CN108821843A - 用于矿区周边耕地污染修复的调理剂及其制备和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于矿区周边耕地污染修复的调理剂及其制备和使用方法，其原料按重量份计包括25‑30份有机肥、5‑10份石灰石、3‑5份锰肥和3‑5份钙镁磷肥。本发明适用于重金属中度污染和重金属轻度污染的耕地的修复，以有机肥和石灰石为基质，添加锰肥和钙镁磷肥作为土壤修复调控剂，达到稳定土壤pH值，钝化土壤重金属，抑制蔬菜对重金属吸收并促进蔬菜生长的目的。

Description

用于矿区周边耕地污染修复的调理剂及其制备和使用方法

技术领域

本发明涉及环境修复工程技术领域，具体涉及一种用于矿区周边耕地污染修复的调理剂及其制备和使用方法。

背景技术

自然界中存在一百多种元素，其中约八十多种是金属元素，根据金属元素环境效应和人体健康方面的毒副作用，通常所说的重金属指：铅(Pb)、汞(Hg)、铜(Cu)、镉(Cd)、铬(Cr)以及类金属砷(As)等生物毒性显著的重金属。随着经济的快速发展，在开采矿产资源带来经济效益的同时，对环境、生态、土地利用等方面造成了严重的负面影响，并产生了一系列生态环境问题。矿产资源开采产生的大量废水和尾矿堆会对周边农田造成重金属污染，据统计我国遭受不同程度污染的耕地面积已接近2000万hm²，约占耕地面积的1/5。重金属进入土壤环境后，通过溶解、沉淀、凝聚、络合、吸附等各种反应，形成不同的化学形态，各形态会随环境条件的变化而相互转化。这些重金属在土壤中的形态变化会影响到它的活性和生物有效性并最终通过“土壤-植物”***经食物链进入动物和人体，危害人类健康和安全。

广义的土壤修复技术不仅是去除土壤中的污染物，还包括降低其生物有效性和迁移性，从而消减污染物对作物、周边环境和人体健康造成的风险。目前常见的土壤修复方法主要有物理修复技术、化学修复技术和生物修复技术。其中物理修复法通常指客土换土法，虽然其工艺流程简单、效果显著，但因此工程量大、费用高，并且存在二次污染问题只适用于小面积的、土壤污染情况严重的状况。生物修复技术通常包括种植高富集植物、经济作物等，但因为修复周期长，对于深层污染的修复存在困难。化学修复技术通常包括添加土壤pH剂、固化稳定剂或土壤改良剂，其因成本低、易实施，并且对土壤扰动小而在国内外广泛应用。

目前常用的化学修复技术主要是通过改变土壤pH值或添加固化剂与土壤中的重金属发生络合反应从而降低土壤中交换态重金属含量，此方法只限于对单一元素污染土壤，并且很容易造成土壤中营养元素的流失。矿区周边土壤通常存在多种重金属污染问题，并且土壤较为贫瘠，营养元素缺失导致粮食减产，基于以上问题，研发适用于我国矿区周边农田重金属污染修复的调理剂具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，有必要针对现有技术中存在的问题，提供一种用于矿区周边耕地污染修复的调理剂及其制备和使用方法。

本发明的一种用于矿区周边耕地污染修复的调理剂，其原料按重量份计包括25-30份有机肥、5-10份石灰石、3-5份锰肥和3-5份钙镁磷肥。

作为本发明的进一步改进，所述有机肥为家禽粪肥、人粪尿或绿肥。

作为本发明的进一步改进，所述石灰石为碳酸钙，所述石灰石含钙量≤30％。

作为本发明的进一步改进，所述锰肥为硫酸锰，所述锰肥含锰量≥30％。

作为本发明的进一步改进，所述钙镁磷肥的有效成分按重量份计包括8份MgO、25份CaO、25份SiO₂和12-18份P₂O₅。

本发明还提供了一种用于矿区周边耕地污染修复的调理剂的制备方法，包括以下步骤：

S1:按配方取有机肥、石灰石、锰肥和钙镁磷肥过筛，按照配比重量加水搅拌均匀，水固比为1：1-3，得到混合料A；

S2:将混合料A转移至反应釜中，将反应釜与160～230℃的饱和蒸汽压下反应12-24h后自然冷却，得到混合料B；

S3:将反应釜内混合料B取出，并将其通过烘干器进行烘干，烘干后进行粉碎，即可得到调理剂成品。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S1中筛为至少100目的筛。

作为本发明的进一步改进，所述有机肥为鸡粪肥，所述鸡粪肥为腐熟的鸡粪分别通过风干和粉碎，后过筛即得有机肥。所述筛为至少100目的筛。

本发明还提供了一种用于矿区周边耕地污染修复的调理剂的使用方法，包括以下步骤：

A.对待修复土壤进行重金属检测，判定土壤重金属污染程度，其中:中度污染土壤每亩调理剂的施用量为300-500kg，轻度污染土壤每亩调理剂的施用量为100-300kg；

B.先对待修复污染田土壤进行深度翻耕，深度翻耕的深度为30-40cm；将土壤大颗粒粉碎、耙平且打垄，再进行均匀撒播调理剂，机械旋耕表层土壤，机械旋耕深度为20cm左右，使调理剂与表层土壤充分混匀，然后在土壤表层喷洒适量的水，使土壤含水量达到田间最大持水量的50％左右，且上述持水量需保持至少一周的时间；

C.按照正常农耕方法进行蔬菜播种及水肥管理。

本发明与现有技术相比，具有以下优点。

本发明特别适用于矿区周边农田的中轻度的重金属的污染修复。本发明通过分析矿区周边农田土壤理化性质及重金属元素特征，提供了一种微量元素拮抗调理剂。

本发明适用于重金属中度污染和重金属轻度污染的耕地的修复，以有机肥和石灰石为基质，添加锰肥和钙镁磷肥作为土壤修复调控剂，达到稳定土壤pH值，钝化土壤重金属，抑制蔬菜对重金属吸收并促进蔬菜生长的目的。

本发明的有机肥可以增加土壤阳离子交换量，改善土壤理化性质，同时还可吸附重金属离子或与其发生络合反应，降低土壤重金属有效态含量；本发明的石灰石可以减少土壤中作物有效性较高形态的重金属，并使其转化为有效性较低的形态，故常被用来作为钝化剂进行土壤重金属污染的修复。本发明的锰肥中含有蔬菜生长所需要的营养元素Mn，能够显著影响土壤pH值和重金属有效性，并与重金属形成拮抗作用从而抑制蔬菜对重金属的吸收。本发明的钙镁磷肥中的Ca、Mg、Si元素与重金属形成拮抗作用，同时其内的磷可以提高土壤中有效磷含量，增强植物吸收利用；钙镁磷肥中的可溶性磷酸盐还能够与土壤和作物中的可交换态镉铅形成沉淀，从而降低土壤铅的生物可利用性和作物体内铅的转运率。从而本发明的锰肥和钙镁磷肥组成土壤修复调控剂，机肥和石灰石组成的基质，土壤修复调控剂和基质组成的复合调理剂通过协同作用，强化各自的效应，不仅可以降低土壤重金属的有效性，还能同时改善土壤理化性质，防治土传病害，促进植物的生长。

本发明为环境地球化学和拮抗原理对蔬菜田重金属污染治理的方案，一方面通过提高土壤吸附和沉淀，改变土壤镉赋存形态，降低土壤镉生物可利用性，另一方面通过元素拮抗降低蔬菜对重金属的吸收，双管齐下，保障修复效果和效率。本发明具有针对性强、修复效果好、清洁无污染、原材料易获取且价格低廉的优点。同时，本发明由于含有大量作物生长必须的营养元素，可在一定程度改良土壤，有增产的效果。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的解释说明。

实施例1

一种用于矿区周边耕地污染修复的调理剂，其原料按重量份计包括25-30份有机肥、5-10份石灰石、3-5份锰肥和3-5份钙镁磷肥。

实施例2

其余与实施例1一致，有机肥为家禽粪肥、人粪尿和绿肥。有机肥为腐熟的肥料分别通过风干和粉碎，后过筛即得。

实施例3

其余与实施例1或2一致，石灰石的主要化学成分为碳酸钙，石灰石的含钙量≤30％。

实施例4

其余与实施例1-3任一项一致，锰肥为硫酸锰MnSO₄,，锰肥含锰量≥30％。

实施例5

其余与实施例1-4任一项一致，钙镁磷肥的有效成分按重量份计包括8份MgO、25份CaO、25份SiO₂和12-18份P₂O₅。

钙镁磷肥其有效化学成分为8％的MgO、25％CaO、25％SiO₂和12-18％P₂O₅；

实施例6

其余与实施例1-5任一项一致，一种用于矿区周边耕地污染修复的调理剂的制备方法，包括以下步骤：

S1:按配方取有机肥、石灰石、锰肥和钙镁磷肥过筛，按照配比重量加水搅拌均匀，水固比为1：1-3，得到混合料A；

S2:将混合料A转移至反应釜中，将反应釜与160～230℃的饱和蒸汽压下反应12-24h后自然冷却，得到混合料B；

S3:将反应釜内混合料B取出，并将其通过烘干器进行烘干，烘干后进行粉碎，即可得到调理剂成品。步骤S1中筛为至少100目的筛。

实施例7

其余与实施例6一致，有机肥为鸡粪肥，鸡粪肥为腐熟的鸡粪分别通过风干和粉碎，后过筛即得有机肥。筛为至少100目的筛。

实施例8

其余与实施例1-7任一项一致，一种用于矿区周边耕地污染修复的调理剂的使用方法，适用于重金属中度污染和重金属轻度污染，包括以下步骤：

A.对待修复土壤进行重金属检测，判定土壤重金属污染程度，其中:中度污染土壤每亩调理剂的施用量为300-500kg，轻度污染土壤每亩调理剂的施用量为100-300kg；

B.先对待修复污染田土壤进行深度翻耕，深度翻耕的深度为30-40cm；将土壤大颗粒粉碎、耙平且打垄，再进行均匀撒播调理剂，机械旋耕表层土壤，机械旋耕深度为20cm，使调理剂与表层土壤充分混匀，然后在土壤表层喷洒适量的水，使土壤含水量达到田间最大持水量的50％，且上述持水量需保持至少一周的时间；

C.按照正常农耕方法进行蔬菜播种及水肥管理。

实施例9

在中国南方某受矿业活动影响的重金属污染蔬菜田进行小区试验。分别设置对照组和处理组，每组三个平行小区。

对照组除不施加调理剂外，其它均与处理组相同。供试蔬菜的小白菜为叶菜类，按照正常农耕方法进行播种及水肥管理。

小区土壤理化性质为：pH值为7.87，全镉为2.38mg·kg^-1，全铅为172.76mg·kg^-1，有效态镉(DPTA提取)为1.40mg·kg^-1，有效态铅(DPTA提取)为72.28mg·kg^-1。

试验结果参见下表:

结果显示该复合调理剂处理下土壤pH值变化不大，土壤有效镉、有效铅含量较对照组平均降低46.4％和42.9％；处理组蔬菜镉、铅含量较对照组平均降低32.5％、33.2％，大大降低蔬菜重金属含量。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种用于矿区周边耕地污染修复的调理剂，其特征在于：其原料按重量份计包括25-30份有机肥、5-10份石灰石、3-5份锰肥和3-5份钙镁磷肥。

2.根据权利要求1所述的用于矿区周边耕地污染修复的调理剂，其特征在于：所述有机肥为家禽粪肥、人粪尿或绿肥。

3.根据权利要求1所述的用于矿区周边耕地污染修复的调理剂，其特征在于：所述石灰石为碳酸钙，所述石灰石含钙量≤30％。

4.根据权利要求1所述的用于矿区周边耕地污染修复的调理剂，其特征在于：所述锰肥为硫酸锰，所述锰肥含锰量≥30％。

5.根据权利要求1所述的用于矿区周边耕地污染修复的调理剂，其特征在于：所述钙镁磷肥的有效成分按重量份计包括8份MgO、25份CaO、25份SiO₂和12-18份P₂O₅。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的用于矿区周边耕地污染修复的调理剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1:按配方取有机肥、石灰石、锰肥和钙镁磷肥过筛，按照配比重量加水搅拌均匀，水固比为1：1-3，得到混合料A；

S2:将混合料A转移至反应釜中，将反应釜与160～230℃的饱和蒸汽压下反应12-24h后自然冷却，得到混合料B；

S3:将反应釜内混合料B取出，并将其通过烘干器进行烘干，烘干后进行粉碎，即可得到调理剂成品。

7.根据权利要求6所述的用于矿区周边耕地污染修复的调理剂的制备方法，其特征在于：所述有机肥为鸡粪肥，所述鸡粪肥为腐熟的鸡粪分别通过风干和粉碎，后过筛即得有机肥。

8.一种如权利要求1-5任一项所述的用于矿区周边耕地污染修复的调理剂的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

A.对待修复土壤进行重金属检测，判定土壤重金属污染程度，其中:中度污染土壤每亩调理剂的施用量为300-500kg，轻度污染土壤每亩调理剂的施用量为100-300kg；

B.先对待修复污染田土壤进行深度翻耕，深度翻耕的深度为30-40cm；将土壤大颗粒粉碎、耙平且打垄，再进行均匀撒播调理剂，机械旋耕表层土壤，机械旋耕深度为20cm左右，使调理剂与表层土壤充分混匀，然后在土壤表层喷洒适量的水，使土壤含水量达到田间最大持水量的50％左右，且上述持水量需保持至少一周的时间；

C.按照正常农耕方法进行蔬菜播种及水肥管理。