CN110437845A

CN110437845A - 农田重金属污染土壤修复剂及其使用方法

Info

Publication number: CN110437845A
Application number: CN201910833610.2A
Authority: CN
Inventors: 何铸; 李娟�; 熊燕娜; 赵云飞; 高志彪; 赵春光; 董敬宣; 郑红梅
Original assignee: Beijing Muyuan Huaze Environmental Engineering Co Ltd
Current assignee: Beijing Muyuan Huaze Environmental Engineering Co Ltd
Priority date: 2019-09-04
Filing date: 2019-09-04
Publication date: 2019-11-12

Abstract

本发明公开了农田重金属污染土壤修复剂及其使用方法，农田重金属污染土壤修复剂，所述修复剂包括如下组分：含铁制剂35‑70重量份；秸秆生物炭10‑15份；矿物材料25‑35重量份；微生物制剂1‑5重量份。农田重金属污染土壤修复剂所使用的原材料主要来源于常见工业原材料、矿物材料、有机材料和微生物菌群，用量小，成本低廉，使用方便，各组分之间协同作用强，适用于多种农田重金属污染土壤。农田重金属污染土壤修复剂在四种材料相互作用下可以使修复后的土壤浸出液中的重金属含量达到国家地表水和地下水相关标准的要求。

Description

农田重金属污染土壤修复剂及其使用方法

技术领域

本发明属于污染土壤修复技术领域，涉及农田重金属污染土壤修复剂及其使用方法。

背景技术

重金属固化稳定化技术目前已在土壤修复领域进行了大面积的推广使用，已经具备了成熟的条件，所用材料包括工业级化学试剂、矿物材料、生物质材料等，针对不同的重金属污染和土壤类型选择不同的材料进行修复。目前多数土壤的重金属污染属于复合污染，即同一污染地块中包含了多种重金属污染物。因为不同污染物的环境化学属性不同且处于土壤的复杂环境中，并受到植物、微生物、环境、气候等多方面的影响，决定了复合重金属污染土壤修复的难度很高。

现在多数土壤重金属修复材料都是针对工业用地，针对农业用地的重金属污染修复材料还很少见。由于我国农田面积广大，受多种环境因素的影响，很多地区的农田都存在不同程度的污染，重金属污染尤其严重，这严重制约了农业的发展。因此考虑到农田的特性，在不影响作物生长且可以有效的治理重金属污染问题的农田重金属修复药剂有着很大市场潜力。

目前，现有的大多数土壤重金属修复药剂配方为工业级化学试剂、矿物材料和一些有机材料相结合，通过化学反应、吸附、沉淀等作用实现对重金属的稳定化修复，但目前所选用的材料或已有的土壤重金属修复药剂都存在以下问题：

1、修复药剂配方适用范围有限，且受环境条件影响较大；

2、药剂用量大，容易对农田土壤本身的结构性质造成影响；

3、对土壤中的重金属效果明显，对地上作物效果有限；

4、组分之间协同效果较差，难以满足多种重金属同时治理的要求；

5、未考虑对土壤中微生物活动的影响，影响土壤菌落生长环境；

6、修复效果的长效性和稳定性未作考量；

7、修复药剂配方简单，材料本身存在二次污染。

发明内容

本发明的目的是提供农田重金属污染土壤修复剂及其使用方法，针对农田土壤环境和作物及微生物的生长要求进行长期的实验研究，提供了一种高效环保、成本低廉、对环境影响小、对土壤中的重金属处理效果明显、配方简单、材料本身没有二次污染且可以促进作物和微生物生长的农田重金属修复方案。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一方面提供农田重金属污染土壤修复剂，所述修复剂包括如下组分：含铁制剂35-70重量份；秸秆生物炭10-15份；矿物材料25-35重量份；微生物制剂1-5重量份。

进一步，含铁制剂为五水硫酸亚铁、铁粉、聚合硫酸铁、钢渣和氯化亚铁中的一种或几种。

进一步，矿物材料为钠基蒙脱土、麦饭石、凹凸棒土、硫铁矿、磷矿粉、海泡石、偏高岭土、沸石和膨润土中的一种或几种。

进一步，微生物制剂为硫-铁杆菌、解乳酸褐色小球菌、大肠杆菌、脱硫弧菌、火杆菌、假单孢杆菌和罗尔斯通氏菌中的一种或几种。

进一步，所述修复剂包括如下组分：五水硫酸亚铁46重量份、铁粉12重量份、秸秆生物炭10重量份、钠基蒙脱土20重量份、麦饭石10重量份、硫-铁杆菌1重量份、解乳酸褐色小球菌1重量份。

进一步，所述修复剂包括如下组分：氯化亚铁35份，聚合硫酸铁20份、秸秆生物炭10重量份、硫铁矿13份，凹凸棒20份、大肠杆菌1份，脱硫弧菌1份。

本发明另一方面提供农田重金属污染土壤修复剂的使用方法，使用方法包括如下步骤：

步骤一，配制修复剂；

步骤二，农田重金属污染土壤修复剂与农田重金属污染土壤混合；

步骤三，调节污染土壤含水率至15％-40％，在室温条件下避光养护7-10天进行农田重金属染土壤的修复；

步骤四，对修复后的土壤进行抽检；检测方法按照国家现有农田重金属检测规定或浸出标准标准进行检测，结果低于农田重金属含量相关标准含量的限值或浸出液含量低于即为合格。

进一步，所述农田重金属污染土壤修复剂的添加量为污染土壤质量的0.1％-5.0％。

进一步，农田重金属污染土壤修复剂的添加量为污染土壤质量的0.5％-3％。

进一步，步骤四，采用固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法，浸出液重金属浓度满足地表水环境质量标准，GB 3838-2002的Ⅲ类标准。

本发明的有益效果体现在：

1，本发明提供的农田重金属污染土壤修复剂及其使用方法，包括含铁制剂、秸秆生物炭、矿物材料、微生物制剂通过氧化还原、吸持、沉淀、成矿、微生物作用实现对重金属土壤修复的同时不会破坏原本土壤的结构和性质，无毒害作用，并促进作物生物，提高农田微生物种类的多样性，多组分的协同作用使修复效果具有长期稳定性。

2，本发明提供的农田重金属污染土壤修复剂及其使用方法，农田重金属污染土壤修复剂所使用的原材料主要来源于常见工业原材料、矿物材料、有机材料和微生物菌群，用量小，成本低廉，使用方便，各组分之间协同作用强，适用于多种农田重金属污染土壤。

3，农田重金属污染土壤修复剂在四种材料相互作用下可以使修复后的土壤浸出液中的重金属含量达到国家地表水和地下水相关标准的要求。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的主要目的和其它优点可通过在说明书中所特别指出的方案来实现和获得。

具体实施方式

以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为对本发明技术方案的限制。

本发明提供一种农田重金属污染土壤修复药剂，所述农田重金属污染土壤修复剂按重量份计包括以下组分：含铁制剂：35-70份；秸秆生物炭：10-15份；矿物材料：25-35份；微生物制剂：1-5份。

表1各组分的具体组成

机理说明：

1，含铁制剂可以通过氧化还原及在土壤中形成铁锰氧化物对重金属进行还原和吸附，并通过老化作用与重金属形成铁锰氧化态以及转化为残渣态矿物，对重金属进行稳定化；秸秆生物炭具有较大的比表面积和疏松的孔隙结构以及含有的活性基团可以吸持重金属并作为含铁制剂的反应载体，自身含有的碳类物质也可以为土壤提供有机质，促进作物和微生物生长；

2，矿物材料主要包括黏土材料和天然矿物组分，是土壤本身含有的组分，具有较高的阳离子交换量和孔道结构，可以与重金属离子进行离子交换和类质同相作用对重金属进行固定，其中部分矿物材料在土壤环境中可以与重金属反应形成稳定的原生矿物，保证了修复的长效性；

3，微生物制剂中含有大量有益菌群，除了可以降低重金属的毒性还可以提高农田土壤的生物多样性，促进有机质等养分的分解和吸收。

本方案的材料选取原则基于农田土壤环境和植物及微生物的生长需求进行复配，在修复重金属污染土壤的同时可以提高农田土壤质量达到改良的目的。

本发明的各种材料的比例(按重量份计)及具体功能组分材料可以根据不同土壤重金属污染程度进行调整和复配，以实现最优的修复效果。各种原材料及配比并非随意添加，是在长期大量的实验研究基础上的总结，各种物质的作用及配比和土壤重金属的性质及污染程度密切相关，合理选用具体的功能性材料组分和配比对修复效果有决定性影响。第一方面，为达到较好的普适效果，结合已有的实验结果对本方案的材料选取和配比进行了优选。

实施例1中所述含铁制剂为工业级五水硫酸亚铁和铁粉，其中五水硫酸亚铁含量大于90％,粒径大于40目，溶于水含固率小于0.5％；铁粉粒径大于120目。所述秸秆生物炭为秸秆经过高温无氧热解得到的秸秆生物炭，且比表面积在500㎡/g以上，粒径大于100目。矿物材料为钠基蒙脱土、海泡石、麦饭石、沸石、磷矿粉和硫铁矿其中的任意两种或两种以上的组合。

上述农田重金属污染土壤修复剂的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：将所述农田重金属污染土壤修复剂与农田重金属污染土壤混合，调节含水率至15％-40％，在室温条件下养护7-10天进行农田重金属染土壤的修复。所述农田重金属污染土壤修复剂的添加量为污染土壤质量的0.1％-5.0％，优选为0.5％-3％。

表2实施例1-6和对比例组分明细

实验小结：

将实施例1所得的农田重金属污染土壤修复剂用于云南某重金属污染农田土样，取100g土样，加入1％质量比的农田重金属污染土壤修复剂，调节含水率为25％，常温避光处理10天后检测，采用《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T299-2007)，浸出液重金属浓度满足《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅲ类标准。

将实施例2所得的农田重金属污染土壤修复剂用于湖南某重金属污染农田土样，取100g土样，加入0.5％质量比的农田重金属污染土壤修复剂，调节含水率为30％，常温避光处理10天后检测，采用《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T299-2007)，浸出液重金属浓度满足《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅲ类标准。

将实施例3所得的农田重金属污染土壤修复剂用于广西某重金属污染农田土样，取100g土样，加入0.5％质量比的农田重金属污染土壤修复剂，调节含水率为30％，常温避光处理10天后检测，采用《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T299-2007)，浸出液重金属浓度满足《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅲ类标准。

将实施例4所得的农田重金属污染土壤修复剂用于浙江某重金属污染农田土样，取100g土样，加入0.5％质量比的农田重金属污染土壤修复剂，调节含水率为25％，常温避光处理10天后检测，采用《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T299-2007)，浸出液重金属浓度满足《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅲ类标准。

将实施例5所得的农田重金属污染土壤修复剂用于四川某重金属污染农田土样，取50g土样，加入0.4％质量比的农田重金属污染土壤修复剂，调节含水率为30％，常温避光处理10天后检测，采用《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T299-2007)，浸出液重金属浓度满足《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅲ类标准。

将实施例6所得的农田重金属污染土壤修复剂用于江苏某重金属污染农田土样，取100g土样，加入0.5％质量比的农田重金属污染土壤修复剂，调节含水率为30％，常温避光处理10天后检测，采用《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T299-2007)，浸出液重金属浓度满足《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅲ类标准。

将对比例1所得的农田重金属污染土壤修复剂用于湖南某重金属污染农田土样，处理分析方法同实施例2，检测结果As未达到《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅲ类0.05mg/kg标准，因为磷矿粉添加量过多会导致磷元素的溶解，磷元素和As属于同一主族元素，化学性质相似，从而使As元素溶出，导致As元素超标。

通过以上实施例和对比例可知，本发明所述农田重金属污染土壤修复剂可以使实验所涉及重金属污染土壤经修复后达到相关国家标准的要求，对比例中因降低其中某一组分的含量增加其他组分的含量导致污染物As溶出，未能达到修复效果。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.农田重金属污染土壤修复剂，其特征在于：所述修复剂包括如下组分：含铁制剂35-70重量份；秸秆生物炭10-15份；矿物材料25-35重量份；微生物制剂1-5重量份。

2.如权利要求1所述的农田重金属污染土壤修复剂，其特征在于，含铁制剂为五水硫酸亚铁、铁粉、聚合硫酸铁、钢渣和氯化亚铁中的一种或几种。

3.如权利要求2所述的农田重金属污染土壤修复剂，其特征在于，矿物材料为钠基蒙脱土、麦饭石、凹凸棒土、硫铁矿、磷矿粉、海泡石、偏高岭土、沸石和膨润土中的一种或几种。

4.如权利要求3所述的农田重金属污染土壤修复剂，其特征在于，微生物制剂为硫-铁杆菌、解乳酸褐色小球菌、大肠杆菌、脱硫弧菌、火杆菌、假单孢杆菌和罗尔斯通氏菌中的一种或几种。

5.如权利要求4所述的农田重金属污染土壤修复剂，其特征在于，所述修复剂包括如下组分：五水硫酸亚铁46重量份、铁粉12重量份、秸秆生物炭10重量份、钠基蒙脱土20重量份、麦饭石10重量份、硫-铁杆菌1重量份、解乳酸褐色小球菌1重量份。

6.如权利要求4所述的农田重金属污染土壤修复剂，其特征在于，所述修复剂包括如下组分：氯化亚铁35份，聚合硫酸铁20份、秸秆生物炭10重量份、硫铁矿13份，凹凸棒20份、大肠杆菌1份，脱硫弧菌1份。

7.如权利要求1-6所述的农田重金属污染土壤修复剂的使用方法，其特征在于，使用方法包括如下步骤：

步骤一，配制修复剂；

步骤四，对修复后的土壤进行抽检。

8.如权利要求7所述的农田重金属污染土壤修复剂的使用方法，其特征在于，所述农田重金属污染土壤修复剂的添加量为污染土壤质量的0.1％-5.0％。

9.如权利要求7所述的农田重金属污染土壤修复剂的使用方法，其特征在于，农田重金属污染土壤修复剂的添加量为污染土壤质量的0.5％-3％。

10.如权利要求7所述的农田重金属污染土壤修复剂的使用方法，其特征在于，

步骤四，采用固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法，浸出液重金属浓度满足地表水环境质量标准，GB 3838-2002的Ⅲ类标准。