CN110153171A

CN110153171A - 一种修复土壤重金属镉污染的方法

Info

Publication number: CN110153171A
Application number: CN201910477194.7A
Authority: CN
Inventors: 林海建; 高世斌; 吴元奇; 吴玲; 刘海岚
Original assignee: Sichuan Agricultural University
Current assignee: Sichuan Agricultural University
Priority date: 2019-06-03
Filing date: 2019-06-03
Publication date: 2019-08-23
Anticipated expiration: 2039-06-03
Also published as: CN110153171B

Abstract

本发明提供了一种修复土壤重金属镉污染的方法，包括以下步骤：S1、将土壤进行初步翻耕，撒施有机肥，再次翻耕混合均匀，喷洒水至土壤湿度为20～40％，放置得到预处理土壤；S2、将镉修复剂按照200～500kg/亩的比例与S1得到的预处理土壤混合均匀，浇水养护；S3、将S2得到的土壤中与镉修复剂二次混合，浇水养护；S4、在S3得到的土壤层上播撒能够吸附镉污染土壤中重金属镉的草本植物草种，种植养护得到植物草本层，然后除去植物草本层。本发明的镉修复剂制备过程简单，修复后土壤中镉去除率高达88.9％，对土壤的修复效果好，具有较高的现实意义。

Description

一种修复土壤重金属镉污染的方法

技术领域

本发明涉及土壤污染的修复方法，具体为一种修复土壤重金属镉污染的方法。

背景技术

污染土壤的重金属主要包括汞、镉、铅、铬和类金属砷等生物毒性显著的元素，这些重金属的主要来自于工矿企业废渣、废水、污泥、农药和烟尘大气沉降等。重金属无法被微生物分解，重金属自身流动性较差，很容易通过食物链进入并聚集在人体内，危害人体健康，此外重金属还可能转化为对人体危害更大的物质，带来更大的危害。

其中镉是低浓度就对植物和动物产生高度毒性的非必需营养元素，常通过食物链传递而引起人体多种严重疾病，且镉不能被土壤中微生物降解、半衰期长、生物迁移性强，极易被植物吸收并累积。20世纪以来，由于开矿、冶炼、施肥等人类活动导致土壤中Cd含量明显上升。在我国，随着工农业生产发展和乡村的城市化，土壤中重金属Cd污染蔓延程度也逐渐加深。因此，Cd污染土壤的修复已成为全球范围内亟待解决的问题。

关于土壤镉污染的治理，目前主要有农业生态修复法、植物修复方法、化学治理方法、物理治理方法、工程治理方法、微波辐照技术等。其中，植物修复技术在重金属污染修复方面已成为研究热点之一，相对于其它修复技术，它具有费用低、易于操作管理、不产生二次污染等特点，但是目前发现的大多数镉富集植物繁殖能力弱、生长缓慢、地上部生物量小等，在实际应用中受到限制；加之土壤中大部分重金属呈与固相结合且难于被修复植物吸收利用的状态，造成修复效率的低下。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术的不足，提供一种修复土壤重金属镉污染的方法，将有机肥与镉修复剂结合使用，既能够对重金属镉污染的土壤进行修复，又能对土壤进行改良，修复效果好。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种修复土壤重金属镉污染的方法，包括以下步骤：

S1、将土壤进行初步翻耕，并将有机肥按照1～1.5吨/亩的比例撒施在翻耕后的土壤上，再次翻耕混合均匀，喷洒水至土壤湿度为20～40％，放置10～15天后得到预处理土壤；

S2、将镉修复剂按照200～500kg/亩的比例与S1得到的预处理土壤混合均匀，混合过程浇水，保持混合后土壤的湿度为20～35％，养护3～5天；

S3、向S2得到的土壤中与镉修复剂二次混合，所述镉修复剂为S2得到的土壤质量的10～20％，并浇水至土壤湿度为60％～70％，养护15～20天；

S4、在S3得到的土壤层上播撒能够吸附镉污染土壤中重金属镉的草本植物的草种，种植养护50～70天得到草本植物层，然后除去草本植物层；

所述S2和S3中镉修复剂由以下质量份的组分制成：改性生物炭40～70份、硫化钠8～15份、磷酸二氢钾10～20份、硅藻土10～20份、氧化钙5～10份、膨润土10～20份、水10～15份；所述改性生物炭由生物质碳化后与铁盐混合改性得到。

优选的，改性生物炭的制备过程为：

步骤一、生物质碳化处理：将生物质清洗干燥粉碎后于室温下在酸性溶液中浸泡15～20min，过滤并在氮气氛围下于550～600℃进行碳化，保温2～3h，得到生物炭；

步骤二、生物炭改性处理：将步骤一得到的生物炭与物质的量浓度为0.008～0.012mol/L的铁盐溶液按照1g：30～50mL的料液比混合，搅拌5～7h，然后于120～140℃反应9～12h，冷却，水洗，干燥，得到改性生物炭。

优选的，步骤一中生物质为秸秆、花生壳、银杏叶中的一种或多种，酸性溶液为6～8mol/L的盐酸溶液，步骤二中铁盐为硝酸铁或氯化铁，干燥温度为70～80℃。

优选的，S1中有机肥为鸡粪、牛粪、马粪、兔粪中的一种或任意多种的混合。

优选的，镉修复剂的制备过程为：

首先称取改性生物炭40～70份、硫化钠8～15份、磷酸二氢钾10～20份、硅藻土10～20份、氧化钙5～10份、膨润土10～20份、水10～15份备用；将膨润土、磷酸二氢钾、改性生物炭、硅藻土分别粉碎成20～50目的粉末，并将粉碎后的细粉与硫化钠、氧化钙混合搅拌均匀，将混合物与水混合得到镉修复剂。

优选的，草本植物为结缕草、高羊茅、黑麦草和紫羊茅中的任意一种，草种在撒播前先浸泡催芽，草种的种植密度为10～15g/m²。

优选的，S4中再重新种植草本植物的草种，种植养护后除去草本植物层，重复2～3次。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明通过对生物质炭进行改性得到改性生物质炭，既实现了废弃物的再利用，又在改性过程中经过铁改性，使得到的改性生物炭既具有比表面积大、吸附能力强的优点，又能够对镉进行针对性固定，并具有较强的螯合固定能力，从而对土壤中的镉进行修复；2、本发明将改性生物炭与膨润土、硅藻土结合使用，既能够改善土壤容重、含水量、孔隙度、pH、盐基饱和度等理化性质，又能够提高土壤的保水通气性能；3、本发明中生物炭来源于生物质原料，实现了生物质废弃物的资源化利用，同时生物炭自身具有改善土壤理化性质、调节土壤pH和提高土壤肥力的作用，改性后生物炭既修复了镉，又改善了土壤的性质。

具体实施方式

下面通过具体实施方式例对本发明进行详细描述。本发明的范围并不受限于该具体实施方式。

实施例1

本实施例提供一种修复土壤重金属镉污染的方法，包括以下步骤：

S1、将土壤进行初步翻耕，并将牛粪按照1.2吨/亩的比例撒施在翻耕后的土壤上，再次翻耕混合均匀，喷洒水至土壤湿度为30％，放置13天后得到预处理土壤；

S2、将镉修复剂按照350kg/亩的比例与S1得到的预处理土壤混合均匀，混合过程浇水，保持混合后土壤的湿度为28％，养护4天；

S3、向S2得到的土壤中与镉修复剂二次混合，所述镉修复剂为S2得到的土壤质量的15％，并浇水至土壤湿度为65％，养护18天；

S4、在S3得到的土壤层上按照15g/m²种植密度播撒结缕草的草种，种植养护70天得到结缕草层，然后除去结缕草层，然后重新种植结缕草，种植养护后除去，重复2次；

其中镉修复剂由以下重量份的组份组成：改性生物炭55份、硫化钠12份、磷酸二氢钾15份、硅藻土15份、氧化钙7.5份、膨润土15份，水13份。

该镉修复剂的制备过程为：

步骤一：改性生物炭制备：

a、生物质碳化处理：将秸秆清洗干燥粉碎后于室温下在8mol/L的盐酸溶液中浸泡15min，过滤并在氮气氛围下于600℃进行碳化，保温2h，得到生物炭；

b、生物炭改性处理：将步骤一得到的1g生物炭与30mL物质的量浓度为0.01mol/L的氯化铁溶液混合，搅拌6h，然后于130℃反应10h，冷却，水洗，80℃干燥，得到改性生物炭；

步骤二、称取硫化钠12份、磷酸二氢钾15份、硅藻土15份、氧化钙7.5份、膨润土15份以及步骤一得到的改性生物炭55份，备用；

步骤三、将膨润土、磷酸二氢钾、改性生物炭、硅藻土分别粉碎成50目的粉末，并将粉碎后的细粉与硫化钠、氧化钙混合搅拌均匀，将混合物与水混合得到镉修复剂。

实施例2

S1、将土壤进行初步翻耕，并将马粪按照1吨/亩的比例撒施在翻耕后的土壤上，再次翻耕混合均匀，喷洒水至土壤湿度为20％，放置15天后得到预处理土壤；

S2、将镉修复剂按照200kg/亩的比例与S1得到的预处理土壤混合均匀，混合过程浇水，保持混合后土壤的湿度为20％，养护5天；

S3、向S2得到的土壤中与镉修复剂二次混合，所述镉修复剂为S2得到的土壤质量的10％，并浇水至土壤湿度为60％，养护20天；

S4、在S3得到的土壤层上按照10g/m²种植密度播撒高羊茅的草种，种植养护50天得到高羊茅层，然后除去高羊茅层，然后重新种植高羊茅草，种植养护后除去，重复3次；

其中镉修复剂由以下重量份的组份组成：改性生物炭40份、硫化钠15份、磷酸二氢钾10份、硅藻土10份、氧化钙10份、膨润土20份、水15份。

该镉修复剂的制备过程为：

步骤一：改性生物炭制备：

a、生物质碳化处理：将银杏叶清洗干燥粉碎后于室温下在6mol/L的盐酸溶液中浸泡20min，过滤并在氮气氛围下于550℃进行碳化，保温3h，得到生物炭；

b、生物炭改性处理：将步骤一得到的1g生物炭与50mL物质的量浓度为0.008mol/L的氯化铁溶液混合，搅拌7h，然后于140℃反应9h，冷却，水洗，70℃干燥，得到改性生物炭；

步骤二、称取硫化钠15份、磷酸二氢钾10份、硅藻土10份、氧化钙10份、膨润土20份、水15份以及步骤一得到的改性生物炭40份，备用；

步骤三、将膨润土、磷酸二氢钾、改性生物炭、硅藻土分别粉碎成20目的粉末，并将粉碎后的细粉与硫化钠、氧化钙混合搅拌均匀，将混合物与水混合得到镉修复剂。

实施例3

S1、将土壤进行初步翻耕，并将鸡粪和兔粪的混合物按照1.5吨/亩的比例撒施在翻耕后的土壤上，再次翻耕混合均匀，喷洒水至土壤湿度为40％，放置10天后得到预处理土壤；

S2、将镉修复剂按照500kg/亩的比例与S1得到的预处理土壤混合均匀，混合过程浇水，保持混合后土壤的湿度为35％，养护3天；

S3、向S2得到的土壤中与镉修复剂二次混合，所述镉修复剂为S2得到的土壤质量的15％，并浇水至土壤湿度为70％，养护15天；

S4、在S3得到的土壤层上按照13g/m²种植密度播撒黑麦草的草种，种植养护60天得到黑麦草层，然后除去黑麦草层，然后重新种植黑麦草，种植养护后除去，重复3次；

其中镉修复剂由以下重量份的组份组成：改性生物炭70份、硫化钠8份、磷酸二氢钾20份、硅藻土20份、氧化钙5份、膨润土10份、水10份。

该镉修复剂的制备过程为：

步骤一：改性生物炭制备：

a、生物质碳化处理：将花生壳与银杏叶的混合物清洗干燥粉碎后于室温下在7mol/L的盐酸溶液中浸泡18min，过滤并在氮气氛围下于600℃进行碳化，保温2.5h，得到生物炭；

b、生物炭改性处理：将步骤一得到的1g生物炭与40mL物质的量浓度为0.012mol/L的氯化铁溶液混合，搅拌5h，然后于120℃反应9h，冷却，水洗，75℃干燥，得到改性生物炭；

步骤二、称取硫化钠8份、磷酸二氢钾20份、硅藻土20份、氧化钙5份、膨润土10份、水10份以及步骤一得到的改性生物炭70份，备用；

步骤三、将膨润土、磷酸二氢钾、改性生物炭、硅藻土分别粉碎成35目的粉末，并将粉碎后的细粉与硫化钠、氧化钙混合搅拌均匀，将混合物与水混合得到镉修复剂。

对比例1

与实施例1的过程和方法相同，不同的是不进行土壤与镉修复剂的二次混合。

对比例2

与实施例1的过程和方法相同，不同的是不进行土壤与镉修复剂的第一次混合。

对比例3

与实施例1的过程和方法相同，不同的是镉修复剂中使用生物炭，也就是生物质直接碳化得到的生物炭。

我们取待修复的重金属镉污染土壤，分为6份，分别采用上述实施例1-实施例3以及对比例1-对比例3的方法对土壤进行修复，修复完成后，对各土壤进行抽样化验检测，检测结果如表1。

表1本发明的方法修复后的土壤数据

从表1可以看出，本发明提供的方法对土壤中重金属镉的去除率达到88.9％，去除效果好。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种修复土壤重金属镉污染的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S3、将S2得到的土壤中与镉修复剂二次混合，所述镉修复剂为S2得到的土壤质量的10～20％，并浇水至土壤湿度为60～70％，养护15～20天；

所述S2和S3中镉修复剂由以下质量份的组分制成：

改性生物炭40～70份、硫化钠8～15份、磷酸二氢钾10～20份、硅藻土10～20份、氧化钙5～10份、膨润土10～20份，水10～15份；所述改性生物炭由生物质碳化后与铁盐混合改性得到。

2.根据权利要求1所述的一种修复土壤重金属镉污染的方法，其特征在于，所述改性生物炭的制备过程为：

3.根据权利要求2所述的一种修复土壤重金属镉污染的方法，其特征在于，所述步骤一中生物质为秸秆、花生壳、银杏叶中的一种或多种，所述酸性溶液为6～8mol/L的盐酸溶液，所述步骤二中铁盐为硝酸铁或氯化铁，干燥温度为70～80℃。

4.根据权利要求1所述的一种修复土壤重金属镉污染的方法，其特征在于，所述S1中有机肥为鸡粪、牛粪、马粪、兔粪中的一种或任意多种的混合。

5.根据权利要求1所述的一种修复土壤重金属镉污染的方法，其特征在于，所述镉修复剂的制备过程为：

6.根据权利要求1所述的一种修复土壤重金属镉污染的方法，其特征在于，所述草本植物为结缕草、高羊茅、黑麦草和紫羊茅中的任意一种，所述草种在撒播前先浸泡催芽，所述草种的种植密度为10～15g/m²。

7.根据权利要求1所述的一种修复土壤重金属镉污染的方法，其特征在于，所述S4中除去草本植物层后再重新种植草本植物的草种，种植养护后再除去草本植物层，重复2～3次。