CN110846045B - 修复镉污染碱性土壤的钝化剂及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及修复镉污染的碱性土壤的钝化剂及方法。所述钝化剂由钙镁磷肥和秸秆灰组成。所述钝化剂的施用量为16％。钙镁磷肥和秸秆灰组合形成的复合钝化剂能够显著降低被污染农田土壤中的有效态Cd浓度。同时，经过试验可以看出，钙镁磷肥和秸秆灰组合形成的复合钝化剂相较于单独施用钙镁磷肥或秸秆灰而言，具有更好的钝化修复效果，并且显著高于二者钝化率之和。当钝化剂的施用量为16％时，钝化率能够达到52.5％。且本发明公开的钝化剂仅由钙镁磷肥和秸秆灰组成，制备简单，易于推广。

Description

修复镉污染碱性土壤的钝化剂及方法

技术领域

本发明涉及土壤修复治理领域，特别是涉及对镉污染的土壤的修复治理领域，更为具体的说是涉及修复镉污染碱性土壤的钝化剂及方法。

背景技术

土壤修复是指利用物理、化学和生物的方法转移、吸收、降解和转化土壤中的污染物，使其浓度降低到可接受水平，或将有毒有害的污染物转化为无害的物质。从根本上说，污染土壤修复的技术原理可包括为：(1)改变污染物在土壤中的存在形态或同土壤的结合方式，降低其在环境中的可迁移性与生物可利用性；(2)降低土壤中有害物质的浓度。

不同酸碱度的土壤中所含的物质以及相关离子浓度存在差异，因此，对于被污染土壤而言，必须首先了解其酸碱性，再进一步针对不同的酸碱性条件研发适宜的钝化剂。本发明当中所指的碱性土壤是指pH值在7以上的土壤。

随着人类活动导致的环境中的重金属含量增加，超出正常范围，称为重金属污染。重金属污染不仅直接危害人体健康，而且还会导致环境质量恶化。其中主要包括铅污染、镉污染、汞污染、铬污染、铜污染、镍污染、锌污染等。

当土壤受到镉污染后，镉可在生物体内富集，通过食物链进入人体引起慢性中毒。工业化厂矿的附近以及其下风向等区域都是镉污染的重灾地。这些土地如果不能得到合理的修复如钝化处理，则只能荒废。

目前对于重金属污染土壤修复，特别是镉污染土壤的修复目的主要有两个方面：一是降低土壤中重金属的总量，二是降低重金属的有效性，但前提是保证土壤肥力不明显下降。

常见的重金属污染土壤修复措施主要有植物修复技术、物理化学修复技术等。其中，作为一种物理化学修复技术，向土壤中添加一定量的钝化剂可使土壤中重金属的有效性降低，以降低重金属向作物迁移的能力。

譬如，在专利申请201910256416.2中，公开了一种镉污染水田土壤的修复剂。由以下原料组成：作物秸秆2-6份、赤泥1-5份、沸石4-12份、生物石灰2-7份、二氧化硅1-3份、花生壳3-5份、磷酸二氢钾1-3份。通过试验验证，该发明所述的钝化剂土壤降镉率达到42.9-57.1％。

但是在该技术方案中需要将秸秆进行巯基化处理，工业应用成本高，不易推广。

又譬如，在专利申请201710499276.2中，公开了一种土壤镉钝化剂及加工方法。其原料包括膨润土、石灰、氯化铁、腐熟秸秆、和磷肥，其重量份配比例为：膨润土15～25、石灰5～10、氯化铁15～25、腐熟秸秆20～35、磷肥10～15。其对土壤镉钝化效果较好，能够有效降低土壤中有效态镉含量，适宜于中轻度重金属污染的农田土壤。

但是我们看到，在该技术方案中所使用的是腐熟秸秆，也就是说要将秸秆预先进行腐熟处理后才能进一步做成钝化剂。

由此我们看到，寻找优化的组配方式，通过协同作用的发挥，从而提高钝化剂的修复效果是目前本领域技术人员的研究热点，也是土壤修复领域，特别是农田修复领域的难点问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对镉污染的碱性土壤提供一种易于工业化生产和推广的钝化剂，通过复合钝化剂组方中的各组分协同发挥作用，从而有效实现对被污染土壤的钝化修复作用。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种用于修复镉污染碱性土壤的钝化剂，所述钝化剂由钙镁磷肥和秸秆灰组成。

这里所说的钙镁磷肥是指符合GB20412-2006中优等品指标的钙镁磷肥。

这里所说的秸秆灰是指农业秸秆废弃物在常温下，燃烧2小时，形成的物质，其灰分含量为10％。

优选的，这里所说的秸秆灰是小麦秸秆灰。

作为进一步优选的技术方案，所述钙镁磷肥和秸秆灰的重量比为1:1。

本发明所要解决的另一技术问题是，针对镉污染的碱性土壤，提供一种易于工业化生产和推广的修复方法，利用上述公开的钝化剂，低成本、高效完成污染土壤的钝化修复。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种利用上述钝化剂修复镉污染的碱性土壤的修复方法，包括以下步骤：

S1：将由钙镁磷肥和秸秆灰组成的钝化剂加入到被污染的土壤中；

S2：保持土壤的最大田间持水量为70-80％，平衡。

作为优选的技术方案，所述步骤S1当中钝化剂的加入量为16％(w/w，钝化剂与土壤的质量百分比)。

在一个优选的技术方案中，所述步骤S2中，平衡7天。

更为优选的是，所述钙镁磷肥和秸秆灰组成的钝化剂加入到被污染土壤的翻耕层(0-20cm)。

钙镁磷肥和秸秆灰组合形成的复合钝化剂能够显著降低被污染农田土壤中的有效态Cd浓度。同时，经过实验可以看出，钙镁磷肥和秸秆灰组合形成的复合钝化剂相较于单独施用钙镁磷肥或者秸秆灰而言，显著高于二者钝化率之和，具有更好的钝化修复效果。经实验当钝化剂的施用量为16％时，钝化率能够达到52.5％。

并且值得说明的是，本发明公开的钝化剂来源容易获得，成本低，二者复合方法简单，并且复合效率高。同时，由于大量使用秸秆灰，因此可以合理利用大量农业秸秆废弃物，是一种有效的循环经济体系，符合循环农业的发展方向。基于上述优点，本发明所公开的钝化剂及修复方法是一种成本低、效率高的土壤修复方法，能够显著改善被镉污染的土壤的理化性质，具有极大的市场推广价值。

因此，本发明为重金属污染的碱性农田土壤修复提供了更为有效的、更加经济的新途径。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面我们结合具体的实施例对本发明进行进一步的阐述。

实施例1

1.1镉污染试验土壤的配置

取苏南地区某农田土壤，经测定，其pH为7.25，将Cd以CdCl₂形式加入土壤中平衡一月，Cd在土壤中的浓度3mg/kg。

1.2钝化剂的制备

将市售的符合GB20412-2006中优等品指标钙镁磷肥与秸秆灰(小麦秸秆在常温下，燃烧2小时，形成的物质，其灰分含量为10％)以重量比1:1进行混合，混合至均匀。

1.3钝化剂的施用

取10g 1.1中配置好的镉污染试验土壤，并施用1.2中制备好的复合钝化剂或仅施用钙镁磷肥或秸秆灰，具体的处理如下所示(每个处理有3个平行试验)：

处理1、2、3分别添加4％(w/w)、8％(w/w)、16％(w/w)1.2中制备好的的复合钝化剂至镉污染的土壤中；处理4-9仅施用钙镁磷肥或秸秆灰，处理4仅添加2％钙镁磷肥、处理5仅添加2％秸秆灰、处理6仅添加4％钙镁磷肥、处理7仅添加4％秸秆灰、处理8仅添加8％钙镁磷肥、处理9仅添加8％秸秆灰；处理10不添加任何钝化剂，标记为空白试验。

将添加钝化剂的土壤混匀，模拟翻耕层放入后保持70-80％的最大田间持水量，平衡7天。

1.4修复效果检测

参照《土壤8种有效态元素的测定二乙烯三胺五乙酸浸提-电感耦合等离子体发射光谱法》(HJ 804-2016)，提取并测定土壤中的有效态Cd浓度(本发明中所指有效态Cd即为二乙烯三胺五乙酸(DTPA)可提取态Cd)。

同时，根据有效Cd浓度计算钝化率：

钝化率＝(空白处理土壤有效Cd浓度-添加钝化剂处理土壤有效Cd浓度)/空白处理土壤有效Cd浓度*100；

结果如表1所示：

表1：

编号	有效Cd浓度(mg/kg)	钝化率平均值(3个平行试验)
			处理1	1.884	29.8％
处理2	1.594	40.6％
			处理3	1.275	52.5％
处理4	2.187	18.5％
			处理5	2.687	-0.1％
处理6	2.249	16.2％
			处理7	2.488	7.3％
处理8	1.914	28.7％
			处理9	2.421	9.8％
处理10(空白)	2.684	-

结果表明，钙镁磷肥-秸秆灰复合钝化剂对降低该农田土壤中的有效态Cd浓度有显著效果，复合钝化剂对Cd的钝化率要显著高于钙镁磷肥、秸秆灰单独施用时的钝化率之和。当添加量为16％时，复合钝化剂对Cd的钝化率高达52.5％。

以上所述是本发明的具体实施方式。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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.修复镉污染碱性土壤的钝化剂，所述碱性土壤是指pH值在7以上的土壤，其特征在于：所述钝化剂由钙镁磷肥和秸秆灰组成；所述钙镁磷肥和秸秆灰的重量比为1:1。

2.根据权利要求1所述的修复镉污染碱性土壤的钝化剂，其特征在于：所述秸秆灰为小麦秸秆灰。

3.一种基于权利要求1或2所述的钝化剂的修复镉污染碱性土壤的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：将由钙镁磷肥和秸秆灰组成的钝化剂加入到被污染的土壤中；

S2：保持土壤的最大田间持水量为70-80%，平衡。

4.根据权利要求3所述的修复镉污染碱性土壤的方法，其特征在于：在步骤S1当中钝化剂的加入量为16%。

5.根据权利要求3所述的修复镉污染碱性土壤的方法，其特征在于：所述步骤S2中，平衡7天。

6.根据权利要求3所述的修复镉污染碱性土壤的方法，其特征在于：所述钙镁磷肥和秸秆灰加入到被污染的土壤的翻耕层。