CN111073660A - 土壤生物修复剂及基于其的土壤修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了土壤生物修复剂及基于其的土壤修复方法。基于土壤生物修复剂的土壤修复方法，主要包括以下步骤操作：S1、翻土：将被污染的待修复土壤进行翻土晾晒；S2、二次翻土：将完成步骤1的土壤进行二次翻土晾晒；S3、喷药：在完成步骤S2的土壤表面喷洒一层土壤生物修复剂，静置至少3小时后进行至少一次翻土，并再次喷洒一层所述土壤生物修复剂，然后静置2～5天；S4、淋水：在完成步骤S3的土壤表面喷淋水分，然后将完成喷淋水分后的土壤进行通风干燥，即完成土壤的修复。通过纳米磷酸盐吸附或络合土壤中的铅、铬、镉、钴等重金属离子，降低土壤中重金属离子的含量；通过活性炭粉、壳聚糖吸附有机污染物，解决土壤污染的问题。

Description

土壤生物修复剂及基于其的土壤修复方法

【技术领域】

本发明涉及污染土壤修复技术领域，具体涉及一种土壤生物修复剂及基于其的土壤修复方法。

【背景技术】

土壤污染是指进入土壤中的有害、有毒物质超出土壤的自净能力，导致土壤的物理、化学和生物学性质发生改变的现象，土壤污染会降低农作物的产量和质量，并危害人体健康。土壤污染使土壤生物种群发生变化，直接影响土壤生态系统的结构与功能，导致生产能力退化，“土壤-植物-动物-人体”的食物链最终对生态安全和人类生命健康构成威胁。由于其缓慢性和隐蔽性，故被称为“看不见的污染”。

土壤污染物大致可分为无机污染物和有机污染物两大类。无机污染物主要包括酸、碱、重金属，盐类、放射性元素铯、锶的化合物、含砷、硒、氟的化合物等。有机污染物主要包括有机农药、酚类、氰化物、石油、合成洗涤剂、3,4-苯并芘以及由城市污水、污泥及厩肥带来的有害微生物等。

目前的土壤改良方式单一，改良效果差，因此，有必要进行改进。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种土壤生物修复剂，解决土壤污染的问题。

为解决上述问题，本发明提供技术方案如下：土壤生物修复剂，土壤生物修复剂，按质量份数计，由以下组分制成：30～40份纳米磷酸盐、10～20份改性含硅矿物、20～40份固体工业废弃物、2～6份pH调节剂、5～10份活性炭粉、1～3份复合微生物菌剂、6～10份生物质炭、5～12份腐殖酸钠以及2～6份壳聚糖纤维；

所述纳米磷酸盐由纳米羟基磷灰石粉、纳米磷酸锆、介孔磷酸锌、焦磷酸钾以及羟基磷灰石复合材料中的一种或多种的混合制成，所述羟基磷灰石复合材料为羟基磷灰石颗粒与纳米蒙脱土或纳米沸石或纳米高岭土或高分子树脂的复合物，所述高分子树脂为聚乳酸。

所述改性含硅矿物由改性钾长石粉、改性钠长石粉、改性钙长石粉以及改性氧化硅中的一种或多种混合制成；

所述固体工业废弃物为高炉渣、粉煤灰、废石膏、盐泥以任意比制成的混合物；

所述pH调节剂由氧化钙、氢氧化钙、三乙醇胺、碳酸钠、碳酸钙中的一种或多种混合而成；

所述复合微生物菌剂由枯草芽孢杆菌、蓝细菌、脱硫弧菌、苏云金芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、硝化细菌、酵母菌混合制成。

每一份所述pH调节剂由质量占比20％～40％的氧化钙、10％～30％的氢氧化钙、15％～25％的三乙醇胺、5％～15％的碳酸钠、15％～30％的碳酸钙组成。

所述复合微生物菌剂由质量占比为20％的枯草芽孢杆菌、20％的蓝细菌、10％的脱硫弧菌、10％的苏云金芽孢杆菌、10％的地衣芽孢杆菌、15％的硝化细菌、15％的酵母菌组成。

所述活性炭的粒径为100～200目。

所述壳聚糖纤维的黏度为0.25～0.65Pa·s。

与现有技术相比，本发明的土壤生物修复剂具有以下优点：

1、本发明的土壤生物修复剂添加的纳米磷酸盐具有良好的重金属吸附能力，可以吸附或络合土壤中的铅、铬、镉、钴等重金属离子，使得土壤中的重金属离子可以聚集在一起，降低土壤中重金属离子的含量，同时纳米磷酸盐还是良好的肥料，可以提高植物对肥料的利用率，促进植物生长；土壤生物修复剂添加的活性炭粉、壳聚糖可以吸附土壤中的有机污染物，pH调节剂可以改善被污染土壤的pH值使之便于微生物菌剂中的菌类生长，增加土壤中的有机质，部分菌类可以产生抗菌、杀菌物质，抑制或杀死土壤中的有害细菌或真菌，便于植物生长；固体工业废弃物和生物质炭以及腐殖酸钠可以增加土壤中的肥料；

2、本申请的土壤生物修复剂使用多种类型的pH调节剂，用以调节不同物质造成的pH偏低的土壤pH值，如氧化钙、氢氧化钙、酸钠、碳酸钙针对可溶性无机酸造成的土壤pH偏低的情况，三乙醇胺调节有机酸造成的土壤pH偏低的情况；

3、本申请的土壤生物修复剂使用的复合微生物菌剂中的枯草芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌可以分泌抗菌、杀菌物质，抑制或杀死土壤中的有害菌类，蓝细菌、脱硫弧菌、地衣芽孢杆菌、硝化细菌、酵母菌等微生物可以通过繁殖生长过程中分泌的物质使土壤增加有机质，增加土壤的肥力。

本发明的还提供一种基于上述土壤生物修复剂的土壤修复方法，解决土壤污染的问题。解决方案如下：

基于上述土壤生物修复剂的土壤修复方法，主要包括以下步骤操作：

S1、翻土：将被污染的待修复土壤进行翻土晾晒；

S2、二次翻土：将完成步骤1的土壤进行二次翻土晾晒；

S3、喷药：在完成步骤S2的土壤表面喷洒一层土壤生物修复剂，静置至少3小时后进行至少一次翻土，并再次喷洒一层所述土壤生物修复剂，然后静置2～5天；

S4、淋水：在完成步骤S3的土壤表面喷淋水分，然后将完成喷淋水分后的土壤进行通风干燥，即完成土壤的修复。

所述步骤S1中的翻土深度为30～80cm。

所述步骤S2中二次翻土的深度为大于或小于步骤S1的深度。

所述步骤S4中通风时长为3～30天。

本发明的还提供一种基于上述土壤生物修复剂的土壤修复方法，具有以下优点：

1、本发明的基于上述土壤生物修复剂的土壤修复方法操作简单，通过采用上述的土壤生物修复剂，不断地与被污染的土壤进行翻土混合，使得土壤生物修复剂中的纳米磷酸盐与土壤均匀混合，将土壤中的重金属离子络合或者吸附，可以吸附或络合土壤中的铅、铬、镉、钴等重金属离子，使得土壤中的重金属离子可以聚集在一起，降低土壤中重金属离子的含量，避免被植物吸收并进而通过食物链富集到身体中对人造成损害；改性含硅矿物可以改善土壤的蓬松程度，避免土壤板结；复合微生物菌剂中的部分菌类可以分泌抗菌、杀菌物质，以抑制、杀死土壤中的有害菌类，部分菌类在自身繁殖、生长过程中产生有机质，有效的增加土壤中的肥力，对环境友好无污染；生物质炭、腐殖酸钠、固体工业废弃物的添加为土壤增加了充足的营养，能够有效地提高土壤修复效果和土壤的稳定性，改善土壤生态环境，解决土壤被污染的问题。

【具体实施方式】

下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例1：本实施例提供一种土壤生物修复剂，按质量份数计，由以下组分制成：40份纳米磷酸盐、20份改性含硅矿物、20份固体工业废弃物、2份pH调节剂、1份复合微生物菌剂、5份活性炭粉、6份生物质炭、5份腐殖酸钠以及2份壳聚糖纤维；

所述纳米磷酸盐由8份纳米羟基磷灰石粉、8份纳米磷酸锆、8份介孔磷酸锌、8份焦磷酸钾以及8份羟基磷灰石复合材料混合制成，在本实施例中，所述羟基磷灰石为羟基磷灰石颗粒与纳米蒙脱土和纳米沸石的复合物的混合物，其中羟基磷灰石颗粒与纳米蒙脱土的复合物以及羟基磷灰石与纳米沸石的复合物的质量比为1:1.

所述改性含硅矿物由8份改性钾长石粉、12份改性钠长石粉混合制成；

所述固体工业废弃物为5份高炉渣、5份粉煤灰、5份废石膏、5份盐泥制成的混合物；

所述pH调节剂由1份氧化钙、0.5份三乙醇胺、0.5份碳酸钠混合而成；

所述复合微生物菌剂分别由占所述复合微生物总质量20％的枯草芽孢杆菌、20％的蓝细菌、10％的脱硫弧菌、10％的苏云金芽孢杆菌、10％的地衣芽孢杆菌、15％的硝化细菌、15％的酵母菌混合制成。

实施例2：本实施例提供一种土壤生物修复剂，按质量份数计，由以下组分制成：36份纳米磷酸盐、18份改性含硅矿物、25份固体工业废弃物、2.5份pH调节剂、1.5份复合微生物菌剂、6份活性炭粉、7份生物质炭、6份腐殖酸钠以及4.2份壳聚糖纤维；

所述纳米磷酸盐由9份纳米羟基磷灰石粉、9份纳米磷酸锆、9份介孔磷酸锌、9份焦磷酸钾的混合制成；

所述改性含硅矿物由10份改性钾长石粉、4份改性钠长石粉、4份改性钙长石粉混合制成；

所述固体工业废弃物为11份高炉渣、5份粉煤灰、5份废石膏、4份盐泥制成的混合物；

所述pH调节剂由0.8份氧化钙、0.2份氢氧化钙、0.75份三乙醇胺、0.75份碳酸钠混合而成；

所述复合微生物菌剂分别由占所述复合微生物总质量20％的枯草芽孢杆菌、20％的蓝细菌、10％的脱硫弧菌、10％的苏云金芽孢杆菌、10％的地衣芽孢杆菌、15％的硝化细菌、15％的酵母菌混合制成。

实施例3：本实施例提供一种土壤生物修复剂，按质量份数计，由以下组分制成：32份纳米磷酸盐、15份改性含硅矿物、30份固体工业废弃物、4份pH调节剂、2份复合微生物菌剂、8份活性炭粉、9份生物质炭、10份腐殖酸钠以及5份壳聚糖纤维；

所述纳米磷酸盐由12份纳米羟基磷灰石粉、4份纳米磷酸锆、3份介孔磷酸锌、1份焦磷酸钾以及12份羟基磷灰石复合材料混合制成；

所述改性含硅矿物由12份改性钾长石粉、1份改性钙长石粉以及2份改性氧化硅混合制成；

所述固体工业废弃物为15份高炉渣、1份粉煤灰、8份废石膏、6份盐泥制成的混合物；

所述pH调节剂由0.5份氧化钙、0.5份氢氧化钙、1份三乙醇胺、1份碳酸钠、1份碳酸钙混合而成；

所述复合微生物菌剂分别由占所述复合微生物总质量20％的枯草芽孢杆菌、20％的蓝细菌、10％的脱硫弧菌、10％的苏云金芽孢杆菌、10％的地衣芽孢杆菌、15％的硝化细菌、15％的酵母菌混合制成。

实施例4：本实施例提供一种土壤生物修复剂，按质量份数计，由以下组分制成：30份纳米磷酸盐、12份改性含硅矿物、40份固体工业废弃物、6份pH调节剂、3份复合微生物菌剂、10份活性炭粉、10份生物质炭、12份腐殖酸钠以及6份壳聚糖纤维；

所述纳米磷酸盐由4份纳米羟基磷灰石粉、12份纳米磷酸锆、4份介孔磷酸锌、5份焦磷酸钾以及5份羟基磷灰石复合材料混合制成；

所述改性含硅矿物由0.5份改性钠长石粉、5.5改性钙长石粉以及6份改性氧化硅混合制成；

所述固体工业废弃物为20份高炉渣、2份粉煤灰、3份废石膏、15份盐泥制成的混合物；

所述pH调节剂由1.5份氢氧化钙、1.2份三乙醇胺、1.3份碳酸钠、2份碳酸钙中的一种或多种混合而成；

所述复合微生物菌剂分别由占所述复合微生物总质量20％的枯草芽孢杆菌、20％的蓝细菌、10％的脱硫弧菌、10％的苏云金芽孢杆菌、10％的地衣芽孢杆菌、15％的硝化细菌、15％的酵母菌混合制成。

表1：实施例1-4土壤生物修复剂的组分表

注：复合微生物菌剂中各种菌类以占复合微生物菌剂总质量的百分比计

取某重金属污染农田表层100cm土壤作为实验对象，将实验土样放置于风干盘中，除去土壤中混杂的砖瓦石块、石灰结核、动植物残体等，摊成20cm～30cm的薄层，经常翻动。半干状态时，用木棍压碎，置阴凉处自然风干后，磨粉，过孔径为2mm的尼龙筛，去除2mm以上的砂粒，大于2mm的土团要反复研磨、过筛，直至全部通过。然后将实施例1至4的土壤生物修复剂按照本申请提供的土壤修复方法对被污染的同样的土壤进行修复，并检测对比修复前后土壤的重金属离子、采用《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)中规定的重金属检测方法测定土壤样品中镉、铅、铬、钴元素的含量，记录于表2中。

表2：实施例1-4的土壤生物修复剂的土壤修复性能对比表

从表2可以看出使用本申请的土壤生物修复剂和修复方法可以有效地降低土壤中的重金属离子和有机污染物的含量，特别是对降低土壤中的二价铅离子、三价铬离子、二价钴离子效果良好；可以有效地降低土壤中的合成洗涤剂、3,4苯并芘以及酚类物质。

本发明的土壤生物修复剂添加的纳米磷酸盐具有良好的重金属吸附能力，可吸附或络合土壤中的铅、铬、镉、钴等重金属离子，使得土壤中的重金属离子可以聚集在一起，降低土壤中重金属离子的含量，避免被植物吸收并进而通过食物链富集到身体中对人造成损害；同时纳米磷酸盐还是良好的肥料，可以提高植物对肥料的利用率，促进植物生长；土壤生物修复剂添加的活性炭粉、壳聚糖可以吸附土壤中的有机污染物，pH调节剂可以改善被污染土壤的pH值使之便于微生物菌剂中的菌类生长，增加土壤中的有机质，部分菌类可以产生抗菌、杀菌物质，抑制或杀死土壤中的有害细菌或真菌，便于植物生长；固体工业废弃物和生物质炭以及腐殖酸钠可以增加土壤中的肥料；使用多种类型的pH调节剂，用以调节不同物质造成的pH偏低的土壤pH值，如氧化钙、氢氧化钙、酸钠、碳酸钙针对可溶性无机酸造成的土壤pH偏低的情况，三乙醇胺调节有机酸造成的土壤pH偏低的情况；本申请的土壤生物修复剂使用的复合微生物菌剂中的枯草芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌可以分泌抗菌、杀菌物质，抑制或杀死土壤中的有害菌类，蓝细菌、脱硫弧菌、地衣芽孢杆菌、硝化细菌、酵母菌等微生物可以通过繁殖生长过程中分泌的物质使土壤增加有机质，增加土壤的肥力。

本发明的基于上述土壤生物修复剂的土壤修复方法操作简单，通过采用上述的土壤生物修复剂，不断地与被污染的土壤进行翻土混合，使得土壤生物修复剂中的纳米磷酸盐与土壤均匀混合，以便吸附或络合土壤中的铅、铬、镉、钴等重金属离子，使得土壤中的重金属离子可以聚集在一起，将土壤中的重金属离子络合或者吸附以形成稳定的物质，难以溶解或电离层离子状态，降低土壤中重金属离子的含量，避免被植物吸收并进而通过食物链富集到身体中对人造成损害；改性含硅矿物可以改善土壤的蓬松程度，避免土壤板结；复合微生物菌剂中的部分菌类可以分泌抗菌、杀菌物质，以抑制、杀死土壤中的有害菌类，部分菌类在自身繁殖、生长过程中产生有机质，有效的增加土壤中的肥力，对环境友好无污染；生物质炭、腐殖酸钠、固体工业废弃物的添加为土壤增加了充足的营养，能够有效地提高土壤修复效果和土壤的稳定性，改善土壤生态环境，解决土壤被污染的问题。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.土壤生物修复剂，其特征在于，按质量份数计，由以下组分制成：30～40份纳米磷酸盐、10～20份改性含硅矿物、20～40份固体工业废弃物、2～6份pH调节剂、5～10份活性炭粉、1～3份复合微生物菌剂、6～10份生物质炭、5～12份腐殖酸钠以及2～6份壳聚糖纤维；

所述纳米磷酸盐包括纳米羟基磷灰石粉、纳米磷酸锆、介孔磷酸锌、焦磷酸钾以及羟基磷灰石复合材料；

所述改性含硅矿物由改性钾长石粉、改性钠长石粉、改性钙长石粉以及改性氧化硅中的一种或多种混合制成，所述羟基磷灰石复合材料为羟基磷灰石颗粒与纳米蒙脱土或纳米沸石或纳米高岭土或高分子树脂的复合物，所述高分子树脂为聚乳酸；

所述固体工业废弃物为高炉渣、粉煤灰、废石膏、盐泥以任意比制成的混合物；

所述pH调节剂由氧化钙、氢氧化钙、三乙醇胺、碳酸钠、碳酸钙中的一种或多种混合而成；

所述复合微生物菌剂由枯草芽孢杆菌、蓝细菌、脱硫弧菌、苏云金芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、硝化细菌、酵母菌混合制成。

2.根据权利要求1所述的土壤生物修复剂，其特征在于：每一份所述pH调节剂由质量占比20％～40％的氧化钙、10％～30％的氢氧化钙、15％～25％的三乙醇胺、5％～15％的碳酸钠、15％～30％的碳酸钙组成。

3.根据权利要求1所述的土壤生物修复剂，其特征在于：所述复合微生物菌剂由质量占比为20％的枯草芽孢杆菌、20％的蓝细菌、10％的脱硫弧菌、10％的苏云金芽孢杆菌、10％的地衣芽孢杆菌、15％的硝化细菌、15％的酵母菌组成。

4.根据权利要求1所述的土壤生物修复剂，其特征在于：所述活性炭的粒径为100～200目。

5.根据权利要求1所述的土壤生物修复剂，其特征在于：所述壳聚糖纤维的黏度为0.25～0.65Pa·s。

6.基于权利要求1至5任一项所述的土壤生物修复剂的土壤修复方法，其特征在于，主要包括以下步骤操作：

S1、翻土：将被污染的待修复土壤进行翻土晾晒；

S2、二次翻土：将完成步骤1的土壤进行二次翻土晾晒；

S3、喷药：在完成步骤S2的土壤表面喷洒一层土壤生物修复剂，静置至少3小时后进行至少一次翻土，并再次喷洒一层所述土壤生物修复剂，然后静置2～5天；

S4、淋水：在完成步骤S3的土壤表面喷淋水分，然后将完成喷淋水分后的土壤进行通风干燥，即完成土壤的修复。

7.根据权利要求6所述的土壤修复方法，其特征在于：所述步骤S1中的翻土深度为30～80cm。

8.根据权利要求6所述的土壤修复方法，其特征在于：所述步骤S2中二次翻土的深度为大于或小于步骤S1的深度。

9.根据权利要求6所述的土壤修复方法，其特征在于：所述步骤S4中通风时长为3～30天。