CN110746977B - 基于工业副产品钛石膏的镉铅砷污染农田安全利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于工业副产品钛石膏的镉铅砷污染农田安全利用方法，该方法省时省工，可随大田基肥一同施用，且成本低廉，材料来源广，适合在镉砷铅复合污染农田大规模推广。具体使用方法如下，在水稻播种或插秧前，向受镉铅砷污染的稻田土壤中添加经柠檬酸溶液淋洗后的钛石膏，并与稻田耕层土壤充分混合均匀；淋洗后钛石膏相比于淋洗前钛石膏，本身镉、砷、铅等杂质含量均显著下降。该方法简单可取，成本低廉，便于推广。

Description

基于工业副产品钛石膏的镉铅砷污染农田安全利用方法
技术领域
本发明涉及一种基于工业副产品钛石膏的镉铅砷复合污染农田安全利用方法，属于土壤修复技术领域。
背景技术
水稻作为我国最重要的粮食作物之一，长江中下游地区为其主要产区，长三角地区由于大规模的工业化建设进程，造成严重的土壤重金属污染。污染后的土壤不仅会造成地下水水质的恶化，同样会造成生长在土壤介质中的农作物受到污染，造成减产和重金属在农作物中的积累。
食用污染水稻生产的大米同样会威胁人体的健康，产生慢性危害。因此，修复受到重金属污染的土壤迫在眉睫，而镉、砷、铅是当前污染范围较大的几类重金属，修复受镉铅砷污染土壤及减少水稻对镉铅砷的积累是农田安全利用的迫切需要解决的问题。
钛石膏源自工业生产石膏过程的副产物，综合利用率低于40％，常用作水泥缓凝剂、生产石膏建材、生产石膏晶须、生产高强石膏等，而近年来发现钛石膏可用于改良污染土壤。但是钛石膏由于其本身为工业产品的副产物，具有一定量的杂质，不能直接用于农田土壤改良，必须先预处理。申请人经试验，柠檬酸淋洗后能够显著降低本身重金属含量。
发明内容
本发明的目的是一方面是针对受镉铅砷复合污染的稻田土壤中实现多种重金属同时稳定困难的技术不足，实现稻田镉砷铅重金属的同步稳定化；一方面是固体废弃物综合利用，充分利用现有资源，减少施用成本。该方法通过以柠檬酸溶液淋洗后的钛石膏作为钝化剂，显著减少镉铅砷在糙米中的积累，同时增加水稻的长势和产量。
为达到上述发明目的，本发明采用的具体技术方案如下：
一种基于工业副产品钛石膏的镉铅砷复合污染农田安全利用方法，其具体为：
在水稻播种或者插秧前，向受镉砷铅污染的稻田土壤施加经柠檬酸溶液淋洗后的工业副产品钛石膏，并将工业副产品钛石膏与稻田耕层土壤充分混合均匀，淹水稳定后再播种或者插秧。
进一步的，所述工业副产品钛石膏的成分以质量百分比计，包括CaSO4·2H2O：75％～85％，Fe2O3：8％～12％，SiO2：2％～4％，Al2O3：2％～4％，MgO：1％～2％，和TiO2：1％～2％。
进一步的，所述柠檬酸溶液为由柠檬酸化学试剂、食品级柠檬酸、工业级柠檬酸制备成的含柠檬酸液体。
进一步的，所述的柠檬酸溶液pH值在2.0-4.0，浓度为0.5～2mol.L-1，淋洗时间为2-6小时，淋洗固液比为1:2.5～5。
进一步的，所述淋洗后的工业副产品钛石膏的施用量为受镉铅砷污染耕层土壤干重的0.1％～0.6％。
进一步的，所述淋洗后的工业副产品钛石膏与稻田耕层土壤充分混合均匀后，淹水稳定超过24小时再行播种或者插秧。
进一步的，所述镉砷铅复合污染农田的污染程度为中、轻度污染酸性红壤，土壤镉含量为0.2～0.8mg·kg-1；土壤铅含量为100～500mg·kg-1；土壤砷含量为20～50mg·kg-1。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用的淋洗钛石膏可以显著减少本身砷镉铅的含量，增加在田间推广的可能，淋洗后对抑制水稻砷镉铅吸收的效果较好，易获取较为经济实用，可显著减少镉铅砷在糙米中的积累。
在受镉铅砷污染的稻田土壤(镉含量为0.32mg/kg，铅含量为195.55mg/kg，砷含量为38.23mg/kg)中添加淋洗后钛石膏后，糙米中镉铅砷含量分别降低了14％～65％、9.6％～82％和21％～80％。另外，在水稻的生长过程中观察添加钛石膏对水稻生长状况的影响，发现添加淋洗后钛石膏的处理水稻植株更加粗壮、长势更好、产量更高。
附图说明
图1是钛石膏淋洗前后重金属浓度；
图2是淋洗钛石膏添加后水稻糙米中重金属含量。
具体实施方式
下面结合附表和具体实施例对本发明作进一步说明。
本实施例中，工业副产品钛石膏为硫酸法生产钛白粉过程中产生的废渣。测定该钛石膏的成分(质量百分比)配比为：CaSO4·2H2O：79.36％，Fe2O3：10.74％，SiO2：2.1％％，Al2O3：2.4％，MgO：1.1％，和TiO2：3.3％，其余为杂质。原始钛石膏中含有镉铅砷等重金属，无法直接施用于土壤中，因此本实施例通过柠檬酸对其进行淋洗处理。
本实施例的一种基于工业副产品钝化剂钛石膏的镉铅砷复合污染农田安全利用方法，包括如下步骤：
首先用1mol/L柠檬酸溶液对钛石膏(预先研磨成粒径小于10mm的粉末状)进行淋洗，控制溶液pH在2.0，淋洗固液比为1:2.5，淋洗4小时。淋洗后的钛石膏置于45℃烘箱中72h以上，至完全烘干，备用。钛石膏淋洗前后重金属浓度如图1所示，淋洗后，钛石膏中的重金属含量均有所降低。
选择中轻度污染酸性红壤开展盆栽实验，设置0.15％添加量的淋洗后钛石膏处理组，向受镉铅砷污染的稻田土壤(镉含量为0.31mg/kg，铅含量为195.55mg/kg，砷含量为38.23mg/kg)中添加土壤干重0.15wt.％的淋洗钛石膏，将其与盆栽土壤充分混合均匀。同时设置不加淋洗后钛石膏的处理作为对照组，对照组的其余做法与处理组完全相同，各个处理均设置4个平行。对照组和处理组分别加入等量自来水至土壤淹水2厘米左右，稳定24小时后，移栽水稻秧苗金早47(长三角地区主要栽培早稻品种)，在水稻灌浆前始终保持淹水2厘米左右，底肥施入尿素0.2g/kg、磷酸二氢钾0.3g/kg，分蘖肥和孕穗肥均施入尿素0.3g/kg。盆栽置于温室内，每两天补充一定的水分，以保持土壤处于湿润状态。
在水稻的生长过程中观察不同处理对水稻生长状况的影响，发现水稻在添加淋洗钛石膏后植株更加粗壮、长势更好、产量更高。
考察淋洗后钛石膏处理对水稻生长状况的影响，包括植株总重(干重)、谷粒/根系/秸秆重及株高等，见表1所示。
表1三种石膏对水稻植株总重、谷粒/根系/秸秆重、株高的影响
Figure BDA0002229628150000031
对水稻不同部位的镉铅砷含量进行分析，将水稻根系、秸秆、糙米等用植物研磨机研磨后，使用微波消解仪进行消解，样品用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定样品镉铅砷含量，见表2所示。
表2三种石膏对水稻各部位镉、铅、砷含量(mg kg-1)的影响
Figure BDA0002229628150000032
由此可见，本发明的钝化剂能够有效改善受镉铅砷污染水稻的生长状况并减少水稻对镉铅砷的积累。
当然，本领域技术人员应当知道，本发明对镉含量为0.32mg/kg，铅含量为195.55mg/kg，砷含量为38.23mg/kg的土壤适用的情况下，对其余土壤也能够产生改善效果，但淋洗后钛石膏的用量需要根据实际情况进行调整。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (2)

1.一种基于工业副产品钛石膏的镉铅砷污染农田安全利用方法，其特征在于：
在水稻播种或者插秧前，向受镉砷铅污染的稻田土壤施加经柠檬酸溶液淋洗后的工业副产品钛石膏，并将工业副产品钛石膏与稻田耕层土壤充分混合均匀，淹水稳定后再播种或者插秧；
所述工业副产品钛石膏的成分以质量百分比计，包括CaSO4·2H2O：75%~85%，Fe2O3 ：8%~12%，SiO2：2%~4%，Al2O3：2%~4%，MgO：1%~2%，和 TiO2：1%~2%；
所述柠檬酸溶液为由柠檬酸化学试剂、食品级柠檬酸、工业级柠檬酸制备成的含柠檬酸液体；
所述的柠檬酸溶液pH值在2.0-4.0，浓度为0.5~2mol.L-1，淋洗时间为2-6小时，淋洗固液比为1:2.5~5；
所述淋洗后的工业副产品钛石膏的施用量为受镉铅砷污染耕层土壤干重的0.1%~0.6%；
所述镉砷铅复合污染农田的污染程度为中、轻度污染酸性红壤，土壤镉含量为0.2~0.8mg.kg-1；土壤铅含量为100~500 mg.kg-1；土壤砷含量为20~50mg.kg-1。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述淋洗后的工业副产品钛石膏与稻田耕层土壤充分混合均匀后，淹水稳定超过24小时再行播种或者插秧。
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