CN106635032B - 一种煤矿重金属污染土壤改良剂及其应用方法 - Google Patents

一种煤矿重金属污染土壤改良剂及其应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种煤矿重金属污染土壤改良剂，包括以下重量份的原料：腐殖土50～70份，粉煤灰40～50份，固定化酵母菌材料20～30份，混合脂肪醇0.1～1份；固定化酵母菌材料采用硅胶包埋酵母菌菌体。此外，本发明还提供本土壤改良剂的应用方法。本发明利用硅胶包埋酵母菌菌体对重金属的富集和吸附作用，对土壤中重金属进行处理，随后将硅胶收集处理；此外利用腐殖土及发电厂燃烧产物粉煤灰，改善土壤理化性状和生物学性状、提高土壤肥力、增加作物产量的作用。本土壤改良剂重金属去除效果较好，且大大节省土壤改良的处理时间，可用于煤矿周边的重金属污染土壤的修复。

Description

一种煤矿重金属污染土壤改良剂及其应用方法
【技术领域】
本发明属于修复重金属污染土壤技术领域，特别涉及一种煤矿重金属污染土壤改良剂及其应用方法。
【背景技术】
煤矿在在露天开采过程中，露天煤矿各层岩土的剥采与堆倒由于受开采成本及工艺的限制，常常是无次序的混排，形成所谓的“矿山土”(mine soil)，这完全改变了原有的自然土壤的层次结构，给更新植被和种植利用带来了很大困难。另外，上覆岩层往往含有有害的重金属元素，将这些岩土堆垫到地表，从而造成土壤污染，影响植物的生存，这些有毒有害物质如果随径流扩散，还将污染更大范围的土壤。其中毒性最大的是Cd、Pb、Hg、As，它们不但不能被生物降解，相反，却能在生物作用下放大，大量富集，沿食物链最后进入人体，引起急性、慢性中毒，甚至能够致癌、致畸、致死。其中Hg是主要的污染因子。
污染土壤的重金属主要包括汞、镉、铅、铬和类金属砷等生物毒性显著的元素及有一定毒性的锌、铜、镍等元素。过量重金属可引起植物生理功能紊乱、营养失调。尤其在煤矿的矿渣堆积区，尾矿区，其重金属污染严重，对种植植被带来了很大困难，且这些重金属物质如果随径流扩散，将危害更大范围的土壤，需进行重点整治。
CN104307855 B涉及一种采用多功能化生物炭原位修复重金属污染土壤的方法。其技术方案是：采用稻杆、木屑等生物废弃物制备的多功能化生物炭材料，利用其表面赋予的多种表面官能团及其丰富的可入微孔，将相对湿度60～90％的重金属污染土壤与粒度为0.074～0.178mm多功能化生物炭翻耕混合，翻耕混合的深度为5～30cm，陈化20～30天即可得到修复。该发明仅仅是物理吸附重金属离子且最终重金属离子仍存在于土壤中，而且修复时间较长。
【发明内容】
为了克服现有技术的技术缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提供一种煤矿重金属污染土壤改良剂及其应用方法，通过固定化酵母菌材料，利用硅胶包埋酵母菌菌体对重金属的富集和吸附作用，对土壤中重金属进行处理，随后将硅胶收集处理；此外利用腐殖土及发电厂燃烧产物粉煤灰，改善土壤理化性状和生物学性状、提高土壤肥力、增加作物产量的作用。
本发明提供的一种煤矿重金属污染土壤改良剂，包括以下重量份的原料：腐殖土50～70份，粉煤灰40～50份，固定化酵母菌材料20～30份，混合脂肪醇0.1～1份；所述固定化酵母菌材料采用硅胶包埋酵母菌菌体。
优选的，所述腐殖土需进行粉碎，过筛，粒径为30～50目。
优选的，所述粉煤灰粒径为100～200目。
优选的，所述硅胶包埋酵母菌体的制备方法为：首先将酵母菌菌体进行海藻酸钙包埋，然后利用硅胶基质通过硅胶溶胶-凝胶法将海藻酸钙-酵母菌菌株进行包埋，最后将硅胶凝胶置于可溶性柠檬酸盐溶液中，得到硅胶包埋酵母菌菌体，酵母菌菌体为红酵母菌菌属。
优选的，所述混合脂肪醇为为C12～C18的脂肪醇混合物。
本发明还提供一种煤矿重金属污染土壤改良剂的应用方法，包括以下步骤：
A.将煤矿周边污染土壤进行第一次翻耕，然后立即灌水，并进行二次翻耕；
B.煤矿重金属污染土壤改良剂均匀散布入步骤A中所述的土壤中，并进行二次灌水；
C.最后收集土壤水表面漂浮物，陈化5～8天，即完成土壤污染治理。
优选的，所述煤矿重金属污染土壤改良剂与土壤的质量比为(5～8)∶100。
优选的，所述第一次翻耕深度需大于20cm。
优选的，所述二次灌水后水面高度需高于土壤表面10cm。
优选的，所述土壤水表面漂浮物收集需在水完全渗入土壤前完成。
与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：
本发明通过固定化酵母菌材料，利用硅胶包埋酵母菌菌体对重金属的富集和吸附作用，对土壤中重金属进行处理，随后利用混合脂肪醇使固定基材料漂浮在土壤水表面，随后将固定基材料收集处理，避免重金属在土壤中富集，进而从土壤中将重金属去除；此外利用腐殖土及发电厂燃烧产物粉煤灰，改善土壤理化性状和生物学性状、提高土壤肥力、增加作物产量的作用。另外，本土壤改良剂重金属去除效果较好，且大大节省土壤改良的处理时间，可用于煤矿周边的重金属污染土壤的修复。
【具体实施方式】
下面结合具体实施例对本发明技术方案作进一步的阐述和说明。
实施例1：
一种煤矿重金属污染土壤改良剂，包括以下重量份的原料：腐殖土50份，粉煤灰50份，硅胶包埋酵母菌菌体20份，混合脂肪醇0.3份；其中硅胶包埋酵母菌菌体由以下方法制得：首先将红酵母菌进行海藻酸钙包埋，然后利用硅胶基质通过硅胶溶胶-凝胶法将海藻酸钙-酵母菌菌株进行包埋，最后将硅胶凝胶置于可溶性柠檬酸盐溶液中，得到硅胶包埋红酵母菌菌体。上述的土壤改良剂各组分进行简单机械混合即得到土壤改良剂。
本实施例还提供一种煤矿重金属污染土壤改良剂的应用方法，包括如下步骤：
首先将将煤矿周边污染土壤进行第一次翻耕，翻耕深度不小于20cm，然后立即灌水，并进行二次翻耕，并整理成具有垄沟的方格化土地；然后将煤矿重金属污染土壤改良剂(煤矿重金属污染土壤改良剂与土壤的质量比为8∶100)均匀散布入上所述的土壤中，并进行二次灌水，二次灌水后水面高度需高于土壤表面10cm；最后收集土壤水表面漂浮物，陈化5天，即完成土壤污染治理。
实施例2：
一种煤矿重金属污染土壤改良剂，包括以下重量份的原料：腐殖土70份，粉煤灰40份，硅胶包埋酵母菌菌体30份，混合脂肪醇1份；其中硅胶包埋酵母菌菌体由以下方法制得：首先将红酵母菌进行海藻酸钙包埋，然后利用硅胶基质通过硅胶溶胶-凝胶法将海藻酸钙-酵母菌菌株进行包埋，最后将硅胶凝胶置于可溶性柠檬酸盐溶液中，得到硅胶包埋红酵母菌菌体。上述的土壤改良剂各组分进行简单机械混合即得到土壤改良剂。
本实施例还提供一种煤矿重金属污染土壤改良剂的应用方法，包括如下步骤：
首先将将煤矿周边污染土壤进行第一次翻耕，翻耕深度不小于20cm，然后立即灌水，并进行二次翻耕，并整理成具有垄沟的方格化土地；然后将煤矿重金属污染土壤改良剂(煤矿重金属污染土壤改良剂与土壤的质量比为5∶100)均匀散布入上所述的土壤中，并进行二次灌水，二次灌水后水面高度需高于土壤表面10cm；最后收集土壤水表面漂浮物，陈化8天，即完成土壤污染治理。
实施例3：
一种煤矿重金属污染土壤改良剂，包括以下重量份的原料：腐殖土60份，粉煤灰50份，硅胶包埋酵母菌菌体20份，混合脂肪醇0.1份；其中硅胶包埋酵母菌菌体由以下方法制得：首先将红酵母菌进行海藻酸钙包埋，然后利用硅胶基质通过硅胶溶胶-凝胶法将海藻酸钙-酵母菌菌株进行包埋，最后将硅胶凝胶置于可溶性柠檬酸盐溶液中，得到硅胶包埋红酵母菌菌体。上述的土壤改良剂各组分进行简单机械混合即得到土壤改良剂。
本实施例还提供一种煤矿重金属污染土壤改良剂的应用方法，包括如下步骤：
首先将将煤矿周边污染土壤进行第一次翻耕，翻耕深度不小于20cm，然后立即灌水，并进行二次翻耕，并整理成具有垄沟的方格化土地；然后将煤矿重金属污染土壤改良剂(煤矿重金属污染土壤改良剂与土壤的质量比为7∶100)均匀散布入上所述的土壤中，并进行二次灌水，二次灌水后水面高度需高于土壤表面10cm；最后收集土壤水表面漂浮物，陈化6天，即完成土壤污染治理。
实施例4：
一种煤矿重金属污染土壤改良剂，包括以下重量份的原料：腐殖土55份，粉煤灰50份，硅胶包埋酵母菌菌体25份，混合脂肪醇0.8份；其中硅胶包埋酵母菌菌体由以下方法制得：首先将红酵母菌进行海藻酸钙包埋，然后利用硅胶基质通过硅胶溶胶-凝胶法将海藻酸钙-酵母菌菌株进行包埋，最后将硅胶凝胶置于可溶性柠檬酸盐溶液中，得到硅胶包埋红酵母菌菌体。上述的土壤改良剂各组分进行简单机械混合即得到土壤改良剂。
本实施例还提供一种煤矿重金属污染土壤改良剂的应用方法，包括如下步骤：
首先将煤矿周边污染土壤进行第一次翻耕，翻耕深度不小于20cm，然后立即灌水，并进行二次翻耕，并整理成具有垄沟的方格化土地；然后将煤矿重金属污染土壤改良剂(煤矿重金属污染土壤改良剂土壤的质量比为6∶100)均匀散布入上所述的土壤中，并进行二次灌水，二次灌水后水面高度需高于土壤表面10cm；最后收集土壤水表面漂浮物，陈化7天，即完成土壤污染治理。
实施例5：
一种煤矿重金属污染土壤改良剂，包括以下重量份的原料：腐殖土65份，粉煤灰45份，硅胶包埋酵母菌菌体30份，混合脂肪醇0.8份；其中硅胶包埋酵母菌菌体由以下方法制得：首先将红酵母菌进行海藻酸钙包埋，然后利用硅胶基质通过硅胶溶胶-凝胶法将海藻酸钙-酵母菌菌株进行包埋，最后将硅胶凝胶置于可溶性柠檬酸盐溶液中，得到硅胶包埋红酵母菌菌体。上述的土壤改良剂各组分进行简单机械混合即得到土壤改良剂。
本实施例还提供一种煤矿重金属污染土壤改良剂的应用方法，包括如下步骤：
首先将将煤矿周边污染土壤进行第一次翻耕，翻耕深度不小于20cm，然后立即灌水，并进行二次翻耕，并整理成具有垄沟的方格化土地；然后将煤矿重金属污染土壤改良剂(煤矿重金属污染土壤改良剂与土壤的质量比为8∶100)均匀散布入上所述的土壤中，并进行二次灌水，二次灌水后水面高度需高于土壤表面10cm；最后收集土壤水表面漂浮物，陈化8天，即完成土壤污染治理。
试验地块：选取重煤矿周边金属污染土地设立垄沟，按照网格布点法，每100m取一试样点，共选取10个，检测其重金属含量，有效N，有效P，有效K及有机质含量，重复测量两次，取均值即为该试验区的重金属含量；再利用土壤改良剂处理后的土壤按照上述方法分别测定各重金属含量，有效N，有效P，有效K及有机质含量。
试验指标：重金属镉Cd、铜Cu、汞Hg、锌Zn、铅Pb、速效N、速效P、速效K及有机质。依据国家土壤环境质量标准GB15618-1995。
原样土壤与实施例1～5处理后的土壤中重金属含量、速效N、速效P、速效K及有机质含量见下表1。
表1土壤中重金属含量及土壤肥力对比表
通过上表1可以看出，通过本发明土壤改良剂处理后的土壤重金属含量明显降低，且重金属土壤中含量均符合国家标准土壤环境质量标准GB15618-1995中二级土壤(pH<6.5)，土壤肥力经改良剂改善后，速效N、速效P、速效K及有机质含量都得到明显提升，说明土壤肥力明显改善。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种煤矿重金属污染土壤改良剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：腐殖土50～70份，粉煤灰40～50份，固定化酵母菌材料20～30份，混合脂肪醇0.1-1份；所述固定化酵母菌材料采用硅胶包埋酵母菌菌体；所述硅胶包埋酵母菌体的制备方法为：首先将酵母菌菌体进行海藻酸钙包埋，然后利用硅胶基质通过硅胶溶胶-凝胶法将海藻酸钙-酵母菌菌株进行包埋，最后将硅胶凝胶置于可溶性柠檬酸盐溶液中，得到硅胶包埋酵母菌菌体，所述的酵母菌菌体为红酵母菌菌属。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿重金属污染土壤改良剂，其特征在于，所述腐殖土需进行粉碎，过筛，腐殖土的粒径为30～50目。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿重金属污染土壤改良剂，其特征在于，所述粉煤灰粒径为100～200目。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿重金属污染土壤改良剂，其特征在于，所述混合脂肪醇为为C12～C18的脂肪醇混合物。
5.根据权利要求1所述的煤矿重金属污染土壤改良剂的应用方法，其特征在于：包括以下步骤：
A.将煤矿周边污染土壤进行第一次翻耕，然后立即灌水，并进行二次翻耕；
B.将煤矿重金属污染土壤改良剂均匀散布入步骤A中所述的土壤中，并进行二次灌水；
C.最后收集土壤水表面漂浮物，陈化5-8天，即完成土壤污染治理。
6.根据权利要求5所述的煤矿重金属污染土壤改良剂的应用方法，其特征在于，所述煤矿重金属污染土壤改良剂与土壤的质量比为(5～8):100。
7.根据权利要求5所述的煤矿重金属污染土壤改良剂的应用方法，其特征在于，所述第一次翻耕深度需大于20cm。
8.根据权利要求5所述的煤矿重金属污染土壤改良剂的应用方法，其特征在于，所述二次灌水后水面高度需高于土壤表面10cm。
9.根据权利要求5所述的煤矿重金属污染土壤改良剂的应用方法，其特征在于，所述土壤水表面漂浮物收集需在水完全渗入土壤前完成。
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