CN108976074A - 一种土壤重金属钝化修复剂及其修复方法 - Google Patents

一种土壤重金属钝化修复剂及其修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种土壤重金属钝化修复剂及其使用方法，其中所述的土壤重金属钝化修复剂，包括以下组分：有机物质50‑70质量份，黏土矿物质5‑10质量份，氨基酸聚合物2‑5质量份，磷肥10‑28质量份，氮肥3‑12质量份。土壤重金属钝化修复剂的使用方法为将所述土壤重金属钝化修复剂与受重金属污染的土壤按质量比1:5~1:15混合处理1‑16天。本发明所述的土壤重金属钝化修复剂通过将有机钝化与无机钝化相结合的手段，一方面保证钝化效果的持久性，另一方面可以缓冲化学钝化修复过程带来的土壤pH的变化，实现了土壤的再利用。

Description

一种土壤重金属钝化修复剂及其修复方法
技术领域
本发明属于土壤改良技术领域，具体涉及一种土壤重金属钝化修复剂及其修复方法。
背景技术
土壤重金属污染（heavy metal pollution of the soil）是指由于人类活动，土壤中的微量金属元素在土壤中的含量超过背景值，过量沉积而引起的含量过高，统称为土壤重金属污染。
我国受重金属污染的耕地有1000万公顷，占18亿亩的耕地的8%以上。每年直接减少粮食产量约100亿公斤。并且这个数字随着年份只能增加不会减少。据统计数据先显示，长江三角洲地区，特别是浙江地区，镉、汞和铅超标达到48.7%，珠江三角洲44.5%。京津冀地区也已经超过10%。还有辽中南地区、西南地区、西北地区等。这些数字说明重金属分布不是一个小范围，而是一个大的区域的范围。
土壤重金属污染会导致微生物群落的功能、结构发生变化，生态系统稳定性受到影响，土壤动物多样性显著降低。重金属污染后，微生物几乎绝迹，对土壤结构会产生非常严重的影响。而生态的问题必然引起健康的问题。2002年，农业部抽查的结果显示，稻米的镉超标是10.3%。2007年，南京农业大学研究人员通过随即采购的大米分析发现镉超标10%。
针对土壤重金属污染的修复技术主要有：植物修复，原位化学淋洗，异位化学淋洗，土壤性能改良，钝化修复技术，物理分离修复技术，玻璃化修复，热力学修复，热解析修复，电动力学修复，换土修复等。其中钝化修复技术因为适用性广，成本低廉，见效快等优点，得到广泛的应用。
然而单一的钝化剂在使用过程中，往往出现很大的弊端，比如单一的无机钝化剂，黏土矿物质钝化效果不明显，而且长时间使用会改变土壤的pH，从而对土壤造成二次污染，单一的有机钝化剂，钝化时间不持久，造成资源的浪费。
厨余垃圾中含有丰富的淀粉、食物纤维、脂肪、蛋白质等有机物，按照垃圾绝对干物质重量百分比计算，有机物含量为80.21%，水分含量74.39%，粗脂肪含量25.86%。餐厨垃圾35%左右的干物质中含粗脂肪12%左右，含蛋白质20%以上。统计显示，中国餐厨垃圾占城市生活垃圾比重大致范围为37%-62%，中国主要城市每年产生餐厨垃圾量不低于6000万吨。厨余垃圾经灭菌、脱水、粉碎，在70℃条件下有氧发酵处理后，产生大量的活性基团（羟基，羧基等）能与重金属离子发生络合等反应，从而实现重金属的钝化。
聚天冬氨酸对金属离子具有螯合作用，一定分子质量的聚天冬氨酸可以富集氮，磷，钾及微量元素供给植物，使植物更有效地利用肥料，提高农作物的产量和品质。聚天冬氨酸的添加能够提高农作物产量，并能改善土壤质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种土壤重金属钝化修复剂，实现了将厨余垃圾降解物，聚天冬氨酸，黏土矿物质，磷肥，氮肥相结合作为钝化剂用于重金属污染土壤的治理与修复，一方面保证钝化效果的持久性，另一方面可以缓冲化学钝化修复过程带来的土壤pH的变化，同时实现了厨余垃圾的资源化利用。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种土壤重金属钝化修复剂，包括以下组分：有机物质50-70质量份，黏土矿物质5-10质量份，氨基酸聚合物2-5质量份，磷肥10-28质量份，氮肥3-12质量份。
进一步地，包括以下组分：有机物质70质量份，黏土矿物质8质量份，氨基酸聚合物4质量份，磷肥15质量份，氮肥3质量份。
进一步地，所述的有机物质为厨余垃圾分解物，所述的黏土矿物质为高岭石或海泡石中的一种，所述的氨基酸聚合物为聚天冬氨酸，所述的磷肥为过磷酸钙，所述的氮肥为碳酸氢铵。
进一步地，所述厨余垃圾分解物为厨余垃圾经灭菌、脱水、粉碎，在70℃条件下有氧发酵处理后，过40目筛，备用。
一种修复重金属污染土壤的方法，将所述土壤重金属钝化修复剂与受重金属污染的土壤按质量比1:5~1:15混合处理1-16天。
进一步地，将所述土壤重金属钝化修复剂与受重金属污染的土壤按质量比1:10混合处理16天。
本发明的有益效果是：
(1)本发明所述的土壤重金属钝化修复剂的主要特征是将厨余垃圾分解物，聚天冬氨酸，高岭石，海泡石，过磷酸钙，碳酸氢铵对铜，铅，铬等重金属的各自作用原理，以及彼此之间的互补作用，实现了多重修复功能。将土壤重金属钝化修复剂与受重金属污染的土壤（湖州市吴兴区土壤样品）按质量比1:10混合处理16天后，土壤中铜，铅，铬的含量分别从51ppm，27ppm，64ppm下降至32ppm，4ppm，11ppm，钝化效率分别为37.25%，85.19%，82.81%。
(2)本发明所述的土壤重金属钝化修复剂可以富集氮，磷，钾及微量元素供给植物，使植物更有效地利用肥料，提高农作物的产量和品质。
(3)本发明所述的土壤重金属钝化修复剂修复成本低，来源广泛，并且可以实现厨余垃圾废弃物的资源化利用，变废为宝。
具体实施方式
实施例1
（1）土壤重金属钝化修复剂的制备：①厨余垃圾经灭菌、脱水、粉碎后，在70℃条件下有氧发酵处理后，过40目筛，备用；②按照70%厨余垃圾分解物，8%的高岭土，4%聚天冬氨酸，15%的过磷酸钙，3%的碳酸氢铵；
（2）与受污染的土壤混合：将土壤重金属钝化修复剂与受重金属污染的土壤按质量比1:10混合处理16天，同时设立两组对照组，对照1组不添加高岭土；对照2组不添加厨余垃圾分解物。
（3）钝化反应：经16天钝化后，受污染土壤中的重金属含量得以降低，铜，铅，铬的含量分别从51ppm，27ppm，64ppm下降至32ppm，4ppm，11ppm，钝化效率分别为37.25%，85.19%，82.81%，土壤的pH值稳定在6.4-6.6。
对照1组的铜，铅，铬的含量分别从51ppm，27ppm，64ppm下降至40ppm，21ppm，35ppm，钝化效率分别为26.83%，22.22%，45.31%，土壤的pH值上升至6.8。
对照2组的铜，铅，铬的含量分别从51ppm，27ppm，64ppm下降至37ppm，14ppm，43ppm，钝化效率分别为27.45%，48.15%，32.50%，土壤的pH值稳定在6.4-6.6。
实施例2
（1）土壤重金属钝化修复剂的制备：①厨余垃圾经灭菌、脱水、粉碎后，在70℃条件下有氧发酵处理后，过40目筛，备用；②按照70%厨余垃圾分解物，8%的高岭土，4%聚天冬氨酸，15%的过磷酸钙，3%的碳酸氢铵；
（2）与受污染的土壤混合：将土壤重金属钝化修复剂与受重金属污染的土壤按质量比1:10混合处理10天，同时设立两组对照组，对照1组不添加高岭土；对照2组不添加厨余垃圾分解物。
（3）钝化反应：经10天钝化后，受污染土壤中的重金属含量得以降低，铜，铅，铬的含量分别从51ppm，27ppm，64ppm下降至41ppm，10ppm，29ppm，钝化效率分别为19.61%，62.96%，54.69%，土壤的pH值稳定在6.4-6.6。
对照1组的铜，铅，铬的含量分别从51ppm，27ppm，64ppm下降至43ppm，22ppm，44ppm，钝化效率分别为15.69%，18.52%，31.25%，土壤的pH值上升至6.9。
对照2组的铜，铅，铬的含量分别从51ppm，27ppm，64ppm下降至38ppm，17ppm，51ppm，钝化效率分别为25.50%，37.04%，20.25%，土壤的pH值稳定在6.4-6.6。
实施例3
（1）土壤重金属钝化修复剂的制备：①厨余垃圾经灭菌、脱水、粉碎后，在70℃条件下有氧发酵处理后，过40目筛，备用；②按照70%厨余垃圾分解物，8%的高岭土，4%聚天冬氨酸，15%的过磷酸钙，3%的碳酸氢铵；
（2）与受污染的土壤混合：将土壤重金属钝化修复剂与受重金属污染的土壤按质量比1:10混合处理5天，同时设立两组对照组，对照1组不添加高岭土；对照2组不添加厨余垃圾分解物。
（3）钝化反应：经5天钝化后，受污染土壤中的重金属含量得以降低，铜，铅，铬的含量分别从51ppm，27ppm，64ppm下降至44ppm，17ppm，51ppm，钝化效率分别为13.73%，37.04%，20.31%，土壤的pH值稳定在6.4-6.6。
对照1组的铜，铅，铬的含量分别从51ppm，27ppm，64ppm下降至47ppm，23ppm，59ppm，钝化效率分别为7.84%，11.11%，7.81%，土壤的pH值上升至6.8。
对照2组的铜，铅，铬的含量分别从51ppm，27ppm，64ppm下降至45ppm，21ppm，57ppm，钝化效率分别为11.76%，22.22%，10.94%，土壤的pH值稳定在6.4-6.6。
实施例4
（1）土壤重金属钝化修复剂的制备：①厨余垃圾经灭菌、脱水、粉碎后，在70℃条件下有氧发酵处理后，过40目筛，备用；②按照70%厨余垃圾分解物，8%的高岭土，4%聚天冬氨酸，15%的过磷酸钙，3%的碳酸氢铵；
（2）与受污染的土壤混合：将土壤重金属钝化修复剂与受重金属污染的土壤按质量比1:10混合处理1天，同时设立两组对照组，对照1组不添加高岭土；对照2组不添加厨余垃圾分解物。
（3）钝化反应：经1天钝化后，受污染土壤中的重金属含量得以降低，铜，铅，铬的含量分别从51ppm，27ppm，64ppm下降至49ppm，25ppm，60ppm，钝化效率分别为3.92%，7.40%，6.25%。土壤的pH值稳定在6.4-6.6。
对照1组的铜，铅，铬的含量分别从51ppm，26ppm，64ppm下降至50ppm，26ppm，63ppm，钝化效率分别为1.96%，3.70%，1.56%，土壤的pH值上升至6.8。
对照2组的铜，铅，铬的含量分别从51ppm，27ppm，64ppm下降至50ppm，26ppm，62ppm，钝化效率分别为1.96%%，3.70%，3.13%，土壤的pH值稳定在6.4-6.6。
实施例5
（1）土壤重金属钝化修复剂的制备：①厨余垃圾经灭菌、脱水、粉碎后，在70℃条件下有氧发酵处理后，过40目筛，备用；②按照70%厨余垃圾分解物，5%的高岭土，2%聚天冬氨酸，20%的过磷酸钙，3%的碳酸氢铵；
（2）与受污染的土壤混合：将土壤重金属钝化修复剂与受重金属污染的土壤按质量比1:10混合处理16天。
（3）钝化反应：经16天钝化后，受污染土壤中的重金属含量得以降低，铜，铅，铬的含量分别从51ppm，27ppm，64ppm下降至40ppm，11ppm，20ppm，钝化效率分别为21.56%，59.26%，68.75%。
实施例6
（1）土壤重金属钝化修复剂的制备：①厨余垃圾经灭菌、脱水、粉碎后，在70℃条件下有氧发酵处理后，过40目筛，备用；②按照50%厨余垃圾分解物，5%的高岭土，5%聚天冬氨酸，28%的过磷酸钙，12%的碳酸氢铵；
（2）与受污染的土壤混合：将土壤重金属钝化修复剂与受重金属污染的土壤按质量比1:10混合处理16天。
（3）钝化反应：经16天钝化后，受污染土壤中的重金属含量得以降低，铜，铅，铬的含量分别从51ppm，27ppm，64ppm下降至42ppm，15ppm，31ppm，钝化效率分别为17.65%，44.44%，51.56%。
实施例7
（1）土壤重金属钝化修复剂的制备：①厨余垃圾经灭菌、脱水、粉碎后，在70℃条件下有氧发酵处理后，过40目筛，备用；②按照65%厨余垃圾分解物，10%的高岭土，5%聚天冬氨酸，10%的过磷酸钙，10%的碳酸氢铵；
（2）与受污染的土壤混合：将土壤重金属钝化修复剂与受重金属污染的土壤按质量比1:10混合处理16天。
（3）钝化反应：经16天钝化后，受污染土壤中的重金属含量得以降低，铜，铅，铬的含量分别从51ppm，27ppm，64ppm下降至37ppm，18ppm，29ppm，钝化效率分别为12.60%，33.33%，54.69%。
通过对比实施例1/2/3/4中的实验组发现随着钝化时间的延长，土壤中重金属的含量随之降低，钝化效果愈加明显；对比实施例1/2/3/4的对照组1可以发现，加入有机质（厨余垃圾分解物）后能缓冲黏土类物质（高岭土）在修复过程带来的土壤pH的变化，使得钝化过程更加稳定，且pH值更适合农作物的生长；对比实施例1/2/3/4的对照组2可以发现加入黏土类物质（高岭土）能保证有机质（厨余垃圾分解物）钝化效果的持久性和高效性。对比实施例1中的实验组和对照组1和2，可以发现两种物质（实验组）加入对土壤中重金属（铅和铬）的钝化效率大于单一一种物质（对照组1和2）钝化效率之和。因此,两种物质可以发挥协同作用，使得钝化土壤中重金属的效果更为明显。
尽管本发明的实施方案已经公开如上，但其并不仅限于说明说和实施方式中所列的应用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不违背权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里列举的实施例。

Claims (6)

1.一种土壤重金属钝化修复剂，其特征在于，包括以下组分：有机物质50-70质量份，黏土矿物质5-10质量份，氨基酸聚合物2-5质量份，磷肥10-28质量份，氮肥3-12质量份。
2.如权利要求1所述的土壤重金属钝化修复剂，其特征在于，包括以下组分：有机物质70质量份，黏土矿物质8质量份，氨基酸聚合物4质量份，磷肥15质量份，氮肥3质量份。
3.如权利要求2所述的土壤重金属钝化修复剂，其特征在于，所述的有机物质为厨余垃圾分解物，所述的黏土矿物质为高岭石或海泡石中的一种，所述的氨基酸聚合物为聚天冬氨酸，所述的磷肥为过磷酸钙，所述的氮肥为碳酸氢铵。
4.如权利要求书3所述的土壤重金属钝化修复剂，其特征在于，所述厨余垃圾分解物为厨余垃圾经灭菌、脱水、粉碎，在70℃条件下有氧发酵处理后，过40目筛，备用。
5.一种利用权利要求1所述的修复剂修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，将所述土壤重金属钝化修复剂与受重金属污染的土壤按质量比1:5~1:15混合处理1-16天。
6.如权利要求6所述的方法，将所述土壤重金属钝化修复剂与受重金属污染的土壤按质量比1:10混合处理16天。
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