亚铁、腐殖酸矿粉、海泡石、草木灰、高岭土和沸石的粒径均为140目。
所述生石灰、膨润土、羟基磷灰石的粒径均为10目。
所述有机肥中，以烘干基计的有机质质量分数为40％；以烘干基计的氮、五氧化二磷和氧化钾总养分的质量分数为4.0％；鲜样的水分的质量分数为30％，酸碱度pH值为5.5。
进一步，提供所述的修复铬污染土壤的复合肥的制备方法，具体为：
按照上述重量份取各种原料组分并混合均匀，经挤压造粒即得所述复合肥。
实施例3
本实施例提供一种修复铬污染土壤的复合肥，其原料组成包括：
硫酸铵，40重量份；
过磷酸钙，35重量份；
硅酸钾，50重量份；
农用硝酸稀土，1.5重量份；
合成甲醇催化剂废剂，5重量份；
硫酸亚铁，30重量份；
腐殖酸矿粉，40重量份；
海泡石，17重量份；
草木灰，8重量份；
高岭土，0.9重量份；
沸石，0.8重量份；
膨润土，10重量份；
有机肥，20重量份。
所述的农用硝酸稀土的粒径为10目，所述合成甲醇催化剂废剂的粒径为8nm；所述硫酸亚铁、腐殖酸矿粉、海泡石、草木灰、高岭土、沸石和膨润土的粒径均为140目。
所述有机肥中，以烘干基计的有机质质量分数为55％；以烘干基计的氮、五氧化二磷和氧化钾总养分的质量分数为8.0％；鲜样的水分的质量分数为18％，酸碱度pH值为7.5。
进一步，提供所述的修复铬污染土壤的复合肥的制备方法，具体为：
按照上述重量份取各种原料组分并混合均匀，经挤压造粒即得所述复合肥。
实施例4
本实施例提供一种修复铬污染土壤的复合肥，其原料组成包括：
氯化铵、硝酸钙和硝酸铵按照质量比1∶1∶1组成的混合物，45重量份；
重过磷酸钙和钙镁磷肥按照质量比1∶1组成的混合物，45重量份；
硅酸钾和硝酸钾按照质量比1∶1组成的混合物，45重量份；
农用硝酸稀土，1.2重量份；
催化剂废剂，6重量份；
硫酸亚铁，40重量份；
腐殖酸矿粉，38重量份；
海泡石，21重量份；
草木灰，10重量份；
高岭土，0.8重量份；
沸石，0.9重量份；
羟基磷灰石，20重量份；
有机肥，20重量份。
所述的农用硝酸稀土的粒径为10目，所述催化剂废剂的粒径为8nm；所述硫酸亚铁、腐殖酸矿粉、海泡石、草木灰、高岭土、沸石和膨润土的粒径均为140目。
所述催化剂废剂是以氧化铝为载体、以氧化铜和氧化锌为活性组分的催化剂废剂。
所述有机肥中，以烘干基计的有机质质量分数为45％；以烘干基计的氮、五氧化二磷和氧化钾总养分的质量分数为5.0％；鲜样的水分的质量分数为20％，酸碱度pH值为7。
进一步，提供所述的修复铬污染土壤的复合肥的制备方法，具体为：
按照上述重量份取各种原料组分并混合均匀，经挤压造粒即得所述复合肥。
上述各实施例采用的挤压造粒工艺可采用现有技术中通用的挤压造粒生产工艺，也可采用专门的复混肥工艺流程进行生产(参见《农业现代化研究》第18卷第2期第108页)。
对比例1
本对比例提供一种铬污染土壤的修复方法，其以锰渣为固化剂，包括如下步骤：
(1)破碎筛分，对铬污染土壤进行破碎筛分，使90％以上的该铬污染土壤颗粒直径≤20mm；
(2)调节pH，向经步骤(1)处理后的铬污染土壤中加入硫酸，至铬污染土壤pH为5；
(3)还原法反应，向经步骤(2)处理后的铬污染土壤中加入还原剂硫酸亚铁，并加入足量的水，保证土壤含水率高于40％，并搅拌均匀，静置20h以上；
(4)固化反应，向步骤(3)得到的土壤中加入锰渣固化剂，搅拌均匀，即可得到修复后的土壤。
实验例
将实施例1-4所述的修复铬污染土壤的复合肥以及对比例1中以锰渣固化剂为有效成分的修复剂依次进行编号为A-D、E，选择重金属Cr污染土壤作为施用对象，向上述Cr污染的土壤中加入所述的修复铬污染土壤的复合肥和修复剂，并对修复后土壤中有效铬含量进行测定，具体方法为：称5.0g过100目筛的土壤样品于100ml离心管中，加入25ml浓度为3mol/L的NH4Cl溶液，振荡2h后离心分离，过滤得到提取液，采用原子吸收光谱法测定提取液中的可溶态金属含量，即为有效铬含量。
表1显示的为采用样品A-E对初始含Cr量为27.23mg/kg的土壤进行修复后有效铬含量的测定结果；
表2显示的为采用样品A对初始含有效Cr量依次为27.23、27.56、28.05、26.53、27.86mg/kg的土壤进行修复后有效铬含量的测定结果；
表3显示的为采用样品A在不同添加量下对土壤(初始含Cr量为27.23mg/kg)进行修复后有效铬含量的测定结果；
表4显示的为采用样品A在同一添加量10kg/hm2下、不同平衡改良时间下对土壤(初始含Cr量为27.23mg/kg)进行修复后有效铬含量的测定结果。
表1-初始含Cr量为27.23mg/kg的土壤进行修复后有效铬含量的测定结果
表2-样品A对Cr污染土壤修复后有效铬含量的测定结果
| 初始有效Cr含量/(mg/kg) | 27.23 | 27.56 | 28.05 | 26.53 | 27.86 |
| 复合肥的添加量/(kg/hm2) | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| 平衡改良土壤时间/(天) | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 |
| 修复后有效Cr含量/(mg/kg) | 3.84 | 4.61 | 5.16 | 3.90 | 4.43 |
| 土壤中有效Cr降低率 | 85.89％ | 83.26％ | 81.61％ | 85.30％ | 84.10％ |
表3-样品A在不同添加量下对土壤修复后有效铬含量的测定结果
表4-样品A在不同平衡改良时间下对土壤修复后有效铬含量的测定结果
从上述表1-4的测试结果可以看出，采用本发明所述的修复铬污染土壤的复合肥对Cr污染土壤进行修复后，土壤中有效Cr降低率均位于80％以上，从而说明本发明所述复合肥能够实现对土壤中重金属Cr的有效钝化和固定而采用对比例所述改良剂(见表1)对土壤进行修复后土壤中有效Cr降低率仅为55.04％，说明现有技术中的改良剂对铬污染土壤的修复效果并不理想。
进一步，为了研究土壤中Cr含量对农作物生长的影响，在空白土壤中添加重金属Cr使土壤中Cr含量分别为0、15、30、45、60mg/kg，针对每组Cr含量，分别设置对照组和实验组，其中，不添加本发明所述复合肥(样品A)的土壤作为对照组，采用样品A修复后的土壤作为实验组，分别在上述实验组和对照组的土壤上栽培小白菜，采用烘干称重法分别计算实验组和对照组的生物量，进一步计算得到生物量增加率；采用原子吸收分光光度计测定小白菜中Cr含量，结果如表5所示。
表5-经复合肥修复后土壤对小白菜生长和Cr吸收的影响
从上述表5中的测试结果可以看出，小白菜中Cr含量的检测结果表明，与对照组相比，当土壤Cr初始添加量分别为5mg/kg、10mg/kg、25mg/kg和50mg/kg时，经本发明所述复合肥进行修复后，生物量增加率分别为56.1％、65.4％、13.2％和14.1％，说明所述复合肥能够有效促进小白菜的生长，小白菜中Cr含量分别降低28.1％、41.12％、38.1％和31.15％，说明本发明所述复合肥能使得土壤中的铬活性显著降低，降低农作物对铬的吸收，使得农作物中铬含量显著降低。即使对于不受铬污染的土壤(初始Cr含量为0mg/kg)，施用本发明所述复合肥进行修复后，生物量增加率高达71.4％，说明所述复合肥能够有效促进小白菜的生长，同时还使得小白菜中Cr含量降低8.3％。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种修复铬污染土壤的复合肥，其特征在于，原料组成包括：
氮肥，10-60重量份；
磷肥，10-60重量份；
钾肥，10-60重量份；
农用硝酸稀土，0.5-2重量份；
催化剂废剂，2-10重量份；
硫酸亚铁，10-40重量份；
腐殖酸矿粉，25-55重量份；
海泡石，15-25重量份；
草木灰，3-11重量份；
高岭土，0.5-1.1重量份；
沸石，0.3-1.2重量份。
2.根据权利要求1所述的修复铬污染土壤的复合肥，其特征在于，所述催化剂废剂的活性组分为氧化铜和氧化锌。
3.根据权利要求1或2所述的修复铬污染土壤的复合肥，其特征在于，所述催化剂废剂为以氧化铝为载体的合成甲醇催化剂废剂。
4.根据权利要求1-3任一项所述的修复铬污染土壤的复合肥，其特征在于，所述催化剂废剂的粒径小于或等于10nm，所述硫酸亚铁的粒径小于或等于10nm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的修复铬污染土壤的复合肥，其特征在于，所述氮肥为尿素、碳酸铵、硫酸铵、氯化铵、硝酸钙和硝酸铵中的一种或几种的混合物，所述磷肥为磷酸一铵、磷酸二铵、过磷酸钙、重过磷酸钙和钙镁磷肥中的一种或几种的混合物，所述钾肥为氯化钾、硫酸钾、硅酸钾和硝酸钾中的一种或几种的混合物。
6.根据权利要求1-5任一项所述的修复铬污染土壤的复合肥，其特征在于，所述腐殖酸矿粉的粒径为110-140目，所述海泡石的粒径为110-140目，所述草木灰的粒径为110-140目，所述高岭土的粒径为110-140目，所述沸石的粒径为110-140目。
7.根据权利要求1-6任一项所述的修复铬污染土壤的复合肥，其特征在于，还添加有生石灰、膨润土、羟基磷灰石中的至少一种以及有机肥；
所述有机肥中，以烘干基计的有机质质量分数≥40％；以烘干基计的氮、五氧化二磷和氧化钾总养分的质量分数≥4.0％；鲜样的水分的质量分数≤30％，酸碱度pH值为5.5-8.5。
8.根据权利要求1-7任一项所述的修复铬污染土壤的复合肥的制备方法，其步骤如下：
按照上述重量份取各种原料组分并混合均匀，经挤压造粒即得所述复合肥。
9.权利要求1-7任一项所述的修复铬污染土壤的复合肥在铬污染土壤修复中的应用。
10.权利要求1-7任一项所述的修复铬污染土壤的复合肥的施用方法，其步骤如下：
向铬污染的土壤中加入所述的修复铬污染土壤的复合肥，添加量为10-200kg/hm2，平衡改良土壤时间为7-14天。
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