CN117417753A - 一种重金属污染土壤靶向修复产品及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种重金属污染土壤靶向修复产品及其制备方法。所述重金属污染土壤靶向修复产品，由以下重量份的原材料组成：吸附剂80‑120份、蚯蚓粪20‑30份、复合微生物菌剂1‑5份、生物炭20‑30份及磷矿粉10‑20份。其中：所述吸附剂为改性后的海泡石，所述微生物制剂由克雷伯氏菌和铜绿假单胞杆菌组成，所述生物炭由玉米秸秆生物炭组成。通过吸附剂、蚯蚓粪、复合微生物菌剂、生物炭及磷矿粉的配合使用，制备成土壤调理剂能够显著提高对土壤中重金属的固化效果，能够吸附重金属、改变土壤中重金属的生物利用度，而且可以提高植物对于重金属的抗性，从而起到降低土壤重金属的生物有效性。
Description
技术领域
本发明涉及农田土壤修复技术领域，具体为一种重金属污染土壤靶向修复产品及其制备方法。
背景技术
根据生态环境部报告，影响我国农用地土壤环境质量的主要污染物是重金属。土壤重金属污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性，当土壤中有害重金属积累到一定程度，不仅会导致土壤地力退化，农作物产量和品质下降，而且还会通过径流、淋失作用进入江河湖海，造成农业面源污染，并可能直接毒害植物或通过食物链途径危害人体健康。
重金属修复主要包括客土、物理修复、化学修复和植物修复，客土和物理修复成本较高，难以大范围推行，化学修复主要采用向土壤中施入调理剂，通过对重金属的吸附、氧化还原、拮抗或沉淀作用，降低重金属的生物有效性，目前已报导的土壤调理剂很多，但往往需要较大的施用量，才能获得很好的固化效果，且一旦土壤条件发生变化或受到酸雨淋洗浸泡、微生物活动分解等影响，重金属容易被再次激活。植物修复虽然可以有效减少土壤中重金属含量，但需要较长周期，在目前耕地紧张的情况下，农户很难配合进行，而且种植收获植物的处理又是一个技术难题，处理费用不菲。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种重金属污染土壤靶向修复产品及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题，本发明吸附剂、蚯蚓粪、复合微生物菌剂、生物炭及磷矿粉的配合使用，制备成土壤调理剂能够显著提高对土壤中重金属的固化效果，从而起到降低土壤重金属的生物有效性。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种重金属污染土壤靶向修复产品，该重金属污染土壤靶向修复产品由以下重量份的原材料制备而成：吸附剂80-120份、蚯蚓粪20-30份、复合微生物菌剂1-5份、生物炭20-30份以及磷矿粉10-20份。
进一步的，所述蚯蚓粪pH为6.8-7.2，有机质含量大于40％。
进一步的，所述复合微生物制剂为克雷伯氏菌和铜绿假单胞杆菌组成，其质量比为5-9:1-4。
进一步的，所述生物炭为玉米秸秆生物炭。
一种如上述修复产品的制备方法，该制备方法包括对吸附剂和对生物炭的加工过程，所述吸附剂的制备包括海泡石活化、吸附剂制备。
进一步的，所述海泡石活化过程中，将海泡石纤维粉碎后分散于质量分数为5％的HCl溶液中，搅拌反应2h，抽滤，洗涤，干燥，得到活化后的海泡石纤维粉；所述吸附剂制备过程中，先将活化后的海泡石纤维粉分散在乙醇中，加入硅烷偶联剂后反应2h，过滤，然后分散在水中，水浴加热15min，反应完成后进行抽滤、水洗、烘干、粉磨，最终得到粒径为50μm的所述吸附剂。
进一步的，所述生物炭的加工步骤包括：将购得的玉米秸秆通过厌氧裂解法制得玉米秸秆生物炭粗品，将制得的玉米秸秆生物炭粗品与超纯水按体积比1:10混合，经过超声波清洗机超声清洗15分钟后，过滤烘干，得到玉米秸秆生物炭，将玉米秸秆生物炭研磨过2mm的筛后混合均匀，得到生物炭，其pH为9.2。
进一步的，最后按比例将吸附剂、蚯蚓粪、复合微生物菌剂、生物炭以及磷矿粉置于粉碎机中搅拌混合均匀，制得重金属污染土壤靶向修复产品。
本发明的有益效果：
1.该重金属污染土壤靶向修复产品以海泡石为原料，利用海泡石比表面积大、吸附性能好和离子交换性强的特点，使用偶联剂对其进行改性，极大提升其对重金属的固化效果；蚯蚓粪具有多孔性，比表面积大，吸附能力强，可以较大程度地吸附土壤中的重金属，蚯蚓粪中的腐殖酸也是一种很强的吸附剂，能够吸附可溶态重金属而降低其生物有效性，蚯蚓粪中的微生物群能与土壤中各种有机和无机胶体相互作用而对重金属进行吸附、富集、沉淀等，从而降低重金属的可利用性。
2.该重金属污染土壤靶向修复产品通过克雷伯氏菌和铜绿假单胞杆菌属于植物促生菌，不仅吸附重金属、改变土壤中重金属的生物利用度，而且可以提高植物对于重金属的抗性；生物炭具有比表面积大、阳离子交换量高、官能团丰富的特性，能有效吸附土壤中的重金属离子。
3.该重金属污染土壤靶向修复产品添加的磷矿粉中含有多种磷酸盐，加入土壤后能显著降低重金属有效态浓度，促进重金属向残渣态转化。
附图说明
图1为本发明一种重金属污染土壤靶向修复产品制备方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
请参阅图1，本发明提供以下技术方案：
实施例1
一种重金属污染土壤靶向修复产品，由以下重量份的原材料制备而成：吸附剂120份、蚯蚓粪30份、复合微生物菌剂5份、生物炭20份以及磷矿粉20份。
吸附剂由以下方法制备而成：
S1、海泡石活化：将海泡石纤维粉碎后分散于质量分数为5％的HCl溶液中，搅拌反应2h，抽滤，洗涤，干燥，得到活化后的海泡石纤维粉；
S2、吸附剂制备：活化后的海泡石纤维粉分散在乙醇中，加入硅烷偶联剂后反应2h，过滤，然后分散在水中，水浴加热15min，反应完成后进行抽滤、水洗、烘干、粉磨，最终得到粒径为50μm的所述吸附剂。
蚯蚓粪pH为6.8-7.2，有机质含量大于40％。
微生物制剂由克雷伯氏菌和铜绿假单胞杆菌组成，其质量比为7:1。
生物炭由玉米秸秆生物炭组成。
玉米秸秆生物炭的加工步骤包括：将购得的玉米秸秆通过厌氧裂解法制得玉米秸秆生物炭粗品，将制得的玉米秸秆生物炭粗品与超纯水按体积比1:10混合，经过超声波清洗机超声清洗15分钟后，过滤烘干，得到玉米秸秆生物炭，将玉米秸秆生物炭研磨过2mm的筛后混合均匀，得到生物炭，其pH为9.2。
最后按比例将吸附剂、蚯蚓粪、复合微生物菌剂、生物炭以及磷矿粉置于粉碎机中搅拌混合均匀，制得重金属污染土壤靶向修复产品。
实施例2
与实施例1相比，其区别在于，本实施例中一种重金属污染土壤靶向修复产品，由以下重量份的原材料制备而成：吸附剂80份、蚯蚓粪25份、复合微生物菌剂2份、生物炭30份、磷矿粉10份。
吸附剂由以下方法制备而成：
S1、海泡石活化：将海泡石纤维粉碎后分散于质量分数为5％的HCl溶液中，搅拌反应2h，抽滤，洗涤，干燥，得到活化后的海泡石纤维粉；
S2、吸附剂制备：活化后的海泡石纤维粉分散在乙醇中，加入硅烷偶联剂后反应2h，过滤，然后分散在水中，水浴加热15min，反应完成后进行抽滤、水洗、烘干、粉磨，最终得到粒径为50μm的所述吸附剂。
蚯蚓粪pH为6.8-7.2，有机质含量大于40％。
微生物制剂由克雷伯氏菌和铜绿假单胞杆菌组成，其质量比为9:4。
生物炭由玉米秸秆生物炭组成。
玉米秸秆生物炭的加工步骤包括：将购得的玉米秸秆通过厌氧裂解法制得玉米秸秆生物炭粗品，将制得的玉米秸秆生物炭粗品与超纯水按体积比1:10混合，经过超声波清洗机超声清洗15分钟后，过滤烘干，得到玉米秸秆生物炭，将玉米秸秆生物炭研磨过2mm的筛后混合均匀，得到生物炭，其pH为9.2。
最后按比例将吸附剂、蚯蚓粪、复合微生物菌剂、生物炭以及磷矿粉置于粉碎机中搅拌混合均匀，制得重金属污染土壤靶向修复产品。
实施例3
与实施例2相比，其区别在于，本实施例中一种重金属污染土壤靶向修复产品，由以下重量份的原材料制备而成：吸附剂120份，蚯蚓粪20份、复合微生物菌剂1份、生物炭25份以及磷矿粉15份。
吸附剂由以下方法制备而成：
S1、海泡石活化：将海泡石纤维粉碎后分散于质量分数为5％的HCl溶液中，搅拌反应2h，抽滤，洗涤，干燥，得到活化后的海泡石纤维粉；
S2、吸附剂制备：活化后的海泡石纤维粉分散在乙醇中，加入硅烷偶联剂后反应2h，过滤，然后分散在水中，水浴加热15min，反应完成后进行抽滤、水洗、烘干、粉磨，最终得到粒径为50μm的所述吸附剂。
蚯蚓粪pH为6.8-7.2，有机质含量大于40％。
微生物制剂由克雷伯氏菌和铜绿假单胞杆菌组成，其质量比为5:4。
生物炭由玉米秸秆生物炭组成。
玉米秸秆生物炭的加工步骤包括：将购得的玉米秸秆通过厌氧裂解法制得玉米秸秆生物炭粗品，将制得的玉米秸秆生物炭粗品与超纯水按体积比1:10混合，经过超声波清洗机超声清洗15分钟后，过滤烘干，得到玉米秸秆生物炭，将玉米秸秆生物炭研磨过2mm的筛后混合均匀，得到生物炭，其pH为9.2。
最后按比例将吸附剂、蚯蚓粪、复合微生物菌剂、生物炭以及磷矿粉置于粉碎机中搅拌混合均匀，制得重金属污染土壤靶向修复产品。
实验例
试验地点选择湖北省荆门市东宝区一处开采后的矿区，选择一片平整的土地经翻耕、耙碎、整平后，分为4个小区，每个小区面积60m2，小区之间互相间隔，防止串排串灌对试验结果的影响。试验种植作物为烟草。安排4个处理实验：对照组，常规施肥，不施加重金属污染土壤靶向修复产品；处理组1，基施实施例1制备的重金属污染土壤靶向修复产品1500kg/hm2+常规施肥；处理组2，基施实施例2制备的重金属污染土壤靶向修复产品1500kg/hm2+常规施肥；处理组3，基施实施例3制备的重金属污染土壤靶向修复产品1500kg/hm2+常规施肥。
上述调理剂试验方法：
土壤取样采用五点取样法，用取样器钻取0-20cm的土壤5份，混合后制成土壤样品。
土壤中的总镉、总铅和总铜使用王水-高氯酸消煮-原子吸收光谱法测定，重金属有效态含量测定使用EDTA浸提法。
土壤重金属活性＝土壤重金属有效态含量/土壤重金属全量×100％
在移栽前对4个小区的土壤重金属活性进行检测，取平均值作为初始值。在施用重金属污染土壤靶向修复产品15天后在各小区取样，对土壤重金属活性进行测定。
处理组1-3、对照组的总铅、总镉、总铜活性的影响如表1所示。
表1重金属污染修复土壤调理剂对土壤重金属活性的影响
| 样品 | 土壤镉活性/％ | 土壤铅活性/％ | 土壤铜活性/％ |
| 处理组1 | 12.97 | 16.29 | 26.13 |
| 处理组2 | 16.34 | 20.17 | 28.52 |
| 处理组3 | 13.41 | 17.32 | 26.88 |
| 对照组 | 28.65 | 37.43 | 38.91 |
| 初始值 | 30.16 | 39.52 | 40.43 |
可见，相比于初始值和对照组，处理组土壤镉、铅、铜活性明显下降。
本实施例，以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种重金属污染土壤靶向修复产品，其特征在于，该重金属污染土壤靶向修复产品由以下重量份的原材料制备而成：吸附剂80-120份、蚯蚓粪20-30份、复合微生物菌剂1-5份、生物炭20-30份以及磷矿粉10-20份。
2.根据权利要求1所述的一种重金属污染土壤靶向修复产品，其特征在于：所述蚯蚓粪pH为6.8-7.2，有机质含量大于40％。
3.根据权利要求1所述的一种重金属污染土壤靶向修复产品，其特征在于：所述复合微生物制剂为克雷伯氏菌和铜绿假单胞杆菌组成，其质量比为5-9:1-4。
4.根据权利要求1所述的一种重金属污染土壤靶向修复产品，其特征在于：所述生物炭为玉米秸秆生物炭。
5.一种如权利要求1所述修复产品的制备方法，其特征在于：该制备方法包括对吸附剂和对生物炭的加工过程，所述吸附剂的制备包括海泡石活化、吸附剂制备。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述海泡石活化过程中，将海泡石纤维粉碎后分散于质量分数为5％的HCl溶液中，搅拌反应2h，抽滤，洗涤，干燥，得到活化后的海泡石纤维粉；所述吸附剂制备过程中，先将活化后的海泡石纤维粉分散在乙醇中，加入硅烷偶联剂后反应2h，过滤，然后分散在水中，水浴加热15min，反应完成后进行抽滤、水洗、烘干、粉磨，最终得到粒径为50μm的所述吸附剂。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述生物炭的加工步骤包括：将购得的玉米秸秆通过厌氧裂解法制得玉米秸秆生物炭粗品，将制得的玉米秸秆生物炭粗品与超纯水按体积比1:10混合，经过超声波清洗机超声清洗15分钟后，过滤烘干，得到玉米秸秆生物炭，将玉米秸秆生物炭研磨过2mm的筛后混合均匀，得到生物炭，其pH为9.2。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：最后按比例将吸附剂、
蚯蚓粪、复合微生物菌剂、生物炭以及磷矿粉置于粉碎机中搅拌混合均匀，
制得重金属污染土壤靶向修复产品。
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