CN109705873A - 修复镉、砷污染农田的钝化剂、制备方法以及修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种修复镉、砷污染农田的钝化剂、制备方法以及修复方法，所述修复镉、砷污染农田的钝化剂按质量百分含量计包括以下组分：生物炭：20％～30％；活性菌：10％～20％；还原铁粉：10％～20％；钙镁磷肥：10％～20％；膨润土：20％～30％。本发明旨在提供一种成本低、绿色环保，且不会造成二次污染的钝化剂。

Description

修复镉、砷污染农田的钝化剂、制备方法以及修复方法

技术领域

本发明涉及污染土壤修复技术领域，特别涉及一种修复镉、砷污染农田的钝化剂、制备方法以及修复方法。

背景技术

随着工农业快速发展和城市进程的不断加快，从工农业及日常生活中排放出来的重金属不断增加，土壤受重金属污染也日益严重。土壤是人类生存与发展的重要自然资源和整个陆地生态系统赖以存在的基础，又是重要的环境要素之一。土壤中重金属通过迁移和转化，不仅危害农作物生长，同时危害动物以及人类的健康。据我国农业部统计，我国受重金属污染尤其是Cd污染的土地约占总耕地面积的1/5，每年因重金属污染而造成的粮食损失超过2000万吨，由此造成的经济损失达到200亿元。因此，目前我国土壤重金属(特别是镉、砷污染)污染问题已经严重威胁到我们农产品的安全生产，需要对污染土壤进行修复。

据相关调查，耕地污染超标率为19.4％，超标面积约3.5亿亩。污染呈加重发展趋势，在最近20多年的时间里，表层土壤中重金属Cd在西南地区增加了82.4％，沿海地区增加了69.0％，华北、东北、西北地区增加了10％—40％。另据2002-2012年以来，农业部对21个省(区市)水稻、小麦、玉米、大豆、蔬菜等产地部分土壤的调查，在总调查4382.44万亩中，超标面积为446.79万亩，超标率为10.2％。可见，我国农产品产地土壤重金属污染严重。

原位修复作为土壤重金属污染治理技术是一种非常行之有效的方法，而受到人们的普遍重视，尤其适用于修复大面积中、轻度重金属超标的农田土壤，实现重金属污染耕地的边生产边修复。向土壤中施加重金属吸附剂是修复重金属污染土壤的一种较经济的原位处理方法。土壤施用重金属修复材料，通过改变土壤pH值和重金属元素在土壤中的化学形态和赋存状态，增加吸附点位和促进重金属离子与土壤其它组分(包括修复材料)的共沉淀等过程，使土壤重金属生物有效态转化为生物不可利用的形态，从而抑制重金属在土壤中的迁移性和生物有效性、降低重金属污染物对环境生物的毒性，达到修复重金属污染土壤的目的。

近年来，研究人员筛选或研发出了一大批用于重金属污染吸附的修复材料，一方面，为耕地重金属污染修复治理提供了技术支持和产品保障；另一方面，施用重金属修复材料以及修复材料人工或机械作业均增加了农业生产成本的投入，由于农业生产本身比较效益低，施用单一作用的重金属修复材料很难发动农民积极投身到耕地重金属污染修复治理中来，昂贵的成本也无法进行大规模的推广应用，耕地重金属污染造成的农产品质量安全并没有得到有效控制，且有进一步恶化的趋势。从农业生产实践的角度考虑，最佳的土壤修复技术是既能够保持土壤的生态功能，不破坏甚至提供土壤的肥力，又能够有效阻控重金属等污染物进入食物链。因此，研发一种集吸附重金属与农业生产于一体的修复材料，同时提供重金属吸附剂和作物营养元素，将重金属修复材料融合于农业生产的施肥中，真正意义上实现重金属污染耕地边生产边修复。

农田土壤重金属修复主要是化学钝化法，多采用石灰、粉煤灰、含磷矿物等化学药剂，一般对镉等阳离子性重金属的固定效果明显，但不利于土壤中砷的固定，甚至能活化土壤中的砷，提高砷在土壤中的生物有效性。目前尚未有明确的同时修复镉、砷污染的钝化剂，且现有技术中的这些处理方法的效果并不稳定、不够安全，且成本大、处理效率低。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种修复镉、砷污染农田的钝化剂、制备方法以及修复方法，旨在提供一种成本低、绿色环保，且不会造成二次污染的钝化剂。

为实现上述目的，本发明提出的一种修复镉、砷污染农田的钝化剂，按质量百分含量计包括以下组分：

生物炭：20％～30％；

活性菌：10％～20％；

还原铁粉：10％～20％；

钙镁磷肥：10％～20％；

膨润土：20％～30％。

优选地，所述生物炭的组分包括秸秆、木屑，且为100目。

优选地，所述活性菌为芽孢杆菌或土著微生物。

优选地，所述还原铁粉中含铁量为80％～85％，且为100目。

为实现上述目的，本发明还提出一种如上述的修复镉、砷污染农田的钝化剂的制备方法，包括如下步骤：

取秸秆、木屑烘干至恒重，粉碎至100目筛，得到生物炭；

取活性菌、还原铁粉、钙镁磷肥、膨润土以及所述生物炭，按照预设比例混合，得到钝化剂。

为实现上述目的，本发明还提出一种利用如上所述的修复镉、砷污染农田的钝化剂修复农田的修复方法，包括如下步骤：

取所述钝化剂与待修复农田土壤混合，得到混合土壤；

对所述混合土壤灌水，泡田养护，待反应完全。

优选地，所述对所述混合土壤灌水，泡田养护，待反应完全的步骤中，灌水水深为2～3cm。

优选地，所述对所述混合土壤灌水，泡田养护，待反应完全的步骤中，泡田养护30～40天。

优选地，泡田养护时水深不小于2cm。

本发明提供的修复镉、砷污染农田的钝化剂，可同时修复镉、砷复合污染，绿色环保，不会对土壤造成二次污染，需要投入的药剂量少，不会造成农田土壤板结，药剂成分来源广泛，成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明提供修复镉、砷污染农田的钝化剂的制备方法的一实施例的流程示意图；

图2为本发明提供利用修复镉、砷污染农田的钝化剂修复农田的修复方法的一实施例的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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。

本发明提供一种修复镉、砷污染农田的钝化剂，所述钝化剂按质量百分含量计包括以下组分：生物炭：20％～30％；活性菌：10％～20％；还原铁粉：10％～20％；钙镁磷肥：10％～20％；膨润土：20％～30％。

其中，生物炭是指以自然界广泛存在的生物质资源为基础，在缺氧条件下通过热裂解产生的炭质材料。优选地，所述生物炭的组分包括秸秆、木屑，且为100目。通过将秸秆、木屑粉碎至100目得到所述生物炭。在其他实施例中，生物炭也可以是其他成分组成，例如可以通过如下方法制备得到生物炭：

将木屑、秸秆、粪便、淤泥作为生物质原料粉碎后，得到混合粉末；

将混合粉末置于真空罐中，通入氮气后缓慢加热至热解温度，并在热解温度下保温，热解碳化后得到生物炭。

热解温度时影响生物炭表面性质的重要因素，各元素的含量也随热解温度变化而变化，不同的热解温度的生物炭，其营养元素的释放速率在初期存在一定差别，释放过程在48h内基本完成。

所述将混合粉末置于真空罐中，通入氮气后缓慢加热至热解温度，并在热解温度下保温，热解碳化后得到生物炭的步骤，在具体实现时，将混合粉末置于真空罐中，通入氮气后缓慢加热至520～540℃，在520～540℃的温度下保温3.5h-4.5h后，热解碳化后得到生物炭。

活性菌为芽孢杆菌或土著微生物。土著微生物是自然农业五种基本材料之一，是以土壤为自己的栖息地，是千百年来生长在当地土壤里的微生物群体，坚守着自己生活领域的微生物，是由固定碳素的光合细菌、抑制病害的放线菌、分解糖类的酵母菌、在嫌气状态下有效分解的乳酸菌等几十种微生物组成的群落。

优选地，所述还原铁粉中含铁量为80％～85％，且为100目。

本发明提供的修复镉、砷污染农田的钝化剂，可同时修复镉、砷复合污染，绿色环保，不会对土壤造成二次污染，需要投入的药剂量少，不会造成农田土壤板结，药剂成分来源广泛，成本低。

本发明还提供一种上述修复镉、砷污染农田的钝化剂的制备方法，请参阅图1，该制备方法包括如下步骤：

步骤S210：取秸秆、木屑烘干至恒重，粉碎至100目筛，得到生物炭；

具体实现时，取取秸秆、木屑烘干至恒重，经过球磨仪(厂家：北京卓，品牌：卓的)粉碎至100目筛，得到生物炭。

步骤S220：取活性菌、还原铁粉、钙镁磷肥、膨润土以及所述生物炭，按照预设比例混合，得到钝化剂。

优选地，所述活性菌、还原铁粉、钙镁磷肥、膨润土以及所述生物炭按照如下质量百分比混合：

生物炭：20％～30％；活性菌：10％～20％；还原铁粉：10％～20％；钙镁磷肥：10％～20％；膨润土：20％～30％。

本发明还提供一种利用上述修复镉、砷污染农田的钝化剂修复农田的修复方法，请参阅图2，该修复方法包括如下步骤：

步骤S310：取所述钝化剂与待修复农田土壤混合，得到混合土壤；

优选地，所述钝化剂在所述混合土壤中质量比例为5％。

步骤S320：对所述混合土壤灌水，泡田养护，待反应完全。

具体实现时，所述对所述混合土壤灌水，泡田养护，待反应完全的步骤中，灌水水深为2～3cm；泡田养护30～40天；泡田养护时水深不小于2cm。

优选地，灌水水深为2.5cm。

修复镉、砷污染农田的钝化剂

生物炭：20％～30％；活性菌：10％～20％；还原铁粉：10％～20％；钙镁磷肥：10％～20％；膨润土：20％～30％。

生物炭为通过将秸秆、木屑粉碎至100目得到的所述生物炭。

修复镉、砷污染农田的钝化剂的制备方法

(1)取秸秆、木屑烘干至恒重，粉碎至100目筛，得到生物炭；

(2)取活性菌、还原铁粉、钙镁磷肥、膨润土以及所述生物炭，按照预设比例混合，得到钝化剂。

利用修复镉、砷污染农田的钝化剂修复农田的修复方法

(1)取所述钝化剂与待修复农田土壤混合，得到混合土壤；

(2)对所述混合土壤灌水，泡田养护，待反应完全。

优选地，灌水水深为2～3cm；泡田养护30～40天；泡田养护时水深不小于2cm。

实施例1

生物炭：22％；活性菌：12％；还原铁粉：18％；钙镁磷肥：18％；膨润土：30％。

实施例2

生物炭：22％；活性菌：13％；还原铁粉：17％；钙镁磷肥：19％；膨润土：29％。

实施例3

生物炭：23％；活性菌：11％；还原铁粉：18％；钙镁磷肥：19％；膨润土：29％。

实施例4

生物炭：23％；活性菌：14％；还原铁粉：18％；钙镁磷肥：17％；膨润土：28％。

实施例5

生物炭：24％；活性菌：15％；还原铁粉：16％；钙镁磷肥：18％；膨润土：27％。

实施例6

生物炭：24％；活性菌：18％；还原铁粉：15％；钙镁磷肥：16％；膨润土：27％。

实施例7

生物炭：25％；活性菌：18％；还原铁粉：15％；钙镁磷肥：15％；膨润土：27％。

实施例8

生物炭：26％；活性菌：14％；还原铁粉：14％；钙镁磷肥：16％；膨润土：30％。

实施例9

生物炭：27％；活性菌：13％；还原铁粉：14％；钙镁磷肥：18％；膨润土：28％。

实施例10

生物炭：28％；活性菌：12％；还原铁粉：14％；钙镁磷肥：18％；膨润土：28％。

为了使本发明提供的钝化剂对土壤的修复作用更为直观，下面结合具体实施例和对比例进行说明：

土壤选自湖北某污染农田，主要污染物为Cd(1.80mg/kg)、As(25mg/kg)，分别利用上述实施例1至10的钝化剂，以及对照组(不做任何处理)对所述土壤进行修复，在所述土壤中加入5％的实施例1至10的钝化剂以及对照组，混合搅拌均匀，加水至2cm，养护20天。

测定土壤pH，采用0.1mol/L CaCl₂提取法测定土壤有效态Cd，采用pH5.8～6.3HCl提取法测定土壤有效态As，见表1。

表1实施例和对照组实验效果

实验组	Cd有效态含量mg/kg	As有效态含量mg/kg
			实施例1	0.113	0.152
实施例2	0.111	0.153
			实施例3	0.110	0.151
实施例4	0.109	0.152
			实施例5	0.107	0.156
实施例6	0.106	0.157
			实施例7	0.105	0.154
实施例8	0.103	0.152
			实施例9	0.102	0.153
实施例10	0.100	0.150
			对照组	0.710	0.630

本发明提供的修复镉、砷污染农田的钝化剂，可同时修复镉、砷复合污染，绿色环保，不会对土壤造成二次污染，需要投入的药剂量少，不会造成农田土壤板结，药剂成分来源广泛，成本低。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种修复镉、砷污染农田的钝化剂，其特征在于，按质量百分含量计包括以下组分：

生物炭：20％～30％；

活性菌：10％～20％；

还原铁粉：10％～20％；

钙镁磷肥：10％～20％；

膨润土：20％～30％。

2.如权利要求1所述的修复镉、砷污染农田的钝化剂，其特征在于，所述生物炭的组分包括秸秆、木屑，且为100目。

3.如权利要求1所述的修复镉、砷污染农田的钝化剂，其特征在于，所述活性菌为芽孢杆菌或土著微生物。

4.如权利要求1所述的修复镉、砷污染农田的钝化剂，其特征在于，所述还原铁粉中含铁量为80％～85％，且为100目。

5.一种如权利要求1至4任意一项所述的修复镉、砷污染农田的钝化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

取秸秆、木屑烘干至恒重，粉碎至100目筛，得到生物炭；

取活性菌、还原铁粉、钙镁磷肥、膨润土以及所述生物炭，按照预设比例混合，得到钝化剂。

6.一种利用如权利要求1至4任意一项所述的修复镉、砷污染农田的钝化剂修复农田的修复方法，其特征在于，包括如下步骤：

取所述钝化剂与待修复农田土壤混合，得到混合土壤；

对所述混合土壤灌水，泡田养护，待反应完全。

7.如权利要求6所述的修复方法，其特征在于，所述对所述混合土壤灌水，泡田养护，待反应完全的步骤中，灌水水深为2～3cm。

8.如权利要求6所述的修复方法，其特征在于，所述对所述混合土壤灌水，泡田养护，待反应完全的步骤中，泡田养护30～40天。

9.如权利要求8所述的修复方法，其特征在于，泡田养护时水深不小于2cm。