CN109181704B - 一种土壤重金属及有机污染修复剂及其制备与应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土壤重金属及有机污染修复剂及其制备与应用方法，其中所述修复剂包括以下成分：生物炭、草炭土、蛋氨酸硒、侧孢芽孢杆菌、粘土矿物、含铁化合物、含硅化合物、黑腐酸、生物质。本发明的修复剂可显著降低土壤或水体中重金属及有机污染物含量，不产生二次污染，不产生土壤板结现象，且有效提升了土壤质量，减少了化肥、农药使用量，操作流程简单、周期短、见效快，有利于不同结构土壤、不同类型场地、不同类型水体等大面积污染的治理与修复应用。

Description

一种土壤重金属及有机污染修复剂及其制备与应用方法

技术领域

本发明涉及土壤重金属和/或有机污染修复剂的技术领域。

背景技术

土壤是万物之源，是人类生产生活的根基。随着现代化工业、农业的发展，土壤中累积的有害物质也在不断增加，在这些受污染的土壤上进行农业生产活动势必形成食品安全问题，在其上进行居住、生活等也会直接危害人类健康，在此之外，部分有害成本还参与了固、液、气等多种形式的自然及生态***循环，在更广泛的范围内对人体和自然界造成损害。

土壤常见的污染形式包括无机污染与有机污染，其中无机污染以重金属元素污染最为显著、危害最大，有机污染以化肥、农药、杀虫杀草剂等最为显著、危害最大。

在重金属元素污染中具有代表性的是铅、镉、汞、砷、铬五大重金属元素，其次是具有一定毒性的一般重金属元素，例如：铜、锌、镍、钴、锡等。土壤中重金属元素的来源，除了其自身固有的重金属成分外，工业废气、废水、粉尘、废渣、大气、汽车尾气、生活垃圾等富集加剧了土壤中重金属元素的含量。研究发现，重金属元素进入土壤后，不仅对土壤的物理性，生物数量、种群结构，土壤酶活性，整个土壤生态系有负面的影响，而且会干扰作物的发育和代谢能力、使得土壤出现板结化、酸性化、肥力下降，使得农作物品质和产量下降，并通过食物链最终在人体不断积累，对人体健康形成危害。同时，为抵消土壤重金属污染带来的作物品质、产量、抗病等能力的下降，种植者往往进一步增加农药、化肥等的用量，增加有机污染量，造成有机、无机污染叠加，不断增加受污染地土壤恶化程度。

在具有严峻的无机重金属污染及有机污染的现实情况下，我国还面临着这些污染很多都为难以管控的面源污染的问题。所述面源污染又称为非点源污染，其无固定排污地点，而主可由土壤泥沙颗粒、氮磷等营养物质、农药、各种大气颗粒物等多种成分组成，通过地表径流、土壤侵蚀、农田排水等方式进入水、土壤或大气环境，具有随机性、广泛性、滞后性、模糊性、潜伏性等特点，进一步加大了研究、治理和管理政策制定的难度。

现有技术中对土壤修复剂进行了大量的研究和公开，主要涉及工程措施、化学钝化、植物修复等技术手段。但这些现有技术通常具有修复途径单一、技术同质化严重等问题，导致修复治理效果不明显，成本高、周期长、应用率低，且有潜在二次污染的风险。

如发明专利申请CN102559198A公开了一种用低品位磷矿粉为主要原料，与草酸铵混合制成钝化剂的技术方案，并将其用于钝化铜、铅、镉复合污染农田，虽然其工艺简便，成本较低，但这种磷酸盐类钝化剂在实际使用时会降低土壤pH值，当土壤pH值降低时，土壤的重金属可交换态活性增强，毒性浓度升高；并且磷酸盐类钝化剂对污染土壤的钝化效果与重金属种类、土壤性质、含水量、修复时间有很大的关系，在不同的土壤结构下，重金属元素的钝化往往难以达到预期效果，且磷酸盐的加入在不同的土壤环境下对铜的吸附没有显著的效果。在此之外，研究发现，磷矿粉中自身含有重金属镉元素，用磷矿粉作主要原料，不仅难以达到修复目标，反而会导致土壤中镉富集加剧。类似这样的钝化剂虽然成本较低，但修复效果不稳定，普适性差，且有较大的二次污染风险。

发明内容 不产生二次污染，不产生土壤板结现象，且有效提升了土壤质量，减少了化肥、农药使用量，操作流程简单、周期短、见效快，有利于不同结构土壤、不同类型场地、不同类型水体等大面积污染的治理与修复应用。

本发明的目的在于提出一种可高效、持续、稳定地将土壤中有害的重金属、有机污染成分转化为无害状态的土壤污染修复剂。该修复剂还具有无二次污染、无土壤板结、不损害土壤理化性能，且有效提升了土壤质量，减少了化肥、农药使用量，操作简单、周期短、见效快，有利于大面积土壤环境污染治理与修复应用。

本发明采用如下的技术方案：

一种土壤重金属及有机污染修复剂，其特征在于：包括以下成分：生物炭、草炭土、蛋氨酸硒、侧孢芽孢杆菌、粘土矿物、含铁化合物、含硅化合物、黑腐酸、生物质。

上述方案中所述粘土矿物是指的组成粘土岩和土壤的一类主要矿物，如含铝、镁等元素的含水硅酸盐矿物。

上述方案中所述生物炭是指的生物有机材料在缺氧或绝氧环境中，经高温裂解后生成的固态产物。

发明人研究发现，现有技术中修复剂大量应用了化学钝化原理，部分还添加具有强吸附作用的介质，通过吸附-沉淀-离子交换-氧化还原的过程，以使处于活跃的交换态的重金属元素固化、稳定下来，但在此过程中，多数修复剂忽略了土壤在此过程中及其后自身的化学、物理及生物状态均在不断的发生变化，如pH值、氧化还原电位、土壤微生态环境等在修复剂加入前后的不同时间段均在持续变化，由此会导致部分修复中可以固定下来的重金属，在后续会继续回到循环体系中形成新的污染，且因修复过程中容易出现的土壤板结现象，导致新的污染更难去除。

发明人认为，研究土壤重金属应用修复技术，首先必须掌握土壤重金属在整个过程中的形态变化及运行轨迹，深入了解土壤中重金属“稳定态与可交换态”相互转化关系，才能得到具有一劳永逸效果的土壤修复剂。

在本发明的上述组分协同后，该修复剂不仅可以吸附重金属元素使其集中于修复剂周围，并且修复剂的有效成分在有害物质的转化过程中可进行扩散，修复剂与土壤微生物环境可形成动态的平衡，使其pH值及氧化还原电位在修复的过程中不断得到调整，修复剂自身及被污染土壤周围组成一个不断进行有害物质状态转化的生物化学群落，使有害成分，如重金属元素不仅能够固定下来，并且能通过生物、化学的协同作用，转换为无害成分。

上述技术方案的一种优选实施方式为所述修复剂还含有粉煤灰。

上述技术方案的一种具体实施方式为：所述粘土矿物为选自高岭土、硅藻土、蒙脱土、蛭石、海泡石、伊利石中的一种或多种。

其另一种或进一步的实施方式为：所述含铁化合物为选自硫酸亚铁、硫酸铁、聚合硫酸铁中的一种或多种。

其另一种或进一步的实施方式为：所述含硅化合物为选自硅酸钙、硅酸钠、硅酸钙镁中的一种或两种。

其另一种或进一步的实施方式为：所述生物炭为将农林废弃物秸秆进行断氧碳化后得到的生物炭，且断氧碳化的温度为500～600℃。

其另一种或进一步的实施方式为：其按质量份计，由以下成分组成：生物炭30～50份、草炭土4～8份、粘土矿物3～7份、含铁化合物1～3份、黑腐酸1～3份、含硅化合物2～5份、蛋氨酸硒1～3份、侧孢芽孢杆菌1～3份、生物质26～46份，优选还包括粉煤灰2～5份。

本发明进一步提出了上述技术方案或其具体实施方式的制备方法，其包括以下过程：

(1)生物炭的制备：

将农林废弃物秸秆进行断氧碳化，断氧碳化的温度为500～600℃,至碳化率达到98％以上,得到碳化物，将所述碳化物加工为80～100目，得到所述生物炭；

(2)生物质的制备：

将植物废弃物粉碎至80～100目，其后腐熟发酵，得到所述生物质；

(3)配制：

将所述生物炭、生物质、及草炭土、粘土矿物、含铁化合物、黑腐酸、含硅化合物、蛋氨酸硒、侧孢芽孢杆菌混合均匀，即得到所述土壤重金属及有机污染修复剂。

发明人发现部分现有技术在生物炭的制备过程中，将碳化温度控制为350～450℃，得到的产物炭化率仅到50～65％左右，有效多孔密度少，杂质含量高，利用效率低，经这种碳化温度得到的生物炭在实际应用时对土壤或水体内有害物质的吸附能力较差，推广难度较大。而发明人发现的500～600℃的碳化温度，其得到的生物炭炭化率在98％以上，孔隙密度显著增加，形成多孔高密度晶体，吸附能力强，且与其它组分协同作用显著。

上述制备方法中所述农林废弃物是指的农业作物、林业作物生长过程中产生的废弃部分，将其变废为宝，有效实现了资源化再利用。

上述制备方法中所述植物废弃物是指的植物生长过程中产生的废弃部分，如麦秆、稻草、果树枝、树叶、果皮、腐植物、红薯藤、瓜藤、楝树果等。

该制备方法的一种优选实施方式为：所述步骤(2)中所述腐熟发酵的过程包括：将粉碎后的植物废弃物与腐熟菌、水混合，至含水量为40～50％，其后在60～80℃下进行腐熟，腐熟完成后继续自然发酵5～15天，至混合物水分含量达到15～20％时完成。

本发明进一步提出了所述土壤重金属及有机污染修复剂的应用方法，其包括将该修复剂使用于具有重金属和/或有机污染的土壤和/或水体中。

上述应用可针对场地土壤、耕地土壤、农田土壤、植被土壤、建设土壤、农田水体、化工排放水体、生活污水等多种目标，适用于生产种养殖、矿山场地、化工场地、垃圾场地、农药场地、油脂场地、等多种场合。

在具体应用时，可配合多种治理技术，如原位修复及异位修复。

进一步的，如在污染场地进行异位修复，可通过以下具体过程：

(1)就近划定场地原位修复污染物堆码场地，确定技术管控场地，技术管控场地要求地面硬化，四周要有挡墙隔离，空中搭建扬尘遮雨棚架，避免扬尘空重污染，避免雨水冲刷导致地下水二次污染；

(2)采用挖掘机按技术设计进行深挖，将挖出的污染土壤及固废物迅速转运到处理场所，进行技术安全管控，若污染场地挖掘现场出现地下积水或雨水，必须采取积水管控措施，或将积水抽出场外，避免二次污染；

(3)将已挖掘堆码的污染物进行封闭分筛，将固废物及漂浮集中堆放在指定地点，将污染土壤进行集中处理；

(4)将污染土壤以1：50(m³：kg)的比例投放本发明的修复剂，并用自来水喷沙进行拌匀，保持湿度在20％，经过30日完成修复转化，取样检测，达到土壤污染修复治理标准后，进行集中还填即可。或如在污染耕地(旱地)进行原位修复，可通过以下具体过程：

(1)旱地土壤根据污染物含量检测结果区分为重度、中度、轻度、轻微度等不同的程度，由此制定治理修复方案；

(2)根据程度的不同，分别按1：400；1：300；1：200；或1：100(亩：千克)的比例投放本发明的修复剂；

(3)投放前对旱地进行机器或人工深翻10～20cm，其后通过旋耕机将土碎均匀；再将该修复剂按量进行人工或机器喷撒，使用旋耕机拌匀，其后向土壤喷水，保持土壤湿度在20％左右即可；

(4)将投放修复剂后的土壤经7～30天自然转化后，即可任意种植农作物。

若进行农田原位修复，可选择和耕地(旱地)原位修复相同的过程，修复剂按1：500；1：400；1：300；或1：200(亩：千克)的比例投放。

本发明具备以下有益效果：

(1)本发明可高效、持续、稳定地将土壤或水体中有害的重金属、有机污染成分转化为无害状态，转化后可保证活泼的交换态的重金属离子完全得到固化，并进一步经生物化学作用得到转换，后续不再由活性状态进入循环；

(2)本发明的修复剂各成分均安全无害，在修复过程中会参与进土壤转化的过程，不会产生二次污染，不会造成土壤板结，在发明人的长期观察中发现，使用本修复剂后，土壤蓬松度会得到持续的保持或提高，土壤蓬松上升高度年均增长1cm左右；

(3)本发明修复周期短，见效快，修复过程中可同时进行作物栽种，且栽种后的作物体内不产生污染成分的富集，可极大地减少土地空置时间，提高农业耕作经济效益；

(4)本发明可对多种类型的、大面积的土壤或水体污染进行修复，具有较高的经济和环境效益；

(5)本发明修复后的土壤在种植时，无需再施加农药或化肥，并能有效增强作物抗病性，发明人将其应用在水果(葡萄、柠檬)、蔬菜、水稻的种植中时，发现作物年产量相对于日常施加农药的处理方式，可增加10～20％；

(6)本发明的修复剂可显著降低土壤、水体中多种类型的重金属、有机污染成分的含量，在部分情况下，重金属元素的含量可下降接近100％；

(7)本发明的修复剂在进行土壤修复的同时，具备固氮、解磷、解钾、疏松土壤、激活土壤微生物、增加土壤有机碳、恢复土壤生态系的功能。

具体实施方式

通过以下过程制备修复剂：

(1)生物炭的制备：

将农林废弃物秸秆进行断氧碳化，断氧碳化的温度为500～600℃,至碳化率达到98％以上,得到碳化物，将所述碳化物加工为80～100目，得到所述生物炭，该生物炭为多孔高密度晶体；

(2)生物质的制备：

将植物废弃物粉碎至80～100目，其后腐熟发酵，得到所述生物质；(3)配制：

将所述生物炭、生物质、及草炭土、粘土矿物、含铁化合物、黑腐酸、含硅化合物、蛋氨酸硒、侧孢芽孢杆菌混合均匀，即得到所述土壤重金属及有机污染修复剂。

其中：

所述步骤(2)中所述腐熟发酵的过程优选为：将粉碎后的植物废弃物与腐熟菌、水混合，至含水量为40～50％，其后在60～80℃下进行腐熟，腐熟完成后继续自然发酵5～15天，至混合物水分含量达到15～20％时完成。

步骤(9)中优选还包括原料粉煤灰。

所述粘土矿物优选为高岭土、硅藻土、蒙脱土、蛭石、海泡石、伊利石中的一种或多种。

所述含铁化合物优选为硫酸亚铁、硫酸铁、聚合硫酸铁中的一种或多种。

所述含硅化合物优选为硅酸钙、硅酸钠、硅酸钙镁中的一种或两种。各原料的配比优选为：生物炭30～50份、草炭土4～8份、粘土矿物3～7份、含铁化合物1～3份、黑腐酸1～3份、含硅化合物2～5份、蛋氨酸硒1～3份、侧孢芽孢杆菌1～3份、生物质26～46份，进一步优选还含有粉煤灰2～5份。

在上述具体实施方式的基础上，本发明进一步提供了一些实施例，以进一步作出说明。

实施例1

通过以下过程制备修复剂：

(1)生物炭的制备：

将水稻、小麦等农林废弃物秸秆在500～600℃下进行断氧碳化，将碳化物取样检测，至碳化率达到98％以上,结束碳化，其后将所得碳化物加工为80～100目，得到所需生物炭，该生物炭为多孔高密度晶体；(2)生物质的制备：

将麦秆、稻草、果树枝、树叶、果皮、腐植物、红薯藤、瓜藤、楝树落果等天然植物的废弃物混合粉碎至80～100目，然后添加腐熟菌、喷水进行混合，保持混合料的含水量在40～50％，其后进行高温腐熟，腐熟温度为60～80℃，采用自动翻抛机往返槽内翻抛，腐熟期根据气候选择，一般为7～15天，经彻底腐熟后，退槽进行自然发酵10天后，待水分保持在15～20％之间即得到所需生物质；

(3)配制：

取所述生物炭30～50份、生物质26～46份、及草炭土4～8份、蒙脱土3～7份、硫酸亚铁和硫酸铁1～3份、黑腐酸1～3份、硅酸钠2～5份、蛋氨酸硒1～3份、侧孢芽孢杆菌1～3份、粉煤灰2～5份混合均匀，即得到所述土壤重金属及有机污染修复剂。

实施例2

通过以下过程制备修复剂：

(1)生物炭的制备：

将水稻、小麦等农林废弃物秸秆在500～600℃下进行断氧碳化，将碳化物取样检测，至碳化率达到98％以上,结束碳化，其后将所得碳化物加工为80～100目，得到所需生物炭，该生物炭为多孔高密度晶体；(2)生物质的制备：

将麦秆、稻草、果树枝、树叶、果皮、腐植物、红薯藤、瓜藤、楝树落果等天然植物的废弃物混合粉碎至80～100目，然后添加腐熟菌、喷水进行混合，保持混合料的含水量在40～50％，其后进行高温腐熟，腐熟温度为60～80℃，采用自动翻抛机往返槽内翻抛，腐熟期根据气候选择，一般为7～15天，经彻底腐熟后，退槽进行自然发酵10天后，待水分保持在15～20％之间即得到所需生物质；

(3)配制：

取所述生物炭40份、生物质36份、及草炭土6份、高岭土5份、聚合硫酸铁2份、黑腐酸2份、硅酸钙3份、蛋氨酸硒1份、侧孢芽孢杆菌2份、粉煤灰3份混合均匀，即得到所述土壤重金属及有机污染修复剂。

实施例3

将实施例1或2所得修复剂应用于具有重金属污染的农田中，在应用前，被污染土壤的检测情况如下表所示：

在0.5亩待修复农田内投放100kg所得修复剂，投放过程为先将待修复农田进行20cm左右的翻土，再进行碎土，其后将该修复剂洒入土壤中拌匀，再进行浅水浇灌，经24h完成转化，其后在该农田内种植水稻，在水稻种植的过程中不施加任何农药或肥料，至水稻完成收割，共计120天，为一个修复周期，将修复后的土壤、及收割的稻米送第三方进行重金属和有机污染含量测试，其检测结果分别为：

(1)修复后土壤检测结果：

(2)稻米检测结果：

检测项目	检测方法	计量单位	检测结果	标准要求
					草甘膦	GB/T23750-2009	mg/kg	未检出	/
蛋白质	GB5009.5-2010	mg/kg	6.97	/
					滴滴涕	GB/T19648-2006	mg/kg	未检出	≤0.05
钙	DB53/T288-2009	mg/kg	31.3	/
					镉(Cd)	SN/T0448-2011	mg/kg	未检出	≤0.2
铬(Cr)	DB53/T288-2009	mg/kg	未检出	≤1.0
					汞(Hg)	GB5009.17-2014	mg/kg	未检出	≤0.02
六六六	GB/T19648-2006	mg/kg	未检出	≤0.05
					钠	DB53/T288-2009	mg/kg	22.1	/
能量	GB28050-2011	KJ/100G	1510	/
					铅(Pb)	SN/T0448-2011	mg/kg	未检出	≤0.2
碳水化合物	GB28050-2011	％	79.7	/
					硒	GB/T5009.93-2010	mg/kg	0.33	/
锌	DB53/T288-2009	mg/kg	11.1	/
					脂肪	GB/T5009.6-2003	％	1.0	/
总砷(As)	SN/T0448-2011	mg/kg	0.13	≤0.15

从上述结果中可以看到土壤中主要的重金属元素均出现了显著的下降，其中镉(Cd)含量降低了75.3％，砷(As)含量降低了74.7％，铅(Pb)含量下降了100％，铬(Cr)含量下降了99.7％，汞(Hg)含量下降了97.6％，种植出的稻米内基本未检出重金属元素，营养成分含量高，说明了本发明的修复剂可在较短的修复周期内起效，不影响农作物种植周期，且效果显著，有助于大面积推广。

实施例4

发明人参与彭州市致和镇明台村3组土壤环境污染修复治理试点工程，其中待修复田临街设置，具有严重的镉(Cd)污染，共计0.9亩，发明人将其划分为两个相邻的区域，其中0.5亩为试验田，0.4亩为对照田，对试验田及对照田分别取样检测，检测结果如下表所示：

其后向0.5亩试验田内投放90kg本发明实施例1得到的修复剂，投放过程为先将待修复农田进行20cm左右的翻土，再进行碎土，其后将该修复剂洒入土壤中拌匀，再进行浅水浇灌，经24h完成转化，对对照田进行完全相同的操作，但不投放修复剂，其后在对照田及试验田内种植水稻，在水稻种植的过程中不施加任何农药或肥料，至水稻完成收割，共计120天，为一个修复周期，其后将两组田后的土壤，及收割的稻米、秸秆送第三方进行重金属和有机污染含量测试，其检测结果分别为：

(1)一个修复周期后土壤及秸秆中重金属含量检测结果：

(2)一个修复周期后稻米中重金属含量检测结果：

从上述对比中可以看出试验田土壤经修复后镉(Cd)含量下降了63％，镉中、重度污染区变为国家二级土壤，种植得到的稻米中镉含量降低73％，而未经修复的对照田不仅重金属含量仍然未变，且种植出的稻米镉含量达到0.37mg/kg，相对于国家大米镉污染限量值0.2mg/kg严重超标。

实施例5

发明人参与绵竹市隆兴镇川木村3组土壤环境镉(Cd)污染修复治理试点工程，其中待修复田面积规划共1.7亩，镉污染严重，发明人将其划分为两个相邻的区域，其中1亩为试验田，0.7亩为对照田，对试验田及对照田分别取样检测，检测结果如下表所示：

其后向1亩试验田内投放200kg本发明实施例2得到的修复剂，投放过程为先将待修复农田进行20cm左右的翻土，再进行碎土，其后将该修复剂洒入土壤中拌匀，再进行浅水浇灌，经24h完成转化，对对照田进行完全相同的操作，但不投放修复剂，其后在对照田及试验田内种植水稻，在水稻种植的过程中不施加任何农药或肥料，至水稻完成收割，共计120天，为一个修复周期，其后将两组田后的土壤，及收割的稻米、秸秆送第三方进行重金属和有机污染含量测试，其检测结果分别为：

(1)一个修复周期后土壤中重金属含量及pH检测结果：

(2)一个修复周期后稻米及秸秆中重金属含量检测结果：

从上述对比中可以看出试验田土壤经修复后镉(Cd)含量下降了70％，由镉重度污染区变为国家二级土壤，种植得到的稻米中镉含量降低81％，而未经修复的对照田不仅重金属含量仍然未变，且种植出的稻米镉含量达到0.38mg/kg，相对于国家大米镉污染限量值0.2mg/kg严重超标。

实施例6

对某县柠檬基地重金属及有机物污染的土壤进行修复，修复前测试得知土壤中镉元素含量为0.89mg/kg,高于国家农用地0.3mg/kg的安全指标近3倍，为镉重度污染土壤，同时测得土壤中砷含量高于安全指标5倍以上，土壤中草甘膦、哒螨灵、毒死牌、920激素等超过国家有机污染残留标准的的10倍至几十倍。

按1：50、1：100、1：200(亩：千克)的不同投放比向该污染土壤投放本发明修复剂，经4个月的修复周期后取样送第三方检测，其结果如下：

(1)按1：50的投放比使用本发明修复剂，土壤中镉含量从0.89mg/kg下降至0.45mg/kg,降低近50％，有机物污染值较修复前降低了1.5倍；

(2)按1：100的投放比使用本发明修复剂，土壤中镉含量从0.89mg/kg下降至0.38mg/kg,降低57％，有机物污染值较修复前降低了1.5倍，同时土壤中砷含量较修复前下降了2.3倍，土壤中的有机物污染值较修复前降低了4.8倍；

(3)按1：200的投放比使用本发明修复剂，土壤中镉含量从0.89mg/kg下降至0.30mg/kg,降低66％，有机物污染值较修复前降低了1.5倍，同时土壤中砷含量降低至0.2mg/kg，土壤中的有机物污染值较修复前降低了4.8倍，土壤达到绿色或有机安全标准。

实施例7

对某市火力发电厂场地及周边重金属及有机污染土壤进行修复，修复前测试得知土壤中镉含量为0.85mg/kg,铬含量为0.56mg/kg，铅含量为15.5mg/kg，氟化物含量为6.5mg/kg，氰化物(以CN计)含量为3.2mg/kg，还具有较高的酚类及油脂污染浓度。

同时，该场地经地质钻探发现污染深度为13米，涉及面积3亩，共计8500立方米，修复难度较大，发明人对该场地应业主要求进行异位处理，原位还填的治理方法使用本发明修复剂进行了修复。

治理过程包括对场地进行大型机器挖掘，将土壤、固废物及石块全面挖出，并指定技术管控场所堆码，然后进行严格撒选后，将污染土壤按1：50(m³：kg)的比例投放本发明修复剂，其后拌匀，进行浇水混合，使混合土壤湿度保持在20％左右，经30天封闭转化，完成修复。

修复后土壤各重金属含量变化为：

(1)镉浓度从0.85mg/kg降低至0.3mg/kg，降低65％；

(2)铬浓度从0.56mg/kg降低至0.28mg/kg，降低50％；

(3)铅浓度从15.5mg/kg降低至0.33mg/kg，降低98％；

(4)氟化物浓度从6.5mg/kg降低至4.5mg/kg，降低31％；

(5)氰化物(以CN计)浓度从3.2mg/kg降低至0.6mg/kg，降低81％；(6)酚类及油脂污染浓度降低至国家二级安全土壤有机污染指标范围。

经修复，上述各指标均达到国家二级安全土壤及有机污染限量指标范围。

实施例8对比实施例

通过以下过程制备修复剂：

(1)生物炭的制备：

将水稻、小麦等农林废弃物秸秆在500～600℃下进行断氧碳化，将碳化物取样检测，至碳化率达到98％以上,结束碳化，其后将所得碳化物加工为80～100目，得到所需生物炭，该生物炭为多孔高密度晶体；(2)生物质的制备：

将麦秆、稻草、果树枝、树叶、果皮、腐植物、红薯藤、瓜藤、楝树落果等天然植物的废弃物混合粉碎至80～100目，然后添加腐熟菌、喷水进行混合，保持混合料的含水量在40～50％，其后进行高温腐熟，腐熟温度为60～80℃，采用自动翻抛机往返槽内翻抛，腐熟期根据气候选择，一般为7～15天，经彻底腐熟后，退槽进行自然发酵10天后，待水分保持在15～20％之间即得到所需生物质；

(3)配制：

取所述生物炭、生物质、及修复剂其它原料按配比混合均匀，得到不同的修复剂，

其中不同修复剂的原料即配比如下表所示：

在某重金属复合污染区域选定1亩大田及1亩旱地分别分为10个测试组，每组均含有0.1亩大田及旱地，使用上述10种不同修复剂按进行修复对比。

修复过程为：

按20kg/组(即200kg/亩)的用量将修复剂添加至旱地及大田中，其后采用人工或机器将修复剂与土壤充分搅拌均匀，其后进行灌水和浇水，大田要淹水保持至3cm的平均水位，旱地要浇透，使其土壤保持15～18％的平均湿度，各组均经30天修复，其后对各组土壤送检测试其中重金属含量。

在修复前取样测试该大田及旱地重金属含量，检测结果如下：

经修复后，再次测试该大田及旱地重金属含量，检测结果如下：

旱地组：

大田组：

从上述配方的对比可以发现自配方7开始，修复后土壤中重金属含量下降更显著，土壤pH调节更加明显，配方10相对于其他配方重金属含量下降最为明显，土壤pH调节上升值更显著。

实施例9在水体中的应用

在某重金属污染严重的水田内进行试验，首先将该1亩水田一分为二，在中间扎埂50cm进行隔断，以免相互串水或翻水，四周同时扎埂50cm，整体呈正方形，其中一半水田作为试验田，另一半水田作为对照田，试验前测试两田及灌溉渠的重金属含量，如下表所示：

向治理后的水田内灌水，至水位保持20cm，其后扎好进水口，夯实恢复50cm与田埂平行，向试验田水体中直接投放120kg本发明的修复剂，其后使用旋耕机进行悬高水体中央搅拌均匀，直到水体浑浊为止，经30天完成修复，对对照田进行同样的操作，但不投放修复剂，其后分别对各水体采样2L进行检测，检测结果如下：

从上述结果可以看出修复后试验田水体中重金属含量显著下降，其中镉含量降低了65％、汞含量降低了84％、铅含量降低了42％、砷含量降低了51％、铬含量降低了34％、水体pH值提高了30％。

可以理解的是，上述实施方式仅用于说明本发明较优的一些实施方式，本发明的内容并不仅限于上述实施方式所提供的过程、操作与参数。

Claims (8)

1.一种土壤重金属及有机污染修复剂，其特征在于：其按质量份计，由以下成分组成：生物炭30~50份、草炭土4~8份、粘土矿物3~7份、含铁化合物1~3份、黑腐酸1~3份、含硅化合物2~5份、蛋氨酸硒1~3份、侧孢芽孢杆菌1~3份、生物质26~46份、粉煤灰2~5份；所述生物质是通过将植物废弃物粉碎至80~100目，其后腐熟发酵得到。

2.根据权利要求1所述的土壤重金属及有机污染修复剂，其特征在于：所述粘土矿物为选自高岭土、硅藻土、蒙脱土、蛭石、海泡石、伊利石中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的土壤重金属及有机污染修复剂，其特征在于：所述含铁化合物为选自硫酸亚铁、硫酸铁、聚合硫酸铁中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的土壤重金属及有机污染修复剂，其特征在于：所述含硅化合物为选自硅酸钙、硅酸钠、硅酸钙镁中的一种或两种。

5.根据权利要求1所述的土壤重金属及有机污染修复剂，其特征在于：所述生物炭为将农林废弃物秸秆进行断氧碳化后得到的生物炭，且断氧碳化的温度为500~600℃。

6.如权利要求1~5中任一项所述的土壤重金属及有机污染修复剂的制备方法，其特征在于：包括以下过程：

（1）生物炭的制备：

将农林废弃物秸秆进行断氧碳化，断氧碳化的温度为500~600℃,至碳化率达到98%以上,得到碳化物，将所述碳化物加工为80~100目，得到所述生物炭；

（2）生物质的制备：

将植物废弃物粉碎至80~100目，其后腐熟发酵，得到所述生物质；

（3）配制：

将所述生物炭、生物质、及草炭土、粘土矿物、含铁化合物、黑腐酸、含硅化合物、蛋氨酸硒、侧孢芽孢杆菌、粉煤灰混合均匀，即得到所述土壤重金属及有机污染修复剂。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中所述腐熟发酵的过程包括：将粉碎后的植物废弃物与腐熟菌、水混合，至含水量为40~50%，其后在60~80℃下进行腐熟，腐熟完成后继续自然发酵5~15天，至混合物水分含量达到15~20%时完成。

8.如权利要求1~5中任一项所述的土壤重金属及有机污染修复剂的应用方法，其特征在于：将所述土壤重金属及有机污染修复剂应用于具有重金属和/或有机污染的土壤和/或水体中。