CN107099300B - 一种土壤修复剂、其制备方法及其应用 - Google Patents

一种土壤修复剂、其制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种土壤修复剂、其制备方法及其应用，属于土壤修复技术领域，该土壤修复剂能够使土壤中的重金属达到有效固定，从而有效降低重金属所产生的危害。该土壤修复剂包括：石膏0.5‑3份，污水厂污泥40‑80份，发酵烘干后的鸡粪5‑15份，自来水厂污泥1‑10份，酿酒厂污泥或酒糟1‑10份，氧化钙2‑5份，硫酸亚铁0.1‑1份，硫酸盐还原菌1‑10份，草木炭1‑3份，硫酸铵0.5‑3份，腐植酸钠0.1‑1份。本发明能够应用于重金属污染土壤的修复中。

Description

一种土壤修复剂、其制备方法及其应用
技术领域
本发明属于土壤修复技术领域，尤其涉及一种土壤修复剂、其制备方法及其应用。
背景技术
中国土壤受重金属的污染日益严重，土壤中重金属来源一般分为两大类，即自然生成和人为污染。经过自然途径进入土壤中的重金属浓度低且稳定存在，往往对环境不产生直接的不良影响，而由人类在生产过程中因处置不当进入环境往往造成重金属含量超标，对环境影响较大，使得土壤转变为污染源，通过生物链或向地下水迁移等方式就再次向环境中释放，最终以多种途径影响生态环境的健康发展。
研究表明，重金属毒性不仅与其总量有关，更大程度上与其形态分布有关，土壤中不同形态重金属的活性不同，重金属形态分布在一定程度反映土壤中重金属的生物有效性和毒性变化。目前污染土壤的金属离子主要包括镉、铬、铜、铅、镍、锌等，对受重金属污染的土壤进行修复主要采用的技术有化学修复、物理修复、生物修复。但就目前的修复技术以及所提供的土壤修复剂的修复效果而言，大多并不能使土壤中的重金属达到有效固定的目的，这样就无法有效降低重金属所产生的危害。因此，如何提供一种能够使土壤中的重金属达到有效固定，从而有效降低重金属所产生危害的土壤修复剂是本领域目前面临的重要课题。
发明内容
本发明提供了一种土壤修复剂、其制备方法及其应用，该土壤修复剂能够使土壤中的重金属达到有效固定，从而有效降低重金属所产生的危害。
为了达到上述目的，本发明的一方面提供了一种土壤修复剂，包括：石膏0.5-3份，污水厂污泥40-80份，发酵烘干后的鸡粪5-15份，自来水厂污泥1-10份，酿酒厂污泥或酒糟1-10份，氧化钙2-5份，硫酸亚铁0.1-1份，硫酸盐还原菌1-10份，草木炭1-3份，硫酸铵0.5-3份，腐植酸钠0.1-1份。
作为优选技术方案，所述污水处理厂产生的污泥需堆肥发酵处理1-3个月。
作为优选技术方案，所述石膏包括工业石膏或电厂脱硫后产生的石膏，破碎后粒径小于200目。
作为优选技术方案，所述污水厂污泥的含水率不超过40％，自来水厂污泥的含水率不超过60％。
本发明的另一方面提供了一种如上述任一项技术方案所述的土壤修复剂的制备方法，包括：
取石膏0.5-3份、污水厂污泥40-80份和草木炭1-3份，破碎后混合均匀，得到原料1；
取酿酒厂污泥或酒糟1-10份、硫酸盐还原菌1-10份和腐植酸钠0.1-1份，搅拌混合均匀，得到原料2；
取硫酸铵0.5-3份和硫酸亚铁0.1-1份，搅拌混合均匀，得到原料3；
取氧化钙2-5份，发酵烘干后鸡粪5-15份，搅拌混合均匀，得到原料4；
将所述原料1和原料2混合均匀后，再和原料3混合均匀，加入自来水厂污泥1-10份，充分混合均匀后，加入原料4，充分搅拌混合均匀后，制成粉末状或小颗粒状，得到所述土壤修复剂。
作为优选技术方案，所述硫酸盐还原菌通过以下培养方式得到，具体为：
将石膏0.2-1份、生活污水处理厂产生的活性污泥90-98份、石膏矿产生含硫化物污水1-20份、工业淀粉0.01-0.5份、磷酸氢二钾0.01-1份和氯化亚铁0.01-0.1份，在缺氧或厌氧条件下，发酵15-30天，每天定期缓慢搅动5-10分钟，得到所述硫酸盐还原菌。
本发明的另一方面提供了一种如上述任一项技术方案所述的土壤修复剂在修复重金属污染的土壤中的应用。
作为优选技术方案，所述重金属包括镉、铅、铬、镍、铜、锌和汞中的至少一种。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
1、本发明所提供的土壤修复剂中添加有硫酸盐还原菌，向受污染的土壤中加入硫酸盐还原菌，在富有机物营养和厌氧条件下，硫酸盐中的硫酸根可还原成负二价硫化物，再利用负二价硫与重金属反应可生成硫化物沉淀，从而达到固定重金属的目的，因此可利用硫酸盐还原菌直接修复受重金属污染土壤。
2、本发明所提供的土壤修复剂中还添加有不同种污泥成份、酒糟和鸡粪，其具有良好的肥力，不仅可为硫酸盐还原菌提供养分，同时由于其含有大量磷酸盐，也有利于进一步固定重金属。因此，在上述成分的相互作用下，可有效降低可交换重金属离子的含量。
3、本发明所提供的土壤修复剂在重金属污染土壤的修复中可长效发挥作用，可交换态金属离子的含量会随时间发展而逐渐下降，尤其在前1-3个月效果显著，加之其中含有多种可为土壤提供养分的组分，因此可作为肥料型长效土壤修复剂使用，从而有效降低重金属离子的危害。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例的一方面提供了一种土壤修复剂，包括：石膏0.5-3份，污水厂污泥40-80份，发酵烘干后的鸡粪5-15份，自来水厂污泥1-10份，酿酒厂污泥或酒糟1-10份，氧化钙2-5份，硫酸亚铁0.1-1份，硫酸盐还原菌1-10份，草木炭1-3份，硫酸铵0.5-3份，腐植酸钠0.1-1份。
在上述实施例中，在土壤修复剂中添加有硫酸盐还原菌，其在富营养条件作用下，土壤中的SO4 2-转化成HS-和S2-等形态，与可交换态离子态重金属离子生成不溶性的硫化物沉淀而固定。并且，在使用本实施例所提供的土壤修复剂后，可交换态金属离子的含量会随着时间而逐渐下降，可有效降低重金属离子的危害。
进一步，在上述实施例中，还进一步添加了不同种污泥成份、酒糟和鸡粪，其具有良好的肥力，不仅可为硫酸盐还原菌提供养分，同时由于其含有大量磷酸盐，也有利于进一步固定重金属。此外，腐植酸钠的加入既可用于有机增肥，也可利于颗粒分散，又可吸附一定量离子态金属离子。氧化钙的加入可土壤保持偏碱性，有利于重金属离子沉淀和固定。因此，在上述成份的相互作用下，可有效降低可交换重金属离子的含量，从而降低重金属产生的危害。
可以理解的是，上述成份所加入的重量份数可在上述范围内进行合理调整，所得到的不同配比下的土壤修复剂在最终的效果评价方面不会产生较大的差异，例如，石膏的加入量还可以为1、1.5、2、2.5份，污水厂污泥的加入量还可以为45、50、55、60、65、70、75份，发酵烘干后的鸡粪的加入量还可以为8、10、12份，自来水厂污泥的加入量还可以为2、3、4、5、6、7、8、9份，酿酒厂污泥或酒糟的加入量还可以为2、3、4、5、6、7、8、9份，氧化钙的加入量还可以为2.5、3、3.5、4、4.5份，硫酸亚铁的加入量还可以为0.2、0.5、0.8份，硫酸盐还原菌的加入量还可以为2、3、4、5、6、7、8、9份，草木炭的加入量还可以为1.5、2、2.5份，硫酸铵的加入量还可以为1、1.5、2、2.5份，腐植酸钠的加入量还可以为0.2、0.5、0.8份。
在一优选实施例中，所述污水处理厂产生的污泥需堆肥发酵处理1-3个月。本实施例中限定了所使用的污泥需要进行堆肥发酵处理，这样主要是考虑到堆肥发酵更有利于污泥的灭菌，从而有利于土壤修复剂的保存。
在一优选实施例中，所述石膏包括工业石膏或电厂脱硫后产生的石膏，破碎后粒径小于200目。本实施例中加入石膏主要是为发酵过程中持续提供充足硫酸根，从而有利于二价硫生成。且所加入的石膏均应达到工业使用标准，并具体限定了其在破碎后的粒径大小，这主要是考虑到其在与其它成份混合时能够混合均匀，从而能够充分发挥作用。
在一优选实施例中，所述污水厂污泥的含水率不超过40％，自来水厂污泥的含水率不超过60％。本实施例中进一步限定了不同种类的污泥中的含水率，其中，污水厂处理的主要是生活污水，污泥中的含水率不应超过40％，这主要是考虑到不同种类的污泥中如果含水率过高，不仅会影响最终所得到的土壤修复剂的整体性能，而且也不利于后续的制粒或者制粉末操作。
本发明实施例的另一方面提供了一种如上述任一项实施例所述的土壤修复剂的制备方法，包括：
取石膏0.5-3份、污水厂污泥40-80份和草木炭1-3份，破碎后混合均匀，得到原料1；
取酿酒厂污泥或酒糟1-10份、硫酸盐还原菌1-10份和腐植酸钠0.1-1份，搅拌混合均匀，得到原料2；
取硫酸铵0.5-3份和硫酸亚铁0.1-1份，搅拌混合均匀，得到原料3；
取氧化钙2-5份，发酵烘干后的鸡粪5-15份，搅拌混合均匀，得到原料4；
将所述原料1和原料2混合均匀后，再和原料3混合均匀，加入自来水厂污泥1-10份，充分混合均匀后，加入原料4，充分搅拌混合均匀后，制成粉末状或小颗粒状，得到所述土壤修复剂。
上述实施例提供了一种土壤修复剂的制备方法，由上述方法制备得到的土壤修复剂在复合不同种污泥成份、酒糟、鸡粪、硫酸盐还原菌以及其他组分时，可对重金属进行有效固定，从而可降低可交换重金属离子的含量，降低重金属产生的危害。该方法操作简单，方便快捷且具有普适性。
在一优选实施例中，为了能够获得预期作用效果的硫酸盐还原菌，本实施例中提供了一种优选的培养方式，具体为：
将石膏0.2-1份、生活污水处理厂产生的活性污泥90-98份、石膏矿产生含硫化物污水1-20份、工业淀粉0.01-0.5份、磷酸氢二钾0.01-1份和氯化亚铁0.01-0.1份，在缺氧或厌氧条件下，发酵15-30天，每天定期缓慢搅动5-10分钟，得到所述硫酸盐还原菌。
可以理解的是，上述培养方式仅是一较优选的示例性方式，由该种方式制备得到的硫酸盐还原菌可在富有机物营养和厌氧条件下，有效地与重金属反应生成硫化物沉淀，从而达到固定重金属的目的。但本领域技术人员可并不局限于上述培养方式，只要是能够获得预期效果的培养方式均在本实施例所保护的范围内。
本发明实施例的再一方面提供了一种如上述任一项实施例所述的土壤修复剂在修复重金属污染的土壤中的应用。由于上述实施例所提供土壤修复剂中加入有硫酸盐还原菌，其在富有机物营养和厌氧条件下，可与重金属反应生成硫化物沉淀，并且，在与其它不同种污泥成份、酒糟、草木炭和鸡粪相配合时，可对重金属进行有效固定，因此，可用于修复重金属污染的土壤，以降低土壤中可交换重金属离子的含量，从而降低重金属产生的危害。在一优选实施例中，所述重金属包括镉、铅、铬、镍、铜、锌和汞中的至少一种。可以理解的是，本实施例所列举的重金属仅为所提供的土壤修复剂就目前试验所针对的效果明显的优选重金属，但可并不局限于上述重金属。
为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的土壤修复剂、其制备方法及其应用，下面将结合具体实施例进行描述。
实施例1
取石膏0.5份、污水厂污泥40份和草木炭1份，破碎后混合均匀，得到原料1；
取酿酒厂污泥或酒糟1份、硫酸盐还原菌1份和腐植酸钠0.1份，搅拌混合均匀，得到原料2；
取硫酸铵0.5份和硫酸亚铁0.1份，搅拌混合均匀，得到原料3；
取氧化钙2份，发酵烘干后的鸡粪5份，搅拌混合均匀，得到原料4；
将所述原料1和原料2混合均匀后，再和原料3混合均匀，加入自来水厂污泥1份，充分混合均匀后，加入原料4，充分搅拌混合均匀后，制成粉末状或小颗粒状，得到所述土壤修复剂1。
实施例2
取石膏1.5份、污水厂污泥60份和草木炭1.5份，破碎后混合均匀，得到原料1；
取酿酒厂污泥或酒糟6份、硫酸盐还原菌6份和腐植酸钠0.5份，搅拌混合均匀，得到原料2；
取硫酸铵1.8份和硫酸亚铁0.5份，搅拌混合均匀，得到原料3；
取氧化钙3.5份，发酵烘干后的鸡粪10份，搅拌混合均匀，得到原料4；
将所述原料1和原料2混合均匀后，再和原料3混合均匀，加入自来水厂污泥6份，充分混合均匀后，加入原料4，充分搅拌混合均匀后，制成粉末状或小颗粒状，得到所述土壤修复剂2。
实施例3
取石膏3份、污水厂污泥80份和草木炭3份，破碎后混合均匀，得到原料1；
取酿酒厂污泥或酒糟10份、硫酸盐还原菌10份和腐植酸钠1份，搅拌混合均匀，得到原料2；
取硫酸铵3份和硫酸亚铁1份，搅拌混合均匀，得到原料3；
取氧化钙5份，发酵烘干后的鸡粪15份，搅拌混合均匀，得到原料4；
将所述原料1和原料2混合均匀后，再和原料3混合均匀，加入自来水厂污泥10份，充分混合均匀后，加入原料4，充分搅拌混合均匀后，制成粉末状或小颗粒状，得到所述土壤修复剂3。
性能测试
以上述实施例2所制备得到的土壤修复剂2为例进行实验室仿真田测试，结果如下：
(1)在实验室仿真田中，土壤可交换态镉含量14.70mg/kg(土壤)，肥料型重金属污染土壤修复剂后，一个月后可交换态镉含量3.53mg/kg(土壤)，可交换态镉含量的降低了76％；三个月后，可交换态镉含量2.50mg/kg(土壤)，可交换态镉降低了83％。
(2)在实验室仿真田中，土壤可交换态铅含量159.61mg/kg(土壤)，施用肥料型重金属污染土壤修复剂后，一个月后，可交换态铅含量62.25mg/kg(土壤)，可交换态铅含量降低了61％，三个月后，可交换态铅含量22.24mg/kg(土壤)，可交换态铅含量降低了86％。
(3)在实验室仿真田中，土壤六价铬含量53.96mg/kg(土壤)，施用肥料型重金属污染土壤修复剂后，一个月后，六价铬含量2.70mg/kg(土壤)，六价铬还原成三价铬的转化率95％；三个月后，六价铬含量0.54mg/kg(土壤)，转化率可达99％。

Claims (6)

1.一种土壤修复剂，其特征在于，包括：石膏0.5-3份，污水厂污泥40-80份，发酵烘干后的鸡粪5-15份，自来水厂污泥1-10份，酿酒厂污泥或酒糟1-10份，氧化钙2-5份，硫酸亚铁0.1-1份，硫酸盐还原菌1-10份，草木炭1-3份，硫酸铵0.5-3份，腐植酸钠0.1-1份；
所述土壤修复剂通过以下制备方法得到，包括：
取石膏0.5-3份、污水厂污泥40-80份和草木炭1-3份，破碎后混合均匀，得到原料1；
取酿酒厂污泥或酒糟1-10份、硫酸盐还原菌1-10份和腐植酸钠0.1-1份，搅拌混合均匀，得到原料2；
取硫酸铵0.5-3份和硫酸亚铁0.1-1份，搅拌混合均匀，得到原料3；
取氧化钙2-5份，发酵烘干后的鸡粪5-15份，搅拌混合均匀，得到原料4；
将所述原料1和原料2混合均匀后，再和原料3混合均匀，加入自来水厂污泥1-10份，充分混合均匀后，加入原料4，充分搅拌混合均匀后，制成粉末状或小颗粒状，得到所述土壤修复剂；
其中，所述硫酸盐还原菌通过以下培养方式得到，具体为：
将石膏0.2-1份、生活污水处理厂产生的活性污泥90-98份、石膏矿产生含硫化物污水1-20份、工业淀粉0.01-0.5份、磷酸氢二钾0.01-1份和氯化亚铁0.01-0.1份，在缺氧或厌氧条件下，发酵15-30天，每天定期缓慢搅动5-10分钟，得到所述硫酸盐还原菌。
2.根据权利要求1所述的土壤修复剂，其特征在于，所述污水处理厂产生的污泥需堆肥发酵处理1-3个月。
3.根据权利要求1所述的土壤修复剂，其特征在于，所述石膏包括工业石膏或电厂脱硫后产生的石膏，破碎后粒径小于200目。
4.根据权利要求1所述的土壤修复剂，其特征在于，所述污水厂污泥的含水率不超过40％，自来水厂污泥的含水率不超过60％。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的土壤修复剂在修复重金属污染的土壤中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述重金属包括镉、铅、铬、镍、铜、锌和汞中的至少一种。
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