CN111849501A - 一种用于修复土壤镍污染的土壤改良剂及其制备方法、使用方法 - Google Patents

一种用于修复土壤镍污染的土壤改良剂及其制备方法、使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于修复土壤镍污染的土壤改良剂，由以下重量份数的原料制成：磷酸铁1.0‑3.0份、硫酸锰0.5‑3.5份、氢氧化铵0.5‑5.5份、螯合剂1.5‑7.5份、异亮氨酸2‑8份、根瘤菌3.0‑10.0份；本发明还公开了该土壤改良剂的制备方法以及使用方法。本发明所制备的土壤改良剂通透性、保水能力及营养供给能力俱佳，能有效保持根瘤菌的活性，降低土壤中镍的活性，使镍污染土壤范围不会进一步扩大；本发明具有原料易得、生产成本低、性能稳定等特点，能在短时间内修复镍污染土壤，提高土壤肥力，修复效率高，无二次污染，修复后的土壤可直接用作农业种植。

Description

一种用于修复土壤镍污染的土壤改良剂及其制备方法、使用 方法
技术领域
本发明属于生态环保技术领域，具体涉及一种用于修复土壤镍污染的土壤改良剂及其制备方法、使用方法。
背景技术
土壤是指陆地表面具有肥力、能够生长植物的疏松表层，其厚度一般在2 m左右。土壤不但为植物生长提供机械支撑能力，并能为植物生长发育提供所需要的水、肥、气、热等肥力要素。由于人口急剧增长，工业迅猛发展，固体废物不断向土壤表面堆放和倾倒，有害废水不断向土壤中渗透，大气中的有害气体及飘尘也不断随雨水降落在土壤中，导致了土壤污染。凡是妨碍土壤正常功能，降低作物产量和质量，还通过粮食、蔬菜，水果等间接影响人体健康的物质，都叫做土壤污染物。
污染土壤的重金属主要包括汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)和类金属砷(As)等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的锌(Zn)、铜(Cu)、镍(Ni)等元素。主要来自农药、废水、污泥和大气沉降等。重金属污染物在土壤中移动性很小，不易随水淋滤，不为微生物降解，通过食物链进入人体后，潜在危害极大，应特别注意防止重金属对土壤污染。一些矿山在开采中尚未建立石排场和尾矿库，废石和尾矿随意堆放，致使尾矿中富含难解的重金属进入土壤，加之矿石加工后余下的金属废渣随雨水进入地下水系统，造成严重的土壤重金属污染。矿区土地镍污染严重，我国矿区镍污染土壤修复后通常用作农业使用，如果修复不完全，镍通过根系进入植物中，导致植物生长不良，对植物造成危害，甚至导致植物死亡。镍可以在植物体内积蓄，当镍积蓄超出正常含量的植物进入食物链时，就会影响动物乃至人类的健康。
目前，进行土壤修复技术主要包括原位修复，异位修复，联合修复等，原位修复主要包括填埋法，气相抽提技术，微生物修复技术等。矿区的土地凹凸不平，采用化学药物对镍污染土壤进行修复时，不能充分考虑土壤含镍量的空间差异性的话，就会造成修复效果差、产生二次污染的情况。
中国授权专利CN110038890B公开了一种生态环保土壤修复方法，以重量份计，土壤修复剂由改性水辉石55-65份、有机肥20-30份、腐植酸10-20份以及微生物菌剂1-3份混合而成。该土壤修复方法适合用于对重金属污染土壤进行修复，具有成本低等优势，但是经上述专利处理后的土壤仅对镉有效果，难以满足土壤其他重金属污染的现状，同时修复后土地复耕再利用方面也存在种种推广困难。
发明内容
基于现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种用于修复土壤镍污染的土壤改良剂，通过铁锰复合物、螯合剂、异亮氨酸及根瘤菌的复配，达到降低土壤镍含量、提高土壤肥力的目标。
本发明还公开了该土壤改良剂的制备方法以及使用方法。
一种用于修复土壤镍污染的土壤改良剂，由以下重量份数的原料制成：磷酸铁1.0-3.0份、硫酸锰0.5-3.5份、氢氧化铵0.5-5.5份、螯合剂1.5-7.5份、异亮氨酸2-8份、根瘤菌3.0-10.0份。
优选地，所述土壤改良剂由以下重量份数的原料制成：磷酸铁1.5-2.0份、硫酸锰1.8-2.5份、氢氧化铵2.0-4.0份、螯合剂3.0-5.0份、异亮氨酸4.0-6.0份、根瘤菌5.0-8.0份。
进一步，所述螯合剂为乙二胺四乙酸二钠。
上述用于修复土壤镍污染的土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照重量份数称取各原料；
（2）将磷酸铁和硫酸锰分别溶于水中，制得磷酸铁溶液和硫酸锰溶液；在超声波作用下，将磷酸铁溶液逐滴加入到硫酸锰溶液中，然后加入氢氧化铵，搅拌10~30分钟，再超声20-40分钟；
（3）向步骤（2）所得产物中加入螯合剂，升温至70-85℃，搅拌混匀后，室温静置18-24小时，固液分离，取固体于50-70℃干燥、研磨；
（4）向步骤（3）所得产物中依次加入异亮氨酸及根瘤菌，混匀，即得。
优选地，所述的步骤（1）中，超声波功率为1500-2000 W。
上述用于修复土壤镍污染的土壤改良剂的使用方法，包括以下步骤：将土壤改良剂均匀撒在污染土壤表面，然后通过土壤翻耕使土壤改良剂与污染土壤充分混合均匀，平衡6-8天时间，每亩耕地使用120-300 kg改良剂。
优选地，施用土壤改良剂并平衡后，再在土壤上种植矢车菊。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
（1）本发明以铁锰复合物为载体，利用其良好的表面吸附和氧化还原等化学活性，能与土壤中镍离子发生吸附、置换，配合螯合剂，进一步络合土壤中的重金属及其他污染物，进而实现转化降解作用；添加异亮氨酸和根瘤菌，可以增加土壤养分，提高土壤肥力，进一步促进污染物的转化降解；
（2）本发明所制备的土壤改良剂通透性、保水能力及营养供给能力俱佳，能有效保持根瘤菌的活性，且该土壤改良剂能降低土壤中镍的活性，固持土壤中的镍，有效阻止镍迁移，使镍污染土壤范围不会进一步扩大；本发明具有原料易得、生产成本低、性能稳定等特点，能在短时间内修复镍污染土壤，提高土壤肥力，修复效率高，无二次污染，修复后的土壤可直接用作农业种植。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例和对比例，对本发明进行进一步详细说明。
下述实施例中，所述异亮氨酸购自郑州三禾食品添加剂有限公司（L-异亮氨酸），含量98%；根瘤菌购自山东鑫卓源化工有限公司（货号20200420），水分≤5%。
实施例1
一种用于修复土壤镍污染的土壤改良剂，由以下重量份数的原料制成：磷酸铁1.0份、硫酸锰0.5份、氢氧化铵0.5份、乙二胺四乙酸二钠1.5份、异亮氨酸2份、根瘤菌3.0份。
上述用于修复土壤镍污染的土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照重量份数称取各原料；
（2）将磷酸铁和硫酸锰分别溶于水中，制得磷酸铁溶液和硫酸锰溶液；在超声波作用下，将磷酸铁溶液逐滴加入到硫酸锰溶液中，然后加入氢氧化铵，搅拌10~30分钟，再超声30分钟；其中，超声波功率为1800W；
（3）向步骤（2）所得产物中加入螯合剂，升温至75℃，搅拌混匀后，室温静置20小时，固液分离，取固体于60℃干燥、研磨；
（4）向步骤（3）所得产物中依次加入异亮氨酸及根瘤菌，混匀，即得。
实施例2
一种用于修复土壤镍污染的土壤改良剂，由以下重量份数的原料制成：磷酸铁1.5份、硫酸锰1.8份、氢氧化铵2.0份、螯合剂3.0份、异亮氨酸4.0份、根瘤菌5.0份。
实施例3
一种用于修复土壤镍污染的土壤改良剂，由以下重量份数的原料制成：磷酸铁2.0份、硫酸锰2.5份、氢氧化铵4.0份、螯合剂5.0份、异亮氨酸6.0份、根瘤菌8.0份。
实施例4
一种用于修复土壤镍污染的土壤改良剂，由以下重量份数的原料制成：磷酸铁3.0份、硫酸锰3.5份、氢氧化铵5.5份、螯合剂7.5份、异亮氨酸8份、根瘤菌10.0份。
对比例1
一种用于修复土壤镍污染的土壤改良剂，由以下重量份数的原料制成：磷酸铁1.5份、硫酸锰1.8份、氢氧化铵2.0份、螯合剂3.0份、异亮氨酸4.0份。
对比例2
一种用于修复土壤镍污染的土壤改良剂，由以下重量份数的原料制成：活性炭3.3份、氢氧化铵2.0份、螯合剂3.0份、异亮氨酸4.0份、根瘤菌5.0份。
实施例2~4及对比例1、2均按照实施例1的方法制备。
应用时，最好选在4~10月进行，将实施例2、3及对比例1、2所制备的土壤改良剂均匀撒在污染土壤表面（8 m2试验地块均匀布8个点取样，镍平均浓度1.958 μg/L），然后通过土壤翻耕使土壤改良剂与污染土壤充分混合均匀，平衡7天时间，每亩耕地使用200 kg改良剂。取样检测，自然风干过20目筛，测定重金属镍的有效态含量。之后再在土壤上移栽矢车菊（株高高于15 cm），对种植矢车菊三周后的土壤进行取样测试，自然风干过20目筛，测定重金属镍的有效态含量。结果如下：
表1 实施例与对比例实施前后镍浓度检测结果表（单位：μg/L）
Figure DEST_PATH_IMAGE001
从实施例及对比例的试验结果可发现，施用本发明所制备的土壤改良剂，镍的去除率可达到75%，再种植矢车菊后，镍的去除率可达到95%，整个土壤修复过程只需要一个月时间。表1的结果进一步说明，实施例2、3制得的土壤改良剂能够快速吸附去除土壤中镍金属，添加的异亮氨酸和根瘤菌，可以增加土壤养分，提高土壤肥力，有助于促进矢车菊对污染物的转化降解。土壤改良剂处理后无需清除，多余含量不产生二次污染，有助于恢复土壤肥力，起到资源再利用绿色环保的效果。

Claims (7)

1.一种用于修复土壤镍污染的土壤改良剂，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：磷酸铁1.0-3.0份、硫酸锰0.5-3.5份、氢氧化铵0.5-5.5份、螯合剂1.5-7.5份、异亮氨酸2-8份、根瘤菌3.0-10.0份。
2.根据权利要求1所述用于修复土壤镍污染的土壤改良剂，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：磷酸铁1.5-2.0份、硫酸锰1.8-2.5份、氢氧化铵2.0-4.0份、螯合剂3.0-5.0份、异亮氨酸4.0-6.0份、根瘤菌5.0-8.0份。
3.根据权利要求1或2所述用于修复土壤镍污染的土壤改良剂，其特征在于：所述螯合剂为乙二胺四乙酸二钠。
4.权利要求3所述用于修复土壤镍污染的土壤改良剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按照重量份数称取各原料；
（2）将磷酸铁和硫酸锰分别溶于水中，制得磷酸铁溶液和硫酸锰溶液；在超声波作用下，将磷酸铁溶液逐滴加入到硫酸锰溶液中，然后加入氢氧化铵，搅拌10~30分钟，再超声20-40分钟；
（3）向步骤（2）所得产物中加入螯合剂，升温至70-85℃，搅拌混匀后，室温静置18-24小时，固液分离，取固体于50-70℃干燥、研磨；
（4）向步骤（3）所得产物中依次加入异亮氨酸及根瘤菌，混匀，即得。
5.根据权利要求4所述用于修复土壤镍污染的土壤改良剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤（1）中，超声波功率为1500-2000 W。
6.权利要求3所述用于修复土壤镍污染的土壤改良剂的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：将土壤改良剂均匀撒在污染土壤表面，然后通过土壤翻耕使土壤改良剂与污染土壤充分混合均匀，平衡6-8天时间，每亩耕地使用120-300 kg改良剂。
7.根据权利要求6所述用于修复土壤镍污染的土壤改良剂的使用方法，其特征在于：施用土壤改良剂并平衡后，再在土壤上种植矢车菊。
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