CN110885689A - 一种矿区土壤复合改良剂及矿区土壤改良方法 - Google Patents

一种矿区土壤复合改良剂及矿区土壤改良方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种矿区土壤复合改良剂及矿区土壤改良方法，矿区土壤复合改良剂包括以下组分：腐殖酸吸附剂、有机酸和城市污泥。矿区土壤改良方法包括如下步骤：利用复合改良剂对矿区土壤进行20‑40天的改良；在改良后的矿区土壤上种植植株，对重金属进行富集。基于本发明的矿区土壤复合改良剂及矿区土壤改良方法，可用以对重金属污染的矿区土壤进行改良，成本低且环保。

Description

一种矿区土壤复合改良剂及矿区土壤改良方法
技术领域
本发明属于土壤修复技术领域，具体涉及一种矿区土壤复合改良剂及矿区土壤改良方法。
背景技术
随着矿山的大量开采及冶炼，在推动当地经济发展的同时也带来了诸多环境问题，如重金属污染，矿区废弃土地环境安全问题等。目前，矿区重金属污染土壤的修复方法通常为物理和化学的方法，如客土法和覆土法、土壤淋洗法、电动修复法、添加无机改良剂和有机废物等，传统的修复方法虽然在治理效果明显，历时较短，但是存在成本高、不易管理、易造成二次污染的缺陷。
发明内容
本发明解决的技术问题为：提供一种矿区土壤复合改良剂及矿区土壤改良方法，用以对重金属污染的矿区土壤进行改良，成本低且环保。
具体解决方案如下：
本发明提供了一种矿区土壤复合改良剂，包括以下组分：腐殖酸吸附剂、有机酸和城市污泥。
本发明中通过添加所述腐殖酸吸附剂，利用其比表面积大，有羧基、羰基、甲氧基、酚羟基等官能团，可以与多种重金属进行吸附结合发生络合螯合反应，从而促进重金属向稳定态进行转化；添加有机酸可以活化吸附在土壤固相中的重金属离子，提高重金属生物有效性，有利于后续植物的富集；将城市污泥施于矿区土壤中，可以改善矿区土壤结构，增强其通透性，从而促进根系的生长和土壤微生物的活动，且因城市污泥含有大量的有机质，有机质可以进行分解为有机酸，也可提高重金属的生物有效性，即活化了重金属的形态，有利于植物对重金属的吸收，提高植物修复矿区土壤的效率，同时实现了对排放城市污泥的有效利用，使用成本低且环保。
在上述方案的基础上，本发明还可以进行如下改进：
进一步，所述腐殖酸吸附剂、有机酸和城市污泥的重量比为(1～3)：(1～3)：(2～6)。
该配比条件下可以最大程度的发挥复合改良剂的改良作用，提高矿区土壤的修复效率和修复效果。
进一步，所述腐殖酸吸附剂选自褐煤、风化煤或泥煤中的任意一种或多种。
进一步，所述有机酸选自苹果酸、酒石酸或草酸中的任意一种或多种。
本发明还提供了一种矿区土壤改良方法，包括如下步骤：
1)土壤改良：利用如上所述的复合改良剂对矿区土壤进行20-40天的改良；
2)植株种植：在改良后的矿区土壤上种植植株，对重金属进行富集。
基于本发明的方法，利用复合改良剂对污染土壤进行改良，提高重金属的生物有效性以及改善土壤的理化性质，通过栽种植物，将污染土壤中的重金属富集在植物体内，从而将重金属去除，降低矿区土壤中重金属含量，可用于不同程度污染的矿区土壤的修复。
进一步，步骤1)中改良方式为先将复合改良剂与矿区土壤混匀后或将复合改良剂直接覆盖于土壤表层后，然后每隔3～7天浇一次水。
在种植植株前，只需添加能够以被植物充分利用的复合改良剂，无需施加有机/无机农杂肥，避免有机农杂肥使用过量所造成二次污染；研究发现通过向矿区土壤中施加复合改良剂，不仅可以提高矿区土壤肥力，便于植物生长，还可以提高重金属吸收效果，即基于本发明的复合改良剂可能会使矿土壤中的重金属转变为植物易吸收的形态，便于植物对重金属的富集。
优选的，步骤1)中改良方式为先将复合改良剂与土壤混匀后，每隔5天浇一次水，保持复合改良剂与矿区土壤的混合土壤湿度为55％-65％。
该条件下，改良的效果佳，有利于植物的生长以及重金属的富集。
进一步，所述复合改良剂与所述矿区土壤的质量比为：(4～12)：10。
该条件下，可以达到较好的土壤改良效果和改良效率。
进一步，所述矿区土壤中的重金属包括Cu、Zn、Pb或Cd中的任意一种或多种，所述植物选自鸭跖草、酸模叶蓼中的一种或两种。
鸭跖草和酸模叶蓼一种生物量大、生长速率快、分布区域广、适应能力强的特点，实验发现鸭跖草、酸模叶蓼耐金属Cu、Zn、Pb和Cd性能强，富集速度快，可用于吸收富集矿区土壤中高含量的重金属Cu、Zn、Pb和Cd，以鸭跖草和酸模叶蓼作为矿区土壤修复植株，成本低，修复效果好，绿色环保且易于大范围推广；复合改良剂不仅可有效地改善土壤的理化性质，利于植物的生长，还能改变重金属的赋存形态，活化重金属，提高植物对重金属的富集；复合改良剂和植物的联合作用效果显著，能同时富集这四种重金属，从而有效的缩短了修复周期以及提高植物对重金属的富集量。
优选的，采用鸭跖草、酸模叶蓼二者混种的方式进行植株种植。
具体的，城市污泥施加之前先进行堆肥处理。城市污泥中含有大量的有机物，如果直接投放到自然环境中，其中有机物在微生物的作用下会继续腐化分解，对环境造成危害，采取堆肥化处理，可降低城市污泥中的病原微生物和有毒有机物的含量，有利于植物生长。
优选的，所述城市污泥选自污水处理厂。
污水处理厂的污泥易获取。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，下面描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1
将腐殖酸吸附剂、有机酸与城市污泥按照3:3:2的重量比进行混匀得到复合改良剂，将复合改良剂与矿区土壤按照8:10的重量比进行混匀，总量为1.5kg，装填在直径为25cm的花盆中，每隔5天浇水一次，使其水量保持田间持水量的60％，一个月后，将6株鸭跖草植株移栽至花盆里，待鸭跖草生长90天后收获，检测混合土壤的pH以及有机质的含量，并收集根系土壤，将收获的植物进行烘干称量得其生物量(植物量，指某一时刻单位面积内实存生活的有机物质干重总量)，对收集的根际土壤进行消解，检测重金属Cu、Zn、Pb、Cd的含量。
实施例2
将腐殖酸吸附剂、有机酸与城市污泥按照3:3:4的重量比进行混匀得到复合改良剂，将复合改良剂与矿区土壤按照10:10的重量比进行混匀，总量为1.5kg，装填在直径为25cm的花盆中，每隔5天浇水一次，使其水量保持田间持水量的60％，一个月后，将6株鸭跖草植株移栽至花盆里，待鸭跖草生长90天后收获，检测混合土壤的pH以及有机质的含量，并收集根系土壤，将收获的植物进行烘干称量得其生物量，对收集的根际土壤进行消解，检测重金属Cu、Zn、Pb、Cd的含量。
实施例3
将腐殖酸吸附剂、有机酸与城市污泥按照3:3:6的重量比进行混匀得到复合改良剂，将复合改良剂与矿区土壤按照12:10的重量比进行混匀，总量为1.5kg，装填在直径为25cm的花盆中，每隔5天浇水一次，使其水量保持田间持水量的60％，一个月后，将6株鸭跖草植株移栽至花盆里，待鸭跖草生长90天后收获，检测混合土壤的pH以及有机质的含量，并收集根系土壤，将收获的植物进行烘干称量得其生物量，对收集的根际土壤进行消解，检测重金属Cu、Zn、Pb、Cd的含量。
实施例4
将腐殖酸吸附剂、有机酸与城市污泥按照3:3:2的重量比进行混匀得到复合改良剂，将复合改良剂直接覆盖于矿区土壤表层，复合改良剂与矿区土壤的重量比为8:10，总量为1.5kg，装填在直径为25cm的花盆中，每隔5天浇水一次，使其水量保持田间持水量的60％，一个月后，将6株鸭跖草植株移栽至花盆里，待鸭跖草生长90天后收获，检测混合土壤的pH以及有机质的含量，并收集根系土壤，将收获的植物进行烘干称量得其生物量，对收集的根际土壤进行消解，检测重金属Cu、Zn、Pb、Cd的含量。
实施例5
将腐殖酸吸附剂、有机酸与城市污泥按照3:3:2的重量比进行混匀得到复合改良剂，复合改良剂与矿区土壤按照8:10的重量比进行混匀，总量为1.5kg，装填在直径为25cm的花盆中，每隔5天浇水一次，使其水量保持田间持水量的60％，一个月后，分别将3株鸭跖草和酸模叶蓼植株移栽至花盆里，待植株生长90天后收获，检测混合土壤的pH以及有机质的含量，并收集根系土壤，将收获的植物进行烘干称量得其生物量，对收集的根际土壤进行消解，检测重金属Cu、Zn、Pb、Cd的含量。
实施例6
将腐殖酸吸附剂、有机酸与城市污泥按照3:3:2的重量比进行混匀得到复合改良剂，将复合改良剂直接覆盖于土壤表层，复合改良剂与矿区土壤的重量比为8:10，总量为1.5kg，装填在直径为25cm的花盆中，每隔5天浇水一次，使其水量保持田间持水量的60％，一个月后，分别将3株鸭跖草和酸模叶蓼植株移栽至花盆里，待植株生长90天后收获，检测混合土壤的pH以及有机质的含量，并收集根系土壤，将收获的植物进行烘干称量得其生物量，对收集的根际土壤进行消解，检测重金属Cu、Zn、Pb、Cd的含量。
对比例1
按照与实施例1相似的方法对矿区土壤进行改良、修复，不同之处在于：不添加复合改良剂，不加任何植物。
对比例2
按照与实施例1相似的方法对矿区土壤进行改良、修复，不同之处在于，不种植任何植株。
对比例3
按照与实施例2相似的方法对矿区土壤进行改良、修复，不同之处在于，不种植任何植株。
对比例4
按照与实施例3相似的方法对矿区土壤进行改良、修复，不同之处在于，不种植任何植株。
对比例5
按照与实施例3相似的方法对矿区土壤进行改良、修复，不同之处在于，仅种植鸭跖草，不添加复合改良剂。
实施例1-6、对比例1-5中测的数据如下表1所示：
表1：测试结果
项目 pH 有机质(g/kg) 生物量(g) Cu(mg/kg) Zn(mg/kg) Pb(mg/kg) Cd(mg/kg)
对比例1 6.84 10.16 - 800.10 603.00 390.75 71.35
对比例2 6.78 46.34 - 822.12 608.07 398.70 55.97
对比例3 6.70 63.67 - 834.60 614.74 408.34 56.89
对比例4 6.64 84.86 - 851.15 619.42 419.30 68.17
对比例5 6.81 9.16 0.2745 789.30 592.49 382.42 68.96
实施例1 6.62 29.91 0.6495 749.83 564.32 367.34 64.11
实施例2 6.59 45.43 0.5673 757.82 579.77 378.92 65.82
实施例3 6.57 57.89 0.4789 779.78 589.30 374.95 67.53
实施例4 6.74 44.56 0.3482 783.30 591.81 377.42 67.56
实施例5 6.61 25.91 0.9945 724.89 546.62 349.83 63.41
实施例6 6.69 43.46 0.4252 779.35 587.84 374.92 65.73
由表1中数据分析可知，相比于对比例1-5，实施例1-6中污染土壤中的重金属的含量均得到了不同程度的降低。基于本发明的复合改良剂，可以对矿区土壤中的重金属进行吸附，从而实现对矿区土壤的修复。
实施例1、2、3、4、5、6能够促进植物对重金属的富集，且有机质含量明显高于对比例1，说明复合改良剂的施加增加了矿区土壤的肥力。
实施例1、2、3重金属数据可知，三者均能不同程度的去除污染土壤中的重金属，实施例1，即当复合改良剂中腐殖酸吸附剂、有机酸与城市污泥比例为3：3：2，复合改良剂与矿区土壤为8：10中效果最佳。
由实施例1和实施例4，实施例5和例6中根际土壤的重金属数据可知，城市污泥的施加方式对植物富集重金属有不同的影响，实施例1的实验效果要优于实施例4，实施例5的实验效果优于实施例6，将土壤改良剂与矿区土壤混匀后再进行后续处理，能够明显提高复合改良剂以及植株对矿区土壤的修复效果。
表中对比例2、实施例1和实施例5说明，植物的种植模式对植物富集重金属有不同的影响，实施例5的实验效果要优于单植株种植的实施例1以及不种植植株的对比例2。采用株鸭跖草和酸模叶蓼植株可以明显提高对含重金属的矿区土壤的修复效果。
研究还发现，加入了复合改良剂的实施例1-6，在植株收获时，混合土壤的空隙度、蓬松度明显高于不加复合改良剂的对比例5，基于本发明的复合改良剂显著改善了矿区土壤结构，增强了其通透性，从而促进根系的生长和土壤微生物的活动。
尽管上面已经详细描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种矿区土壤复合改良剂，其特征在于，包括以下组分：腐殖酸吸附剂、有机酸和城市污泥。
2.根据权利要求1所述的矿区土壤复合改良剂，其特征在于，所述腐殖酸吸附剂、有机酸和城市污泥的重量比为(1～3)：(1～3)：(2～6)。
3.根据权利要求1所述的矿区土壤复合改良剂，其特征在于，所述腐殖酸吸附剂选自褐煤、风化煤或泥煤中的任意一种或多种。
4.根据权利要求1至3任一所述的矿区土壤复合改良剂，其特征在于，所述有机酸选自苹果酸、酒石酸或草酸中的任意一种或多种。
5.一种矿区土壤改良方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)土壤改良：利用如权利要求1-4任一所述的复合改良剂对矿区土壤进行20-40天的改良；
2)植株种植：在改良后的矿区土壤上种植植株，对重金属进行富集。
6.根据权利要求5所述的矿区土壤改良方法，其特征在于，步骤1)中改良方式为先将复合改良剂与土壤混匀后或先将复合改良剂直接覆盖于土壤表层后，然后每隔3～7天浇一次水。
7.根据权利要求5所述的矿区土壤改良方法，其特征在于，所述复合改良剂与所述矿区土壤的质量比为(4～12)：10。
8.根据权利要求5-7任一所述的矿区土壤改良方法，其特征在于，所述矿区土壤中的重金属包括Cu、Zn、Pb或Cd中的任意一种或多种，所述植物选自鸭跖草、酸模叶蓼中的一种或两种。
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