CN110922978A

CN110922978A - 用于治理轻度及以下镉污染酸性土壤的钝化剂

Info

Publication number: CN110922978A
Application number: CN201911260280.9A
Authority: CN
Inventors: 杨毅宇; 罗宏基; 何益; 宋传军; 吴章杰
Original assignee: Sichuan Changhong Green Environmental Protection Polytron Technologies Inc
Current assignee: Sichuan Changhong Green Environmental Protection Polytron Technologies Inc
Priority date: 2019-12-10
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2020-03-27

Abstract

本发明公开了一种用于治理轻度及以下镉污染酸性土壤的钝化剂，属于土壤重金属治理技术领域。本发明为解决现有钝化剂治理轻度及以下镉污染酸性土壤时，施用量高、镉有效态降低率低等问题，提供了一种用于治理轻度及以下镉污染酸性土壤的钝化剂，其含有：壳聚糖20～50份，碳酸钙25～45份，钙镁磷肥8～15份，生物质碳10～28份。本发明钝化剂一定程度上提高了靶向性，在有效镉含量极低(≤0.3mg/kg)条件下实现了其含量降低20％以上，对保障农作物质量达标具有重要作用，同时降低了使用量，缩减了材料成本。

Description

用于治理轻度及以下镉污染酸性土壤的钝化剂

技术领域

本发明属于土壤重金属治理技术领域，具体涉及一种用于治理轻度及以下镉污染酸性土壤的钝化剂。

背景技术

土壤是构成生态***的基本环境要素，土壤中的重金属在一定条件下，容易被农作物吸收，通过食物链进入人体，引起慢性中毒。轻度及以下镉污染发生于粮食主产区的情况下，无法通过种植结构调整降低土壤环境中镉污染风险，一种专用于该环境条件的土壤重金属钝化剂配方结合低积累作物品种的栽培对于保障粮食安全具有重要的作用。常规的用于土壤重金属钝化剂材料主要为次生黏土矿物(如蒙脱石、蛭石等)，腐殖酸，石灰等物质。而以上物质在农田污染实际应用过程中具有迁移性低的特点，施入土壤后作用于植物根系周围的量较低，这就要求施用量增加，从而增加了钝化剂成本。

CN201811440382.4公开了一种巯基化壳聚糖纳米改性凹凸棒土土壤钝化剂的制备方法，该方法主要强调了壳聚糖改性及其制备为钝化剂材料的方法；CN201811084272.9公开了一种土壤镉钝化剂及制备方法及应用，其采用椰糠、KMnO₄溶液、FeCl₂溶液、壳聚糖等四种物质进行配方，权利项中主要强调了壳聚糖与椰糠比例为1：1-4，适用于镉污染土壤；CN201610064068.5公开了一种用于重金属污染土壤的钝化剂及其制备方法和应用，其采用改性沸石和改性壳聚糖进行配比，适用于土壤重金属污染；201510581632.6公开了一种适用于稻田土壤镉污染的复合钝化剂，其采用壳聚糖20-45重量份、钠基膨润土20-40重量份、骨粉15-25重量份、石灰石15-25重量份、生物炭5-15重量份、ZnO 1-10重量份、纳米FeO 1-10重量份，适用有效态镉含量＞0.3mg/kg的土壤。

通过以上分析可知，目前对于土壤中镉的修复主要集中在中度及以上镉污染修复上，而如何在低成本条件下降低轻度及以下镉污染酸性土壤中的有效镉尚无有效的解决方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有钝化剂用于轻度及以下镉污染酸性土壤时，效果差，镉有效态含量降低率低，施用量高。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是提供了一种用于治理轻度及以下镉污染酸性土壤的钝化剂，其含有以下质量份的组分：壳聚糖20～50份，碳酸钙25～45份，钙镁磷肥8～15份，生物质碳10～28份。

优选的，上述用于治理轻度及以下镉污染酸性土壤的钝化剂，其含有以下质量份的组分：壳聚糖30～50份，碳酸钙25～45份，钙镁磷肥10～15份，生物质碳10～15份。

最优选的，上述用于治理轻度及以下镉污染酸性土壤的钝化剂，其含有以下质量份的组分：壳聚糖40份，碳酸钙35份，钙镁磷肥15份，生物质碳10份。

其中，上述用于治理轻度及以下镉污染酸性土壤的钝化剂，所述壳聚糖的纯度大于90％，相对分子质量为20万～50万，粒度为-50目。

其中，上述用于治理镉污染酸性土壤的钝化剂，所述碳酸钙的纯度大于95％，沉降体积为2.4～2.8mL/g，粒度为-800目。

其中，上述用于治理镉污染酸性土壤的钝化剂，所述钙镁磷肥中P₂O₅含量≥16wt％，总镉含量低于0.3mg/kg，粒度为-30目。

其中，上述用于治理镉污染酸性土壤的钝化剂，所述生物质碳的纯度＞92％，含水率低于5％，粒度为-80目。

上述钝化剂适用于酸性、轻度及以下污染程度镉污染的小麦种植农田，一般指土壤5.5≤pH＜6.5，土壤总镉含量≤0.9mg/kg，有效态镉含量≤0.3mg/kg的土壤。

本发明还提供了上述用于治理镉污染酸性土壤的钝化剂的制备方法，包括：按质量份取各物料，将钙镁磷肥加入生物质碳中，然后依次将碳酸钙及壳聚糖，搅拌均匀，得钝化剂。

本发明针对镉污染酸性土壤设计了上述钝化剂，提高土壤中效态镉含量降低率，钝化剂施用量低，每1kg土壤中施用不少于1.0g钝化剂。

优选的，为进一步提高土壤中效态镉含量降低率，降低钝化剂施用量，每1kg土壤中仅需施用1.12g～1.6g钝化剂。

本发明的有益效果：

本发明针对轻度及以下镉污染酸性土壤的特点，采用壳聚糖，溶解后转移至作物根部，并与根系周围重金属离子形成络合物，添加钙镁磷元素以补充无固定靶向络合损失的养分，结合石灰石及其他缓冲物质缓慢调整土壤pH值并维持土壤氧化还原环境，降低重金属析出及迁移，从而达到净化根系环境降低作物超标率的目的；本发明的钝化剂一定程度上提高了靶向性，在有效镉含量极低(≤0.3mg/kg)条件下实现了其含量降低20％以上，对保障农作物质量达标具有重要作用，同时降低了使用量，缩减了材料成本。

具体实施方式

当轻度及以下镉污染酸性土壤中作物达标率较低，无法采用水分调控的技术措施降低土壤重金属镉活性时，由于“拖尾效应”，有效镉含量越低钝化降低也越困难，采用常规土壤重金属钝化剂配方作用于该类型土壤效果较差，土壤镉有效态含量降低率一般低于20％，且部分钝化剂配方制作工艺复杂，施用量高，具有有害成分，易造成二次污染。因此，发明人考虑开发一种针对于轻度及以下镉污染酸性土壤的新型钝化剂。

具体的，用于治理轻度及以下镉污染酸性土壤的钝化剂，其含有以下质量份的组分：壳聚糖20～50份，碳酸钙25～45份，钙镁磷肥8～15份，生物质碳10～28份。

本发明采用弱酸性条件下易溶且具有重金属络合作用的材料——壳聚糖，溶解后转移至作物根部，并与根系周围重金属离子形成络合物，添加钙镁磷元素以补充无固定靶向络合损失的养分，结合石灰石及其他缓冲物质缓慢调整土壤pH值并维持土壤氧化还原环境，降低重金属析出及迁移，从而达到净化根系环境降低作物超标率的目的。较之常规的钝化剂配方一定程度上提高了靶向性，又降低了使用量，缩减了材料成本。

为进一步提高土壤中效态镉含量降低率，使降低率稳定在20％以上，本发明用于治理轻度及以下镉污染酸性土壤的钝化剂中含有以下质量份的组分：壳聚糖30～50份，碳酸钙25～45份，钙镁磷肥10～15份，生物质碳10～15份。

经试验，当钝化剂含有以下质量份的组分：壳聚糖40份，碳酸钙35份，钙镁磷肥15份，生物质碳10份，对轻度及以下镉污染酸性土壤中镉有效态含量降低率达到最大为25％，对于土壤有效镉降低具有显著效果。

本发明钝化剂的原料中，所述壳聚糖的纯度大于90％，相对分子质量为20万～50万，粒度为-50目；所述碳酸钙的纯度大于95％，沉降体积为2.4～2.8mL/g，粒度为-800目；所述钙镁磷肥中P₂O₅含量≥16wt％，总镉含量低于0.3mg/kg，粒度为-30目；所述生物质碳的纯度＞92％，含水率低于5％，粒度为-80目。

本发明还提供了上述用于治理轻度及以下镉污染酸性土壤的钝化剂的制备方法，包括：按质量份取各物料，将钙镁磷肥加入生物质碳中，然后依次将碳酸钙及壳聚糖，搅拌均匀，得钝化剂。

一亩农田0～20cm土壤重量约为213t，如果钝化剂用量为土壤重量10％，则亩施钝化剂21.3t，成本非常高；污染工业场地中一般也最多5％的用量，农田钝化剂施用量一般只有0.2％～0.4％，但钝化剂用量也偏高。本发明针对轻度及以下镉污染酸性土壤设计了上述钝化剂，提高土壤中效态镉含量降低率，钝化剂施用量低，每1kg土壤中施用不少于1.0g钝化剂。

田间作业时，将钝化剂均匀施入土壤，搅拌均匀(大田中采用旋耕机旋耕2～3次，旋耕深度20cm)，静置养护3～5天即可。

下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此将本发明保护范围限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

采用pH为6.30，土壤Cd总量为0.36mg/kg，土壤有效态镉含量为0.134mg/kg的轻度及以下镉污染酸性土壤进行钝化剂试验，配方P1采用壳聚糖：碳酸钙：钙镁磷肥：生物质碳＝10％：45％：5％：40％的质量比，配方P2采用壳聚糖：碳酸钙：钙镁磷肥：生物质碳＝20％：45％：8％：28％的质量比，配方P3采用壳聚糖：碳酸钙：钙镁磷肥：生物质碳＝40％：35％：15％：10％的质量比，PCK为不施用钝化剂，采用以上试验方式，在相同施用量条件下，获得钝化剂施用对土壤有效态镉含量降低率结果如下：

表1不同配比钝化剂对土壤有效态镉含量的影响

从上表可看出，配方P3对于目标土壤中镉有效态含量降低率达到最大为25％，对于土壤有效镉降低具有显著效果。

实施例2

采用pH为6.30，土壤Cd总量为0.36mg/kg，土壤有效态镉含量为0.134mg/kg的轻度及以下镉污染酸性土壤进行钝化剂用量试验，施用配方为P3，壳聚糖：碳酸钙：钙镁磷肥：生物质碳＝40％：35％：15％：10％，施用量分别为0.56g/kg、1.12g/kg、1.6g/kg、3.2g/kg，CK为不施用用钝化剂，不同施用量对土壤镉有效态含量降低率的影响如下：

表2不同钝化剂施用量对土壤有效态镉含量的影响

上表可以看出，本发明钝化剂施用量在1.12g/kg～1.60g/kg范围内取得良好效果。

实施例3

采用pH为6.30，土壤Cd总量为0.36mg/kg，土壤有效态镉含量为0.134mg/kg的轻度及以下镉污染酸性土壤进行钝化剂用量试验，应用2种市售钝化剂D1、D2与本发明钝化剂配方P3(壳聚糖：碳酸钙：钙镁磷肥：生物质碳＝40％：35％：15％：10％)进行对比试验，施用量按1kg土壤施用1.12g药剂进行添加，3种药剂对重金属镉降低效果如下：

表3不同种类钝化剂施用后土壤有效态镉含量

与市售钝化剂施用效果对比，本发明所述配方P3对土壤有效态镉降低率较高。

Claims

1.用于治理轻度及以下镉污染酸性土壤的钝化剂，其特征在于：含有以下质量份的组分：壳聚糖20～50份，碳酸钙25～45份，钙镁磷肥8～15份，生物质碳10～28份。

2.根据权利要求1所述的用于治理轻度及以下镉污染酸性土壤的钝化剂，其特征在于：含有以下质量份的组分：壳聚糖30～50份，碳酸钙25～45份，钙镁磷肥10～15份，生物质碳10～15份。

3.根据权利要求2所述的用于治理轻度及以下镉污染酸性土壤的钝化剂，其特征在于：含有以下质量份的组分：壳聚糖40份，碳酸钙35份，钙镁磷肥15份，生物质碳10份。

4.根据权利要求1～3任一项所述的用于治理轻度及以下镉污染酸性土壤的钝化剂，其特征在于：所述壳聚糖的纯度大于90％，相对分子质量为20万～50万，粒度为-50目。

5.根据权利要求1～3任一项所述的用于治理轻度及以下镉污染酸性土壤的钝化剂，其特征在于：所述碳酸钙的纯度大于95％，沉降体积为2.4～2.8mL/g，粒度为-800目。

6.根据权利要求1～3任一项所述的用于治理轻度及以下镉污染酸性土壤的钝化剂，其特征在于：所述钙镁磷肥中P₂O₅含量≥16wt％，总镉含量低于0.3mg/kg，粒度为-30目。

7.根据权利要求1～3任一项所述的用于治理轻度及以下镉污染酸性土壤的钝化剂，其特征在于：所述生物质碳的纯度＞92％，含水率低于5％，粒度为-80目。

8.根据权利要求1～3任一项所述的用于治理轻度及以下镉污染酸性土壤的钝化剂，其特征在于：所述土壤的5.5≤pH＜6.5，土壤总镉含量≤0.9mg/kg，有效态镉含量≤0.3mg/kg。

9.权利要求1～8任一项所述的用于治理轻度及以下镉污染酸性土壤的钝化剂的制备方法，其特征在于：按质量份取各物料，将钙镁磷肥加入生物质碳中，然后依次将碳酸钙及壳聚糖，搅拌均匀，得钝化剂。

10.权利要求1～8任一项所述的用于治理轻度及以下镉污染酸性土壤的钝化剂的使用方法，其特征在于：每1kg土壤中施用不少于1.0g钝化剂；优选的，每1kg土壤中施用1.12g～1.6g钝化剂。