CN107876557A - 一种用于原位修复砷污染农田土壤的钝化剂及加工方法 - Google Patents

Abstract

一种用于原位修复砷污染农田土壤的钝化剂，其原料包括铁基化合物、石灰生物炭和膨润土,其重量份配比为：铁基化合物8‑30 石灰10‑30 生物炭10‑30 膨润土20‑40。优点：该砷污染土壤修复用钝化剂采用的试剂来源广泛，成本低廉，对土壤无二次污染，不同材料之间具有协同作用，修复效率高、效果明显。对砷污染的土壤进行原位修复时，在其表明覆盖修复材料，通过翻耕的方式将土壤0‑30cm的表层土与修复材料混合均匀，加水养护一周，检测修复后的农田土壤中重金属砷的浸出浓度，小于《地下水质量标准》（GB/T14848‑93）Ⅲ类标准即可，如果不达标增加养护时间。

Description

一种用于原位修复砷污染农田土壤的钝化剂及加工方法

所属技术领域

本发明涉及砷污染土壤的修复领域，特别是涉及一种用于原位修复砷污染农田土壤的钝化剂。

背景技术

砷元素广泛的存在于自然界，共有数百种的砷矿物已被发现。单质砷无毒性，砷化合物均有毒性。砷在体内累积具有胃肠道、肝脏、肾脏、心血管***、神经***、呼吸***毒性，可能会引起皮肤癌变。随着含砷金属矿产的开采与冶炼、化石燃料的燃烧、含砷化学制品及农药的使用、木材防腐及工业废水的排放和非法倾倒等，使得土壤中砷浓度日益增加，引起了世界范围内不同程度的土壤砷污染。由于农田砷污染具有形成的复杂性、长期的累积性、发生的隐蔽性、毒性的缓效性、诊断的特殊性和恢复的长期性，导致重金属污染已经成为人体健康的“隐形杀手”。

目前，可用于农田重金属污染修复技术主要包括如下四种：工程措施、农艺调控措施、钝化修复技术、植物修复技术。工程措施即利用物理的方法进行污染土壤的修复，主要包括客土法、翻耕混匀法、去表土法、表层洁净土壤覆盖法等；农艺调控措施主要指采取农艺方法，如水分管理、施肥调控、低累积品种替换、调节土壤pH值、调整种植结构等措施来控制农田重金属污染；原位钝化修复技术指通过调节土壤理化性质以及吸附、沉淀、离子交换、腐殖化、氧化-还原等一系列反应，将土壤中的有毒重金属固定起来，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，从而阻止重金属从土壤通过植物根部向农作物地上部的迁移累积，以达到治理污染土壤的一种修复技术；植物修复技术是利用绿色植物及其共生微生物提取、转移、吸收、分解、转化或固定土壤中的有机或无机污染物，把污染物从土壤中去除，从而达到移除、削减或稳定污染物，或降低污染物毒性等目的。

综合分析以上修复技术，工程措施易操作，但成本较高，只在小范围内适用；农艺调控措施具有操作简单、费用较低、技术较成熟，缺点是修复效果有限，仅适应于农田重金属轻微和轻度污染的修复，其中，种植结构调整有可能导致农民难以接受及影响粮食数量安全，一般只能作为辅助手段；植物修复技术成本低，环境友好，但由于其目标生物生物量小，修复时间长，效率低，目前推广比较困难；化学原位钝化法成本低、易操作，虽不能彻底去除土壤中的重金属，但适用于大范围农田，而选择合适的固化材料则是化学方法的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种农田土壤砷污染钝化剂及其制备方法，力求工艺简繁、原料充足、成本低廉、效果明显，在不影响农时耕作的同时快速解决砷污染对土壤及农产品质量影响。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是一种农田土壤用重金属钝化剂，主要成分及重量百分比为：铁基化合物8-30%、石灰10%-30%、生物炭10%-30%、膨润土20-40%。

所述生物炭为农作物生产的废弃物在炭化炉中经300-500℃炭化得到的固体产物，用粉碎机粉碎，过20目筛。

所述的农作物废弃物为草、小麦秸秆、玉米秸秆、大豆秸秆、稻草、玉米芯、高粱秆等农作物所产生的废弃物的一种或几种。

所述的铁基化合物为氯化铁、硫酸亚铁、硫化铁、氧化铁的一种或几种，粉碎过50目筛。

所述的石灰为熟石灰，主要成分为Ca(OH)₂，白色粉末状固体，过80目筛。

所述膨润土为钠基膨润土，碱性系数大于1，蒙脱石含量为60%-80%，过80目筛。

本发明是一种修复农田土壤砷污染的钝化剂，按照材料重量百分比将石灰、生物炭、膨润土混合，搅拌均匀，再与相应质量比例的铁基化合物混合，搅拌均匀，即得到农田土壤砷污染钝化剂。

本发明利用各种配方成分的特定功效，通过各成分的协同作用，达到钝化农田土壤砷，降低土壤中水溶态砷含量的效果。

本发明的土壤用砷污染钝化剂是由各组分粉碎混合制成，使用时作为底肥施入农田，翻耕与土壤混匀，浇透水养护一周左右即可进行耕作。根据重金属污染程度，每亩使用本发明钝化剂200-500公斤。

本发明的优点及有益效果：

1、本发明原料来源广泛，可充分利用农业、工业领域中的固体废弃物制备环境友好、经济、多功能性的绿色材料，具有实际应用价值和经济社会效益。

2、本发明不仅修复修复材料和修复工艺成本低廉，性质稳定，而且修复措施简单易行，修复过程快捷，效果明显。

3、本发明可用于砷污染农田土壤进行原位修复，也可针对不同污染场地因地制宜进行调整，适用性广。

4、本发明原料选择合理，每种原料均有其特有的功效：

（1）铁基化合物固化稳定化砷是通过铁基化合物吸附的砷离子取代氧化物表面的基团，同时生成了非晶态的砷酸铁或难溶的次级氧化态矿物，降低砷的移动性并减轻对植物的危害。

（2）生物炭是一类高度芳香化难溶性固态物，具有孔隙发达、比表面积大、表面积有大量负电荷等特性，其表面高度芳香化结构和部分羟基、酚羟基、羰基等官能团，对有机物和无机污染物具有高度的亲和力，因此，生物炭是一种较好的重金属钝化剂；同时生物炭也改善土壤结构，增加土壤pH，提升土壤微生物结构，降低土壤养分和水分流失。

（3）膨润土是以蒙脱石为主的粘土矿物，钠基膨润土晶胞形成的层状结构主要存在钠离子，具有较好的例子交换性，可与离子交换降低土壤重金属的毒性；膨润土具有一定得膨胀性、分散性和粘着性，可使土壤团聚体数量增加，孔隙度增大，土壤容重降低，保水保肥能力提高，透气性增强。

（4）石灰使土壤pH值升高，促使土壤中的重金属形成氢氧化物或结合态沉淀或共沉淀。

通过上述组分的协同作用，使得重金属在土壤中的浸出率大大降低，《地下水质量标准》（GB/T14848-93）Ⅲ类标准。

附 图 说 明

图1是实施例中砷浸出率的稳定性的柱状图。

具体实施方式

以下结合实例对本发明做进一步说明，使得本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能实践应用，并不限于本发明。

实验室实施例1

试验土壤采集自湖北省钟祥市胡集镇矿区附近农田，经检测土壤中总砷含量100mg/kg，高于《土壤环境质量标准》（GB15618-1995）的三级标准。

本发明所述钝化剂包含以下材料：

氯化铁10 kg

生物炭30 kg

熟石灰20 kg

纳基膨润土40 kg

通过按原材料质量比将熟石灰、生物炭、钠基膨润土混合，搅拌均匀，再与相应质量比的氯化铁混合，搅拌均匀，即得到农田土壤砷污染钝化剂。

本发明所述重金属钝化剂修复砷污染土壤的使用方法步骤：

（1）检测根据固体废物《浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》（HJ/T299-2007），对待处理砷污染土壤进行浸出实验，检测修复前的土壤砷浸出浓度为0.775mg/mL；

（2）取砷污染土样50kg，按质量比钝化剂：砷污染土壤=1：50加入实施例1所述钝化剂1kg，均匀铺在待处理污染土样表面；

（3）将待处理污染土样与表面的钝化剂搅拌混合均匀，形成混合土壤；

（4）在混合土壤中加水，使土壤含水率不低于30%，并用塑料薄膜覆盖土壤保持水分；

（5）维持土壤含水率20-30%养护一段时间，分别于养护7、15、30、60天时，按行业标准采取土样，自然条件下风干，进行砷浸出毒性检测，检测结果，见表1，可知养护7-60天土壤砷浸出浓度均符合《地下水环境质量标准》（GB/T14848-93）Ⅲ类标准。

实验室实施例2

试验土壤采集自湖北省钟祥市胡集镇矿区附近农田，经检测土壤中总砷含量100mg/kg，高于《土壤环境质量标准》（GB15618-1995）的三级标准。

本发明所述钝化剂包含以下材料：

硫酸亚铁25kg

生物炭20 kg

熟石灰30 kg

钠基膨润土15kg

通过按原材料质量比将熟石灰、生物炭、钠基膨润土混合，搅拌均匀，再与相应质量比硫酸亚铁混合，搅拌均匀，即得到农田土壤砷污染钝化剂。

本发明所述重金属钝化剂修复砷污染土壤的使用方法步骤：

（1）检测根据固体废物《浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》（HJ/T299-2007），对待处理砷污染土壤进行浸出实验，检测修复前的土壤砷浸出浓度为0.797mg/mL；

（2）取砷污染土样50kg，按质量比钝化剂：砷污染土壤=1：50加入实施例1所述钝化剂1kg，均匀铺在待处理污染土样表面；

（3）将待处理污染土样与表面的钝化剂搅拌混合均匀，形成混合土壤；

（4）在混合土壤中加水，使土壤含水率不低于20%，并用塑料薄膜覆盖土壤保持水分；

（5）维持土壤含水率20-30%养护一段时间，分别于养护7、15、30、60天时，按行业标准取土样，自然条件下风干，进行砷浸出毒性检测，检测结果（见表1）养护7-60天土壤砷浸出浓度均符合《地下水环境质量标准》（GB/T14848-93）Ⅲ类标准。

从实施例1、2可以看出，本发明配制的钝化剂对砷污染土壤的原位修复处理效果良好，不仅修复周期短，修复效果稳定，对土壤不会产生二次污染，而且所用原料广泛，成本低廉，制备方法也非常简单。

表1 实施例中不同养护时间砷浸出浓度

实施例中砷浸出率的稳定性见图1。

Claims (7)

1.一种用于原位修复砷污染农田土壤的钝化剂，其特征在于其原料包括铁基化合物、石灰生物炭和膨润土,其重量份配比为：

铁基化合物8-30 石灰10-30 生物炭10-30 膨润土20-40。

2.根据权利1要求所述的用于原位修复砷污染农田土壤的钝化剂，其特征在于：所述的生物炭为农作物废弃物在炭化炉中经300-500℃炭化得到的固体产物，用粉碎机粉碎，过20目筛。

3.根据权利1或2要求所述的用于原位修复砷污染农田土壤的钝化剂，其特征在于：所述的农作物废弃物为草、小麦秸秆、玉米秸秆、大豆秸秆、稻草、玉米芯或高粱秆中的一种或几种。

4.根据权利1要求所述的用于原位修复砷污染农田土壤的钝化剂，其特征在于：所述的铁基化合物为氯化铁、硫酸亚铁、硫化铁或氧化铁中的一种或几种，粉碎过50目筛。

5.根据权利1要求所述的用于原位修复砷污染农田土壤的钝化剂，其特征在于：所述的石灰为熟石灰，过80目筛。

6.根据权利1要求所述的用于原位修复砷污染农田土壤的钝化剂，其特征在于：所述膨润土为钠基膨润土，碱性系数大于1，蒙脱石含量为60%-80%，过80目筛。

7.权利要求1、2、3、4、5或6所述的的用于原位修复砷污染农田土壤的钝化剂,其特征在于制备方法为：将石灰、生物炭、膨润土按上述质量比搅拌混合，再将相应质量比例的铁化合物加入，充分搅拌均匀，得到制备的砷污染钝化剂。