CN107779196A - 一种土壤重金属复合钝化剂的制备和使用方法 - Google Patents

Abstract

一种土壤重金属复合钝化剂，其原料质量比为：赤泥25％～40％，七水硫酸亚铁30％～60％，高钙石灰石15％～40％。使用本发明的土壤重金属复合钝化剂，可广泛用于各种被重金属污染的土壤，它使污染农田中的土壤活性态镉和铅含量分别下降了33.33％～79.72％与23.78％～40.07％，对土壤pH的影响较小，因此，兼具钝化土壤重金属和不会导致土壤pH大幅度变化的功能。本发明的方法适用于大面积重金属污染的土壤修复，包括重金属污染农田的修复以及重金属污染矿山的修复，成本较低、修复快速、操作简单、方法易行，具有较大的推广价值。

Description

一种土壤重金属复合钝化剂的制备和使用方法

技术领域

本发明属于农业修复技术领域，更具体涉及的是一种污染土壤重金属的复合钝化剂，同时还涉及一种污染土壤重金属的复合钝化剂的制备方法，适用于被重金属污染的土壤。

背景技术

土壤是人类赖以生存的自然环境和农业生产的重要资源，土壤环境健康事关农产品质量和人体健康。近年来，土壤重金属污染已成为全球面临的严重的环境问题。目前，我国农田土壤受重金属污染严重，根据全国首次土壤污染状况调查结果显示，我国耕地土壤点位超标率为19.4％，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为13.7％、2.8％、1.8％和1.1％；而从污染物超标情况来看，重金属镉点位超标率高达7.0％。现在我国受重金属污染的农田土壤约2500万公顷，每年被重金属污染的粮食多达1200万吨，造成的直接经济损失超过100亿元。

重金属污染土壤的传统治理方式主要有工程治理措施、物理化学和生物修复方法。针对我国目前大面积中低度重金属污染农田土壤的治理，物理化学钝化法具有成本较低、修复快速、操作简单等特点，对大面积土壤重金属污染的修复具有较好的优越性，能更好地满足当前我国治理土壤重金属污染以及保障农产品安全生产的迫切要求。

一些工业废弃物如赤泥所含碱性物质较多，其溶出液中大量的OH-与重金属可以形成氢氧化物或碳酸盐沉淀从而起到钝化重金属离子活性的作用。此外，赤泥中富含铁氧化物(25％-40％)和铝氧化物(15％-20％)，通过这些氧化物的表面活性位点可与重金属结合，形成不易被植物吸收的铁铝氧化物结合态。高卫国等通过室内土壤培养实验，研究单独添加5％赤泥对土壤锌形态转化的影响，结果表明，5％赤泥虽然对钝化土壤锌有较好的效果。但是这种剂量的赤泥会对土壤pH值产生较大的影响，导致土壤容易盐碱化和板结，恢复困难。因此，找到一种既能长期有效修复重金属污染的土壤，又不会导致土壤理化指标下降的重金属污染土壤的修复方法显得格外重要。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提找到一种既能长期有效修复重金属污染的土壤、既能同时降低钝化剂对土壤性质的破坏程度、又能加强钝化剂钝化作用持久性的土壤重金属复合钝化剂制备和使用方法。

(二)技术方案

本发明以如下技术方案解决上述技术问题：

本发明使用的原料及其质量比为：

赤泥25％～40％，七水硫酸亚铁30％～60％，高钙石灰石15％～40％。

本发明的土壤重金属复合钝化剂的制备方法为：

将赤泥、七水硫酸亚铁、高钙石灰石混合，充分搅拌至混合均匀，制成无机复合钝化剂。

赤泥为炼铝所余矿物，粉碎后过60目筛备用。

七水硫酸亚铁是利用钛白粉厂副产品七水硫酸亚铁为原料经过精制加工而成，含量达98.5％以上。

高钙石灰石的主要成分为CaCO₃，CaCO₃含量≥55％，含钙量≥55％。

本发明的无机有机复合重金属钝化剂的使用方法为：

(1)与土壤混合：将无机有机复合重金属钝化剂与受重金属污染土壤按照1∶100的质量比混合、搅拌均匀，保持土壤水分达到田间最大持水量的50-70％；

(2)反应：用时60天，土壤中的重金属离子通过氧化还原反应、共沉淀反应转化成不溶于水的氢氧化物、碳酸盐矿物，使得重金属的生物有效性降低，达到钝化目的；同时，pH没有大的改变。

(三)有益效果

使用本发明的土壤重金属复合钝化剂，使被重金属污染的土壤中有效态Cd含量在60天的培养时间内，与对照组相比下降了33.33％～79.72％，而有效态Pb则降低了23.78％～40.07％，对于重金属的钝化作用极为显著；同时土壤pH比对照组变化不大，提高了0.09～0.30。本发明的方法适用于大面积重金属污染土壤的修复，包括重金属污染农田的修复以及重金属污染矿山的修复，成本较低、修复快速、操作简单、方法易行，具有极大推广价值。

附图说明

图1示出不同实施例钝化处理下土壤中有效态Cd含量示意图；

图2示出不同实施例钝化处理下土壤中有效态Pb含量示意图；

图3示出不同实施例钝化处理下土壤pH示意图。

具体实施方法

本发明土壤重金属复合钝化剂采用的无机材料是钝化效率较高的碱性物质赤泥和高钙石灰石，为减小赤泥和高钙石灰石对土壤pH的影响，采用酸性无机物七水硫酸亚铁来缓解赤泥和高钙石灰石对土壤pH的影响，此外，赤泥其溶出液中大量的OH^-与七水硫酸亚铁的亚铁离子和高钙石灰石中的碳酸盐形成氢氧化物或碳酸盐沉淀从而进一步起到吸附钝化土壤重金属的作用。制成的钝化剂与被重金属污染的土壤混合后，通过氧化还原反应、共沉淀反应，将重金属转化成不溶于水的氢氧化物、磷酸盐矿物等，从而降低土壤中重金属植物有效性；同时还具有缓解赤泥和高钙石灰石对土壤碱化的影响。

实施例1

(1)土壤重金属复合钝化剂的制备：A.赤泥的制备：赤泥为炼铝所余矿物，粉碎后过60目筛备用；B.七水硫酸亚铁的制备：利用钛白粉厂副产品七水硫酸亚铁为原料经过精制加工而成，含量达98.5％以上；C.高钙石灰石的制备：高钙石灰石的主要成分为CaCO₃，CaCO₃含量≥55％，含钙量≥55％；D.按照25％的赤泥、60％的七水硫酸亚铁和15％的高钙石灰石的比例，将三种钝化材料进行混合，充分搅拌均匀后，制成土壤重金属复合钝化剂；

(2)与土壤混合：以不添加钝化材料作为对照处理，将钝化剂与受重金属污染土壤按照1∶100的质量比混合、搅拌均匀，保持土壤水分达到田间最大持水量的50％～70％。污染土壤来自我国南方重金属污染农田的0-20cm耕层土壤，将其自然风干、捣碎、剔除杂物，过5mm筛，其土壤中重金属镉和铅的含量分别为1.96mg/kg和632mg/kg，pH为4.81。

(3)反应：60天后采用DTPA提取法测定土壤有效态Pb以及有效态Cd的含量，同时测定土壤中pH值。

实施例2-4

与实施例1不同之处在于各种原料所占比重各有差别，详见表1；制备方法及测定方法与实施例1相同。

表1各实施例中的原料成分

图1反映了不同实施例中钝化处理对土壤有效态Cd的影响。四种实施例土壤中的有效态Cd与对照组相比，分别下降了33.33％，52.78％，79.72％，77.22％。

图2反映了不同实施例中钝化处理对土壤有效态Pb的影响。四种实施例土壤中的有效态Pb与对照组相比，分别下降了23.78％，30.62％，40.07％，36.16％。

由图1和图2可知，每种实施例中，钝化剂对于Pb和Cd两种重金属的钝化效果相差不大。随着赤泥和高钙石灰石所占比重增大，有效态重金属的含量呈明显的降低趋势，表明赤泥的钝化作用较为显著。赤泥含量较高(40％)时，与其含量较低(25％)时相比，复合钝化剂对于有效态Cd和有效态Pb的修复效果有显著差异。

图3反映了不同实施例中钝化剂的添加对于土壤pH的影响。与对照组相比，四种不同处理中土壤pH分别增加了1.83％，3.11％，4.36％，6.22％。

综合上述实验结果，使用此种无机复合重金属钝化剂可以显著降低土壤中有效态Cd及有效态Pb的含量，同时对土壤的pH没有较大的影响，从而达到钝化土壤重金属以及不影响土壤理化性质的目的。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。

Claims (7)

1.一种土壤重金属复合钝化剂，其特征在于：原料及其质量比为：

赤泥25％～40％，七水硫酸亚铁30％～60％，高钙石灰石15％～40％。

2.一种土壤重金属复合钝化剂的制备方法，其特征在于：

配方：赤泥25％～40％，七水硫酸亚铁30％～60％，高钙石灰石15％～40％；制备工艺是将赤泥、硫酸亚铁、高钙石灰石混合，充分搅拌至混合均匀，制成无机复合钝化剂。

3.如权利要求2所述的土壤重金属复合钝化剂的制备方法，其特征在于，赤泥为炼铝所余矿物，粉碎后过60目筛备用。

4.如权利要求2所述的土壤重金属复合钝化剂的制备方法，其特征在于，七水硫酸亚铁是利用钛白粉厂副产品七水硫酸亚铁为原料经过精制加工而成，含量达98.5％以上。

5.如权利要求2所述的土壤重金属复合钝化剂的制备方法，其特征在于，高钙石灰石的主要成分为CaCO₃，CaCO₃含量≥55％，含钙量≥55％。

6.一种根据权利要求1所述的土壤重金属复合钝化剂的使用方法，其特征在于：

将所述土壤重金属复合钝化剂与受重金属污染土壤按照1∶100的质量比混合、搅拌均匀，保持土壤水分达到田间最大持水量的60-70％；以及

土壤中的重金属离子通过氧化还原反应、共沉淀反应转化成不溶于水的氢氧化物和碳酸盐矿物，使得重金属的生物有效性降低，达到钝化目的。

7.如权利要求6所述的使用方法，其特征在于，所述转化用时至少60天。