CN107892921A - 一种农田重金属污染土壤钝化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种农田重金属污染土壤钝化剂及其制备方法和应用，农田重金属污染土壤钝化剂主要由粘土矿物、铁基矿物、磷基化合物、槟榔废弃物粉末及pH调整剂等组分组成，其制备方法是，将槟榔生产过程中的槟榔果、槟榔种仁、槟榔树枝等干燥粉碎后，与粘土矿物、铁基矿物和磷基化合物混合，再采用pH调理剂调节pH，即得；将其用于农田重金属污染土壤，不但可以使土壤中游离重金属离子得到高效吸附、固定，有效降低重金属进入农作物，而且不破坏原有生态环境和土壤结构，同时可以提高土壤肥力，减轻土壤有害生物的危害、提高以增加农作物产量。

Description

一种农田重金属污染土壤钝化剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种土壤调理剂，特别涉及一种农田重金属污染土壤钝化剂，以及涉及一种利用槟榔生产过程中废弃的残次槟榔果和槟榔果种仁及槟榔树枝等进行第二次再生产利用，与粘土矿物、铁基矿物和磷基化合物等复配得到可以提高土壤肥力，同时可以有效固定镉、铅、汞、镍、铜、铬、锌等重金属的农田重金属污染土壤钝化剂，属于重金属污染土壤治理技术领域。

背景技术

槟榔是海南仅次于橡胶的第二大热带经济作物，年产值超过百亿元，在国内的湖南、海南、福建、台湾、广东等省份槟榔消费者众多，近年来其嚼食地区正在逐渐扩大，消费量大。槟榔成品在国内的消费人口超过6000万人，销量每年20％增长速度。中国内地咀嚼槟榔习俗盛行，湖南嚼食槟榔就有几百年的历史，每年每人嚼食槟榔达人均2-3kg。其中2016年槟榔总产鲜果约120万吨，生产过程中产生的废弃物也是10万吨级。传统处理生产中的废弃物，主要当垃圾处理，不但影响环境也浪费资源。槟榔原果的主要成分为31.1％的酚类，18.7％的多糖，14.0％的脂肪，10.8％的粗纤维，9.9％的水分，3.0％的灰分和0.5％的生物碱，期中槟榔碱是有效驱虫成分，对猪肉、牛肉绦虫有较强的致瘫痪作用，对棘球蚴虫有杀伤作用，氢溴酸槟榔碱有排蠕虫效果。

中国专利(CN105950166A)公开了一种改良酸性土壤的生态土壤调理剂及制备方法；该土壤调理剂主要由碳化酒糟、工农业废弃物、马尾藻、水葫芦、草木灰、纳米改性粘土、海藻酸钠、罗望子多糖胶、鳌合中微量元素、氧化石墨烯等组分组成；该土壤调理剂能调节土壤pH值，促进土壤团粒结构形成，改善酸性土壤的理化结构，增加土壤有机质含量，提高土壤保水保肥能力，改善土壤物理性状，为植物生长创造良好的生态环境。该方法用到了槟榔渣通过腐熟后作为有机肥料使用，用于增加土壤有机质含量，提高土壤保水保肥能力，改善土壤理化性质。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种可以有效降低土壤重金属污染程度，改善土壤结构，提高土壤肥力，并可以杜绝传病虫害的传播和发生的农田重金属污染土壤钝化剂。

本发明的另一个目的是在于提供一种简单、低成本的制备所述农田重金属污染土壤钝化剂的方法。

本发明的第三个目的是在于提供所述农田重金属污染土壤钝化剂的应用，将其用于农田重金属污染土壤，不但可以使农田重金属污染土壤中游离重金属离子得到高效吸附、固定，有效降低重金属进入农作物，而且不破坏原有生态环境和土壤结构，同时可以提高土壤肥力，减轻土壤有害生物的危害、提高以增加农作物产量。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种农田重金属污染土壤钝化剂，其由以下质量百分比组分组成：粘土矿物100份；铁基矿物3～8份；磷基化合物1～3份；槟榔废弃物粉末5～15份；pH调整剂1～5份。

优选的方案，所述粘土矿物包括海泡石粉末、膨润土粉末、硅藻土粉末中至少一种。

优选的方案，所述铁基矿物包括水铁矿、针铁矿、赤铁矿中至少一种。

优选的方案，所述磷基化合物包括磷灰石、磷酸盐中至少一种。

优选的方案，所述的pH调整剂包括生石灰、氢氧化钙、无机酸中至少一种。根据土壤的实际情况使用酸性或碱性pH调节剂。

优选的方案，所述槟榔废弃物粉末由槟榔生产过程中废弃的槟榔种仁榨油后的残渣、残次槟榔果，以及槟榔采摘和槟榔树修剪过程中产生的废弃槟榔树枝条中至少一种通过烘干粉碎得到。

较优选的方案，所述烘干过程是在50～70℃温度下烘干至物料水分含量至5～8％。在低温下烘干槟榔废弃物目的是要尽量保证其包含的纤维结构不被破坏，防止其有效有机成分被挥发。

本发明的槟榔废弃物粉末不能采用腐熟的槟榔废弃物替换，腐熟的槟榔废弃物有机成分被破坏，纤维结构也部分降解，只能作为有机肥使用，无法实现其稳定重金属离子，防治病虫害的目的。

较优选的方案，所述粉碎过程为物料粉碎至粒径为-100目。将其粉碎至粒径100目以下，有利于提高其比表面积。

优选的方案，所述残次槟榔果包括残果、小果、病虫果中至少一种。

本发明还提供了所述的农田重金属污染土壤钝化剂的制备方法，该方法是将槟榔废弃物粉末与粘土矿物、铁基矿物和磷基化合物混合后，采用pH调理剂调节pH，即得。

本发明还提供了一种农田重金属污染土壤钝化剂的应用，将其作为提高农作物产量以及降低农作物重金属含量的农田重金属污染土壤钝化剂使用。

本发明的农田重金属污染土壤钝化剂主要包含槟榔废弃物粉末，槟榔废弃物粉末主要是由槟榔仁渣、槟榔果、槟榔枝等槟榔生产过程中的废弃物组分通过干燥、粉碎得到，这些组分不但包含了大量天然纤维结构，而且富含槟榔碱等有效成分，将其用于土壤钝化剂中起到以下几方面重要作用：1)槟榔废弃物组分具有特殊天然纤维结构，其比表面积大，具备很好的吸附功能，有利于对游离重金属离子的吸附和富集，同时可以作为黏土矿物、铁基矿物、磷基矿物等重金属稳定化成分的载体，提高这些化合物与游离重金属离子的接触面积，提高对重金属离子的稳定化反应效率，有利于重金属离子的固定；2)槟榔废弃物中含有大量生物碱，如槟榔碱等，可以在一定范围内调节土壤pH值，从而钝化重金属离子，防止其进入农作物内，降低农作物重金属富集的风险；3)槟榔废弃物粉末中还含大量的羧酸根、粗纤维等，可以与有效态重金属离子发生络合等反应，从而降低土壤中重金属离子的迁移转化；4)槟榔废弃物粉末中还包含可以杀菌、杀虫的的天然药物成分，可以有效抑制土壤中的有害生物，减少农作物农药的施用；5)槟榔废弃物粉末在自然条件下缓慢腐熟，可以作为天然有机肥，提高有机质含量高，同时有效提高土壤孔隙度和土壤肥力，从而改善土壤结构，有利于微生物环境的改善，不产生二次污染。

本发明对废弃的残次槟榔果进行第二次加工，一方面，可以对槟榔果种仁进行榨油，作为植物油用于非食用的方面应用；另一方面，对榨油后的种仁残渣以及废弃的槟榔果、槟榔书枝、叶等进行粉碎，最终与粘土矿物、铁基矿物和磷基化合物进行混合，成为一种新型的重金属污染土壤调理剂。

本发明的重金属污染土壤调理剂适用于重金属污染的地区，通过在农田重金属污染地添加这种调理剂，不但有效固定化稳定化重金属，防止其进入农作物，而且可以有效提高土壤肥力，抑制土传病虫害的传播和发生。

本发明的技术方案利用槟榔生产过程中产生的废弃物进行资源回收再利用，成本低，产出槟榔油和重金属污染土壤钝化剂，从而创造更多价值，也减少污染。

本发明的技术方案中黏土矿物、铁基矿物和磷基矿物主要通过吸附、反应等方式来实现物理和化学稳定化重金属离子。

本发明利用槟榔生产中的废弃物制备农田重金属污染土壤钝化剂的方法包括以下具体步骤：

S1、收集槟榔生产工厂中废弃的不合格槟榔果(残果、小果、病虫果)、和制作过程中产生的种仁，以及槟榔采摘和槟榔树修剪过程中产生的废弃枝条；

S2、种仁回收后进行杂质清理，然后50～70℃温度下环境下翻滚烘干，使水分含量降到5～8％左右，然后用市场上或者工业上油菜籽榨油机进行压榨，得到槟榔油；得到的槟榔油可以用作工业用油或者经过提纯后用于植物药油；

S3、榨油完后的种仁渣与残次槟榔果、枝条等进行烘干、粉碎，颗粒过在100目筛网；

S4、粘土矿物经过105℃干燥，研磨粉碎，过80目筛；铁基矿物粉碎过80目筛；磷基化合物粉碎过80目筛；pH调理剂，调碱用生石灰；调酸用常规的无机酸，如硫酸、烟酸等都适应；

S5、粘土矿物、铁基矿物、磷基化合物和槟榔废弃物粉末，按比例进行配置，按土壤立地条件添加pH调理剂。

相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：

1)本发明的农田重金属污染土壤钝化剂充分利用槟榔生产中废弃的种仁、残次果、枝条作为主要原料，在制作过程中，产出槟榔油和钝化剂两种产物，最大限度的进行了资源再利用，创造出更多的经济收益，实现了废物再利用，也大大节约了农田重金属污染土壤修复剂的使用成本。

2)本发明的农田重金属污染土壤钝化剂不但可以使农田重金属污染土壤中游离重金属离子得到高效吸附、固定，有效降低重金属进入农作物，而且不破坏原有生态环境和土壤结构，同时可以提高土壤肥力，减轻土壤有害生物的危害、提高以增加农作物产量。

3)本发明的农田重金属污染土壤钝化剂剂的制备方法简单、成本低，满足工业生产要求。

具体实施方式

以下实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制本发明权利要求的保护范围。

实施例1

配方1：硅藻土粉末100份，水铁矿5份，生石灰1份，槟榔废弃物粉末8份。

配方2：硅藻土粉末100份，磷灰石2份，生石灰1份，槟榔废弃物粉末8份。

配方3：硅藻土粉末100份，水铁矿5份，磷灰石2份，生石灰1份，腐熟槟榔废弃物粉末8份。

配方4：硅藻土粉末100份，水铁矿5份，磷灰石2份，生石灰1份，槟榔废弃物粉末8份。

配方5：海泡石粉末100份，针铁矿3份，磷酸钠3份，生石灰2份，槟榔废弃物粉末12份。

配方6：膨润土粉末100份，赤铁矿8份，磷灰石1.5份，生石灰2份，槟榔废弃物粉末6份。

以上配方1～6按以下具体方法制备成土壤调理剂：

S1、收集槟榔生产工厂中废弃的不合格槟榔果(残果、小果、病虫果)、和制作过程中产生的槟榔种仁，以及槟榔采摘和槟榔树修剪过程中产生的废弃枝条；

S2、种仁回收后进行杂质清理，然后60℃温度下环境下翻滚烘干，使水分含量降到7％左右，然后用市场上或者工业上油菜籽榨油机进行压榨，得到槟榔油；得到的槟榔油可以用作工业用油或者经过提纯后用于植物药油；

S3、榨油完后的种仁渣与残次槟榔果、枝条等进行烘干、粉碎，颗粒过在100目筛网；

S4、粘土矿物经过105℃干燥，研磨粉碎，过80目筛；铁基矿物粉碎过80目筛；磷基化合物粉碎过80目筛；pH调理剂，调碱用生石灰；

S5、粘土矿物、铁基矿物、磷基化合物和槟榔废弃物粉末，按比例进行配置，按土壤立地条件添加pH调理剂。

实施例2

以上配方1～6土壤修复剂的田间小区应用试验：

1)取湖南某镇的重金属污染的农田，进行田间小区试验，土壤中的镉含量为0.62mg/kg，实验材料为水稻。

将该试验田划分为28个试验小区，共7个处理，每个处理做4个平行，其中以一个处理作为不添加土壤修复剂的对照组，配方1～6均作为一个处理。小区面积4m×5m，随机排列。试验开始时，试验田先不施任何肥，将田耕作耙平，实行单排单灌，防止小区间串肥串水。将每个处理施加土壤修复剂到相应的小区中，土壤钝化剂添加量为200kg/亩人工用六齿耙将土壤钝化剂均匀混入泥中并用木烫板烫平田。土壤钝化剂添加后，保持土壤足够的湿度，含水量至少在30％以上，养护3天后，进行插秧，间距为20*30cm。按正常方法进行田间管理，直至水稻收割，得到水稻籽粒的重金属含量成分如下表1，水稻的收成量如表1。

表1水稻籽中重金属含量和收成

1)取湖南某镇的重金属污染的农田，进行田间小区试验：土壤中的镉含量为0.91mg/kg，实验材料为玉米。

将该试验地划分为28个试验小区，共7个处理，每个处理做4个平行，其中以一个处理作为不添加土壤修复剂的对照组，配方1～6均作为一个处理。小区面积4m×5m，随机排列。试验开始时，试验地先不施任何肥，将地整平并做畦。将每个处理施加土壤修复剂到相应的小区中，土壤钝化剂添加量为200kg/亩人工用六齿耙将土壤钝化剂均匀混。土壤钝化剂添加后，播种玉米种植，每个穴3～5粒，间距为30*50cm。按正常方法进行田间管理，但减少农药的施用，直至玉米采收，得到玉米籽粒的重金属含量成分如下表2，玉米的收成量如表2。

表2玉米中重金属含量和收成

在玉米整个生命周期中，大斑病、茎基腐病是常见的土传病害，实验过程中，染病的情况如表3所示。

表3玉米常见病染病率

Claims (10)

1.一种农田重金属污染土壤钝化剂，其特征在于：由以下质量百分比组分组成：

粘土矿物100份；

铁基矿物3～8份；

磷基化合物1～3份；

槟榔废弃物粉末5～15份；

pH调整剂1～5份。

2.根据权利要求1所述的一种农田重金属污染土壤钝化剂，其特征在于：所述粘土矿物包括海泡石粉末、膨润土粉末、硅藻土粉末中至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种农田重金属污染土壤钝化剂，其特征在于：所述铁基矿物包括水铁矿、针铁矿、赤铁矿中至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种农田重金属污染土壤钝化剂，其特征在于：所述磷基化合物包括磷灰石、磷酸盐中至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种农田重金属污染土壤钝化剂，其特征在于：所述的pH调整剂包括生石灰、氢氧化钙、无机酸中至少一种。

6.根据权利要求1～5任一项所述的一种农田重金属污染土壤钝化剂，其特征在于：所述槟榔废弃物粉末由槟榔生产过程中废弃的槟榔种仁榨油后的残渣、残次槟榔果，以及槟榔采摘和槟榔树修剪过程中产生的废弃槟榔树枝条中至少一种通过烘干粉碎得到。

7.根据权利要求6所述的一种农田重金属污染土壤钝化剂，其特征在于：所述烘干过程是在50～70℃温度下烘干至物料水分含量至5～8％。

8.根据权利要求6所述的一种农田重金属污染土壤钝化剂，其特征在于：所述粉碎过程为物料粉碎至粒径为-100目。

9.权利要求1～8任一项所述的一种农田重金属污染土壤钝化剂的制备方法，其特征在于：将槟榔废弃物粉末与粘土矿物、铁基矿物和磷基化合物混合后，采用pH调理剂调节pH，即得。

10.权利要求1～8任一项所述的一种农田重金属污染土壤钝化剂的应用，其特征在于：作为提高农作物产量以及降低农作物重金属含量的农田重金属污染土壤钝化剂使用。