CN108160699A - 一种基于蛋壳资源化利用的重金属污染农田土壤调理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于土壤污染控制与修复技术领域，公开了一种基于蛋壳资源化利用的重金属污染农田土壤调理方法。将废弃鸡蛋壳经洗净、烘干、冷却、粉碎、过筛后，制得蛋壳粉末，然后将蛋壳与重金属污染酸性农田土壤均匀混合并种植农作物。本发明将鸡蛋壳添加到农田土壤中，可吸附土壤中的重金属，同时和土壤中的酸反应提升pH，降低了作物对重金属的吸收，增加了作物生物量，有利于全面调理土壤从而提高农作物质量与产量。

Description

一种基于蛋壳资源化利用的重金属污染农田土壤调理方法

技术领域

本发明属于土壤污染控制与修复技术领域，具体涉及一种基于蛋壳资源化利用的重金属污染农田土壤调理方法。

背景技术

土壤污染是长期工业化的产物，工农业活动产生的“三废”(废水、废气、废渣)通过水体、大气等进入土壤，积累到一定程度且超过土壤自净能力时，将导致土壤生态功能降低。

常见的重金属污染土壤修复措施包括化学钝化、土壤淋洗和生物修复等。其中化学钝化因成本低廉，效果显著，修复周期短等优点而被广泛应用。化学物质可通过降低土壤中重金属的迁移性和生物有效性，从而减少农作物对重金属的吸收积累，最终减少通过食物链而进入人体的重金属。常用的固定污染土壤重金属的改良剂分无机和有机两大类，主要有石灰、磷酸盐、硅酸盐、粉煤灰、沸石、有机物料等。石灰或碳酸钙利于提高土壤pH，进而促进土壤胶体表面对重金属离子的吸附作用以及重金属形成氢氧化物或碳酸盐结合态等盐类沉淀，降低其所种植作物对重金属的吸收。虽然蛋壳类改良剂利于环境友好，但是并没有得到较为广泛的研究。

鸡蛋壳作为生活中常见的一种厨余垃圾，若处理不当，会造成新的环境污染。如若充分利用，则可以变废为宝，减少环境污染，增加社会财富。目前国内外对鸡蛋壳的利用，主要是将其作为家畜的钙添加剂还有加工蛋血粉肥、制成食品膨化助剂、加工蛋壳接粉直接入药或用于水体中重金属的去除等。但总体而言，蛋壳资源的利用率还是较低，大部分依然被废弃或采用填埋处理，易引起严重的环境污染。

前人对鸡蛋壳展开的研究工作多数是以其吸附水体中重金属为主，而对于重金属复合污染的土壤，采用蛋壳作为调理剂的研究仍在少数。如能对鸡蛋壳进行合理的资源利用，即可避免环境污染，又可增加社会效益和经济效益。

目前，废弃蛋壳的综合利用正逐渐受到重视。研究表明，鸡蛋壳具有较大的比表面积和优良的液相吸附性能，其对部分重金属的吸附量达到90％以上，这说明鸡蛋壳对重金属的吸附性能是十分可观的，具备作为环境吸附材料的潜质。但在目前国内外对鸡蛋壳的研究中，少有人利用蛋壳的吸附性能而将其作为土壤调理剂进行系统深入的研究；因此，利用废弃蛋壳开发一种切实可行的重金属土壤调理处理方法，从而降低其所种植作物对重金属的吸收，增加作物生物量，则具有现实意义和实用价值。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种基于蛋壳资源化利用的重金属污染农田土壤的调理方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种基于蛋壳资源化利用的重金属污染农田土壤调理方法，包括以下步骤：

(1)将废弃鸡蛋壳晒干经洗净、烘干、冷却、粉碎、过筛，制得蛋壳粉末；

(2)将蛋壳粉末与重金属污染酸性农田土壤均匀混合，然后种植农作物。

优选地，所述蛋壳粉末粒径为100目。

优选地，所述蛋壳粉末的投加量相对于重金属污染酸性农田土壤的质量百分比为0.1％～1％。

优选地，所述的重金属包括Cu、Zn和Cd。

优选地，所述农作物是指空心菜。

本发明的原理为：蛋壳主要含有碳酸钙，是强碱弱酸盐，添加到土壤中发生水解会产生氢氧根离子，从而引起土壤pH增加，进而促进土壤胶体表面对重金属离子的吸附作用以及重金属形成氢氧化物或碳酸盐结合态等盐类沉淀，从而有效降低其所种植作物对重金属的吸收。

相对于现有技术，本发明具有如下优点及有益效果：

(1)本发明的蛋壳是农产品废弃物，变废为宝，具有成本低廉，适用范围广，对环境无污染的特点。

(2)本发明的蛋壳能够有效的提高土壤pH，在降低其所种植作物对重金属吸收的同时，增加了土壤中的钙含量，从而促进作物生长，提高了农产品的产量与安全性。

(3)本发明方法土壤的调理效果理想，不仅能达到资源的充分利用，还能有效地减少环境污染，提高了农产品的产量与安全性，且同时为矿区周边酸性农田土壤重金属污染的环境治理和农业的可持续发展提供了科学依据，具有重要的现实意义和实用价值。

附图说明

图1为实施例中每周土壤pH变化图；

图2为实施例中空心菜经培养35天后，生物量变化图；

图3为实施例中空心菜经培养35天后，根、径、叶中Zn的含量图；

图4为实施例中空心菜经培养35天后，根、径、叶中Cd的含量图；

图5为实施例中空心菜经培养35天后，根际土中Zn的形态分布图；

图6为实施例中空心菜经培养35天后，根际土中Cu的形态分布图；

图7为实施例中空心菜经培养35天后，根际土中Cd的形态分布图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

将废弃蛋壳经洗净、烘干、冷却、粉碎、过筛后，制得蛋壳粉末。选取粒径为100目的蛋壳粉末，然后将蛋壳与重金属污染酸性农田土壤均匀混合，使蛋壳投加量相对于土壤质量的百分比分别为0.1％、0.25％、0.5％、1％，并种植空心菜，室温培养35天。其中重金属污染酸性农田土壤采自广东省韶关市大宝山矿区上坝村污染土壤，土壤质地为壤土，土壤pH为4.79，有机质含量29.47g/kg，铜含量279.985mg/kg，锌含量为358.556mg/kg，镉含量为1.141mg/kg，砷含量为134.907mg/kg，铬含量为53.574mg/kg，铅含量为300.336mg/kg，镍含量为30.566mg/kg，汞含量为0.170mg/kg。

一、土壤pH值的考察

每7天分别测定实施例以及对照组的土壤的pH值，对照组即为未经蛋壳处理的土壤。每周各组土壤pH值变化趋势如图1所示，由图1可看出，相较对照组，各浓度处理组土壤pH在7天内均得到提高，且所施用的蛋壳浓度越高，土壤pH提高幅度越大，此后基本趋于平稳；35天后，对照组及施加0.1％、0.25％、0.5％、1％蛋壳处理组的土壤pH依次为4.8、5.39、5.91、6.58、6.96。由以上结果可看出，施加蛋壳对土壤pH值的影响体现在可显著提高酸性土壤至偏中性，但又不会使土壤pH升高过多而呈碱性，是一种优良的土壤pH值调节剂。二、空心菜生物量考察

室温培养35天后，分别测定实施例和对照组所种植空心菜的生物量，空心菜生物量的变化趋势如图2所示。由图中可看出，与对照组相比，蛋壳显著提高了处理组中空心菜的生物量；且在施加0.25％蛋壳时，处理组得到最大生物量，即干重2.9g，是对照组空心菜干重的1.8倍。由此可看出，蛋壳显著的促进了作物的生长，是一种有效的土壤调理剂。

三、空心菜中重金属含量考察

室温培养35天后，分别测定实施例和对照组所种植空心菜根、径、叶中Zn的含量，结果如图3所示，由图3可知，各组植物中，Zn含量均为根>茎>叶；相较对照组，各处理组中Zn含量都大幅下降；且各处理组根、茎、叶中Zn含量几乎都随着所施用调理剂浓度的增加而减少，相关关系良好；其中施加1％蛋壳处理组相较对照组，根中Zn含量降低81.54％，茎中Zn含量降低85.98％，叶中Zn含量降低80.67％；分别测定实施例和对照组所种植空心菜根、径、叶中Cd的含量，结果如图4所示，由图4可知，各组植物中，Cd含量均为根>茎>叶；相较对照组，各处理组中Cd含量都大幅下降；各处理组叶中Cd含量随着所施用调理剂浓度的增加而减少，相关关系良好，其中施加1％蛋壳处理组相较对照组，叶中Cd含量降低48.65％；但蛋壳施用浓度对于Cd在植物根和茎吸收的过程中影响较小，在施加0.25％蛋壳时，植物根茎内Cd分别得到最小值3.14mg/kg和1.34mg/kg，相较对照组分别降低了37.07％和51.45％。综上所述，总体而言，蛋壳有效的降低了空心菜所富集的重金属含量，提高了农产品安全性，是一种有效的土壤调理剂。

四、空心菜根际土中重金属形态考察

室温培养35天后，分别测定实施例与对照组土壤中重金属Cu、Zn、Cd的形态分布及变化，具体方法如下：称土样1.000g左右，用40ml 0.1mol/L醋酸在25℃下振荡16h，提取元素酸可提取态酸可提取态；提取后的残物用40ml0.5mol/L盐酸羟胺在25℃下振荡16h提取元素可还原态；在可还原态提取后的残物中加入10ml 8.8mol/L过氧化氢，室温消化1h，且在85士2℃的水浴锅中消化1h后，继续保持现有条件直至土壤溶液减少至3ml以下，再加入10ml上述过氧化氢溶液，保持现有条件消化1h，待管内土壤溶液蒸至1ml，加入1mol/L的醋酸铵溶液50ml，在25℃下振荡16h，提取元素可氧化态；最后，用“盐酸-硝酸-高氯酸-氢氟酸”溶液对提取元素氧化态后的残物进行消解，利用蒸馏水定容后的溶液测定元素残渣态。

其中Zn的形态分布图如图5所示，可见，经不同浓度的蛋壳处理，土壤中Zn的酸可提取态下降的同时其可还原态、可氧化态、残渣态升高，相关关系良好；相较于对照组，施加1％蛋壳处理组土壤中Zn的酸可提取态下降29.72％，可还原态上升9.21％。

Cu的形态分布图如图6所示，可见，经不同浓度的蛋壳处理，土壤中Cu的酸可提取态下降的同时其可还原态升高，相关关系良好；相较于对照组，施加1％蛋壳处理组土壤中Cu的酸可提取态下降36.27％，可还原态上升15.39％。

Cd的形态分布图如图7所示，可见，经不同浓度的蛋壳处理后，虽然Cd的形态变化与不同浓度的调理剂间不存在明显相关关系，但其也趋向于较为稳定的形态转化。

从以上结果可以看出，施加蛋壳可使土壤中重金属形态转化为较难被生物利用或生物不可利用的形态，显著降低了其所种植作物对重金属的吸收。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于蛋壳资源化利用的重金属污染农田土壤调理方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将废弃鸡蛋壳晒干经洗净、烘干、冷却、粉碎、过筛，制得蛋壳粉末；

(2)将蛋壳粉末与重金属污染酸性农田土壤均匀混合，然后种植农作物。

2.根据权利要求1所述的一种基于蛋壳资源化利用的重金属污染农田土壤调理方法，其特征在于：所述蛋壳粉末粒径为100目。

3.根据权利要求1所述的一种基于蛋壳资源化利用的重金属污染农田土壤调理方法，其特征在于：所述蛋壳粉末的投加量相对于重金属污染酸性农田土壤的质量百分比为0.1％～1％。

4.根据权利要求1所述的一种基于蛋壳资源化利用的重金属污染农田土壤调理方法，其特征在于：所述的重金属包括Cu、Zn和Cd。

5.根据权利要求1所述的一种基于蛋壳资源化利用的重金属污染农田土壤调理方法，其特征在于：所述的农作物为空心菜。