CN112028713A - 一种治理土壤砷污染的钝化剂及治理方法 - Google Patents

一种治理土壤砷污染的钝化剂及治理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种治理土壤砷污染的钝化剂及治理方法，属于土壤治理技术领域。所述钝化剂包括以下组份：改性沸石粉、氧化铁、生物炭和青霉菌，其重量的配比为：改性沸石粉：氧化铁：生物炭＝(1‑2)：(1‑2)：(1‑2)，所述生物炭和青霉菌的配比为生物炭：青霉菌＝240:1；所述改性沸石粉通过盐酸、氯化钠、氧化铁改性后制得；所述生物炭通过将生物质干燥后，于高温下进行厌氧碳化，冷却至室温后粉碎成粉，再过80目筛，得到生物炭初产品，在生物炭初产品中加水，充分搅拌后过滤，收集滤液备用，收集残渣并烘干，得到生物炭。本发明通过采用具有协同作用的钝化剂成分，降低土壤中的重金属砷含量，效果显著。

Description

一种治理土壤砷污染的钝化剂及治理方法
技术领域
本发明属于土壤治理技术领域，具体涉及一种治理土壤砷污染的钝化剂及治理方法。
背景技术
耕地土壤重金属污染不仅影响土壤的正常功能和作物生长，并且通过食物链途径危害人体健康，已经成为一个世界性的环境问题。近年来，工业“三废”的排放、化肥农药的不科学使用及污灌等导致我国土壤重金属污染日益严重，由此带来的生态和食品安全等问题受到人们的广泛关注。
一般认为作物受害程度与体内重金属含量相关，而不是与土壤中该金属的总浓度相关，且与该金属元素在土壤中有效态的浓度相关性较好。生物迁移是通过植物根系从土壤中吸收有效态重金属，并在植物体内累积起来的过程。由于施加改良剂后土壤环境中有效态重金属含量下降，放缓了重金属在土壤-植物系统中扩散、迁移，可利用性降低。重金属原位钝化技术是一种污染土壤的治理方法，指向污染土壤添加一些活性物质(钝化剂)，通过调节土壤理化性质以及沉淀、吸附、络合、氧化-还原等一系列反应，改变重金属在土壤中的化学形态和赋存状态，有效降低其在土壤中的迁移性和生物有效性，从而降低重金属污染物对环境受体(如动植物、微生物、水体和人类等)的毒性。现有钝化剂有些能够较彻底地清除污染土壤的重金属，但存在着成本高昂的问题，有些钝化剂不适合用于污染面积较大的土壤，且容易破坏土壤结构和土壤肥力，造成二次污染，有些钝化剂的无法起到较好的清除土壤重金属的目的。
云南省昌宁县是云南省首家出口茶叶质量安全示范区，全国重点产茶县、中国茶叶百强县、中国首批四大优质茶基地县、中国十大生态产茶县、中国优质红茶示范县和全国十大魅力茶乡，全县有13多万亩茶园已通过无公害认证，4万亩通过雨林认证。在昌宁县茶产业不断蓬勃发展的同时，农业投入品长期施用带来茶园土壤重金属累积问题逐渐突显。因此，为科学合理地制定昌宁县茶叶种植基地土壤安全利用实施方案，改善昌宁县茶园种植基地土壤环境质量，提高土壤环境承载力，发明人开展了茶叶种植基地土壤安全利用工作，建立茶园土壤重金属风险预警管理模式，为昌宁县无公害茶园的安全利用的方案制定提供依据。
发明内容
本发明通过提供一种治理土壤砷污染的钝化剂及治理方法，以解决现有技术无法起到较好的清除土壤重金属砷的技术问题。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种治理土壤砷污染的钝化剂，包括以下组份：改性沸石粉、氧化铁、生物炭和青霉菌，其重量的配比为：改性沸石粉：氧化铁：生物炭＝(1-2)：(1-2)：(1-2)，所述生物炭和青霉菌的配比为生物炭：青霉菌＝240:1；
所述改性沸石粉通过以下方法制得：将沸石清洗烘干后用盐酸溶液浸渍4-6h，清洗至中性，再用氯化钠溶液浸渍10-20h，清洗后烘干研磨、焙烧，将焙烧后沸石粉研磨过80-100目筛，制得初级改性沸石粉；在初级改性沸石粉中加入水和十分之一氧化铁，超声处理5-10min，再搅拌8-10h后沉淀，将沉淀物清洗烘干得改性沸石粉；
所述生物炭通过以下方法制得：将生物质干燥后，于350-400℃下进行厌氧碳化8-10h，冷却至室温后粉碎成粉，再过80目筛，得到生物炭初产品，在生物炭初产品中加水，充分搅拌后过滤，收集滤液备用，收集残渣并烘干，得到生物炭。
优选地，所述改性沸石粉：氧化铁：生物炭＝1:1:1。
优选地，所述盐酸溶液的浓度为0.08mol/L、氯化钠溶液的浓度为1mol/L。
优选地，所述氧化铁的粒径为80-100目。
优选地，所述生物炭制备过程中在380℃下进行厌氧碳化9h。
优选地，所述钝化剂的制备方法为：首先将青霉菌与生物炭均匀混合，放置1-2d；然后加入改性沸石粉、剩余的氧化铁搅拌均匀即可。
一种土壤重金属污染治理方法，包括以下步骤：
S1：选择茶树边缘空地，对土壤表层进行翻耕耙地，疏松表土，并平整；
S2：向土壤中加入土壤钝化剂。
优选地，土壤钝化剂的添加量为0.7-1kg/m2，土壤改良时间为15-30天。
本发明的有益效果为：
1.沸石中含有植物生长所需的微量元素，以可交换离子状态和可溶性盐基形式存在，较易被吸收利用，同时还具有生物酶的多种催化作用。
2.生物炭可增加砷污染土壤中微生物群落多样性，对微生物产生抑制作用；生物炭表面含有丰富的含氧官能团，具有较强的阳离子交换能力，因此可以与土壤中的铁、锰结合，形成铁锰氧化物，进而对环境中的砷产生吸附作用，该过程中会降低土壤酸度，而青霉菌的产酸性会中和掉一部分酸，使得吸附作用大于解析作用，青霉菌与砷元素接触后，砷与青霉菌的细胞壁结合，吸附会以较快的速度进行，达到改善土壤砷污染的效果。
3.在本发明的土壤钝化剂中，沸石可以协同氧化铁消除或削减土壤重金属污染，进一步改善污染土壤的结构；还可以协同生物炭进一步提高修复后土壤的肥力。
4.本发明通过采用具有协同作用的钝化剂成分，降低土壤中的重金属砷含量，效果显著。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
实施例1
一种治理土壤砷污染的钝化剂，包括以下组份：改性沸石粉、氧化铁、生物炭和青霉菌，其重量的配比为：改性沸石粉：氧化铁：生物炭＝1：1：1，所述生物炭和青霉菌的配比为生物炭：青霉菌＝240:1；氧化铁的粒径为80目；
所述改性沸石粉通过以下方法制得：将沸石清洗烘干后用浓度为0.08mol/L的盐酸溶液浸渍5h，清洗至中性，再用浓度为1mol/L的氯化钠溶液浸渍15h，清洗后烘干研磨、焙烧，将焙烧后沸石粉研磨过80目筛，制得初级改性沸石粉；在初级改性沸石粉中加入水和十分之一氧化铁，超声处理8min，再搅拌9h后沉淀，将沉淀物清洗烘干得改性沸石粉；
所述生物炭通过以下方法制得：将生物质干燥后，于380℃下进行厌氧碳化9h，冷却至室温后粉碎成粉，再过80目筛，得到生物炭初产品，在生物炭初产品中加水，充分搅拌后过滤，收集滤液备用，收集残渣并烘干，得到生物炭。
所述钝化剂的制备方法为：首先将青霉菌与生物炭均匀混合，放置1d；然后加入改性沸石粉、剩余的氧化铁搅拌均匀即可。
所述的土壤重金属污染治理方法，包括以下步骤：
S1：选择茶树边缘空地，对土壤表层进行翻耕耙地，疏松表土，并平整；
S2：向土壤中加入土壤钝化剂，土壤钝化剂的添加量为0.8kg/m2，土壤改良时间为15天。
实施例2
一种治理土壤砷污染的钝化剂，包括以下组份：改性沸石粉、氧化铁、生物炭和青霉菌，其重量的配比为：改性沸石粉：氧化铁：生物炭＝1.5：2：1，所述生物炭和青霉菌的配比为生物炭：青霉菌＝240:1；氧化铁的粒径为80目；
所述改性沸石粉通过以下方法制得：将沸石清洗烘干后用浓度为0.08mol/L的盐酸溶液浸渍4h，清洗至中性，再用浓度为1mol/L的氯化钠溶液浸渍10h，清洗后烘干研磨、焙烧，将焙烧后沸石粉研磨过100目筛，制得初级改性沸石粉；在初级改性沸石粉中加入水和十分之一氧化铁，超声处理9min，再搅拌8h后沉淀，将沉淀物清洗烘干得改性沸石粉；
所述生物炭通过以下方法制得：将生物质干燥后，于400℃下进行厌氧碳化10h，冷却至室温后粉碎成粉，再过80目筛，得到生物炭初产品，在生物炭初产品中加水，充分搅拌后过滤，收集滤液备用，收集残渣并烘干，得到生物炭。
所述钝化剂的制备方法为：首先将青霉菌与生物炭均匀混合，放置2d；然后加入改性沸石粉、剩余十分之九的氧化铁搅拌均匀即可。
所述的土壤重金属污染治理方法，包括以下步骤：
S1：选择茶树边缘空地，对土壤表层进行翻耕耙地，疏松表土，并平整；
S2：向土壤中加入土壤钝化剂，土壤钝化剂的添加量为1kg/m2，土壤改良时间为15天。
实施例3
一种治理土壤砷污染的钝化剂，包括以下组份：改性沸石粉、氧化铁、生物炭和青霉菌，其重量的配比为：改性沸石粉：氧化铁：生物炭＝2：1：1.5，所述生物炭和青霉菌的配比为生物炭：青霉菌＝240:1；氧化铁的粒径为80目；
所述改性沸石粉通过以下方法制得：将沸石清洗烘干后用浓度为0.08mol/L的盐酸溶液浸渍5h，清洗至中性，再用浓度为1mol/L的氯化钠溶液浸渍14h，清洗后烘干研磨、焙烧，将焙烧后沸石粉研磨过80目筛，制得初级改性沸石粉；在初级改性沸石粉中加入水和十分之一氧化铁，超声处理10min，再搅拌9h后沉淀，将沉淀物清洗烘干得改性沸石粉；
所述生物炭通过以下方法制得：将生物质干燥后，于350℃下进行厌氧碳化8h，冷却至室温后粉碎成粉，再过80目筛，得到生物炭初产品，在生物炭初产品中加水，充分搅拌后过滤，收集滤液备用，收集残渣并烘干，得到生物炭。
所述钝化剂的制备方法为：首先将青霉菌与生物炭均匀混合，放置2d；然后加入改性沸石粉、剩余的氧化铁搅拌均匀即可。
所述的土壤重金属污染治理方法，包括以下步骤：
S1：选择茶树边缘空地，对土壤表层进行翻耕耙地，疏松表土，并平整；
S2：向土壤中加入土壤钝化剂，土壤钝化剂的添加量为0.7kg/m2，土壤改良时间为20天。
实施例4
一种治理土壤砷污染的钝化剂，包括以下组份：改性沸石粉、氧化铁、生物炭和青霉菌，其重量的配比为：改性沸石粉：氧化铁：生物炭＝1：1.5：2，所述生物炭和青霉菌的配比为生物炭：青霉菌＝240:1；氧化铁的粒径为80-100目；
所述改性沸石粉通过以下方法制得：将沸石清洗烘干后用浓度为0.08mol/L的盐酸溶液浸渍6h，清洗至中性，再用浓度为1mol/L的氯化钠溶液浸渍20h，清洗后烘干研磨、焙烧，将焙烧后沸石粉研磨过100目筛，制得初级改性沸石粉；在初级改性沸石粉中加入水和十分之一氧化铁，超声处理5min，再搅拌10h后沉淀，将沉淀物清洗烘干得改性沸石粉；
所述生物炭通过以下方法制得：将生物质干燥后，于390℃下进行厌氧碳化9h，冷却至室温后粉碎成粉，再过80目筛，得到生物炭初产品，在生物炭初产品中加水，充分搅拌后过滤，收集滤液备用，收集残渣并烘干，得到生物炭。
所述钝化剂的制备方法为：首先将青霉菌与生物炭均匀混合，放置1d；然后加入改性沸石粉、剩余的氧化铁搅拌均匀即可。
所述的土壤重金属污染治理方法，包括以下步骤：
S1：选择茶树边缘空地，对土壤表层进行翻耕耙地，疏松表土，并平整；
S2：向土壤中加入土壤钝化剂，土壤钝化剂的添加量为0.8kg/m2，土壤改良时间为15-30天。
试验案例
1、实验方案
选择昌宁县某土壤砷含量超标台地茶基地，实验总占地面积为250m2，分连续的5个区域，分别设置一个实验组、三个对照组和一个空白对照组。
每个台阶为一笼茶叶，茶叶树干至梯田边缘约70-100cm的空地，减少钝化剂直接与根系接触，选择边缘往茶树干50cm空地作为实验用地。五块地试验地选择紧挨着的5块台地茶，每垄台地茶长度为100米，实验组和对照组面积均为50m2。
其中，实验组采用实施例1所述的治理土壤砷污染的钝化剂，沸石12kg+氧化铁12kg+生物炭12kg+青霉菌50g；
对照组1采用熟石灰12kg+氯化铁12kg+生物炭12kg+青霉菌50g；
对照组2采用沸石12kg+氯化铁12kg+蒙脱土12kg；
对照组3采用生物炭12kg+粉煤灰12kg+熟石灰12kg；
对照组4为空白对照组。
2、试验步骤：
(1)在划分区域，对其土壤表层进行翻耕耙地，疏松表土，并平整。
(2)先将钝化剂组合配好，然后再均匀加入实验对应土壤中，每单钝化剂添加量按照土壤质量比1‰，保证土壤与钝化剂混合均匀。(注意事项：①投加药剂应选在无风的晴天，防止扩散流失；②药剂添加时应对茶树根部进行保护，避免药剂洒入)
3、数据采集：
针对五块试验用地，添加钝化剂之前，先检测土壤中砷的总量，各形态量及各pH值；
添加钝化剂后15天和30天测土壤中砷的总量、可交换态，并计算可交换态占比；
4、试验结果：
Figure BDA0002683037080000081
Figure BDA0002683037080000091
根据上表可知：采用实施例1中的钝化剂钝化对重金属砷的治理效果最好，可交换态由重量的30.8％降为重量的5.19％，有效态减少33.856mg/kg。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种治理土壤砷污染的钝化剂，其特征在于，包括以下组份：改性沸石粉、氧化铁、生物炭和青霉菌，其重量的配比为：改性沸石粉：氧化铁：生物炭＝(1-2)：(1-2)：(1-2)，所述生物炭和青霉菌的配比为生物炭：青霉菌＝240:1；
所述改性沸石粉通过以下方法制得：将沸石清洗烘干后用盐酸溶液浸渍4-6h，清洗至中性，再用氯化钠溶液浸渍10-20h，清洗后烘干研磨、焙烧，将焙烧后沸石粉研磨过80-100目筛，制得初级改性沸石粉；在初级改性沸石粉中加入水和十分之一氧化铁，超声处理5-10min，再搅拌8-10h后沉淀，将沉淀物清洗烘干得改性沸石粉；
所述生物炭通过以下方法制得：将生物质干燥后，于350-400℃下进行厌氧碳化8-10h，冷却至室温后粉碎成粉，再过80目筛，得到生物炭初产品，在生物炭初产品中加水，充分搅拌后过滤，收集滤液备用，收集残渣并烘干，得到生物炭。
2.根据权利要求1所述的治理土壤砷污染的钝化剂，其特征在于，所述改性沸石粉：氧化铁：生物炭＝1:1:1。
3.根据权利要求1所述的治理土壤砷污染的钝化剂，其特征在于，所述盐酸溶液的浓度为0.08mol/L、氯化钠溶液的浓度为1mol/L。
4.根据权利要求1所述的治理土壤砷污染的钝化剂，其特征在于，所述氧化铁的粒径为80-100目。
5.根据权利要求1所述的治理土壤砷污染的钝化剂，其特征在于，所述生物炭制备过程中在380℃下进行厌氧碳化9h。
6.根据权利要求1-5任一项所述的治理土壤砷污染的钝化剂，其特征在于，所述钝化剂的制备方法为：首先将青霉菌与生物炭均匀混合，放置1-2d；然后加入改性沸石粉、剩余的氧化铁搅拌均匀即可。
7.一种土壤重金属污染治理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：选择茶树边缘空地，对土壤表层进行翻耕耙地，疏松表土，并平整；
S2：向土壤中加入权利要求1所述的土壤钝化剂。
8.根据权利要求7所述的土壤重金属污染治理方法，其特征在于，土壤钝化剂的添加量为0.7-1kg/m2，土壤改良时间为15-30天。
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