CN105419806A

CN105419806A - 一种重金属污染酸性土壤改良剂及其应用

Info

Publication number: CN105419806A
Application number: CN201510844241.9A
Authority: CN
Inventors: 吴代赦; 黄尧; 程钊; 熊卿; 朱衷榜
Original assignee: Nanchang University
Current assignee: Nanchang University
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2016-03-23

Abstract

一种重金属污染酸性土壤改良剂及其应用，改良剂由磨细的钢渣和磷石膏粉末按照质量比1:1~1:10的比例混合均匀；其应用是按每千克土壤施用20-50g上述改良剂的比例，将上述改良剂均匀施于土壤，使其混合均匀。本发明解决了目前市场上酸性土壤改良剂功效单一、组成复杂、制备繁琐、施用周期长等不足，有效的将两种工业废弃物结合在一起，取长补短，变废为宝，作为酸性土壤改良剂，可以有效地改善土壤酸性，降低酸性土壤中重金属的植物有效性，并显著提高农作物生长所必须的有效磷、硫和硅等元素，在控制污染的同时，能够有效提高农作物产量、改良农作物品质。

Description

一种重金属污染酸性土壤改良剂及其应用

技术领域

本发明属于酸性土壤的污染治理与土壤改良技术领域，具体涉及一种重金属污染严重的酸性土壤的修复及改良方法，适用于各种质地的已受重金属污染的酸性土壤，并能有效改良、增加其中营养元素的植物有效性。

背景技术

随着人口、环境资源的矛盾日益突出，土壤退化已经成为了全球性的重大问题，而土壤酸化作为土壤退化的一个重要方面，严重制约了农业的发展。我国酸性土壤主要分布在长江以南的广大热带和亚热带地区、云贵川等地，总面积为2030万公顷，约占全国耕地面积的21%。我国南方土壤酸化的原因一方面是因为气温高、雨量大，土壤中盐基离子被淋失而酸性增强，另一方面南方的酸雨加剧了土壤酸化的过程。2010年出版的美国《科学》杂志中曾报道称，从上世纪80年代早期至今，几乎在中国发现的所有类型土壤的pH值都下降了0.13-0.80，土壤的不断酸化还有愈演愈烈之势，将给生态环境和人类造成重大危害。众所周知，土壤的酸碱度对植物及农作物的生长至关重要，大多数的农作物适合在中性的土壤中生长。酸化土壤中营养物质的匮乏会使农作物的生长受到严重抑制，一方面土壤的酸化使磷、硫、硅等营养物流失严重、养分有效性低，据土地抽样调查检测结果表明，我国有50%-80%以上的耕地土壤缺硅，每年需要3000万-3500万吨硅肥；另一方面，长期以来高磷肥的施用导致我国土壤普遍缺硫。更为不容乐观的是伴随着矿山开发、工业废弃物排放等人类活动的加剧，土壤重金属污染形势十分严峻，据国家环保部、国土资源部2014年发布的“全国土壤污染调查公报”显示，全国土壤污染总的超标率为16.1%，其中属于中度、重度污染的土壤约占3.0%，而土壤的酸化加剧了有毒有害金属元素的活化和溶出，从而污染土壤和水环境，进而通过食物链危害动植物和人体的健康，

为了能科学、合理地利用受重金属污染的酸性土壤，降低植物有效性重金属的含量、增加土壤中磷、硫和硅营养元素的含量，以提高农作物的品质和产量，发明一种对酸性受重金属污染土壤的复合改良剂十分必要。例如公开号为CN102010717A的发明专利，将稻糠与碱渣按合理比例配合施用，改良了土壤的pH值；公开号为CN103333031A的发明专利，将粉煤灰、活性炭、草木灰、尿素、沸石粉混合均匀，制成直径3-8毫米的颗粒，施用该改良剂后土壤的pH可在7-8之间；公开号为CN104263379A的发明专利，将干电石渣、草木灰、聚丙烯酰胺、壳聚糖混合，施用于酸性土壤后有效提升了pH并降低了有效态重金属的含量。当前公开的关于酸性重金属污染土壤改良的专利，在改良了土壤的pH值，并降低了酸性土壤中有效态的重金属含量上取得了一定的效果，但其功效比较单一，对于受重金属污染修复后的酸性土壤仅实现复垦是远远不够的。同时，先前专利中改良剂存在选用物质多、组成复杂、制备繁琐、施用周期长等不足，因此，亟需一种组成简单、制备简易、见效快且具备多功效的改良剂用于重金属污染的酸性土壤。

钢渣是在炼钢过程中，为去除钢中的杂质而产生的副产品，它主要包含脱硫、脱磷、脱氧产物以及加入的造渣剂等，主要化学成分有：CaO(35-50%)、SiO₂(8-20%)、Fe₂O₃(3-13%)、FeO(4-20%)、MgO(3-17%)、P₂O₅(0-5%)等，pH在10-12之间，由于钢渣CaO和MgO的溶解，释放出OH^-，可以提高酸性土壤中的pH，同时能提供Si、P营养元素。钢渣还具有多孔、比表面积大的特点，对重金属离子具有良好的吸附效果；钢渣中含有丰富的硅元素，其生成的硅酸胶体可以通过吸附、形成硅酸盐沉淀等方式进一步降低土壤重金属的活性，施加钢渣能促进土壤中水溶性重金属离子向硅酸盐、磷酸盐和氢氧化物等非可溶形态转化，从而有效降低土壤重金属的植物有效性。

磷石膏是湿法磷酸的副产物，即硫酸与磷矿石反应，湿法生产磷酸时所得的副产品，其主要成分为CaSO₄·2H₂O，同时还含有未分解的磷矿石、磷酸等物质。磷石膏中磷组分主要有可溶磷、共晶磷、沉淀磷三种形态，且可溶磷主要分布在二水石膏晶体的表面，是一种天然的含磷、硫的肥料。目前，磷石膏已经用于改良盐碱地并提供磷、硫养分。从理论上来讲，磷石膏应能很好地应用于重金属污染土壤的修复并提供硫磷等营养元素，有研究表明，磷石膏对废水中的镉、锌等重金属具有一定的吸附能力，能够很好地去除废水中重金属，同时磷石膏中所含有的磷酸盐成分可对大多数重金属起到很好的固化作用，但由于磷石膏往往呈酸性或弱酸性，其施加可能造成表层土壤酸化的进一步加剧，因此限制了其应用。

钢渣和磷石膏作为工业废弃物，每年的产生量巨大且难以有效再利用，而本发明很好的将上述两种物质结合在一起，取长补短，变废为宝，作为土壤改良剂，可以有效地改良酸性土壤使其对植物的营养供给更均衡，并降低酸性土壤中重金属的活性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种重金属污染酸性土壤改良剂及其应用。能有效地改良酸性土壤、降低酸性土壤中有效态重金属含量、提高土壤中有效磷、有效硅、有效硫的含量，该方法具有简单易行、操作方便、成本低廉等优点，改良后的土壤pH值在6.9-8.5之间，对土壤中的有效态重金属的含量控制效果显著，并使其中有效磷、硫和硅的含量显著提升。该发明所需要的原料易于获得，实现了工业废弃物的资源化再利用。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。

本发明所述的一种重金属污染酸性土壤改良剂，其特征是由磨细的钢渣和磷石膏粉末按照质量比1:1~1:10的比例混合均匀。

作为优选方案，所述钢渣应研磨过100目标准筛。

作为优选方案，所述磷石膏应研磨过100目标准筛。

本发明所述的一种重金属污染酸性土壤改良剂的应用，其特征是按每千克土壤施用20-50g上述改良剂的比例，将上述改良剂均匀施于土壤，使其混合均匀。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

本发明解决了目前市场上酸性土壤改良剂功效单一、组成复杂、制备繁琐、施用周期长等不足，有效的将两种工业废弃物结合在一起，取长补短，变废为宝，作为酸性土壤改良剂，可以有效地改善土壤酸性，降低酸性土壤中重金属的植物有效性，并显著提高农作物生长所必须的有效磷、硫和硅等元素，在控制污染的同时，能够有效提高农作物产量、改良农作物品质。

具体实施方式

下面将通过以下实施例对本发明作进一步说明。

实施例1。

一种多功效用于重金属严重污染的酸性土壤的改良剂，按照质量分数计，由下列组分组成：90%磷石膏与10%钢渣，其制备方法为：将磷石膏、钢渣混合均匀，制成过100目标准筛的粉末状固体。每1千克土壤施用50克该种复合土壤改良剂。该土壤施改良剂前pH=5.0，Cr、Cu、Cd、Pb含量分别为674mg/kg、1721mg/kg、83mg/kg、828mg/kg，超过《土壤环境质量标准值》（GB15618-1995）中三级土壤的标准，属于受污染严重的酸性土壤，施用该复合改良剂三天后相关指标如下表所示，土壤中有效态重金属含量的测定依照环保部《土壤环境监测技术规范》（HJ/T166-2004），有效硅、磷、硫含量测定依照农业部《土壤检测》（NY/T1121）。

由表可以看出，施用复合改良剂三天后，土壤pH由5.0变化至6.9，土壤中有效态铬、铜、镉、铅的含量分别下降92.8%、81.8%、54.4%、69.5%，有效硅、磷和硫的含量分别是未施用前的2.5、2.8和76倍。

实施例2。

一种多功效用于重金属严重污染的酸性土壤的改良剂，按照质量分数计，由下列组分组成：80%磷石膏与20%钢渣，其制备方法为：将磷石膏、钢渣混合均匀，制成过100目标准筛的粉末状固体。每1kg土壤施用50g该种复合土壤改良剂。该土壤施改良剂前pH=5.0，Cr、Cu、Cd、Pb含量分别为674mg/kg、1721mg/kg、83mg/kg、828mg/kg，超过《土壤环境质量标准值》（GB15618-1995）中三级土壤的标准，属于受污染严重的酸性土壤，施用该复合改良剂三天后相关指标如下表所示，土壤中有效态重金属含量的测定依照环保部《土壤环境监测技术规范》（HJ/T166-2004），有效硅、磷、硫含量测定依照农业部《土壤检测》（NY/T1121）。

由表可以看出，施用复合改良剂三天后，土壤pH由5.0变化至7.8，土壤中有效态铬、铜、镉、铅的含量分别下降89.7%、84.5%、71.2%、75.6%，有效硅、磷和硫的含量分别是未施用前的4.0、2.3和61倍。

实施例3。

一种多功效用于重金属严重污染的酸性土壤的改良剂，按照质量分数计，由下列组分组成：50%磷石膏与50%钢渣，其制备方法为：将磷石膏、钢渣混合均匀，制成过100目标准筛的粉末状固体。每1kg土壤施用50g该种复合土壤改良剂。该改良土壤施改良剂前pH=5.8，Cr、Cu、Cd、Pb含量分别为1095mg/kg、768mg/kg、72.4mg/kg、1044mg/kg，超过《土壤环境质量标准值》（GB15618-1995）中三级土壤的标准，属于受污染严重的弱酸性土壤，施用该复合改良剂三天后相关指标如下表所示，土壤中有效态重金属含量的测定依照环保部《土壤环境监测技术规范》（HJ/T166-2004），有效硅、磷、硫含量测定依照农业部《土壤检测》（NY/T1121）。

由表可以看出，施用复合改良剂三天后，土壤pH由5.8变化至8.5，土壤中有效态铬、铜、镉、铅的含量分别下降99.5%、77.8%、55.2%、69.2%，有效硅、磷和硫的含量分别是未施用前的1.8、1.3和4.1倍。

实施例4。

一种多功效用于重金属严重污染的酸性土壤的改良剂，按照质量分数计，由下列组分组成：87.5%磷石膏与12.5%钢渣，其制备方法为：将磷石膏、钢渣混合均匀，制成过100目标准筛的粉末状固体。每1kg土壤施用50g该种复合土壤改良剂。该土壤施改良剂前pH=5.8，Cr、Cu、Cd、Pb含量分别为1095mg/kg、768mg/kg、72.4mg/kg、1044mg/kg，超过《土壤环境质量标准值》（GB15618-1995）中三级土壤的标准，属于受污染严重的弱酸性土壤，施用该复合改良剂三天后相关指标如下表所示（土壤中有效态重金属含量的测定依照环保部《土壤环境监测技术规范》（HJ/T166-2004），有效硅、磷、硫含量测定依照农业部《土壤检测》（NY/T1121））。

由表可以看出，施用复合改良剂三天后，土壤pH由5.8变化至7.7，土壤中有效态铬、铜、镉、铅的含量分别下降95.0%、96.8%、53.6%、44.4%，有效硅、磷和硫的含量分别是未施用前的1.6、3.4和4.5倍。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实例对本发明进行详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种重金属污染酸性土壤改良剂，其特征是由磨细的钢渣和磷石膏粉末按照质量比1:1~1:10的比例混合均匀。

2.根据权利要求1所述的重金属污染酸性土壤改良剂，其特征是所述磨细的钢渣过100目标准筛。

3.根据权利要求1所述的重金属污染酸性土壤改良剂，其特征是所述磷石膏粉末过100目标准筛。

4.权利要求1、2或3所述的重金属污染酸性土壤改良剂的应用，其特征是按每千克土壤施用20-50g上述改良剂的比例，将上述改良剂均匀施于土壤，使其混合均匀。