CN110157435A

CN110157435A - 一种磷石膏污染土壤重金属钝化剂及其应用

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Publication number: CN110157435A
Application number: CN201910585714.6A
Authority: CN
Inventors: 刘继恺; 高永峰; 张建昆; 唐运来
Original assignee: Southwest University of Science and Technology
Current assignee: Southwest University of Science and Technology
Priority date: 2019-07-01
Filing date: 2019-07-01
Publication date: 2019-08-23

Abstract

本发明公开了一种磷石膏污染土壤重金属钝化剂及其应用，属于土壤重金属污染修复领域，以用于对磷石膏污染土壤中重金属的钝化，减少植物对重金属的吸收和积累。其由如下重量份数比的组分组成：铁粉1～5份，粉煤灰0～5份，过磷酸钙1～5份。本申请的钝化剂能够有效降低磷石膏污染土壤中重金属镉的有效性，在不影响作物生长发育的同时，减少作物对镉的吸收和富集。同时，本申请钝化剂的原料均为常见、易得的原料，成本低廉，易于制备，便于推广。本申请的钝化剂成本低廉，修复效果好，能够满足磷石膏污染土壤中重金属镉钝化的需求，具有较好的应用前景。

Description

一种磷石膏污染土壤重金属钝化剂及其应用

技术领域

本发明涉及土壤修复领域，尤其是土壤重金属污染修复领域，具体为一种磷石膏污染土壤重金属钝化剂及其应用。更具体地，本发明提供的是一种钝化磷石膏污染土壤重金属镉的钝化剂及其应用，其能降低磷石膏污染土壤中重金属镉的有效性，在不影响作物生长发育的同时，减少作物对镉的吸收和富集。

背景技术

磷石膏是在磷酸或者磷肥生产过程中，用硫酸处理磷矿石时，所产生的一种工业副产品。其中，生产1.0 t的磷酸要产生 4.5-5.0 t的磷石膏。磷石膏成分复杂，主要成分为CaSO₄•2H₂O，还含有镉、砷、铜等有毒有害重金属和放射性物质。随着我国工农业的快速发展，磷肥和磷酸的需求量持续增加，所产生的磷石膏量也急剧增加。据不完全统计，当前我国磷石膏堆存量已经超过300 Mt，是我国年排放量和累计堆存量最大的工业固体废物之一。磷石膏废弃物大都露天堆放，随着雨水冲刷流失，其中的环境有害物质就会进入周边农田和地下水系统，严重危害周边生态环境安全。尤其是受污染土壤中的重金属可通过在作物可食部分的积累进入食物链循环，对人体健康构成威胁。

目前，对于土壤重金属污染的修复方法主要有物理修复法、化学修复法和生物修复法。其中，物理修复法主要有淋滤法、客土法、吸附法等；物理修复效果明显，但费用昂贵、工程量大，且会打乱土层结构，导致土壤生物活性下降和土壤肥力退化。而化学修复法虽简单易行，但主要适用于中轻度污染地区的修复，对重金属污染严重地区的修复能力有限。生物修复是通过生物的吸收、转化、固定、沉淀及氧化还原等作用，降低毒性，减少污染。生物修复实施简单、费用低，且不产生二次污染，但运行周期较长，且修复效率较低。

钝化处置技术是一种通过施用适当的钝化剂，以降低重金属在土壤中的生物有效态的含量，进而有效减少植物对重金属的吸收和积累的方法。钝化处置技术具有原位、廉价、易控制、有效期长等优点，但其修复效果受土壤性质、重金属元素的类型及浓度、钝化剂种类及用量等因素的影响。

因此，针对磷石膏污染土壤不同于其他单一类型重金属污染土壤所具有的复杂性和特殊性，亟需开发出一种有效的磷石膏污染土壤重金属钝化剂。

发明内容

本发明的发明目的在于，提供一种磷石膏污染土壤重金属钝化剂及其应用，以用于对磷石膏污染土壤中重金属的钝化，减少植物对重金属的吸收和积累。本申请的钝化剂能够有效降低磷石膏污染土壤中重金属镉的有效性，在不影响作物生长发育的同时，减少作物对镉的吸收和富集。同时，本申请钝化剂的原料均为常见、易得的原料，成本低廉，易于制备，便于推广。本申请的钝化剂成本低廉，修复效果好，能够满足磷石膏污染土壤中重金属镉钝化的需求，具有较好的应用前景。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种磷石膏污染土壤重金属钝化剂，由如下重量份数比的组分组成：铁粉1～5份，粉煤灰0～5份，过磷酸钙1～5份。

进一步的，由如下重量份数比的组分组成：铁粉1～5份，粉煤灰0～1份，过磷酸钙1～5份。

进一步的，由如下重量份数比的组分组成：铁粉1～5份，粉煤灰0.1～1份，过磷酸钙1～5份。

前述钝化剂在修复磷石膏污染土壤中的应用。

进一步的，将该钝化剂用于磷石膏污染土壤中重金属镉的钝化。

进一步的，以风干土壤计，每千克风干土壤施用钝化剂20～100克。

综上所述，本发明的钝化剂以常见、易制备的材料为原料，成本低廉，易于制备，便于推广。同时，实验结果表明，本发明的钝化剂能有效降低磷石膏污染土壤中重金属镉的有效性，在不影响作物生长发育的同时，减少作物对镉的吸收和富集。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为实施例中不同处理条件下，玉米幼苗地上部分镉含量图。

图2为实施例中不同处理条件下，土壤有效态镉含量图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

（一）制备

本发明的磷石膏污染土壤重金属钝化剂，由以下重量份比的组分组成：铁粉1～5份，粉煤灰0～5份，过磷酸钙1～5份。本发明土壤重金属钝化剂的制备方法为本领域常规的混合，将上述原料按比例混匀，即得。

同时，本发明还提供所述钝化剂在修复磷石膏污染土壤中重金属镉的应用。在磷石膏污染土壤上，按照土壤质量2～10 %进行添加本发明土壤重金属钝化剂。

以下结合实施例对本发明做进一步的详细说明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

本实施例磷石膏污染土壤重金属钝化剂由如下重量份数比的组分组成：废铁屑1份，过磷酸钙1份。将称取的组分混匀，即得土壤重金属钝化剂。

实施例2

本实施例磷石膏污染土壤重金属钝化剂由如下重量份数比的组分组成：废铁屑1份，粉煤灰1份，过磷酸钙5份。将称取的组分混匀，即得土壤重金属钝化剂。

实施例3

本实施例磷石膏污染土壤重金属钝化剂由如下重量份数比的组分组成：废铁屑5份，粉煤灰1份，过磷酸钙1份。将称取的组分混匀，即得土壤重金属钝化剂。

（二）实验

将实验例1～3中制备得到的土壤重金属钝化剂用于盆栽试验中，验证土壤重金属钝化剂降低磷石膏污染土壤中镉活性，同时减少植物中镉含量的作用效果，具体试验方法如下。

1、供试土壤

土壤取自西南科技大学后山菜园土，经检测土壤pH为7.34，有机质含量5.93 g/kg，碱解氮含量51.74 mg/kg，速效磷含量为7.28 mg/kg，有效钾含量为450.20 mg/kg，镉含量为0.32 mg/kg。根据我国土壤重金属环境标准和最大允许浓度，向土壤中添加磷石膏，使土壤中镉全量为1.5 mg/kg，超过国家土壤镉污染三级标准限量值，所用磷石膏取自四川省绵阳市神龙重科实业有限公司。

2、供试作物

玉米，品种为贵单8号。

3、供试试剂

实施例1～3中制备得到的土壤重金属钝化剂。

4、试验设计及方法

本试验共设5个处理（详见表1），每个处理设3次重复。按照表1的用量，分别向磷石膏污染土壤中添加钝化剂后，置于室温平衡4周。向平衡好的各处理土壤中加入蒸馏水并混匀，使土壤含水量达到70 %。将混匀的土壤分装到花盆中，每个处理分装5盆。

表1 试验设计

选取长势一致的二叶期玉米幼苗，将其移栽到上述花盆的土壤中，每盆移栽3株，再将花盆随机排列。每隔一天向花盆浇等量的蒸馏水，直至材料收取。

待玉米幼苗生长8周后，剪取植株地上部分，并采集盆中土样。将玉米幼苗地上部分先用自来水清洗干净，再用去离子水冲洗，吸干水分后。用直尺测定每一株玉米幼苗的株高（结果见表2），然后分别将每一株玉米幼苗的地上部分装入信封中，置于105 ℃杀青0.5小时后，75 ℃烘干至恒重。分别测定玉米幼苗地上部分干重（结果见表2）、地上部分镉含量（结果见图1）。

将采集的土壤风干过筛，分别测定土壤的pH、电导率（结果见表3）和有效态重金属镉的含量（结果见图2）。

5、数据处理与分析

利用Microsoft Excel软件处理数据并作图，使用统计分析软件SPSS11.5进行显著性分析（邓肯Duncan法/SSR法）。

6、实验结果

表2列出了各处理玉米幼苗株高和地上部分干重。通过对表2中数据分析发现，处理4显著抑止了玉米幼苗株高和地上部分干重，其他处理虽然对玉米幼苗株高和地上部分干重有一定的影响，但是并不显著。

表2 不同处理玉米幼苗株高和地上部分干重

注：数据为3个重复的平均值 ± 标准差；不同小写字母表示不同处理间的显著性差异（P < 0.05，Duncan检验）。

图1显示了各处理玉米幼苗地上部分镉含量。通过对图1中数据分析发现，与对照相比，处理1-4均能降低玉米幼苗地上部分镉含量，降幅分别为：9.76 %、22.76 %、13.01 %和21.95 %。需要注明的是，在图1中，数据为3个重复的平均值 ± 标准差；不同小写字母表示不同处理间的显著性差异（P < 0.05，Duncan检验）。

表3显示了不同处理条件下，土壤的pH值和电导率。通过对表3中数据分析发现，处理4显著提高了土壤pH值，其他处理对土壤pH值的影响并不显著；各处理均能提高土壤电导率，其中处理2和处理3对土壤电导率的影响最为显著。

表3 不同处理土壤pH和电导率

注：数据为3个重复的平均值 ± 标准差；同列不同小写字母表示不同处理间的显著性差异（P < 0.05，Duncan检验）。

图2给出了不同处理条件下，土壤有效态镉含量（原始数据如下表4所示）。通过对图2中数据分析发现，处理1-4均能降低土壤有效态镉含量，降幅分别为：13.04 %、39.13 %、26.09 %和45.65 %。需要注明的是，数据为3个重复的平均值 ± 标准差；不同小写字母表示不同处理间的显著性差异（P < 0.05，Duncan检验）。

表4 不同处理条件下，土壤有效态镉含量

综上所述，本发明磷石膏污染土壤重金属钝化剂使用后土壤中有效态镉含量显著降低，最大降幅为45.65 %，且对于相同组分的钝化剂组合，土壤中有效态镉含量的降低幅度随施用量的增加而增加；除处理4外，其他处理对玉米幼苗生长发育没有显著影响。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims

1.一种磷石膏污染土壤重金属钝化剂，其特征在于，由如下重量份数比的组分组成：铁粉1～5份，粉煤灰0～5份，过磷酸钙1～5份。

2.根据权利要求1所述磷石膏污染土壤重金属钝化剂，其特征在于，由如下重量份数比的组分组成：铁粉1～5份，粉煤灰0～1份，过磷酸钙1～5份。

3.根据权利要求1~3任一项所述磷石膏污染土壤重金属钝化剂，其特征在于，由如下重量份数比的组分组成：铁粉1～5份，粉煤灰0.1～1份，过磷酸钙1～5份。

4.前述权利要求1~3任一项所述钝化剂在修复磷石膏污染土壤中的应用。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，将该钝化剂用于磷石膏污染土壤中重金属镉的钝化。

6.根据权利要求4或5所述的应用，其特征在于，以风干土壤计，每千克风干土壤施用钝化剂20～100克。