CN115404084A - 一种用于改善污染农田土壤的绿色增肥减污基质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及土壤增肥减污技术领域，尤其涉及一种用于改善污染农田土壤的绿色增肥减污基质。本发明提供一种用于改善污染农田土壤的绿色增肥减污基质,含有下述重量百分比成分：改性粉煤灰50～75％、类腐植酸5～15％等、生物质炭15～25％和碱性多元素肥料5～10％。通过对粉煤灰的碱酸浸溶出重金属预处理，再结合氧化钙高温煅烧改性，使粉煤灰的网络高聚体结构解聚为低聚度硅酸盐胶体物，进一步使活性吸附孔道和点位增多。可大大提高粉煤灰的吸附容量，使得改性后的粉煤灰对Cd、Cu等重金属的吸附去除率得到明显提升。

Description

一种用于改善污染农田土壤的绿色增肥减污基质
技术领域
本发明涉及土壤增肥减污技术领域，尤其涉及一种用于改善污染农田土壤的绿色增肥减污基质。
背景技术
由于近些年广大种植户为了追求产量，而过量使用化肥、农药、农膜残留污染、以及城市工业化废料排放污染。这些污染物所含的重金属、农药残留等有害成分日趋增多，危害人体健康。对于轻度污染农田土壤，常采用客土法、翻耕混匀法、去表土法、表层洁净土壤覆盖法等物理修复技术进行处理。对于中重度Cd、Cu等重金属污染的农田土壤，必须通过调节土壤理化性质以及吸附、沉淀、离子交换、腐殖化、络合等一系列反应，将土壤中的Cd、Cu等重金属固定起来，或者将重金属转化成化学性质不活泼的形态，降低其生物有效性，以达到治理污染土壤的一种修复技术。
粉煤灰具有蜂窝状微观形态，使之容重低、孔隙度大及比表面积大，能够增大土壤孔隙率，降低土壤容重，改善土壤结构的作用是可作为土壤改良剂的主要原因。但是，如何解决粉煤灰中含有重金属物质对土壤的潜在污染问题，以及通过试验研究筛选出与粉煤灰相匹配且适宜的固体废弃物以合理的联合使用方式是本领域人员所急需解决的技术问题。
发明内容
为了克服的缺点，要解决的技术问题为：提供一种用于改善污染农田土壤的绿色增肥减污基质。
本发明的技术方案是：一种用于改善污染农田土壤的绿色增肥减污基质，含有下述重量百分比成分：改性粉煤灰50～75％、类腐植酸5～15％、生物质炭15～25％和碱性多元素肥料5～10％。
在其中一个实施例中，所述改性粉煤灰的制备工艺如下：
S1.碱浸：将粉煤灰按照固液比1∶5加入到4mol/L NaOH溶液中混匀，在80℃下磁力搅拌器中搅拌60min，静置30min后将碱处理后的粉煤灰过滤，用去离子水充分润洗滤渣至中性，得到粉煤灰滤渣；
S2.酸浸：将粉煤灰滤渣按照固液比1∶3加入到1mol/L H2SO4溶液中混匀，在50℃温度下反应60min，冷却至室温，过滤得到预处理后的粉煤灰。
S3.煅烧改性：再将预处理后的粉煤灰和氧化钙(6～9∶1)的质量比均匀混合，移入马弗炉中500℃-800℃下煅烧2～4h，冷却至室温后得到改性后的粉煤灰。
在其中一个实施例中，所述类腐植酸为腐植酸、腐植酸铵、腐植酸钠、腐植酸钾或黄腐酸中的至少一种组分。
在其中一个实施例中，所述生物质炭为木炭、秸秆炭、竹炭、猪粪、牛粪、鸡粪中的至少一种组分。
在其中一个实施例中，所述碱性多元素肥料为硫酸钾镁肥、钙镁磷肥、硅钙钾镁肥中的至少一种组分。
一种用于改善污染农田土壤的绿色增肥减污基质的制备方法为：取各种原料粉碎后按所述配比均匀混合，或常规均匀混合后再按现有工艺造粒即成。
施用方式为：作常规基肥施用，条施或穴施均可，用量为300～500kg/hm2。
有益效果是：1、通过对粉煤灰的碱酸浸溶出重金属预处理，再结合氧化钙高温煅烧改性，使粉煤灰的网络高聚体结构解聚为低聚度硅酸盐胶体物，进一步使活性吸附孔道和点位增多。可大大提高粉煤灰的吸附容量，使得改性后的粉煤灰对Cd、Cu等重金属的吸附去除率得到明显提升。
2、类腐植酸与改性粉煤灰组合，改性粉煤灰的吸附孔道和比表面积大的特点成为类腐植酸与重金属离子发生配位络合作用的迁移活化载体，可在较长时间上促进土壤中可交换态Cu、Cd等重金属向有机结合态和残渣态Cu、Cd的转化。
3、生物质炭可在一定程度上维持改性粉煤灰的团聚胶体物结构的稳定性；碱性肥料还可以促进土壤中重金属的有效性及形态转换。
附图说明
图1为本发明中改性粉煤灰前后的SEM图。
图2为本发明实验例土壤中Cu形态含量百分比变化数据图表。
图3为本发明实验例土壤中Cd形态含量百分比变化数据图表。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。
一种用于改善污染农田土壤的绿色增肥减污基质，含有下述重量百分比成分：改性粉煤灰50～75％、类腐植酸5～15％、生物质炭15～25％和碱性多元素肥料5～10％。
在其中一个实施例中，所述改性粉煤灰的制备工艺如下：
S1.碱浸：将粉煤灰按照固液比1∶5加入到4mol/L NaOH溶液中混匀，在80℃下磁力搅拌器中搅拌60min，静置30min后将碱处理后的粉煤灰过滤，用去离子水充分润洗滤渣至中性，得到粉煤灰滤渣；
S2.酸浸：将粉煤灰滤渣按照固液比1∶3加入到1mol/L H2SO4溶液中混匀，在50℃温度下反应60min，冷却至室温，过滤得到预处理后的粉煤灰。
S3.煅烧改性：再将预处理后的粉煤灰和氧化钙(6～9∶1)的质量比均匀混合，移入马弗炉中500℃-800℃下煅烧2～4h，冷却至室温后得到改性后的粉煤灰。
粉煤灰堆积密度小、比表面积和孔隙率大的特点，施加粉煤灰可以增大土壤孔隙率，能够起到降低土壤容重，改善了土壤结构的物理特性，增加作物根系、土壤微生物活动的空间，从而达到改善土壤紧实化的问题。
在粉煤灰的碱酸浸溶出重金属预处理的过程中，先用NaOH溶液处理粉煤灰，能有效地破坏粉煤灰中的金属氧化物，促进Fe、Al等重金属元素转化为游离态；碱浸后过滤，再用硫酸与滤渣反应钝化，能有效地溶出滤渣中的Fe、Al等重金属元素。溶出重金属的粉煤灰在一定程度上避免了对土壤的二次污染。再结合氧化钙高温煅烧改性；由图1所示的改性粉煤灰前后的SEM图可知，改性工艺使粉煤灰的网络高聚体结构解聚为低聚度硅酸盐胶体物，进一步使活性吸附孔道和点位增多。可大大提高粉煤灰的吸附容量，使得改性后的粉煤灰对Cd、Cu等重金属的吸附去除率得到明显提升。
在其中一个实施例中，所述类腐植酸为腐植酸、腐植酸铵、腐植酸钠、腐植酸钾或黄腐酸中的至少一种组分。
腐植酸是一种成分复杂的天然可溶性有机胶体物质，含有羟基、羧基、羰基、甲基等官能团，能与环境土壤中的阳离子发生吸附、交换、络合作用，在一般酸性土壤中，主要吸附的阳离子有Al3+、H+、K+等，避免了土壤胶体上H+与土壤中固相铝化合物的反应，减少了交换态Al3+的释放(交换态铝离子)，不但可以有效地缓解酸化的再发生，并且降低了土壤酸化下铝毒发生的风险。而在碱性土壤中主要吸附的阳离子有Ca+、Mg+等，在对植物交换态钙、镁离子维持方面起着重要作用。
同时，类腐植酸与改性粉煤灰组合，改性粉煤灰的吸附孔道和比表面积大的特点成为类腐植酸与重金属离子发生配位络合作用的迁移活化载体，可在较长时间上促进土壤中可交换态Cu、Cd等重金属向有机结合态和残渣态Cu、Cd的转化。
在其中一个实施例中，所述生物质炭为木炭、秸秆炭、竹炭、猪粪、牛粪、鸡粪中的至少一种组分。
生物质炭是由植物(秸秆、竹子、树木、粪肥等)在完全或部分缺氧的情况下经热解炭化产生的一类高度芳香化难熔性固态物质。土壤中添加生物质炭可以有效的提高土壤中的团聚体的稳定性以及水分、氮钾磷等养分含量的稳定性。在一定程度上维持改性粉煤灰的团聚胶体物结构的稳定性和土壤肥力。
在其中一个实施例中，所述碱性多元素肥料为硫酸钾镁肥、钙镁磷肥、硅钙钾镁肥等。
碱性多元素肥料可以使包含硅、钙和镁的多元素肥料。其水溶液是碱性的，可以显着改善酸性土壤、提高土壤肥力，同时，碱性肥料还可以促进土壤中重金属的有效性及形态转换。
一种用于改善污染农田土壤的绿色增肥减污基质的制备方法为：取各种原料粉碎后按所述配比均匀混合，或常规均匀混合后再按现有工艺造粒即成。
施用方式为：作常规基肥施用，条施或穴施均可，用量为300～500kg/hm2。
实施例1
一种用于改善污染农田土壤的绿色增肥减污基质，含有下述重量百分比成分：改性粉煤灰50％、黄腐酸15％、木炭25％和硅钙钾镁肥10％。
实施例2
一种用于改善污染农田土壤的绿色增肥减污基质，含有下述重量百分比成分：改性粉煤灰65％、黄腐酸10％、木炭20％和硅钙钾镁肥5％。
实施例3
一种用于改善污染农田土壤的绿色增肥减污基质，含有下述重量百分比成分：改性粉煤灰70％、腐植酸钾10％、牛粪15％和钙镁磷肥5％。
实施例4
一种用于改善污染农田土壤的绿色增肥减污基质，含有下述重量百分比成分：改性粉煤灰60％、腐植酸钠10％、秸秆炭15％和硫酸钾镁肥5％。
实施例5
一种用于改善污染农田土壤的绿色增肥减污基质，含有下述重量百分比成分：改性粉煤灰60％、黄腐酸10％、秸秆炭和牛粪15％、硫酸钾镁肥和钙镁磷肥5％。
实施例6
一种用于改善污染农田土壤的绿色增肥减污基质，含有下述重量百分比成分：改性粉煤灰50％、腐植酸钠和腐植酸钾15％、木炭和牛粪25％、钙镁磷肥和硅钙钾镁肥10％。
实验方案：
选取重金属污染土壤作为实验用土，土壤培养试验共设8(A～H)个实验例，分别为：
对比例A：重金属污染土壤；
实验例B：重金属污染土壤+20g/kg改性粉煤灰；
实验例C：重金属污染土壤+20g/kg改性粉煤灰+3g/kg黄腐酸；
实验例D：重金属污染土壤+20g/kg改性粉煤灰+6g/kg木炭；
实验例E：重金属污染土壤+20g/kg改性粉煤灰+1.5g/kg硅钙钾镁肥；
实验例F：重金属污染土壤+20g/kg改性粉煤灰+3g/kg黄腐酸+6g/kg木炭；
实验例G：重金属污染土壤+20g/kg改性粉煤灰+3g/kg黄腐酸+1.5g/kg硅钙钾镁肥；
实验例H：重金属污染土壤+20g/kg改性粉煤灰+3g/kg黄腐酸+6g/kg木炭+1.5g/kg硅钙钾镁肥；(其中每个实验例做3组平行对照，实验数据取平均值)。
其中设置每盆1.5kg，充分混匀后置于塑料盆中，相对土壤田间持水量保持为70％，用保鲜膜及橡皮筋对塑料盆封口并留孔。将塑料盆置于25℃的恒温培养箱中培养，每周称重一次并补充水分。在培养20天后取新鲜土样，参照BCR连续提取法对土壤中Cu和Cd的不同形态分级测定。主要分为三部分：可交换态、有机结合态和残渣态。
数据分析：
由图2～3实验例数据分析可知，在重金属污染土壤中施加不同成分组合的实验例中，各类实验例(B～H)相对空白对比例A均能有效降低可交换态Cu、Cd并增加残渣态Cu、Cd含量。其中，从实验例C～E对比实验例B可知，类腐植酸与改性粉煤灰组合，改性粉煤灰的吸附孔道和比表面积大的特点成为类腐植酸与重金属离子发生配位络合作用的迁移活化载体，可在较长时间上促进土壤中可交换态Cu、Cd等重金属向有机结合态和残渣态Cu、Cd的转化。
此外，从实验例F对比实验例C可知，生物质炭可在一定程度上维持改性粉煤灰的团聚胶体物结构的稳定性。从实验例G对比实验例C可知，机结合态Cu、Cd变化不大，而可交换态Cu、Cd明显向残渣态Cu、Cd的转化；原因是由于碱性肥料还可以促进土壤中重金属的有效性及形态转换。
综上，在改性粉煤灰改善土壤理化结构并配合类腐植酸互为活化载体产生吸附、交换、络合作用的的基础上，生物质炭和碱性肥料成分能进一步发挥出物理吸附和化学络合作用，促进土壤中重金属Cu、Cd向残渣态的形态转化。达到改善土壤重金属污染，避免农作物的重金属含量超标，粮食减产等不利影响。
以上所述仅为本发明的实施例子而已，并不用于限制本发明。凡在本发明的原则之内，所作的等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。本发明未作详细阐述的内容属于本专业领域技术人员公知的已有技术。

Claims (6)

1.一种用于改善污染农田土壤的绿色增肥减污基质，其特征在于：含有下述重量百分比成分：改性粉煤灰50～75％、类腐植酸5～15％、生物质炭15～25％和碱性多元素肥料5～10％。
2.如权利要求1所述的一种用于改善污染农田土壤的绿色增肥减污基质，其特征在于：所述改性粉煤灰的制备工艺如下：
S1.碱浸：将粉煤灰按照固液比1∶5加入到4mol/L NaOH溶液中混匀，在80℃下磁力搅拌器中搅拌60min，静置30min后将碱处理后的粉煤灰过滤，用去离子水充分润洗滤渣至中性，得到粉煤灰滤渣；
S2.酸浸：将粉煤灰滤渣按照固液比1∶3加入到1mol/L H2SO4溶液中混匀，在50℃温度下反应60min，冷却至室温，过滤得到预处理后的粉煤灰；
S3.煅烧改性：再将预处理后的粉煤灰和氧化钙(6～9∶1)的质量比均匀混合，移入马弗炉中500℃-800℃下煅烧2～4h，冷却至室温后得到改性后的粉煤灰。
3.如权利要求1-2任意一项所述的一种用于改善污染农田土壤的绿色增肥减污基质，其特征在于：所述类腐植酸为腐植酸、腐植酸铵、腐植酸钠、腐植酸钾或黄腐酸中的至少一种组分。
4.如权利要求1-2任意一项所述的一种用于改善污染农田土壤的绿色增肥减污基质，其特征在于：所述生物质炭为木炭、秸秆炭、竹炭、猪粪、牛粪、鸡粪中的至少一种组分。
5.如权利要求1-2任意一项所述的一种用于改善污染农田土壤的绿色增肥减污基质，其特征在于：所述碱性多元素肥料为硫酸钾镁肥、钙镁磷肥、硅钙钾镁肥中的至少一种组分。
6.一种用于改善污染农田土壤的绿色增肥减污基质的制备方法为：称取如权利要求1所述的各种原料粉碎后按所述配比均匀混合，或常规均匀混合后再按现有工艺造粒即成。
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