CN106077069A - 一种腐殖肥与硅酸盐复配钝化土壤重金属的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种腐殖肥与硅酸盐复配钝化土壤重金属的方法。该方法为将腐殖肥与硅酸盐按特定比例复配成钝化剂，再将钝化剂与土壤混合均匀，土壤含水率保持在55%‑60%之间，钝化至少14天即可。本发明将腐殖肥和硅酸钠组配后制备的钝化剂产生了不可预知的协同作用，在相同用量情况下，其降低土壤重金属总量的效果远远大于腐殖肥、硅酸钠单独使用的效果之和；对土壤Pb、Cd、Cr、Ni、Zn均能起到较好的钝化效果；对农作物的危害最小。本发明以废治污，同时具有良好的经济效益和环境效益。

Description

一种腐殖肥与硅酸盐复配钝化土壤重金属的方法

技术领域

本发明涉及土壤重金属污染治理技术领域，属于重金属污染土壤修复领域。

背景技术

土壤重金属污染因其隐蔽性、不可逆性和长期性的特点已成为全球性环境问题。农田土壤受到重金属的污染，不仅会导致土壤肥力退化、农产品产量降低和作物品质下降，严重影响环境质量和经济的可持续发展，因此寻找有效合理的方法治理和修复农田重金属污染具有重要意义。

目前，国内外治理土壤重金属污染的途径主要是将重金属从土壤中去除，以及改变重金属在土壤中的价态和形态，降低其在环境中的迁移以及生物有效性。前者主要适用于重金属污染严重的土壤，后者主要适用于轻、中度重金属污染00的土壤。治理和修复方法有化学修复法、固化修复技术、生物修复技术、农业生态修复技术、联合修复技术等。化学钝化修复是向土壤中添加钝化剂，通过吸附、沉淀、络合、离子交换和氧化还原等一系列反应，降低重金属污染物的生物有效性和可迁移性，从而达到修复目的的方法。常用的钝化剂包括石灰性的物质、炭材料、粘土矿物、含磷材料、有机肥和农业废弃物等，也可简单分为无机类钝化剂和有机类钝化剂。

相比其他修复方法，化学钝化修复相对而言可达到有效率高、效果好、最小次生污染风险的效果。通过各种作用暂时性的降低了重金属的有效形态含量，因不同钝化剂对土壤重金属的钝化效果的时效作用及可能的环境风险仍存在疑虑。如1）一些钝化剂在一定时间内起到钝化效果后，随着体系物理化学条件变化其效果是否会发生反弹以致使其生物毒性恢复等问题；2）含磷材料一般施用于酸性土壤中，然而加入过量可溶性磷可能会引起磷的流失，引起水体的富营养化，而且磷材料中可能含有其他的重金属(如过磷酸钙等)，又被引入到土壤中，造成新的重金属污染；3）大量使用石灰性物质修复土壤除了可提高土壤pH值、改变土壤结构外，还可能造成二次污染。

对已有技术的检索发现，中国专利文献号CN101362009，公开日2009-02-11，公开了一种垃圾焚化飞灰、底渣或土壤的重金属安定方法。该技术使用硅酸盐类物质作为安定剂，利用喷洒或直接添加混合等方式，将安定剂加入研究物质中并利用其中硅酸盐物质及其溶解性硅酸根离子与底渣、飞灰或土壤中重金属形成稳定物，使被研究物质中的重金属（尤其是Pb）在自然环境的条件下不易溶出，使其符合相关溶出标准或可降低、并符合再生利用的相关规范。但该技术存在以下不足或缺陷：1）其只针对Pb有稳定效果，对其他重金属元素的影响不明确，这一技术应对目前土壤重金属多元素混合污染的现状具有局限性；2）该技术处理土壤需要时间（添加剂与土壤作用时间）未确定，这对于被处理土壤正常功能的恢复及利用等方面都是明显的缺陷；3）该技术硅酸钠最低添加量为被处理土壤质量的0.8%，最高添加量达16%，如此量比的硅酸钠水解作用会引起被处理土壤的pH值显著提高，进而影响农作物对土壤的正常生长需求。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明通过研究建立了一种农田重金属污染土壤钝化修复的方法，它是一种以生物腐殖肥与硅酸盐配施作为钝化材料的钝化修复方法，目的在于钝化农田土壤重金属，降低土壤中农作物可利用态重金属含量，解决农田土壤重金属污染而影响其可持续利用的问题。

本发明的目的在于提供一种钝化土壤重金属的钝化剂。

本发明的另一目的在于提供一种钝化土壤重金属的方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种钝化土壤重金属的钝化剂，该钝化剂由腐殖肥与硅酸盐组成。

进一步的，上述腐殖肥与硅酸盐的质量比为（1~2）:（1~2）。

进一步的，上述腐殖肥与硅酸盐的质量比为2:1。

进一步的，上述硅酸盐选自硅酸钠、硅酸钙中的至少一种。

进一步的，上述腐殖肥中含有有机质≥75%、腐殖酸≥50%、Fe≥1600mg/kg、Mn≥50mg/kg、Zn≥30mg/kg。

一种钝化土壤重金属的方法，包括以下步骤：将上述任一所述的钝化剂与待钝化土壤混合均匀，土壤含水率保持在55%-60%之间，钝化至少14天即可。

进一步的，上述钝化剂质量为待钝化土壤质量的0.8~2%。

进一步的，上述钝化时的温度为20~30℃。

本发明的有益效果是：

1）本发明将腐殖肥和硅酸钠组配后制备的钝化剂产生了不可预知的协同作用，在相同用量情况下，其降低土壤重金属总量的效果远远大于腐殖肥、硅酸钠单独使用的效果之和。尤其当生物腐殖肥与硅酸钠的比例为2:1（实例2中的钝化剂）时，能同时使Pb、Cd、Cr、Ni有效态含量降到最低的水平，使土壤Pb、Cd、Cr、Ni、Zn的浸出毒性达到最小，同时对土壤Pb、Cd、Cr、Ni、Zn均能起到较好的钝化效果；对农作物的危害最小。

2）本发明采用生物腐殖肥与硅酸钠为添加剂，通过不同的钝化配方，对土壤进行钝化处理。然后对比处理前后重金属有效态及浸出毒性分析等来分析其稳定化效果，以确定较优的稳定化配方，可更好地防止其他意外的不良反馈情况发生。

3）本发明选用的生物腐殖肥与硅酸钠，有机类与无机类钝化剂的联合，改善了单一无机钝化剂对土壤环境带来的不利影响，且生物腐殖肥可提高土壤肥力并改善土壤结构，促进农作物生长，同时有机肥中的有益微生物对重金属有很强的亲和性，可通过形成不溶性金属-有机复合物、增加土壤阳离子交换量、降低土壤中重金属的水溶态即可交换态组分，降低其生物有效性。

4）发明所采用的生物腐殖肥是一种较好的废弃物回收处理及利用的绿色环保资源，将其应用于蔬菜基地重金属污染土壤的修复中，以废治污，同时具有良好的经济效益和环境效益。

5）本发明钝化修复周期较短，且能同时对几种重金属元素同时起到生物有效性钝化的效果，能较好的满足重金属污染土壤修复的条件要求。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。

实施例1~3 一种钝化土壤重金属的钝化剂

实施例1~3中钝化土壤重金属的钝化剂的配方分别如下：

其中，腐殖肥来源于市场购买，品牌为沃美克，北京嘉博文生物科技有限公司生产，所述腐殖肥中含有有机质≥75%、腐殖酸≥50%、Fe≥1600mg/kg、Mn≥50mg/kg、Zn≥30mg/kg；富含中微量元素、重金属含量极低，形态为类似褐色飞灰，粒度不均。

实施例4一种钝化土壤重金属的方法

将本发明钝化剂（如实施例1~3所述的钝化剂）与待钝化土壤混合均匀，钝化剂质量为待钝化土壤质量的0.8~2%；土壤含水率保持在55%-60%之间，在室温下钝化至少14天即可。

实施例5一种钝化土壤重金属的方法

在实验室以广州市番禺区金山村葱田土（褐色沙土）为实验对象，风干粉碎，过10目筛，该供试土壤中含有Pb57.26mg/kg、Cd2.40mg/kg、Cr81.65 mg/kg、Ni29.34 mg/kg、Zn252.88mg/kg。

本实施例一共设置6组处理，每组试验用土为3kg，钝化剂的添加量为试验用土质量的1%（除空白对照组外），每组所用钝化剂的具体成分如表1所示。

在25℃室温条件下，各组分别加入如表1所示的钝化材料，混合均匀并以超纯水控制土壤中的含水量，与田间土壤含水量相当，保持在55%-60%之间。在钝化处理14天后取样检测试验土壤中重金属Pb、Cd、Cr、Ni、Zn的全量，用DTPA为浸提剂，提取有效态重金属，并用TCLP毒性浸出方法，检测土壤的浸出毒性。检测结果见表2~4。

表2 与空对照相比各组钝化处理14天后土壤重金属全量降低百分数（%）

表2结果表明：在相同用量情况下，腐殖肥、硅酸钠单独使用的效果均不及腐殖肥和硅酸钠组配使用的效果，这说明，将腐殖肥和硅酸钠组配后制备的钝化剂产生了不可预知的协同作用，在相同用量情况下，其降低土壤重金属总量的效果远远大于腐殖肥、硅酸钠单独使用的效果之和。综上所述，将腐殖肥和硅酸钠组配在一起制得的钝化剂更能显著降低土壤中重金属总量，且当生物腐殖肥与硅酸钠的添加比例为2:1（实例2中的钝化剂）时，对土壤Pb、Cd、Cr、Ni、Zn均能起到较好的钝化效果。

表3钝化处理14天后土壤重金属有效态含量（mg/kg）

表3结果表明：单一施加生物腐殖肥或硅酸钠时，土壤Pb、Cd、Cr、Ni、Zn有效态含量也能被显著降低（组1和组2），但其效果明显不及腐殖肥和硅酸钠的组配使用（组3~5），这进一步说明，将腐殖肥和硅酸钠组配后制备的钝化剂产生了不可预知的协同作用，在相同用量情况下，其降低土壤重金属总量的效果远远大于腐殖肥、硅酸钠单独使用的效果之和。当生物腐殖肥与硅酸钠的添加比例为2:1（实例2中的钝化剂）时，能同时使Pb、Cd、Cr、Ni有效态含量降到相对最低的水平，起到钝化土壤重金属的效果。

表4 钝化处理14天后土壤重金属浸出毒性含量（mg/kg）

表4结果表明：单一施加生物腐殖肥或硅酸钠时，土壤中Pb、Cd、Cr、Ni、Zn的浸出毒性也能被显著降低（组1和组2），但其效果明显不及腐殖肥和硅酸钠的组配使用（组3~5），这进一步说明，将腐殖肥和硅酸钠组配后制备的钝化剂产生了不可预知的协同作用，在相同用量情况下，其降低土壤重金属总量的效果远远大于腐殖肥、硅酸钠单独使用的效果之和。当生物腐殖肥与硅酸钠的添加比例为2:1（实例2中的钝化剂）时，土壤Pb、Cd、Cr、Ni、Zn的浸出毒性较其他组配处理可达到最小，对农作物的危害最小。

综上所述，生物腐殖肥与硅酸钠组配的钝化剂（尤其是实施例2配方的钝化剂）是所有处理方式中最佳的钝化修复方法，能有效钝化蔬菜基地土壤中重金属，且降低土壤重金属生物有效态及浸出毒性，促进农作物的正常生长。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种钝化土壤重金属的钝化剂，其特征在于，该钝化剂由腐殖肥与硅酸盐组成。

2.根据权利要求1所述的钝化剂，其特征在于，所述腐殖肥与硅酸盐的质量比为（1~2）:（1~2）。

3.根据权利要求3所述的钝化剂，其特征在于，所述腐殖肥与硅酸盐的质量比为2:1。

4.根据权利要求1或2所述的钝化剂，其特征在于，所述硅酸盐选自硅酸钠、硅酸钙中的至少一种。

5.根据权利要求1或2所述的钝化剂，其特征在于，所述腐殖肥中含有有机质≥75%、腐殖酸≥50%、Fe≥1600mg/kg、Mn≥50mg/kg、Zn≥30mg/kg。

6.一种钝化土壤重金属的方法，其特征在于，包括以下步骤：将权利要求1~5任一所述的钝化剂与待钝化土壤混合均匀，土壤含水率保持在55%-60%之间，钝化至少14天即可。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述钝化剂质量为待钝化土壤质量的0.8~2%。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述钝化时的温度为20~30℃。