CN113290031A - 一种污染土壤的深度药剂修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种污染土壤的深度药剂修复方法，其包括以下步骤，土壤粉碎、药剂修复、土壤破碎、二次修复，得到污染修复的修复土壤；其中，每立方米土壤的药剂总投加量为4‑6L，所述药剂由以下重量份的原料组成，消石灰或石灰石15‑25份；有机肥5‑10份；水100份。本发明通过优化污染土壤的药剂修复方法，并通过优化药剂的配方配比，从而实现长期便捷持续性用于土壤重金属污染修复地目的。
Description
技术领域
本发明涉及污染土壤修复的技术领域，尤其是涉及一种污染土壤的深度药剂修复方法。
背景技术
土地土壤污染作为一个制约人类社会可持续发展的问题正日益受到世界各国的广泛关注。造成土壤污染的原因主要有过量使用化学肥料、化学农药，各种污水、污泥及有机废弃物的不当处置，有害物质的事故性排放及各类污染物在土壤中的长期积累等，逐步对地表、地下土壤造成污染。
土壤修复是使遭受污染的土壤恢复正常指标的方法措施，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，污染土壤修复的方法原理可包括为：(1)改变污染物在土壤中的存在形态或结合方式，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。
目前常用的污染土壤氰化物有机物修复方法多为简单的生物方法，例如，公开号为CN109796985A的中国专利公开了一种用于农田土壤重金属污染修复的钝化药剂及其制备方法。所述钝化药剂包括以下重量份的组分：复合生物有机肥1-2份，磷矿粉0.2-0.4份；所述钝化药剂的制备方法包括以下步骤：将复合生物有机肥和磷矿粉按比例混合均匀，得到用于农田土壤重金属污染修复的钝化药剂。
采用上述药剂修复污染土壤的方式具有操作简单的优点，但是，上述中的现有技术方案存在以下缺陷：随着我国畜禽养殖集约化、规模化发展，多种重金属元素被广泛应用于畜禽饲料添加剂中，对于畜禽来说，这些重金属元素的生物效价低、不易于吸收，大部分随着复合生物有机肥进入到原本就被污染的土壤当中。另外，现有的药剂修复方式时效性差、成本高，若药剂的使用方法或用量不当，不仅达不到修复效果，反而出现新的污染。因此，亟待需要开发一种可以长期便捷持续性用于土壤重金属污染修复的处理工艺技术。
发明内容
本发明要解决的问题是针对现有技术中所存在的上述不足而提供一种污染土壤的深度药剂修复方法，其通过优化药剂修复方法的方式，达到了降低土壤重金属污染的目的。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种污染土壤的深度药剂修复方法，包括以下步骤，S1 土壤粉碎，将污染土壤于半密闭环境中进行破碎、筛分的预处理工艺，处理时间1-2min，使其粒径相对均匀且减小为0.25-2.00mm；S2 药剂修复，在S1的污染土壤筛落过程中，使用药剂喷洒装置对污染土壤进行药剂的雾化喷淋；S3 土壤破碎，用一对破碎辊轴对经过初步修复后的污染土壤进行破碎，这对破碎辊轴按照15-25r/min的转速同向运动，并将块状土壤破碎成粉末状；S4 二次修复，在S3的污染土壤滚落过程中，再次使用药剂喷洒装置对污染土壤进行药剂的雾化喷淋，得到污染修复的修复土壤；其中，每立方米土壤的药剂总投加量为4-6L，所述药剂由以下重量份的原料组成，消石灰或石灰石 15-25份；有机肥 5-10份；水 100份。
通过采用上述技术方案，对于经过破碎、筛分的土壤，其与药剂的接触面积更大，从而对土壤进行初步的药剂修复操作，由于被雾化喷淋后的土壤容易结块，因此采用破碎辊轴破碎这些结块的土壤，既能促使土壤与药剂进一步混合接触，又能使土壤破碎成粉末状，以便进行二次药剂修复操作，通过两次的药剂修复后，即可达到修复土壤重金属污染的目的，操作简易快捷；其中，药剂中所含的消石灰或石灰石能提高土壤的pH值，从而迫使汞、镉、铜等形成氢氧化物沉淀，从而降低他们在土壤中的浓度，而增施有机肥料可以增加土壤有机质和养分含量，从而改善土壤的理化性质、提高土壤容量，并能提高土壤对这些重金属物质的吸附净化能力，而且在土壤内的有机肥腐化后，其腐殖质可络合污染物质，显著提高土壤钝化污染物的能力；在此过程中，通过优化污染土壤的药剂修复方法，并通过优化药剂的配方配比，从而实现长期便捷持续性用于土壤重金属污染修复地目的。
具体地，所述S2中药剂的投加量与所述S4中药剂的投加量的比值为（1-3）：1，且所述S2和S4中，药剂的雾化粒径为100-300μm。在该条件下，药剂修复过程的土壤修复效率最佳。
具体地，所述有机肥由包含以下重量份的原料组成，腐熟堆肥 100份；植物修复剂10-30份；化学抑制剂 5-10份；微生物降解菌剂 1-3份；保水材料 4-8份。腐熟堆肥、植物修复剂、化学抑制剂、微生物降解菌剂和保水材料分别用于提高土壤钝化污染物的能力、提高土壤对重金属的吸收聚齐和防虫害能力、控制硝酸盐和亚硝酸盐的大量累积、减少农药残留、增强土壤肥力和保水能力，且各组分之间的比例相协调，能高效降低污染土壤重金属有效性，而且能够减缓土壤酸化，改良土壤结构，使得修复后的土壤实现可持续利用。
进一步地，所述腐熟堆肥由畜禽粪便与秸秆混合而成，且所述腐熟堆肥的碳氮比控制在25-35、含水率控制在45-55%。碳氮比和含水量对腐熟堆肥的堆肥时间有决定性影响，因此通过调控上述两个影响因素，能保证堆肥得到的腐熟堆肥具有良好的品质，使得其中的腐殖质等能可持续的提高土壤修复过程的效率。
优选地，所述畜禽粪便为家禽粪便，所述秸秆为小麦秸秆、玉米秸秆、大豆秸秆或高粱秸秆。
进一步地，所述植物修复剂为尼泊尔龙芽草提取物、偃麦草提取物和臭椿提取物中的一种或几种组合物。上述植物修复剂能为有机肥提供杀虫、抗虫和保水能力，有效杀死土壤中的地下害虫，增强土壤肥力和保水能力。
进一步地，所述化学抑制剂由1-2份生物炭、2-4份硝化抑制剂和2-4份脲酶抑制剂组成。生物炭能与消石灰或石灰石协同作用，进一步提高药剂的金属钝化能力，并辅以硝化抑制剂和脲酶抑制剂控制硝酸盐和亚硝酸盐的大量累积，从而使得修复后的土壤实现可持续利用。
优选地，所述硝化抑制剂为肉桂酸甲酯、3,4-二甲基吡唑磷酸盐和2-氯-6三氯甲基吡啶中的一种或几种组合物，所述脲酶抑制剂为N-丁基硫代磷酰三胺、苯基磷酰二胺、氢醌和硫代磷酰三胺中的一种或几种组合物。
进一步地，所述微生物降解菌剂包括解磷菌、解钾菌和固氮菌。在药剂施入土壤后，解磷菌、解钾菌和固氮菌能稳定定植于植物根系周围并形成优势菌群，具有解磷解钾固氮及虫害防治等特定肥料效应，并且在微生物菌剂的生命活动过程中，同时还会产生活性物质，促进植物生长及控制，使得修复后的土壤实现可持续利用。
进一步地，所述保水材料由包含以下重量份的原料组成，β-萘磺酸盐甲醛缩合物15-30份；季铵盐-18膨润土 7-15份；纤维素醚 8-15份；环糊精月桂酸酯 8-15份；过氧化二异丙苯 1.0-2.5份；双氧水 1.0-2.5份。β-萘磺酸盐甲醛缩合物属于阴离子表面活性剂，其在过氧化二异丙苯和双氧水存在的条件下，与季铵盐-18膨润土、纤维素醚和环糊精月桂酸酯协同作用，能提高有机肥的保水能力，进而能避免土壤中的水分流失。
综上所述，本发明的有益技术效果为：通过优化污染土壤的药剂修复方法，并通过优化药剂的配方配比，从而实现长期便捷持续性用于土壤重金属污染修复地目的。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解，下面结合具体实施方式对本发明作进一步阐述。
实施例
实施例1：为本发明公开的一种污染土壤的深度药剂修复方法，包括以下步骤，
S1 土壤粉碎，将污染土壤于半密闭环境中进行破碎、筛分的预处理工艺，处理时间1-2min，使其粒径相对均匀且减小为0.25-2.00mm；
S2 药剂修复，在S1的污染土壤筛落过程中，使用药剂喷洒装置对污染土壤进行药剂的雾化喷淋；
S3 土壤破碎，用一对破碎辊轴对经过初步修复后的污染土壤进行破碎，这对破碎辊轴按照15r/min的转速同向运动，并将块状土壤破碎成粉末状；
S4 二次修复，在S3的污染土壤滚落过程中，再次使用药剂喷洒装置对污染土壤进行药剂的雾化喷淋，得到污染修复的修复土壤；
在S2和S4中，药剂的雾化粒径为100μm，每立方米土壤的药剂总投加量为4-6L，且S2中药剂的投加量与S4中药剂的投加量的比值为1：1。
在S2中，预先通过如下方法制备得到药剂，
（1）将畜禽粪便与秸秆分别进行碎化、筛分、杀菌，测定各原料的C、N含量以及含水率，然后称取畜禽粪便和秸秆并混合，堆垛发酵，调整腐熟堆肥的碳氮比控制在25-35、含水率控制在45-55%，得到腐熟堆肥；其中，畜禽粪便为家禽粪便，秸秆为小麦秸秆、玉米秸秆、大豆秸秆或高粱秸秆；
（2）准备泊尔龙芽草提取物、偃麦草提取物和臭椿提取物，混合制得植物修复剂；
（3）准备肉桂酸甲酯、3,4-二甲基吡唑磷酸盐和2-氯-6三氯甲基吡啶，混合制得硝化抑制剂；准备N-丁基硫代磷酰三胺、苯基磷酰二胺、氢醌和硫代磷酰三胺，混合制得脲酶抑制剂；然后，按比例混合生物炭、硝化抑制剂和脲酶抑制剂，得到化学抑制剂；
（4）准备由包含解磷菌、解钾菌和固氮菌等原料组成的微生物降解菌剂；
（5）采用β-萘磺酸盐甲醛缩合物、季铵盐-18膨润土、纤维素醚、环糊精月桂酸酯、过氧化二异丙苯和双氧水制得保水材料；
（6）按照比例混合步骤1-5得到的腐熟堆肥、植物修复剂、化学抑制剂、微生物降解菌剂和保水材料，得到有机肥；
（7）按照比例混合消石灰、步骤6得到的有机肥和水，得到药剂；
其中，药剂原料中各组分的重量份数如表1所示。
实施例2：为本发明公开的一种污染土壤的深度药剂修复方法，与实施例1的不同之处在于，包括以下步骤，
S1 土壤粉碎，将污染土壤于半密闭环境中进行破碎、筛分的预处理工艺，处理时间1-2min，使其粒径相对均匀且减小为0.25-2.00mm；
S2 药剂修复，在S1的污染土壤筛落过程中，使用药剂喷洒装置对污染土壤进行药剂的雾化喷淋；
S3 土壤破碎，用一对破碎辊轴对经过初步修复后的污染土壤进行破碎，这对破碎辊轴按照20r/min的转速同向运动，并将块状土壤破碎成粉末状；
S4 二次修复，在S3的污染土壤滚落过程中，再次使用药剂喷洒装置对污染土壤进行药剂的雾化喷淋，得到污染修复的修复土壤；
在S2和S4中，药剂的雾化粒径为200μm，每立方米土壤的药剂总投加量为4-6L，且S2中药剂的投加量与S4中药剂的投加量的比值为2：1。
其中，药剂原料中各组分的重量份数如表1所示。
实施例3：为本发明公开的一种污染土壤的深度药剂修复方法，与实施例1的不同之处在于，包括以下步骤，
S1 土壤粉碎，将污染土壤于半密闭环境中进行破碎、筛分的预处理工艺，处理时间1-2min，使其粒径相对均匀且减小为0.25-2.00mm；
S2 药剂修复，在S1的污染土壤筛落过程中，使用药剂喷洒装置对污染土壤进行药剂的雾化喷淋；
S3 土壤破碎，用一对破碎辊轴对经过初步修复后的污染土壤进行破碎，这对破碎辊轴按照20r/min的转速同向运动，并将块状土壤破碎成粉末状；
S4 二次修复，在S3的污染土壤滚落过程中，再次使用药剂喷洒装置对污染土壤进行药剂的雾化喷淋，得到污染修复的修复土壤；
在S2和S4中，药剂的雾化粒径为200μm，每立方米土壤的药剂总投加量为4-6L，且S2中药剂的投加量与S4中药剂的投加量的比值为2：1。
其中，药剂原料中各组分的重量份数如表1所示。
实施例4：为本发明公开的一种污染土壤的深度药剂修复方法，与实施例1的不同之处在于，包括以下步骤，
S1 土壤粉碎，将污染土壤于半密闭环境中进行破碎、筛分的预处理工艺，处理时间1-2min，使其粒径相对均匀且减小为0.25-2.00mm；
S2 药剂修复，在S1的污染土壤筛落过程中，使用药剂喷洒装置对污染土壤进行药剂的雾化喷淋；
S3 土壤破碎，用一对破碎辊轴对经过初步修复后的污染土壤进行破碎，这对破碎辊轴按照25r/min的转速同向运动，并将块状土壤破碎成粉末状；
S4 二次修复，在S3的污染土壤滚落过程中，再次使用药剂喷洒装置对污染土壤进行药剂的雾化喷淋，得到污染修复的修复土壤；
在S2和S4中，药剂的雾化粒径为300μm，每立方米土壤的药剂总投加量为4-6L，且S2中药剂的投加量与S4中药剂的投加量的比值为3：1。
其中，药剂原料中各组分的重量份数如表1所示。
实施例5：为本发明公开的一种污染土壤的深度药剂修复方法，与实施例1的不同之处在于，药剂原料中各组分的重量份数如表1所示。
表1
性能检测试验
将实施例1-5的污染土壤和修复土壤按照检测项目进行检测，检测方法的依据如表2所示，检测结果如表3所示。
表2
表3
从表3可以看出，采用本发明的方法对污染土壤进行修复，能有效降低污染土壤的酸度和重金属的含量，并能提高土壤肥力和保水能力，使得修复后的土壤实现可持续利用。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种污染土壤的深度药剂修复方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1 土壤粉碎，将污染土壤于半密闭环境中进行破碎、筛分的预处理工艺，处理时间1-2min，使其粒径相对均匀且减小为0.25-2.00mm；
S2 药剂修复，在S1的污染土壤筛落过程中，使用药剂喷洒装置对污染土壤进行药剂的雾化喷淋；
S3 土壤破碎，用一对破碎辊轴对经过初步修复后的污染土壤进行破碎，这对破碎辊轴按照15-25r/min的转速同向运动，并将块状土壤破碎成粉末状；
S4 二次修复，在S3的污染土壤滚落过程中，再次使用药剂喷洒装置对污染土壤进行药剂的雾化喷淋，得到污染修复的修复土壤；
其中，每立方米土壤的药剂总投加量为4-6L，所述药剂由以下重量份的原料组成，
消石灰或石灰石 15-25份；
有机肥 5-10份；
水 100份。
2.根据权利要求1所述的一种污染土壤的深度药剂修复方法，其特征在于：所述S2中药剂的投加量与所述S4中药剂的投加量的比值为（1-3）：1，且所述S2和S4中，药剂的雾化粒径为100-300μm。
3.根据权利要求1所述的一种污染土壤的深度药剂修复方法，其特征在于：所述有机肥由包含以下重量份的原料组成，
腐熟堆肥 100份；
植物修复剂 10-30份；
化学抑制剂 5-10份；
微生物降解菌剂 1-3份；
保水材料 4-8份。
4.根据权利要求3所述的一种污染土壤的深度药剂修复方法，其特征在于：所述腐熟堆肥由畜禽粪便与秸秆混合而成，且所述腐熟堆肥的碳氮比控制在25-35、含水率控制在45-55%。
5.根据权利要求4所述的一种污染土壤的深度药剂修复方法，其特征在于：所述畜禽粪便为家禽粪便，所述秸秆为小麦秸秆、玉米秸秆、大豆秸秆或高粱秸秆。
6.根据权利要求3所述的一种污染土壤的深度药剂修复方法，其特征在于：所述植物修复剂为尼泊尔龙芽草提取物、偃麦草提取物和臭椿提取物中的一种或几种组合物。
7.根据权利要求3所述的一种污染土壤的深度药剂修复方法，其特征在于：所述化学抑制剂由1-2份生物炭、2-4份硝化抑制剂和2-4份脲酶抑制剂组成。
8.根据权利要求7所述的一种污染土壤的深度药剂修复方法，其特征在于：所述硝化抑制剂为肉桂酸甲酯、3,4-二甲基吡唑磷酸盐和2-氯-6三氯甲基吡啶中的一种或几种组合物，所述脲酶抑制剂为N-丁基硫代磷酰三胺、苯基磷酰二胺、氢醌和硫代磷酰三胺中的一种或几种组合物。
9.根据权利要求3所述的一种污染土壤的深度药剂修复方法，其特征在于：所述微生物降解菌剂包括解磷菌、解钾菌和固氮菌。
10.根据权利要求3所述的一种污染土壤的深度药剂修复方法，其特征在于：所述保水材料由包含以下重量份的原料组成，
β-萘磺酸盐甲醛缩合物 1.5-3.0份；
季铵盐-18膨润土 0.7-1.5份；
纤维素醚 0.8-1.5份；
环糊精月桂酸酯 0.8-1.5份；
过氧化二异丙苯 0.1-0.2份；
双氧水 0.1-0.3份。
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