CN112479773A - 一种适用于重金属复合污染土壤的复配型钝化剂及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于重金属复合污染土壤的复配型钝化剂及其使用方法，属于农用地修复技术领域，该复配型钝化剂是以凹凸棒石或海泡石、硅烷偶联剂、秸秆、发酵鸡粪、蚯蚓营养土为主要原料组成，其质量比为：凹凸棒石或者海泡石20％—50％、硅烷偶联剂1％—5％、秸秆5％—20％、发酵鸡粪20％—50％、蚯蚓营养土20％—50％；上述各成分的重量百分比之和为100％。使用时，先完成制备过程，再按照一定的质量比例与土壤混合均匀。该复配型钝化剂的制备方法简单、成本较低、具有很好的推广应用价值。

Description

一种适用于重金属复合污染土壤的复配型钝化剂及其使用 方法

技术领域

本发明属于农用地土壤修复领域，具体地，涉及一种适用于重金属复合污染土壤的复配型钝化剂及其使用方法。

背景技术

2014年公布的全国土壤污染调查公布显示，中国大约有19.4％(大约2.0×10⁷公顷)的耕地存在重金属污染问题。土壤中的重金属具有持久性、不变形、植物吸收隐蔽性、不可降解性，它容易被植物吸收并通过食物链的生物放大作用给食品安全和人类健康带来直接危害。重金属污染治理技术包括客(换)土法、固化/稳定化、土壤淋洗与冲洗、热分离、蒸汽抽提、植物修复、电动修复等。土壤原位钝化修复(In-situ remediation)是针对中轻度重金属污染问题发展起来的一种边修复边生产的土壤污染治理技术。主要通过向土壤中添加钝化修复剂，调节土壤的理化特性，经过一系列的氧化还原作用、层间离子交换、化学吸附、络合和沉淀作用，改变重金属在土壤中的化学形态及区域，降低重金属的生物有效浓度，抑制其在农作物中的吸收和累积。常用的钝化材料主要是一些具有较强吸附性、离子交换性能以及较大比表面积的物质，包括粘土矿物、含磷材料、硅钙物质、有机物料，金属及其氧化物以及生物炭等。

近十年，有关单一钝化材料降低土壤中重金属的有效性以及作物对重金属的吸收，主要关注钝化材料对重金属的修复效率。但是，天然钝化材料对两种或多种重金属复合污染的修复效果较差，对复配和改性的钝化材料的应用研究逐渐取代了对单一钝化材料的研究。动物粪便、生物固体、堆肥和作物秸秆等有机废弃物通过改变土壤的理化性质钝化土壤重金属；有机物通过吸附、沉淀、络合、腐殖化和氧化还原等作用，提高土壤阳离子交换量，降低重金属的有效性；无机钝化材料如粘土矿物、石灰、磷肥、含硅材料等钝化材料具有见效快、效率高和成本低的优势，石灰通过增大土壤pH、阳离子交换量促进重金属的沉淀和吸附，磷和重金属可以形成稳定的化合物降低其有效性，粘土矿物通过较大的比表面积和官能团降低重金属的有效性，较高的pH、阳离子交换量也有利于粘土矿物对重金属的吸附。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种适用于重金属复合污染土壤的复配型钝化剂及其使用方法，在保证安全生产的同时，提高作物产量和品质。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种适用于重金属复合污染土壤的复配型钝化剂，包括按照重量百分比计的以下成分：

凹凸棒石或者海泡石20％—50％；

秸秆5％—20％；

发酵鸡粪20％—50％；

蚯蚓营养土20％—50％；

硅烷偶联剂1％—5％；

上述各成分的重量百分比之和为100％。

凹凸棒石通过降低土壤颗粒的zeta电位(电动电位)，促进Cd²⁺在土壤颗粒表面的络合凝聚；海泡石一方面通过离子交换吸附固定重金属，另一方面通过降低土壤pH，增加胶体表面负电荷，促进对重金属的吸附；秸秆能增加土壤的孔隙度，并提高土壤的保水能力；施用发酵鸡粪增加土壤有机质的含量，通过增加土壤养分促进作物生长，增大作物生物量，尤其针对养分缺乏的土壤。蚯蚓营养土一方面通过增加土壤有机质含量，另一方面通过吸附作用降低重金属的活性；硅烷偶联剂通过巯基官能团改善土壤胶体的吸附性能，降低重金属的活性和迁移能力。

进一步的，所述凹凸棒石、海泡石、发酵鸡粪、蚯蚓营养土均为粉末状，粒度60—100目。

进一步的，所述秸秆的目数为20—40目。

进一步的，所述污染土壤pH为5.5—8.5。

进一步的，所述发酵鸡粪含氮3％—5％，含磷0.5％—2％，含钾1.5％—3％，含硫2％—5％，含有机质≥40％。

进一步的，所述蚯蚓营养土含氮0.5％—1％，含磷0.2％—1.0％，含钾1.0—3.0％，含硫0.2％—0.5％，含有机质10％—30％。

本发明的另一目的在于提供所述的适用于重金属复合污染土壤的复配型钝化剂的使用方法，按以下步骤进行操作：

(1)将各种材料按照配比采用人工的方式进行混合；

(2)将制备好的复配型钝化剂按土壤质量0.5—5.0％的添加量同时加入到污染土壤中进行充分混匀；

(3)向土壤中加水，保持田间饱和持水量的70—75％，稳定化培养7-14天。

相对于现有技术，本发明所述的适用于重金属复合污染土壤的复配型钝化剂及其使用方法具有以下优势：

(1)与现有技术相比，本发明能同时实现两种或两种以上重金属的协同钝化，降低土壤中重金属的活性和迁移性，降低作物对重金属的吸收和累积，作物可食部分重金属含量低于食品安全国家标准(GB2762—2017)规定的限值。

(2)本发明的原料来源广泛，成本较低，操作简单，具有很好的推广应用价值。

(3)本发明所用复配型钝化剂含腐熟的有机肥，能够有效的改良土壤，提供作物的产量和品质。

具体实施方式

除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

下面结合实施例来详细说明本发明。

以下实施例中的硅烷偶联剂的生产厂家为天津裕林化工有限公司，型号为KH550。

实施例1

实验所用土壤为弱酸性土壤，土壤pH值为6.21，主要污染物为Cd、As，污染浓度分别为2.48mg·kg^-1，46.3mg·kg^-1。将总添加量为土壤质量的2.0％的本发明的复配型钝化剂分别加入污染土壤中，将钝化剂与土壤充分混合，保持田间饱和持水量的70—75％，稳定化培养两周后，将水稻幼苗移栽到污染土壤培养，采用全生育期淹水(土壤表面保持3-5cm的水位)两种方式进行培养，120天后收获水稻，测定糙米中镉和无机砷的含量。

以不添加钝化剂作为空白对照处理(下文以CK表示)，设置两组不同的对照组T₁、T₂，本实施例及对照组的组分及各组分的配比见表1。

表1不同的复配处理

测定方法参照采用食品中总砷和无机砷的测定方法(GB/T 5009.11-2003)、食品中镉的测定方法(GB/T 5009.15-2014)。

表2空白对照组、对照组和实施例1的检测结果

处理	糙米镉含量(mg·kg<sup>-1</sup>)	糙米无机砷(mg·kg<sup>-1</sup>)
			CK	0.29	0.43
T<sub>1</sub>	0.20	0.29
			T<sub>2</sub>	0.26	0.21
实施例2	0.14	0.09

由表2中的数据可以看出，与空白对照组相比，实施例1的糙米镉含量降低51.7％，糙米无机砷降低79.1％，而T₁和T₂的糙米镉含量分别降低31.0％、10.3％，而T₁和T₂的糙米无机砷含量分别降低32.6％、51.2％。采用本发明的复配型钝化剂，能够同时将糙米镉和无机砷含量控制在国家相关标准以下。

实施例2

实验所用土壤为碱性土壤，土壤pH值为8.04，主要污染物为Cd、Pb，污染浓度分别为3.86mg·kg^-1，606mg·kg^-1。将总添加量为土壤质量的2.0％的本发明的复配型钝化剂分别加入污染土壤中，将钝化剂与土壤充分混合，保持田间饱和持水量的70—75％，稳定化培养两周后播种油菜，生长35天后收获油菜，采集油菜可食部分测定镉和铅的含量。

以不添加钝化剂作为空白对照处理(下文以CK表示)，设置两组不同的对照组T₁、T₂，本实施例及对照组的组分及各组分的配比见表3。

表3不同的复配处理

测定方法参照采用食品中铅的测定方法(GB/T 5009.12-2017)、食品中镉的测定方法(GB/T 5009.15-2014)。

表4空白对照组、对照组和实施例2的检测结果

由表4中的数据可以看出，与空白对照组相比，实施例1的采用全生育期的方式油菜可食部分镉降低75.9％，油菜可食部分铅含量降低82.5％，而T₁和T₂的油菜可食部分镉分别降低48.3％、62.1％，油菜可食部分铅含量分别降低29.9％、57.1％。采用本发明的复配型钝化剂，能够同时将油菜可食部分镉和铅的含量控制在国家相关标准以下。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种适用于重金属复合污染土壤的复配型钝化剂，其特征在于：包括按照重量百分比计的以下成分：

凹凸棒石或者海泡石20％—50％；

秸秆5％—20％；

发酵鸡粪20％—50％；

蚯蚓营养土20％—50％；

硅烷偶联剂1％—5％；

上述各成分的重量百分比之和为100％。

2.根据权利要求1所述的适用于重金属复合污染土壤的复配型钝化剂，其特征在于：所述凹凸棒石、海泡石、发酵鸡粪、蚯蚓营养土均为粉末状，粒度60—100目。

3.根据权利要求1所述的适用于重金属复合污染土壤的复配型钝化剂，其特征在于：所述秸秆的目数为20—40目。

4.根据权利要求1所述的适用于重金属复合污染土壤的复配型钝化剂，其特征在于：所述污染土壤pH为5.5—8.5。

5.根据权利要求1所述的适用于重金属复合污染土壤的复配型钝化剂，其特征在于：所述发酵鸡粪含氮3％—5％，含磷0.5％—2％，含钾1.5％—3％，含硫2％—5％，含有机质≥40％。

6.根据权利要求1所述的适用于重金属复合污染土壤的复配型钝化剂，其特征在于：所述蚯蚓营养土含氮0.5％—1％，含磷0.2％—1.0％，含钾1.0—3.0％，含硫0.2％—0.5％，含有机质10％—30％。

7.权利要求1—6任意一项所述的适用于重金属复合污染土壤的复配型钝化剂的使用方法，其特征在于：按以下步骤进行操作：

(1)将各种材料按照配比采用人工的方式进行混合；

(2)将制备好的复配型钝化剂按土壤质量0.5—5.0％的添加量同时加入到污染土壤中进行充分混匀；

(3)向土壤中加水，保持田间饱和持水量的70—75％，稳定化培养7—14天。