CN110157452A - 一种土壤重金属污染修复剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土壤重金属污染修复剂及制备方法。该修复剂包括如下重量份组分，生物质炭30‑60份，草炭土10‑20份，碳酸钙2‑7份，含铁化合物5‑10份，白云石3‑6份，膨润土4‑6份，纳米多孔矿物5‑10份，木霉菌1‑2份，侧龅牙杆菌1‑2份，复合枯草芽孢杆菌2‑4份。修复剂的制备方法包括如下步：按取生物质炭，草炭土，碳酸钙，含铁化合物，白云石，膨润土以及纳米多孔矿物进行混合得第一中间混合料；对第一中间混合料进行翻堆、加水处理，20‑25天后静置1‑2天，得第二中间混合料；加入木霉菌，侧龅牙杆菌以及复合枯草芽孢杆菌，搅拌混合即得。该修复剂能够有效修复重金属污染土壤、优化土壤生态系统。
Description
技术领域
本发明涉及土壤污染修复领域，特别是涉及一种土壤重金属污染修复剂。
背景技术
目前，土壤的污染以重金属元素污染最为显著、危害最大，有机污染以化肥、农药、杀虫杀草剂等最为显著、危害最大。在重金属元素污染中具有代表性的是铅、镉、汞、砷、铬五大重金属元素，其次是具有一定毒性的一般重金属元素，例如：铜、锌、镍、钴、锡等。重金属元素进入土壤后，不仅对土壤的物理性，生物数量、种群结构、土壤酶活性以及整个土壤生态系统有负面的影响，而且会干扰作物的发育和代谢能力、使得土壤出现板结化，使得农作物品质和产量下降。同时，为抵消土壤重金属污染带来的作物品质、产量、抗病等能力的下降，种植者往往进一步增加农药、化肥等的用量，增加有机污染量，造成有机、无机污染叠加，不断增加受污染地土壤恶化程度。
发明内容
基于此，有必要提供一种能够有效修复重金属污染土壤、优化土壤生态系统的土壤重金属污染修复剂。
一种土壤重金属污染修复剂，包括如下重量份组分，生物质炭30-60份，草炭土10-20份，碳酸钙2-7份，含铁化合物5-10份，白云石3-6份，膨润土4-6份，纳米多孔矿物5-10份，木霉菌1-2份，侧龅牙杆菌1-2份，复合枯草芽孢杆菌2-4份。
在其中一个实施例中，包括如下重量份组分，生物质炭35-50份，草炭土15-20份，碳酸钙3-5份，含铁化合物8-10份，白云石4-6份，膨润土4-6份，纳米多孔矿物8-10份，木霉菌1-2份，侧龅牙杆菌1-2份，复合枯草芽孢杆菌2-3份。
在其中一个实施例中，包括如下重量份组分，生物质炭40份，草炭土20份，碳酸钙4份，含铁化合物8份，白云石5份，膨润土5份，纳米多孔矿物10份，木霉菌1份，侧龅牙杆菌1份，复合枯草芽孢杆菌2份。
在其中一个实施例中，包括如下重量份组分，生物质炭45份，草炭土18份，碳酸钙4份，含铁化合物8份，白云石5份，膨润土5份，纳米多孔矿物8份，木霉菌1份，侧龅牙杆菌1份，复合枯草芽孢杆菌2份。
在其中一个实施例中，所述纳米多孔矿物由花岗岩经破碎至粒径为10-20mm的块状物以及由花岗岩经破碎至100-150目的粉状物混合组成。
在其中一个实施例中，所述生物质炭为将农林废弃物经过炭化并经粉碎得到的20-30目的生物炭；
在其中一个实施例中，生物秸秆废弃物经过经300-500℃炭化并经粉碎得到的20-30目的生物炭。
在其中一个实施例中，所述生物秸秆废弃物为草、小麦秸秆、大豆秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆或高粱秸秆中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述含铁化合物为Fe2O3、FeO、Fe3O4、FeSO4、Fe2(SO4)3、FeS、FeS2中的一种或多种。
一种所述的土壤重金属污染修复剂的制备方法，包括如下步骤：
按重量份配比，取生物质炭，草炭土，碳酸钙，含铁化合物，白云石，膨润土以及纳米多孔矿物进行混合，搅拌均匀后得到第一中间混合料；
对所述第一中间混合料进行翻堆、加水处理，静置1-2天，得到第二中间混合料；
向所述第二中间混合料中加入木霉菌，侧龅牙杆菌以及复合枯草芽孢杆菌，搅拌混合，搅拌均匀后得到所述土壤重金属污染修复剂。
本发明的土壤重金属污染修复剂能够有效修复重金属污染土壤、优化土壤生态系统。本发明的土壤重金属污染修复剂中的生物质炭具有良好的理化性质和养分调节能力，施入土壤后，由于其多孔性结构，且表面官能团丰富，可以对重金属元素有固定和沉淀的作用。白云石是碳酸钙和碳酸镁以等分子比的结晶碳酸钙镁，施用白云石粉，有利于提高土壤养分的有效性，主要是因为它可以提高土壤pH值，降低碱解氮含量，增加交换性钙、交换性镁和速效钾、水溶性硼、有效锌的含量。所述膨润土是由凝灰岩或其他火山岩在碱性水的作用下形成的，富含动植物所需的常量和微量元素，具有较强的保水能力以及良好的粘结性。草炭土质地松软易散碎，具有可燃性和吸气性，呈微酸性，需要搭配蛭石、火山颗粒，增加土壤中的微量元素。碳酸钙起到中和剂及絮凝剂的作用。进一步地，枯草芽孢杆菌生长过程中产生的枯草菌素、多粘菌素、制霉菌素、短杆菌肽等活性物质对土壤中的致病菌具有有明显的抑制作用，因此，本发明以复合枯草芽孢杆菌菌作为土壤重金属污染修复剂的组分，能够有效降低作物根系病害的发生，是提高农作物的抗性；更进一步地，本发明还在土壤重金属污染修复剂中加入了纳米多孔矿物，纳米多孔矿物能够提高土壤的透气性能，全面补充各种中微量元素；枯草芽孢杆菌提供的健康的生长环境和纳米多孔矿物修复剂提供的生长环境配合，可以使作物根系在疏松的土壤中变得非常发达，毛细根致密，这样的作物对化肥的吸收效率大幅度提高，使作物健壮产量大幅度上升。
本发明提供的修复剂的制备方法，其操作简单、成本低廉，将生物质炭和木霉菌、侧龅牙杆菌以及复合枯草芽孢杆菌混合配制，这种方法会使土壤恢复一定肥力，有机质含量增加，能提供生长所需的各种营养成分及可吸附重金属。
具体实施方式
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本实施例涉及了一种土壤重金属污染修复剂。该土壤重金属污染修复剂包括如下重量份组分，生物质炭30-60份，草炭土10-20份，碳酸钙2-7份，含铁化合物5-10份，白云石3-6份，膨润土4-6份，纳米多孔矿物5-10份，木霉菌1-2份，侧龅牙杆菌1-2份，复合枯草芽孢杆菌2-4份。
所述纳米多孔矿物由花岗岩经破碎至粒径为10-20mm的块状物以及由花岗岩经破碎至100-150目的粉状物混合组成。
所述生物质炭为将农林废弃物经过炭化并经粉碎得到的20-30目的生物炭；和/或，生物秸秆废弃物经过经300-500℃炭化并经粉碎得到的20-30目的生物炭。
所述生物秸秆废弃物为草、小麦秸秆、大豆秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆或高粱秸秆中的一种或多种。
所述含铁化合物为Fe2O3、FeO、Fe3O4、FeSO4、Fe2(SO4)3、FeS、FeS2中的一种或多种。
本发明的土壤重金属污染修复剂中的生物质炭具有良好的理化性质和养分调节能力，施入土壤后，由于其多孔性结构，且表面官能团丰富，可以对重金属元素有固定和沉淀的作用。白云石是碳酸钙和碳酸镁以等分子比的结晶碳酸钙镁，施用白云石粉，有利于提高土壤养分的有效性，主要是因为它可以提高土壤pH值，降低碱解氮含量，增加交换性钙、交换性镁和速效钾、水溶性硼、有效锌的含量。所述膨润土是由凝灰岩或其他火山岩在碱性水的作用下形成的，富含动植物所需的常量和微量元素，具有较强的保水能力以及良好的粘结性。草炭土质地松软易散碎，具有可燃性和吸气性，呈微酸性，需要搭配蛭石、火山颗粒，增加土壤中的微量元素。碳酸钙起到中和剂及絮凝剂的作用。进一步地，枯草芽孢杆菌生长过程中产生的枯草菌素、多粘菌素、制霉菌素、短杆菌肽等活性物质对土壤中的致病菌具有有明显的抑制作用，因此，本发明以复合枯草芽孢杆菌菌作为土壤重金属污染修复剂的组分，能够有效降低作物根系病害的发生，是提高农作物的抗性；更进一步地，本发明还在土壤重金属污染修复剂中加入了纳米多孔矿物，纳米多孔矿物能够提高土壤的透气性能，全面补充各种中微量元素；枯草芽孢杆菌提供的健康的生长环境和纳米多孔矿物修复剂提供的生长环境配合，可以使作物根系在疏松的土壤中变得非常发达，毛细根致密，这样的作物对化肥的吸收效率大幅度提高，使作物健壮产量大幅度上升。
实施例1
本实施例提供了一种土壤重金属污染修复剂。该土壤重金属污染修复剂包括如下重量份组分，生物质炭30份，草炭土20份，碳酸钙7份，含铁化合物5份，白云石3份，膨润土4份，纳米多孔矿物5份，木霉菌2份，侧龅牙杆菌2份，复合枯草芽孢杆菌4份。
所述纳米多孔矿物由花岗岩经破碎至粒径为20mm的块状物以及由花岗岩经破碎至100目的粉状物混合组成。
所述生物质炭为将农林废弃物经过炭化并经粉碎得到的20目的生物炭。
所述生物秸秆废弃物为玉米秸秆。
所述含铁化合物为Fe2O3和FeO的混合物，其中Fe2O3和FeO的质量比为1:1。
实施例2
本实施例提供了一种土壤重金属污染修复剂。该土壤重金属污染修复剂包括如下重量份组分，生物质炭60份，草炭土10份，碳酸钙2份，含铁化合物10份，白云石6份，膨润土6份，纳米多孔矿物10份，木霉菌1份，侧龅牙杆菌1份，复合枯草芽孢杆菌2份。
所述纳米多孔矿物由花岗岩经破碎至粒径为20mm的块状物以及由花岗岩经破碎至100目的粉状物混合组成。
所述生物质炭为将农林废弃物经过炭化并经粉碎得到的20-30目的生物炭。
所述生物秸秆废弃物为玉米秸秆和高粱秸秆。
所述含铁化合物为FeSO4、Fe2(SO4)3的混合物，其中FeSO4、Fe2(SO4)3的质量比为2:3。
实施例3
本实施例提供了一种土壤重金属污染修复剂。该土壤重金属污染修复剂包括如下重量份组分，生物质炭35份，草炭土20份，碳酸钙3份，含铁化合物10份，白云石4份，膨润土6份，纳米多孔矿物8份，木霉菌2份，侧龅牙杆菌2份，复合枯草芽孢杆菌2份。
所述纳米多孔矿物由花岗岩经破碎至粒径为20mm的块状物以及由花岗岩经破碎至150目的粉状物混合组成。
所述生物质炭为将农林废弃物经过炭化并经粉碎得到的30目的生物炭；和生物秸秆废弃物经过经3500℃炭化并经粉碎得到的20目的生物炭。
所述生物秸秆废弃物为草、小麦秸秆、大豆秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆或高粱秸秆中的一种或多种。
所述含铁化合物为FeSO4与FeS2中的混合物，其中FeSO4与FeS2的质量比为2:3。
实施例4
本实施例提供了一种土壤重金属污染修复剂。该土壤重金属污染修复剂包括如下重量份组分，生物质炭50份，草炭土15份，碳酸钙5份，含铁化合物8份，白云石6份，膨润土4份，纳米多孔矿物10份，木霉菌1份，侧龅牙杆菌1份，复合枯草芽孢杆菌3份。
所述纳米多孔矿物由花岗岩经破碎至粒径为20mm的块状物以及由花岗岩经破碎至100目的粉状物混合组成。
生物秸秆废弃物经过经500℃炭化并经粉碎得到的30目的生物炭。
所述生物秸秆废弃物为大豆秸秆和玉米秸秆。
所述含铁化合物为FeSO4。
实施例5
本实施例提供了一种土壤重金属污染修复剂。该土壤重金属污染修复剂包括如下重量份组分，生物质炭40份，草炭土20份，碳酸钙4份，含铁化合物8份，白云石5份，膨润土5份，纳米多孔矿物10份，木霉菌1份，侧龅牙杆菌1份，复合枯草芽孢杆菌2份。
所述纳米多孔矿物由花岗岩经破碎至粒径为20mm的块状物以及由花岗岩经破碎至100目的粉状物混合组成。
生物秸秆废弃物经过经500℃炭化并经粉碎得到的30目的生物炭。
所述生物秸秆废弃物为大豆秸秆和玉米秸秆。
所述含铁化合物为FeSO4。
实施例6
本实施例提供了一种土壤重金属污染修复剂。该土壤重金属污染修复剂包括如下重量份组分，生物质炭45份，草炭土18份，碳酸钙4份，含铁化合物8份，白云石5份，膨润土5份，纳米多孔矿物8份，木霉菌1份，侧龅牙杆菌1份，复合枯草芽孢杆菌2份。
所述纳米多孔矿物由花岗岩经破碎至粒径为20mm的块状物以及由花岗岩经破碎至100目的粉状物混合组成。
生物秸秆废弃物经过经500℃炭化并经粉碎得到的30目的生物炭。
所述生物秸秆废弃物为大豆秸秆和玉米秸秆。
所述含铁化合物为FeSO4。
实施例7
本实施例提供了一种土壤重金属污染修复剂。该土壤重金属污染修复剂包括如下重量份组分，生物质炭40份，草炭土15份，碳酸钙5份，含铁化合物8份，白云石5份，膨润土5份，纳米多孔矿物8份，木霉菌1.5份，侧龅牙杆菌1.5份，复合枯草芽孢杆菌3份。
所述纳米多孔矿物由花岗岩经破碎至粒径为15mm的块状物以及由花岗岩经破碎至120目的粉状物混合组成。
所述生物质炭为将农林废弃物经过炭化并经粉碎得到的25目的生物炭；和生物秸秆废弃物经过经400℃炭化并经粉碎得到的35目的生物炭。
所述生物秸秆废弃物为小麦秸秆、大豆秸秆、玉米秸秆以及水稻秸秆的混合物。
所述含铁化合物为Fe3O4。
实施例8
本实施例提供了一种土壤重金属污染修复剂的制备方法。
一种土壤重金属污染修复剂的制备方法，包括如下步骤：
按实施例5的重量份配比，取生物质炭，草炭土，碳酸钙，含铁化合物，白云石，膨润土以及纳米多孔矿物进行混合，其中，生物质炭40份，草炭土20份，碳酸钙4份，含铁化合物8份，白云石5份，膨润土5份，纳米多孔矿物10份，搅拌均匀后得到第一中间混合料；
对所述第一中间混合料进行翻堆、加水处理，静置2天，得到第二中间混合料；
向所述第二中间混合料中加入木霉菌，侧龅牙杆菌以及复合枯草芽孢杆菌，其中木霉菌1份，侧龅牙杆菌1份，复合枯草芽孢杆菌2份，搅拌混合，搅拌均匀后得到所述土壤重金属污染修复剂。
实施例9
对比试验1
取8份重金属污染后的土壤，其中7份均按照质量比1:100的量分别加入实施例1-实施例7所述配方且按照实施例8制备得到的土壤重金属污染修复剂，另一份重金属污染后的土壤作为对照组。对8份土壤均进行翻土混合，每隔1-2天翻土混合一次，翻土混合次数约5-10次。
取8份土壤送第三方进行重金属和有机污染含量测试，其检测结果见表1所示。
表1
从上述结果中可以看到土壤中主要的重金属元素均出现了显著的下降，说明了本发明的修复剂可在较短的修复周期内起效，效果显著，有助于大面积推广。
对比试验2
本对比试验2提供了一种土壤重金属污染修复剂。该土壤重金属污染修复剂包括如下重量份组分，草炭土15份，碳酸钙5份，含铁化合物8份，白云石5份，膨润土5份，纳米多孔矿物8份，木霉菌1.5份，侧龅牙杆菌1.5份，复合枯草芽孢杆菌3份。
所述纳米多孔矿物由花岗岩经破碎至粒径为15mm的块状物以及由花岗岩经破碎至120目的粉状物混合组成。
所述生物质炭为将农林废弃物经过炭化并经粉碎得到的25目的生物炭；和生物秸秆废弃物经过经400℃炭化并经粉碎得到的35目的生物炭。
所述生物秸秆废弃物为小麦秸秆、大豆秸秆、玉米秸秆以及水稻秸秆的混合物。
所述含铁化合物为Fe3O4。
对比试验3
本对比试验3提供了一种土壤重金属污染修复剂。该土壤重金属污染修复剂包括如下重量份组分，生物质炭40份，碳酸钙5份，含铁化合物8份，白云石5份，膨润土5份，纳米多孔矿物8份，木霉菌1.5份，侧龅牙杆菌1.5份，复合枯草芽孢杆菌3份。
所述纳米多孔矿物由花岗岩经破碎至粒径为15mm的块状物以及由花岗岩经破碎至120目的粉状物混合组成。
所述生物质炭为将农林废弃物经过炭化并经粉碎得到的25目的生物炭；和生物秸秆废弃物经过经400℃炭化并经粉碎得到的35目的生物炭。
所述生物秸秆废弃物为小麦秸秆、大豆秸秆、玉米秸秆以及水稻秸秆的混合物。
所述含铁化合物为Fe3O4。
对比试验4
本对比试验3提供了一种土壤重金属污染修复剂。该土壤重金属污染修复剂包括如下重量份组分，生物质炭40份，草炭土15份，碳酸钙5份，含铁化合物8份，白云石5份，膨润土5份，纳米多孔矿物8份。
所述纳米多孔矿物由花岗岩经破碎至粒径为15mm的块状物以及由花岗岩经破碎至120目的粉状物混合组成。
所述生物质炭为将农林废弃物经过炭化并经粉碎得到的25目的生物炭；和生物秸秆废弃物经过经400℃炭化并经粉碎得到的35目的生物炭。
所述生物秸秆废弃物为小麦秸秆、大豆秸秆、玉米秸秆以及水稻秸秆的混合物。
所述含铁化合物为Fe3O4。
需要说明的是，对比试验2-4中的重量相对于实施例7中缺少的部分均通过砂石补充。取4份重金属污染后的土壤，均按照质量比1:100的量分别加入实施例7以及对比试验2-4中的所述配方且按照实施例8制备得到的土壤重金属污染修复剂。对4份土壤均进行翻土混合，每隔1-2天翻土混合一次，翻土混合次数约5-10次。
取4份土壤送第三方进行重金属和有机污染含量测试，其检测结果见表2所示。
表2
从上述结果中可以看到，增加生物质炭、草炭土、木霉菌、侧龅牙杆菌、复合枯草芽孢杆菌的实施例7中的修复剂，相比对比试验2-4中的修复剂修复后的土壤中主要的重金属元素出现下降，说明了本发明的修复剂中的生物质炭、草炭土、木霉菌、侧龅牙杆菌、复合枯草芽孢杆菌对降低污染土壤中的重金属元素有显著的作用。
本发明提供的修复剂的制备方法，其操作简单、成本低廉，将生物质炭和木霉菌、侧龅牙杆菌以及复合枯草芽孢杆菌混合配制，这种方法会使土壤恢复一定肥力，有机质含量增加，能提供生长所需的各种营养成分及可吸附重金属。
本发明的土壤重金属污染修复剂能够有效修复重金属污染土壤、优化土壤生态系统。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种土壤重金属污染修复剂，其特征在于，包括如下重量份组分，生物质炭30-60份，草炭土10-20份，碳酸钙2-7份，含铁化合物5-10份，白云石3-6份，膨润土4-6份，纳米多孔矿物5-10份，木霉菌1-2份，侧龅牙杆菌1-2份，复合枯草芽孢杆菌2-4份。
2.根据权利要求1所述的土壤重金属污染修复剂，其特征在于，包括如下重量份组分，生物质炭35-50份，草炭土15-20份，碳酸钙3-5份，含铁化合物8-10份，白云石4-6份，膨润土4-6份，纳米多孔矿物8-10份，木霉菌1-2份，侧龅牙杆菌1-2份，复合枯草芽孢杆菌2-3份。
3.根据权利要求2所述的土壤重金属污染修复剂，其特征在于，包括如下重量份组分，生物质炭40份，草炭土20份，碳酸钙4份，含铁化合物8份，白云石5份，膨润土5份，纳米多孔矿物10份，木霉菌1份，侧龅牙杆菌1份，复合枯草芽孢杆菌2份。
4.根据权利要求2所述的土壤重金属污染修复剂，其特征在于，包括如下重量份组分，生物质炭45份，草炭土18份，碳酸钙4份，含铁化合物8份，白云石5份，膨润土5份，纳米多孔矿物8份，木霉菌1份，侧龅牙杆菌1份，复合枯草芽孢杆菌2份。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的土壤重金属污染修复剂，其特征在于，所述纳米多孔矿物由花岗岩经破碎至粒径为10-20mm的块状物以及由花岗岩经破碎至100-150目的粉状物混合组成。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的土壤重金属污染修复剂，其特征在于，所述生物质炭为将农林废弃物经过炭化并经粉碎得到的20-30目的生物炭。
7.根据权利要求1-4任意一项所述的土壤重金属污染修复剂，其特征在于，所述生物秸秆废弃物经过经300-500℃炭化并经粉碎得到的20-30目的生物炭。
8.根据权利要求7所述的土壤重金属污染修复剂，其特征在于，所述生物秸秆废弃物为草、小麦秸秆、大豆秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆或高粱秸秆中的一种或多种。
9.根据权利要求7所述的土壤重金属污染修复剂，其特征在于，所述含铁化合物为Fe2O3、FeO、Fe3O4、FeSO4、Fe2(SO4)3、FeS、FeS2中的一种或多种。
10.一种权利要求1-9任一项所述的土壤重金属污染修复剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按重量份配比，取生物质炭，草炭土，碳酸钙，含铁化合物，白云石，膨润土以及纳米多孔矿物进行混合，搅拌均匀后得到第一中间混合料；
对所述第一中间混合料进行翻堆、加水处理，静置1-2天，得到第二中间混合料；
向所述第二中间混合料中加入木霉菌，侧龅牙杆菌以及复合枯草芽孢杆菌，搅拌混合，搅拌均匀后得到所述土壤重金属污染修复剂。
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