CN109021979A - 一种土壤重金属复合污染改良颗粒配方 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土壤重金属复合污染改良颗粒配方，由猪粪有机肥、生物质炭、胞外聚合物、改性茶叶渣粉、钢渣、钙镁磷肥、黏土粉、纳米级二氧化锰按一定比例混合后制成颗粒。本发明对土壤重金属复合污染有明显的吸附、固定作用，对土壤的基本理化性质有所改善，进而改善土壤微生物环境，可以培肥土壤，促进作物生长及养分高效利用，从而提高作物产量，改善作物品质。本发明还可以吸附一些有机污染物质，所以能应用到水底污泥治理，进而达到净化水质的目的。本发明提高了农业废弃物的附加值，促进废弃物资源化、减量化，是生态产业的有益部分。

Description

一种土壤重金属复合污染改良颗粒配方

技术领域

本发明涉及土壤重金属污染治理、土壤改良、农业废弃物处理等领域，具体的说涉及一种土壤重金属复合污染改良颗粒配方。

背景技术

土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一，也是人类生态环境的重要组成部分。随着全球经济的快速发展，含重金属的污染物通过各种途径进入土壤，造成土壤中相应重金属元素的富集。土土壤重金属污染是当今面积最广、危害最大的环境问题之一。重金属能够在农田、河流、湖泊、海洋水体和底泥中长久地累积，长期过量富集可导致农作物和水产品中重金属积累过量，通过食物链危害人类健康。根据农业部环保监测系统对全国24个省市，320个严重污染区约548万公顷土壤调查发现，大田类农产品污染超标面积占污染区农田面积的20％，其中重金属污染占80％，对全国粮食调查发现，重金属Pb、Cd、Hg、As超标率占10％。我国每年因重金属污染而减产粮食达1000多万吨，被重金属污染的粮食每年多达1200万吨，合计经济损失至少200亿元。环境保护部对我国30万公顷基本农田保护区土壤中有害重金属的抽查结果发现，土壤重金属点位超标率达12.1％；2014年环境保护部和国土资源部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，我国耕地土壤点位超标率达19.4％，主要污染物为镉(Cd)、镍(Ni)、铜(Cu)、砷(As)、汞(Hg)、铅(Pb)、滴滴涕和多环芳烃。此外，不同研究尺度下我国农田土壤重金属超标元素存在明显差异，且农田土壤Cd元素发生污染的概率最高。水稻是我国种植面积最大、单产最高的粮食作物，也是对重金属吸收最强的大宗谷类作物。镉作为对人体危害性最强的重金属元素之一，加上多数稻米对镉具有超富集能力，使其成为影响稻米质量安全的重要限制性因素。农业部稻米及制品质量监督检验测试中心对我国部分地区稻米质量安全普查结果表明，约有10％的稻米中Cd含量超过《食品中镉限量卫生标准》(GB15201294)限定标准值0.2mg/kg；我们通过对长江中下游某县级市农田土壤-水稻系统中重金属近10年来的定位监测，发现2006、2011和2016年采集的稻米中Cd的点位超标率分别为9.3％、22.2％和20.7％，10年间稻米Cd超标率显著增加。

土壤重金属污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点，目前世界各国对土壤重金属污染修复技术进行广泛的研究，具体有工程物理法、化学修复、生物修复。

工程修复包括客土法、淋洗法、电动修复法，但客土法存在实施工程量大、投资费用高，破坏土体结构，引起土壤肥力下降，并且还要对换出的污土进行堆放或处理。淋洗法对重污染土壤的治理效果较好，但易造成地下水污染，虽然可使重金属离子淋洗出土壤，但同时也会使土壤中的营养元素淋失，造成土壤肥力的下降。电动修复法对土壤性质有一定要求，适宜低渗透的粘土和淤泥土。

化学修复主要是通过施用改良剂，可降低土壤重金属污染物的水溶性、扩散性和生物有效性，减轻重金属对生态环境的危害。主要包括沉淀法、加入吸附剂、拮抗法。如近几年研究较多的生物质炭就是利用其吸附性能可以对水中Cd、Hg的吸附，纳米级二氧化锰在一定程度上对Cu、Cd具有很好的吸附作用，另外茶叶中所含的水不溶性膳食纤维亦有较强吸附性能，可有效地吸附水中重金属离子，如As、Pb、Cd、Cu、Cr、Ni、Fe、Zn等。化学改良剂具有较好的改良作用，费用适中，要针对不同的重金属污染及土壤条件选择不同的改良剂，适于中度污染区。但若处理不当，还会造成二次污染，如拮抗法虽可使某种离子毒害减轻，但同时也会使土壤中另外一些离子浓度升高，造成另一种元素的污染及复合污染等。

生物修复是利用生物技术治理污染土壤的一种新方法，利用生物削减、净化土壤中的重金属或降低重金属毒性。主要包括微生物修复、农业生态修复。如微生物工程细菌、EM有益微生物、生态保护制度等。由于该方法效果好，易于操作，日益受到人们的重视，成为污染土壤修复研究的热点。但农业生态修复污染土壤周期长，效果不显著。

当前土壤重金属污染问题越来越严重，虽然关于土壤重金属污染修复技术的研究也越来越受到研究人员的关注。但是绝大部分工作尚处在实验室模拟实验阶段，达到现场应用程度的成熟方法很少。在选修复技术时，由于污染物的性质(如种类、形态、浓度等)、土壤条件(如pH、渗透性、地下水等)、污染程度、预期的修复目标不同，还要考虑实践限制、成本、修复技术的适用范围等因素，很难有高效低耗的土壤重金属改良剂。现今市场上较多的还是只针对土壤肥料、土壤板结、土壤盐渍化等情况的土壤改良剂，对土壤重金属的修复起到一定作用，但是效果或者长期效果不明显，尤其是对整个土壤环境有综合作用的土壤重金属改良剂几乎很少。

发明内容：

为解决以上技术问题，本发明的目的是提供一种土壤重金属复合污染改良颗粒。不仅直接使用在重金属污染土壤中，除多种重金属，还能在后期吸附去除一些有机污染物，改善土壤环境，提高农业产出。本发明还可应用于污染水体，能在一定程度上改善水质。可以吸附一些污染物质，达到进化水质的目的。

本发明的技术方案是，提供一种土壤重金属复合污染改良颗粒。所述的一种土壤重金属复合污染改良颗粒是由猪粪有机肥、生物质炭、胞外聚合物、改性茶叶渣粉、钢渣、钙镁磷肥、黏土粉、纳米级二氧化锰按重量比例混合制成。研究表明利用生物质炭的吸附性吸附土壤中的重金属离子及有毒有害离子，从而改良土壤的特性，防止植物遭受毒害，促进植株正常生长。不仅能作为土壤改良剂修复土壤重金属污染，去除某些有机污染，另外本发明还可以一定程度上改善水体污染。

进一步地，所述一种土壤重金属复合污染改良颗粒，由猪粪有机肥、生物质炭、胞外聚合物、改性茶叶渣粉、钢渣、钙镁磷肥、黏土粉、纳米级二氧化锰按重量比例10:3:3:3:2:2:3:1混合后，由造粒机压制成颗粒，粒径以不超过2mm为宜，有利于改良颗粒的缓释及效果。

进一步地，所述改性茶叶渣制备中茶叶渣为绿茶饮制造后的残渣，按照1g：3ml：10ml的比例将茶叶渣(w)、甲醛(v)、盐酸(v)混合后在60℃水浴中12h，用蒸馏水洗至中性，100℃恒温烘干，冷却后研磨成粉状。

进一步地，所述的猪粪有机肥为将泥炭、赤泥、猪粪、微生物功能菌剂按照重量比1:1:10:0.1混匀，然后喷洒水搅拌使其含水量为60％，覆盖黑色薄膜发酵；每两周揭开喷水翻匀，覆盖黑色薄膜继续发酵；约两个月后呈松软、不粘结、灰黑色、含水量约为10％时即制备成功。

进一步地，所述生物质炭是将稻草、小麦、玉米秸秆分别碳化后粉碎，然后按照重量比1:1:3混合。

进一步地，所述胞外聚合物是从未污染水体底泥中利用H₂SO₄-表面活性剂法提取，具体提取方法可参照相关文献(Chen Y G,2001)。

进一步地，所述土壤重金属复合污染改良颗粒不仅能有效去除土壤重金属污染，在施用一段时间后由于颗粒中微生物活动，土壤环境对颗粒的侵蚀释放养分，颗粒表面不平逐步成蜂窝状，增大了比表面积，生物质炭、钢渣等成分能吸附一些有机污染物，改善土壤微生物环境，提高土壤肥料，最终促进作物生长。

本发明通过利用工农业废弃物，变废为宝，提高资源化利用率。直接使用在重金属污染土壤中，不仅能去除多种重金属，还能吸附去除一些有机污染物，改善作物根系环境，提高农业生产价值。本发明还可应用于污染水体，能在一定程度上改善水质。本发明制作成本不高，多数成分在市场上可以买到，操作方便。

具体实施方案

实施方案1

本发明的一种土壤重金属复合污染改良颗粒，其关键在于：

(1)改性茶叶渣制备

将绿茶饮制造后的残渣按照1g(w)：3ml(v)：10ml(v)的比例与甲醛、盐酸充分混合，然后60℃水浴12h，取出用蒸馏水洗至中性，100℃恒温烘干，冷却后研磨成粉状。

(2)猪粪有机肥制备

按照重量比将泥炭(1份)、赤泥(1份)、猪粪(10份)、微生物功能菌剂(0.1份)混匀，然后喷洒水搅拌使其含水量为60％，覆盖黑色薄膜发酵；每两周揭开喷水翻匀，覆盖黑色薄膜继续发酵约两个月。

(3)生物质炭

将稻草、小麦、玉米秸秆分别碳化后粉碎，然后按照重量比1:1:3混合。

(4)胞外聚合物

从未污染水体底泥中利用H₂SO₄-表面活性剂法提取。

(5)土壤重金属复合污染改良颗粒制备

由上述制备好的改性茶叶渣粉、猪粪有机肥、生物质炭、胞外聚合物与钢渣、钙镁磷肥、黏土粉、纳米级二氧化锰按重量比例10:3:3:3:2:2:3:1充分混合，经造粒机压制成颗粒，粒径以不超过2mm为宜，有利于改良颗粒的缓释及效果。

本发明不仅能有效去除土壤重金属复合污染，去除率可达到50％～80％，使植株重金属含量降低约30％～80％。在施用一段时间后由于颗粒中微生物活动，土壤环境对颗粒的侵蚀释放养分，颗粒表面不平逐步成蜂窝状，增大了比表面积，生物质炭、钢渣等成分还能吸附一些有机污染物，改善土壤微生物环境，提高土壤肥料，最终促进作物生长。

Claims (4)

1.一种土壤重金属复合污染改良颗粒配方，其特征在于：由猪粪有机肥、生物质炭、胞外聚合物、改性茶叶渣粉、钢渣、钙镁磷肥、黏土粉、纳米级二氧化锰按重量比10:3:3:3:2:2:3:1混合后，由造粒机压制成颗粒。

2.一种根据权利要求1中所述的土壤重金属复合污染改良颗粒配方，其特征在于：改性茶叶渣粉为绿茶饮制造后的残渣，按照1g：3ml：10ml的比例将茶叶渣、甲醛、盐酸混合后在60℃水浴中12h，用蒸馏水洗至中性，100℃恒温烘干，冷却后研磨成粉状。

3.一种权利要求1所述土壤重金属复合污染改良颗粒配方，其特征在于：所述的猪粪有机肥为将泥炭、赤泥、猪粪、微生物功能菌剂按照重量比1:1:10:0.1混匀。

4.一种权利要求1所述土壤重金属复合污染改良颗粒配方，其特征在于：所述生物质炭由稻草、小麦、玉米秸秆碳化粉碎后按照重量比1:1:3混合。