CN104892317A - 碱性土壤重金属镉污染的原位钝化调理剂及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土壤重金属污染的治理技术，具体公开了一种碱性土壤重金属镉污染的原位钝化调理剂及制备方法。其原位钝化调理剂的原料组分包括石灰、牛骨、动物血、蚯蚓、酵素有机肥、硅钙镁钾、硅藻土和活性炭。其制备方法是将各原料组分搅拌混匀。在使用时，首先将重金属污染的碱性土壤一次翻耕，并将土块打碎，然后再施加原位钝化调理剂，再二次翻耕混匀，即可种植蔬菜。该方法使用的原位钝化调理剂，通过与重金属元素发生吸附、络合、沉淀等反应，从而降低土壤重金属的生物有效性和可迁移性，同时提高土壤自净能力，改善土壤肥力状况，使其能够生产出优质、高产的蔬菜产品，从而恢复碱性土壤的生态功能和产业功能。

Description

碱性土壤重金属镉污染的原位钝化调理剂及制备方法

技术领域

本发明涉及土壤重金属污染的治理技术，具体涉及一种碱性土壤重金属镉污染的原位钝化调理剂及制备方法。

背景技术

我国是世界上的蔬菜生产和消费大国，蔬菜种植面积超过1700万公顷，总产量达到5亿多吨，为世界第3大蔬菜出口国。然而，由于复种指数高，农药和肥料投入大，且多数分布在城郊，受城市工业化污染影响大，我国碱性重金属污染状况日趋严重。有调查表明，我国碱性土壤镉污染(Cd污染)较为严重，Cd含量超标率高达24.1％。沈阳市近郊1万多公顷碱性普遍受到重金属污染，Cd和Pb的超标率平均为91.6％，产出的大白菜中Cd含量超标率高达100％，Pb含量超标率为33.3％。由此可见，碱性土壤的重金属污染问题已严重威胁到我国蔬菜安全生产，成为亟需解决的突出环境问题。

目前，可用于治理土壤重金属污染的技术很多，主要包括：1)物理治理技术，如客土法、电动力法以及热处理法等；2)化学治理技术，如化学淋洗法、氧化修复法、还原修复法以及化学钝化法等；3)生物修复技术，即利用某些植物、动物、微生物来吸收、提取或固定土壤中的污染物，其中以植物提取修复技术研究和应用较多。现有的这些土壤污染治理技术都有一定的修复效果，但也存在着较大的局限性。例如，客土法、电动力法、化学淋洗法等成本较高，对土壤扰动大，严重降低土壤肥力，而且易造成二次污染，因此只适用于治理小范围严重污染土壤以及处理突发污染事故。而植物提取修复技术，虽然因其操作简便和环境友好而受到广泛关注，但目前发现的修复用植物品种有限，且多数生物量低、生长缓慢、适应能力差、修复效率难以满足实际应用的需要。

总之，目前用于治理土壤重金属污染的实用、可靠、成熟的技术较少。因此，寻求高效、经济、安全的土壤重金属污染治理技术已成为摆在人们面前的重要课题之一。

在土壤重金属污染的化学治理技术中，原位化学钝化修复技术以其简便、效果好和经济实用等优点而受到人们的普遍重视，尤其适用于修复大面积中、轻度污染的农田土壤。它通过在土壤中投加石灰、有机物料、磷酸盐等钝化材料，与重金属元素发生沉淀、吸附、离子交换、腐殖化以及氧化还原等一系列反应，进而改变重金属的赋存形态，显著降低其生物有效性和可迁移性，明显缓解重金属污染对植物生长的毒害作用，大幅减少植物对重金属的吸收累积。从上世纪80年代起，原位钝化修复技术开始投入到实际应用中。

目前原位钝化修复技术中常用的钝化材料包括碱性材料、含P材料、粘土矿物、铁锰氧化物以及有机物料等。其中，粘土矿物用于重金属污染土壤的钝化修复，具有原位、廉价、易操作、有效期长、对土壤理化性质和质地无影响等优点，并且作为土壤的主要组分之一，它可以增强土壤的自净能力，改善土壤的团粒结构。

此外，我国粘土矿物资源具有品种丰富、分布广泛、储量巨大、价格低廉等优势，将其用于重金属污染土壤的钝化修复，不仅可以为污染环境治理提供一条有效的途径，也有利于粘土矿物资源的综合利用。常用于重金属污染土壤钝化修复的天然粘土矿物有:沸石、蒙脱石、高岭石、凹凸棒石、海泡石和蛭石等，其中，以沸石、海泡石、蒙脱石的钝化修复效果较好，而且相关研究也较多。然而，施加单纯的吸附剂等，会随着施用量的增加从而对土壤基本理化性质造成难以回复的影响，从而影响土壤的生产功能。

因此，必须对现有的吸附、改良材料进行筛选，选出吸附效果好，对土壤性质扰动小的作为修复材料；另外，要科学合理的配比，并通过实际修复试验验证，确保在对土壤及作物生长无不良影响的前提下，实现碱性土壤重金属污染的修复与治理。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供碱性土壤重金属镉污染的原位钝化调理剂，该原位钝化调理剂能够进行表面吸附、离子代换以及与重金属元素形成络合物或沉淀物，从而降低了重金属元素从土壤向食物链的迁移。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

(一)一种碱性土壤重金属镉污染的原位钝化调理剂，其特征在于，包括以下原料组分：石灰、牛骨、动物血、蚯蚓、酵素有机肥、硅钙镁钾、硅藻土和活性炭。

优选地，所述原料组分质量百分比为：石灰17％～25％，牛骨粉8％～13％，动物血粉9％～14％，蚯蚓粪13％～17％，酵素菌有机肥8％～13％，硅钙镁钾肥9％～14％，硅藻土12％～18％和活性炭7％～11％。

优选地，所述硅藻土为1250目。

(二)所述碱性土壤重金属镉污染的原位钝化调理剂的制备方法，其特征在于，将所述原料组分搅拌混匀，即得。

(三)所述碱性土壤重金属镉污染的原位钝化调理剂的使用方法，其特征在于，首先将重金属污染的碱性土壤一次翻耕，并将土块打碎，然后再施加原位钝化调理剂，再二次翻耕混匀，即可种植蔬菜。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益的技术效果：

(1)本发明的一种碱性土壤重金属镉污染的原位钝化调理剂，其原位钝化调理剂原料组分中，石灰具有提高土壤pH及降低土壤重金属元素活性的作用；牛骨粉和活性炭具有吸附的作用；酵素菌有机肥及蚯蚓粪具有改良土质，形成络合、沉淀等反应的特征；硅藻土具有吸附及离子交换的作用；动物血粉及硅钙镁钾肥具有离子交换的作用。

(2)修复效果好。本发明使用的原位钝化调理剂，通过与重金属元素发生吸附、络合、沉淀等反应，从而降低了重金属的生物有效性和可迁移性；同时，该原位钝化调理剂具有改善土壤肥力状况，提高土壤自净能力的作用，可以有效提高土壤质量，恢复碱性土壤的生态功能和产业功能。

(3)原料来源广泛，成本低廉。发明中所含成分均可用购买成品，不需要进一步加工处理，分布广泛、价格较低、不限产地、来源充足、价格低廉，经济可行性高。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1为不同实施例处理下红忝菜地上部干重示意图。

图2为不同实施例处理下土壤有效态Cd含量示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。

实验土壤为陕西关中某地区的一蔬菜大棚，pH值为7.80，总Cd含量为1.91-1.49mg/kg，属于中轻度镉污染土壤。实验用原位处理的方法，以单因素实验方法进行，分别在土壤中施加80公斤/亩、100公斤/亩和120公斤/亩的原位钝化调理剂；以不添加原位钝化调理剂作为对照处理(CK)。

实施例1：一种碱性土壤重金属镉污染的原位钝化调理剂的使用方法，其具体步骤如下：

1)制备80公斤/亩的原位钝化调理剂，其原料组分的质量百分数为：石灰17％、牛骨粉8％、动物血粉9％、蚯蚓粪13％、酵素菌有机肥8％、硅钙镁钾肥9％、硅藻土12％和活性炭7％；将各原料组分充分搅拌混匀，即得原位钝化调理剂。

2)考虑到原位钝化调理剂与污染土壤充分接触，有利于提高污染土壤钝化修复的效果，在使用时，先将重金属污染的碱性土壤一次翻耕，并将土块打碎。

3)将上述得到的原位钝化调理剂施加到翻耕的土壤中，再二次翻耕混匀，即可种植蔬菜。

实施例2：一种碱性土壤重金属镉污染的原位钝化调理剂的使用方法，其具体步骤如下：

1)制备100公斤/亩的原位钝化调理剂，，其原料组分的质量百分数为：石灰20％、牛骨粉10％、动物血粉10％、蚯蚓粪15％、酵素菌有机肥10％、硅钙镁钾肥10％、硅藻土15％和活性炭10％；将各原料组分充分搅拌混匀，即得原位钝化调理剂。

2)考虑到原位钝化调理剂与污染土壤充分接触，有利于提高污染土壤钝化修复的效果，在使用时，先将重金属污染的碱性土壤一次翻耕，并将土块打碎。

3)将上述得到的原位钝化调理剂施加到翻耕的土壤中，再二次翻耕混匀，即可种植蔬菜。

实施例3：一种碱性土壤重金属镉污染的原位钝化调理剂的使用方法，其具体步骤如下：

1)制备120公斤/亩的原位钝化调理剂，，其原料组分的质量百分数为：石灰25％、牛骨粉13％、动物血粉14％、蚯蚓粪17％、酵素菌有机肥13％、硅钙镁钾肥14％、硅藻土18％和活性炭11％；将各原料组分充分搅拌混匀，即得原位钝化调理剂。

2)考虑到原位钝化调理剂与污染土壤充分接触，有利于提高污染土壤钝化修复的效果，在使用时，先将重金属污染的碱性土壤一次翻耕，并将土块打碎。

3)将上述得到的原位钝化调理剂施加到翻耕的土壤中，再二次翻耕混匀，即可种植蔬菜。

本发明的一种碱性土壤重金属Cd污染的原位钝化调理剂及制备方法，对以上3个实施例中分别测定红忝菜地上部Cd含量，其具体步骤为：1)在已制备好的施加不同量的原位钝化调理剂的土壤中，分别以1.5m²的单位处理面积，各重复处理3次，陈化1个月，得到3种施加不同量的原位钝化调理剂的单位处理面积的土壤；2)对陈化后得到的3种施加不同量的原位钝化调理剂的单位处理面积的土壤中，分别播种红忝菜，用自来水浇灌，使土壤水分保持在田间持水量的60％左右；3)红忝菜生长60天后，分别收获取样，得到3种含有不同Cd含量的红忝菜样品；4)测定：先分别将3种含有不同Cd含量的红忝菜样品用硝酸-高氯酸法消解后，再用原子吸收分光光度法，分别测定3种含有不同Cd含量的红忝菜样品中的Cd含量；5)DTPA(二乙基三胺五乙酸)浸提法，提取测定施加3种不同量的原位钝化调理剂的土壤中有效态Cd的含量。

对照实验：1)在不施加的原位钝化调理剂的土壤里播种红忝菜，用自来水浇灌，使土壤水分保持在田间持水量的60％左右；2)红忝菜生长60天后，收获取样，得到不施加原位钝化调理剂的红忝菜样品；3)测定：先将不施加原位钝化调理剂的红忝菜样品用硝酸-高氯酸法消解后，再用原子吸收分光光度法测定红忝菜样品中的Cd含量；4)用DTPA(二乙基三胺五乙酸)浸提法，提取测定不施加原位钝化调理剂的土壤中有效态Cd的含量。

如图1所示，不同实施例方法对红忝碱性上部鲜重的影响。由图1可知，对试验的土壤分别施加3种不同量的原位钝化调理剂，都可以提高红忝菜地上部生物量(鲜重)。由此可见，本发明的碱性土壤重金属Cd污染的原位钝化调理剂，不但可以降低植物对重金属Cd的富集，同时可以显著提升作物产量。

如表1所示，不同实施例方法对红忝菜地上部Cd含量的影响。在施加80公斤/亩的原位钝化调理剂处理下，红忝菜地上部Cd含量降低了39％(干重)；在施加100公斤/亩的原位钝化调理剂处理下，红忝菜地上部Cd含量降低了45％(干重)；在施加120公斤/亩的原位钝化调理剂处理下，红忝菜地上部Cd含量降低了48％左右(干重)，其都符合我国食品卫生标准GB2762-2005规定的叶菜类蔬菜Cd含量限定值0.2mg/kg。由表1可知，在不同的原位钝化调理剂用量下，红忝菜鲜样Cd含量全部低于这一标准。由此可见，本发明的原位钝化调理剂对降低蔬菜重金属Cd的富集有明显效果。

图2表明了碱性土壤重金属镉污染的原位钝化调理剂，在不同实施例方法下，施加不同量的原位钝化调理剂对土壤有效态Cd含量的影响。由图2可知，施加不同量的原位钝化调理剂，对土壤有效态Cd含量呈现降低趋势。在3种施加不同量的原位钝化调理剂下，土壤中Cd有效态分别下降了31％，37％和36％。由此可以看出，原位钝化调理施加量的持续增大虽不能确保土壤中Cd有效态的含量，但可以在实际使用中根据土壤污染程度，相应调整原位钝化调理的施加量，降低对土壤有效态Cd含量。

表1 施加不同量的原位钝化调理剂对红忝菜地上部Cd含量的影响(mg/kg)

综合上述实验结果，采用本发明制备的一种碱性土壤重金属镉污染的原位钝化调理剂，可以显著降低土壤重金属Cd的生物有效性和可迁移性，减少蔬菜对Cd的吸收累积，同时有效促进植物生长，从而达到对重金属污染土壤钝化修复的目的。

以上所述，仅是本发明的较佳案例，并不对本发明做出任何限制，凡是针对本发明技术内容对以上实施案例所做的任何简单修改、变更、模仿均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种碱性土壤重金属镉污染的原位钝化调理剂，其特征在于，其原料组分为：石灰、牛骨、动物血、蚯蚓、酵素有机肥、硅钙镁钾、硅藻土和活性炭。

2.根据权利要求1所述的碱性土壤重金属镉污染的原位钝化调理剂，其特征在于，所述原料组分质量百分比为：石灰17％～25％、牛骨粉8％～13％、动物血粉9％～14％、蚯蚓粪13％～17％、酵素菌有机肥8％～13％、硅钙镁钾肥9％～14％、硅藻土12％～18％和活性炭7％～11％。

3.根据权利要求2所述的碱性土壤重金属镉污染的原位钝化调理剂，其特征在于，所述的硅藻土为1250目。

4.一种根据权利要求1所述的碱性土壤重金属镉污染的原位钝化调理剂的制备方法，其特征在于，将所述原料组分搅拌混匀，即得。

5.一种根据权利要求1所述的碱性土壤重金属镉污染的原位钝化调理剂的使用方法，其特征在于，首先将重金属污染的碱性土壤一次翻耕，并将土块打碎，然后再施加原位钝化调理剂，再二次翻耕混匀，即可种植蔬菜。