CN109622595A - 一种生物炭修复农田重金属污染的方法 - Google Patents

一种生物炭修复农田重金属污染的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物炭修复农田重金属污染的方法，包括如下步骤：S1、开挖被污染农田，并在农田四周铺设隔离层，在隔离层的底部铺设有排水管；S2、使用复合改良剂施入污染土壤表面，向搅拌均匀的土壤中洒水至出现明水，然后旋耕2‑3遍，旋耕深度为15‑20cm；S3、旋耕后在自然环境下养护30‑40天，养护期间保持土壤湿度；本发明与传统技术相比，该方法利用钙镁磷肥、生物炭、微生物菌剂和保水剂等材料对污染土壤进行基质改良和重金属稳定化，并结合人工湿地对农田内修复重金属后的水的净化，这样可以降低人才成本，同时使得农田内修复重金属后的水与农田分离后得到有效处理。

Description

一种生物炭修复农田重金属污染的方法
技术领域
本发明属于生物炭修复农田重金属污染技术领域，更具体地说，尤其涉及一种生物炭修复农田重金属污染的方法。
背景技术
农田受重工业金属污染的影响，重金属污染可导致农作物产量、质量下降，通过食物链迁移被人类摄取，进而危害人类健康。
农田治理与修复的方法多样，分为物理修复、化学修复和生物修复。物理修复的方法主要有排土、客土和深耕翻土、水肥管理等。上述方法在不同地区具有相应的示范和应用，但存在着农田内修复重金属后的水无法处理，还与农田土壤混合，造成土壤重金属污染处理效果差的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种生物炭修复农田重金属污染的方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种生物炭修复农田重金属污染的方法，包括如下步骤：
S1、开挖被污染农田，并在农田四周铺设隔离层，在隔离层的底部铺设有排水管；
S2、使用复合改良剂施入污染土壤表面，向搅拌均匀的土壤中洒水至出现明水，然后旋耕2-3遍，旋耕深度为15-20cm；
S3、旋耕后在自然环境下养护30-40天，养护期间保持土壤湿度；
S4、将农田内的水经由排水管引出，转运至人工湿地；
S5、自然环境将农田放置20-30天，然后将石灰10-13份、生物炭20-30份、膨润土20-30份和铁基化合物5-13份充分搅拌均匀，得到砷污染钝化剂，铁基化合物为氯化铁、硫酸亚铁、硫化铁或氧化铁中的一种或几种，粉碎过50目筛；
S6、将砷污染钝化剂加入至农田土壤中，先进行深翻，深翻厚度为25-30cm，然后旋耕1-2遍，旋耕深度为15-20cm，旋耕后保持土壤在20-25％的含水量条件下，放置10-15天。
优选的，所述步骤S2中复合改良剂的施用量为150-170kg/每亩。
优选的，所述复合改良剂由以下重量份的成分组成：钙镁磷肥1-10份、生物炭1-5份和微生物菌剂1-5份、保水剂1-10份。
优选的，所述生物炭制备：山核桃蒲壳炭在450-600℃、惰性气体条件下煅烧得到热裂解生物炭，山核桃蒲壳炭在180-240℃高压水热条件下得到水热生物炭，将热裂解生物炭和水热生物炭混合得到生物炭。
优选的，所述步骤S3中养护期间保持土壤含水15-20％。
优选的，所述步骤S4中人工湿地中自上而下依次设置的复合栽植土层、麦饭石层以及鹅卵石层，所述复合栽植土层内填充有多功能纳米复合材料颗粒。
优选的，所述复合栽植土层种植有芦苇、花叶芦竹和香蒲，植物总体覆盖度大于20％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的一种生物炭修复农田重金属污染的方法，与传统技术相比，该方法利用钙镁磷肥、生物炭、微生物菌剂和保水剂等材料对污染土壤进行基质改良和重金属稳定化，并结合人工湿地对农田内修复重金属后的水的净化，这样可以降低人才成本，同时使得农田内修复重金属后的水与农田分离后得到有效处理；
由于本发明在土壤中添加砷污染钝化剂，砷污染得到明显抑制，同时提高了土壤养分，污染土壤得到显著改善。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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。
一种生物炭修复农田重金属污染的方法，包括如下步骤：
S1、开挖被污染农田，并在农田四周铺设隔离层，在隔离层的底部铺设有排水管；
S2、使用复合改良剂施入污染土壤表面，向搅拌均匀的土壤中洒水至出现明水，然后旋耕3遍，旋耕深度为20cm；
S3、旋耕后在自然环境下养护40天，养护期间保持土壤湿度；
S4、将农田内的水经由排水管引出，转运至人工湿地；
S5、自然环境将农田放置30天，然后将石灰13份、生物炭30份、膨润土30份和铁基化合物13份充分搅拌均匀，得到砷污染钝化剂，铁基化合物为氯化铁、硫酸亚铁、硫化铁或氧化铁中的一种或几种，粉碎过50目筛；
S6、将砷污染钝化剂加入至农田土壤中，先进行深翻，深翻厚度为30cm，然后旋耕2遍，旋耕深度为20cm，旋耕后保持土壤在20％的含水量条件下，放置15天。
具体的，所述步骤S2中复合改良剂的施用量为170kg/每亩。
具体的，所述复合改良剂由以下重量份的成分组成：钙镁磷肥10份、生物炭5份和微生物菌剂5份、保水剂10份。
具体的，所述生物炭制备：山核桃蒲壳炭在600℃、惰性气体条件下煅烧得到热裂解生物炭，山核桃蒲壳炭在180℃高压水热条件下得到水热生物炭，将热裂解生物炭和水热生物炭混合得到生物炭。
具体的，所述步骤S3中养护期间保持土壤含水20％。
具体的，所述步骤S4中人工湿地中自上而下依次设置的复合栽植土层、麦饭石层以及鹅卵石层，所述复合栽植土层内填充有多功能纳米复合材料颗粒。
具体的，所述复合栽植土层种植有芦苇、花叶芦竹和香蒲，植物总体覆盖度大于20％。
生物炭对重金属的改良机制主要包括以下方面：重金属与生物炭表面含氧官能团之间的表面络合作用；形成重金属的碳酸盐或磷酸盐等沉淀；此外，生物炭具有有较大的比表面积和较高的表面能，可以对重金属离子进行表面吸附。海泡石是一种具层链状结构的含水富镁硅酸盐黏土矿物，是一种环境友好型矿物材，由于具有巨大的比表面积和特殊的层状结构，对土壤中的重金属元素具有很强的吸附能力；
钙镁磷肥能增加土壤pH值，促使重金属离子发生沉淀，从而降低土壤中重金属有效态含量。另外，钙镁磷肥中难溶性磷酸盐表面可吸附二价类重金属，并形成溶解度低的难溶矿物，同时钙镁磷肥中的Mg2+、Ca2+等可与重金属(Cd2+、Pb2+等)发生拮抗作用，缓解了重金属的毒害作用，从而降低植物对重金属的吸收。磷酸二铵作用机制主要是基于磷酸根能改变土壤表面电荷，增加土壤/矿物对重金属的吸附，从而降低重金属的有效性。
综上所述：本发明提供的一种生物炭修复农田重金属污染的方法，与传统技术相比，该方法利用钙镁磷肥、生物炭、微生物菌剂和保水剂等材料对污染土壤进行基质改良和重金属稳定化，并结合人工湿地对农田内修复重金属后的水的净化，这样可以降低人才成本，同时使得农田内修复重金属后的水与农田分离后得到有效处理；
由于本发明在土壤中添加砷污染钝化剂，砷污染得到明显抑制，同时提高了土壤养分，污染土壤得到显著改善。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种生物炭修复农田重金属污染的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、开挖被污染农田，并在农田四周铺设隔离层，在隔离层的底部铺设有排水管；
S2、使用复合改良剂施入污染土壤表面，向搅拌均匀的土壤中洒水至出现明水，然后旋耕2-3遍，旋耕深度为15-20cm；
S3、旋耕后在自然环境下养护30-40天，养护期间保持土壤湿度；
S4、将农田内的水经由排水管引出，转运至人工湿地；
S5、自然环境将农田放置20-30天，然后将石灰10-13份、生物炭20-30份、膨润土20-30份和铁基化合物5-13份充分搅拌均匀，得到砷污染钝化剂，铁基化合物为氯化铁、硫酸亚铁、硫化铁或氧化铁中的一种或几种，粉碎过50目筛；
S6、将砷污染钝化剂加入至农田土壤中，先进行深翻，深翻厚度为25-30cm，然后旋耕1-2遍，旋耕深度为15-20cm，旋耕后保持土壤在20-25％的含水量条件下，放置10-15天。
2.权利要求1所述的一种生物炭修复农田重金属污染的方法，其特征在于：所述步骤S2中复合改良剂的施用量为150-170kg/每亩。
3.权利要求1所述的一种生物炭修复农田重金属污染的方法，其特征在于：所述复合改良剂由以下重量份的成分组成：钙镁磷肥1-10份、生物炭1-5份和微生物菌剂1-5份、保水剂1-10份。
4.权利要求3所述的一种生物炭修复农田重金属污染的方法，其特征在于：所述生物炭制备：山核桃蒲壳炭在450-600℃、惰性气体条件下煅烧得到热裂解生物炭，山核桃蒲壳炭在180-240℃高压水热条件下得到水热生物炭，将热裂解生物炭和水热生物炭混合得到生物炭。
5.权利要求1所述的一种生物炭修复农田重金属污染的方法，其特征在于：所述步骤S3中养护期间保持土壤含水15-20％。
6.权利要求1所述的一种生物炭修复农田重金属污染的方法，其特征在于：所述步骤S4中人工湿地中自上而下依次设置的复合栽植土层、麦饭石层以及鹅卵石层，所述复合栽植土层内填充有多功能纳米复合材料颗粒。
7.权利要求6所述的一种生物炭修复农田重金属污染的方法，其特征在于：所述复合栽植土层种植有芦苇、花叶芦竹和香蒲，植物总体覆盖度大于20％。
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