CN108889773A - 一种镉污染矿山土壤修复剂及制备与应用方法 - Google Patents

一种镉污染矿山土壤修复剂及制备与应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种镉污染矿山土壤修复剂及制备与应用方法，以重量分数计算，本修复剂包含改性粘土矿物15‑30份、生石灰20‑35份、有机肥30‑45份、生物炭15‑30份、聚合高分子化合物1‑5份。本修复剂的制备方法包括以下步骤：将粘土矿研磨粉碎过100目后，经高温煅烧，冷却，研磨成颗粒或粉末状；以农林废弃物为主要原料，添加禽畜粪便，并外接种源菌剂，经5‑15d发酵而成；以农作物秸秆为原料，高温裂解，冷却至室温研磨后,过100目筛。最后将改性粘土矿物、生石灰、有机肥、生物炭、聚合高分子化合物以一定比例均匀混合。以每亩1‑2吨的用量施用，可高效降低矿山土壤中有效态镉含量，调整ph，保证矿山植被的正常生长，对矿山植被恢复具有重大作用。

Description

一种镉污染矿山土壤修复剂及制备与应用方法
技术领域：
本发明属于土壤重金属修复领域，具体涉及到一种镉污染矿山土壤的修复剂及制备与应用方法
背景技术：
矿产资源是人类赖以生存和发展的物质基础，是人类生存和社会经济发展的重要支柱。然而，由于我国矿产资源开发技术总体上并不先进，加上长期无序开采、重经济效益而轻保护，矿山开采不仅改变了原生景观生态环境，而且导致了矿区生态退化与环境污染。而矿山废弃地中的重金属污染对周围环境的影响尤为严重，特别是金属矿山废弃地的开采利用过程，甚至是在矿山停采或关闭之后，也会产生大量的重金属污染物质，对矿区乃至周边区域的土壤、水、植物等造成危害。矿山废弃地的主要有以下几点特征：1)物理结构不良，持水保肥能力差；2)酸性较强；3)极端贫瘠或养分不平衡；4)重金属含量过高；5)干旱或生理干旱严重，所以矿山废弃地具有众多的危害生态环境的极端理化性质，尤其是重金属含量过高问题最为突出，矿山生态恢复极为困难。
镉是植物生长的非必须元素。当植物体内镉含量超过一定限值就导致植物生长缓慢，生育期后移，甚至丧失正常的生育进程。土壤中的镉会破坏植物根系，抑制植物种子的萌发，因此镉污染严重的矿山土壤植被恢复难度较大。
目前常用于矿山重金属修复的措施主要有物理和化学措施。物理措施主要是客土法，先在废弃地上覆土，再改良。但如果废弃地的毒性很大如重金属尾矿砂，就必须在废弃地上面先铺设隔离层以阻挡有毒物质向上迁移，再客土。化学措施主要就是施加土壤修复剂。
目前常用的修复剂存在以下问题，有机类修复剂处理重金属污染土壤时易产生二次污染，天然矿物类修复剂对重金属的钝化效果较差。当前研究表明,几种固定剂的配合使用可显著调高重金属的修复效果,同时避免了单独使用一种修复剂对土壤产生的不利影响。因此,研发一种复合矿山修复剂，采用诸如吸附、沉淀、拮抗等多项钝化途径，可大大提高矿山的修复效果，为发展经济、有效、安全的钝化土壤重金属技术提供理论和技术支撑。
发明内容：
本发明属于重金属土壤修复领域，具体涉及一种镉污染矿山土壤的修复剂及制备与应用方法，以克服现阶段镉污染矿山土壤修复难的问题。
为了达到上述目的，本发明所提供的技术方案是：
一种镉污染矿山土壤修复剂，包括：
其中有机肥以总养分计N、P2O5、K2O为3％-10％，有机质含量30-45％，pH为6.5-8.5。
所述聚合高分子化合物为可降解型的聚谷氨酸、聚天冬氨酸中的一种或多种混合。
所述镉污染矿山土壤修复剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：改性粘土矿物的制备：将粘土矿研磨粉碎过100目后，经高温煅烧，冷却，研磨成颗粒或粉末状；
步骤二：有机肥的制备：以农林废弃物为主要原料，添加禽畜粪便，并接种外源菌剂，经5-15d发酵后使用；
步骤三：生物炭的制备：以农作物秸秆为原料，经600℃高温裂解，保温3h后冷却至室温后,研磨,过100目筛。
步骤四：将改性粘土矿物、生石灰、有机肥、生物炭、聚合高分子化合物以(15-30)：(20-35)：(30-45)：(15-30)：(1-5)均匀混合。
所述的步骤一中改性粘土矿物为凹凸棒土、钠基膨润土、沸石、硅藻土、海泡石中的一种或多种。
所述的步骤一中凹凸棒土、钠基膨润土、沸石、硅藻土、海泡石组分比例为((0-7)：(0-5)：(0-3)：(0-3)：(0-5)。
所述的步骤一中煅烧在350-500℃温度下进行1.5-3小时。
所述的步骤二中农林废弃物包括灌木枝干、一年生草本、落叶中的一种或多种混合。
所述的步骤二中禽畜粪便主要为鸡粪和猪粪，且鸡粪的比例大于猪粪。
所述的步骤二中农林废弃物与禽畜粪便的比例为：(1-2)：(3-5)
所述的步骤二中外源菌剂主要包含芽孢杆菌、放线菌、酵母菌、木霉菌等多种混合型菌剂，活菌总数≥100亿/ml。
所述的镉污染矿山土壤修复剂的应用方法如下：将修复剂按照每亩1-2吨用量，均匀撒施于镉污染的矿山土壤表面，保持湿度20％-30％，10-25天后即可种植植物。
生物炭具有较高的pH、阳离子交换量和C/N，比表面积较大，具有较强的吸附能力。向土壤中施入生物炭可以减小土壤的抗张力强度，和土壤密度，改善土壤质量有利于植物种子发芽及植物根系的生长。本发明所采用的以农林废弃物为原料制备的生物炭呈碱性在一定程度上可以中和一部分土壤酸性，并且吸附土壤中游离的重金属离子，并改良土壤结构提高植物种子的发芽率。
海泡石、硅藻土、膨润土等其吸水性较强，常用作保水剂的成分，而凹凸棒土、沸石具有较强吸附性。本发明将几种粘土矿物均匀混合，通过热改性改变粘土矿物的孔隙度的大小及孔道的弯曲度，增强其吸附能力及保水性。使得其进入土壤后除能够吸附土壤中重金属离子之外，还能够在一定程度上解决矿山土壤生理性干旱的问题。
聚合高分子化合物能与重金属离子形成稳定的螯合物，固化重金属离子，避免其在土壤中以离子形式存在并被植物吸收。本发明所采用的高分子聚合物优选为聚谷氨酸和聚天冬氨酸，在酸性条件下能够有效吸附重金属离子，特别是镉离子。
本发明相对于现有技术具有如下的优点如下：
本发明所采用的原料天然易得、成本低廉，对矿山重金属镉的钝化能力较强，，具有较高经济价值。
本发明中的生物炭及有机肥的原料为农业、林业、养殖业所产生的废弃物，将资源的价值最大化，实现了废弃物的资源化的利用。
本发明的修复剂针对矿山物理结构不良，酸性较强，持水保肥能力差，极端贫搭，重金属含量过高，生理性干旱的土壤。
本发明的修复剂与土壤相容性好，不会导致土壤二次污染且不会破坏土壤的结构，同时可以提高土壤的肥力水平。
具体实施方式：
实例1：
按照下列步骤制备镉污染矿山土壤的修复剂：
步骤一：改性粘土矿物的制备：将凹凸棒土、硅藻土、海泡石以3：2：1比例混合，粉碎过100目后，经350℃煅烧1.5h，冷却，研磨成颗粒或粉末状。
步骤二：有机肥的制备：以平湖生态园落叶为主要原料，添加鸡粪和猪粪混合物，比例为2：3，并接种芽孢杆菌、放线菌、酵母菌、乳酸菌在内的混合菌液，经5d发酵后使用。
步骤三：生物炭的制备：以稻草秸秆为原料，经600℃高温裂解，保温3h后冷却至室温后,研磨,过100目筛。
步骤四：将改性粘土矿物、生石灰、有机肥、生物炭、聚谷氨酸以15：30：30：20：5均匀混合。
实例2：
按照下列步骤制备镉污染矿山土壤的修复剂：
步骤一：改性粘土矿物的制备：将凹凸棒土、硅藻土、海泡石以4：2：3比例混合，粉碎过100目后，经400℃煅烧2h，冷却，研磨成颗粒或粉末状。
步骤二：有机肥的制备：以平湖生态园灌木树枝为主要原料，添加鸡粪和猪粪混合物，比例为1：5，并接种芽孢杆菌、放线菌、酵母菌、木霉菌在内的混合菌液，经7d发酵后使用。
步骤三：生物炭的制备：以稻草秸秆为原料，经600℃高温裂解，保温3h后冷却至室温后,研磨,过100目筛。
步骤四：将改性粘土矿物、生石灰、有机肥、生物炭、聚天冬氨酸以20：24：35：20：1均匀混合。
实例3：
按照下列步骤制备镉污染矿山土壤的修复剂：
步骤一：改性粘土矿物的制备：将凹凸棒土、钠基膨润土、沸石以5：3：2比例混合，粉碎过100目后，经350℃煅烧1.5h，冷却，研磨成颗粒或粉末状。
步骤二：有机肥的制备：以平湖生态园落叶为主要原料，添加鸡粪和猪粪混合物，比例为2：3，并接种芽孢杆菌、放线菌、酵母菌、乳酸菌在内的混合菌液，经5d发酵后使用。
步骤三：生物炭的制备：以玉米秸秆为原料，经600℃高温裂解，保温3h后冷却至室温后,研磨,过100目筛。
步骤四：将改性粘土矿物、生石灰、有机肥、生物炭、聚合氨基酸(聚天冬氨酸与聚谷氨酸1：1混合)以15：30：35：15：5均匀混合。
实例4：
镉污染矿山土壤修复剂使用方法：将镉污染矿山土壤修复剂均匀施撒于待处理的矿山土壤表面，每亩加入1吨修复剂，耕作，保证修复剂与土壤混合均匀，根据气候和天气状况进行水分补充，保证土壤含水量为20％-30％，15d后可种植植物。

Claims (11)

1.一种镉污染矿山土壤修复剂，包括：
其中有机肥以总养分计N、P2O5、K2O为3％-10％，有机质含量30-45％，pH为6.5-8.5。
2.根据权利要求1所述的镉污染矿山土壤修复剂，其特征在于：所述聚合高分子化合物为可降解型的聚谷氨酸、聚天冬氨酸中的一种或多种混合。
3.一种如权利要求1所述镉污染矿山土壤修复剂制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：改性粘土矿物的制备：将粘土矿研磨粉碎过100目后，经高温煅烧，冷却，研磨成颗粒或粉末状；
步骤二：有机肥的制备：以农林废弃物为主要原料，添加禽畜粪便，并外接种源菌剂，经5-15d发酵后使用；
步骤三：生物炭的制备：以农作物秸秆为原料，经600℃高温裂解，保温3h后冷却至室温后,研磨,过100目筛；
步骤四：将改性粘土矿物、生石灰、有机肥、生物炭、聚合高分子化合物以(15-30)：(20-35)：(30-45)：(15-30)：(1-5)均匀混合。
4.根据权利要求3所述的镉污染矿山土壤修复剂制备方法，其特征在于：所述的步骤一中改性粘土矿物为凹凸棒土、钠基膨润土、沸石、硅藻土、海泡石一种或多种。
5.根据权利要求3所述的镉污染矿山土壤修复剂制备方法，其特征在于：所述的步骤一中凹凸棒土、钠基膨润土、沸石、硅藻土、海泡石组分比例为(0-7)：(0-5)：(0-3)：(0-3)：(0-5)。
6.根据权利要求3所述的镉污染矿山土壤修复剂，其特征在于：所述的步骤一中高温煅烧在350-500℃温度下进行1.5-3小时。
7.根据权利要求3所述的镉污染矿山土壤修复剂，其特征在于：所述的步骤二中农林废弃物包括灌木枝干、一年生草本、落叶中的一种或多种混合。
8.根据权利要求3所述的镉污染矿山土壤修复剂，其特征在于：所述的步骤三中禽畜粪便主要为鸡粪和猪粪，且鸡粪的比例大于猪粪。
9.根据权利要求3所述的镉污染矿山土壤修复剂，其特征在于：所述的步骤三中禽畜粪便与农林废弃物的比例为：(3-5)：(1-2)。
10.根据权利要求3所述的镉污染矿山土壤修复剂，其特征在于：所述的步骤三中外源菌剂主要包含芽孢杆菌、放线菌、酵母菌、木霉菌等多种混合型菌剂，活菌总数≥100亿/ml。
11.一种如权利要求1所述镉污染矿山土壤修复剂的应用方法，其特征在于，将镉污染矿山土壤修复剂以每亩1-2吨用量均匀施撒于矿山土壤表面，使镉污染矿山土壤修复剂与矿山土壤充分混合，保持土壤水分20-30％，养护10-25d后可种植植物。
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