CN115247065B - 一种应用于工业污染区土壤的缓释复合改良剂 - Google Patents
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Abstract
本发明属于环境保护技术领域，提供了一种应用于工业污染区土壤的缓释复合改良剂，由中空陶粒包裹改良剂制成，所述改良剂包括质量比为（1.0‑2.0）:（2.0‑4.0）:（1.5‑3.0）:（0.5‑1.5）:（0.01‑0.03）的生物炭、有机肥、凹凸棒粉、藻粉和复合菌剂。本发明操作简单易实施，加工生产及应用成本低廉，原料来源广泛，环保无污染，可操作性强，适用范围广，可以推广应用到各类土壤污染场地改良与修复，有巨大的市场前景和实际应用价值。
Description
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，涉及一种改善重金属污染区土壤的缓释复合改良剂。
背景技术
重污染企业用地和工业废弃地由于工农业生产废物排放、大气沉降、污水灌溉和投入品的过量使用等，致使大量重金属以不同方式进入土壤环境，严重影响土壤环境质量和农产品安全。土壤重金属污染与环境安全及农林业生产息息相关，具有隐蔽性强、危害大、降解难、易沿食物链富集放大等特点，进而影响食品安全和人体健康。工业污染场地存在占地面积大，生产历史悠久，污染物种类繁多，土壤理化性质恶劣，土壤修复难度高等特点，已经成为土地资源安全利用的限制因素。不适于开展农耕和绿化等活动。因此，急需要对污染场地土壤进行修复，以实现土壤的资源化利用和水土保持。
作为一种常见且难治理土壤环境问题，重金属复合污染大面积存在于工农业生产区、城市生活区乃至废弃区域。因此，重金属复合污染场地生态修复技术市场需求巨大，应用前景广阔，既是当今世界研究的重点和热点，也是我国工业及农林业发展和城市化建设过程中必须要面临的环保问题。因此，减少土地资源浪费、改善土壤理化性质，提升土壤肥力，优化土壤团粒结构，有效控制土壤污染，最终实现废弃地恢复和复建，目前已有土壤改良的技术措施，成本高，效果不佳，后期养护难，推广性较差，不能很好的提供植物生长的环境，改良方法老旧单一，周期长且见效慢。
因此，亟需研发一种广谱性强，应用效果好，推广价值高的缓释复合改良剂，全方位地改良污染场地，实现经济作物等植被种植，提高土地利用率，强化土壤污染管控和修复，实现污染场地的生态复垦和绿化，推进工业区改造和城市的再升级。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种应用于工业污染区土壤的缓释复合改良剂，改良效果突出、成本低，具有广泛的适用性。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种应用于工业污染区土壤的缓释复合改良剂，由中空陶粒包裹改良剂制成，所述改良剂包括质量比为（1.0-2.0）：（2.0-4.0）：（1.5-3.0）：（0.5-1.5）：（0.01-0.03）的生物炭、有机肥、凹凸棒粉、藻粉和复合菌剂。
所述中空陶粒为以尾矿土为原料烧制获得，平均粒径为20-25mm，壁厚3-8mm。
所述改良剂和中空陶粒的体积比约为1:4.6-1:8.0。
所述生物炭为利用农作物根系、秸秆、稻壳等生物质经400-600℃炭化而成，粒度约为200目，灰分为不大于5%，pH为4.0-6.0，碳含量约为70%。
所述的有机肥为以质量比3.5:2.5:3.0:2.0的猪粪、鸡粪、麸糠、青饲料为原料发酵制得。
所述凹凸棒粉，粒度约为200目。
所述藻粉由褐藻、螺旋藻、小球藻等大型藻或蓝藻中的一种或几种混合后粉碎制得，粒度为400目。
所述复合菌剂由卷曲木霉（Trichoderma spirale，菌种保藏号CGMCC 3.13290）和总状毛霉（Mucor racemosus，菌种保藏号CGMCC 3.7075）按照菌落总数（cfu）比例为1.0:1.5混合。
上述缓释复合改良剂的制备方法可以采用本领域常规的手段获得，如，将改良剂混合均匀后填充至中空陶粒即可。
利用上述缓释复合改良剂改良工业污染区土壤的方法，包括步骤如下：将缓释复合改良剂撒施于污染区域土壤表面，然后翻耕均匀。
所述缓释复合改良剂施用体积为修复地块体积的1.5%。
所述翻耕深度为0.2-0.5米。
针对工业污染区土壤透气性差，陶粒和复合菌剂可以增强土壤透气透水的作用，保持土壤的疏水性，防止土壤的板结，有利于土壤动植物的呼吸作用，保证土壤中动植物的存活率。
针对工业污染区土壤持水性差，凹凸棒粉和藻粉能够提高土壤的保水能力，促进根际有益微生物的生长。改善土壤团粒结构，从而有利于保持土壤水分。
针对工业污染区土壤多呈弱碱性，不适于植物生长，有机肥呈弱酸性，可调节酸碱度，生物炭具有比表面积大、矿物组分含量丰富、吸附性能和离子交换性能强等特性，起到缓冲作用，保持酸碱平衡。
针对工业污染区土壤有机质含量低，有机肥中有益有机物含量高，可显著提高土壤的供肥保肥能力，生物炭中的有机碳含量较高，可以有效补充有机质含量。添加适宜比例的有机肥，藻粉中富含大量微量营养元素，保证植物生长发育同时，增加作物的产量和质量。
针对工业污染区土壤存在重金属复合污染物，有机堆肥起络合、截留、固定重金属污染物，降低土壤中重金属生物可利用性。凹凸棒土和生物炭作为重金属钝化剂，可有效吸附重金属，降低重金属有效性。复合菌剂对重金属的修复机理多样，不仅能对重金属吸附积累，还能够把重金属转化为稳定态，此外微生物菌剂环境耐受性强，能保持活性并进行有效修复。
本发明具有以下优点：
1. 本发明的方法工艺独特，操作简单易实施，加工生产及应用成本低廉，原料来源广泛，环保无污染；
2. 本发明的改良剂可以显著改善工业污染区土壤环境，调节土壤酸碱度，提高有机质含量，增强透气性和保水性，保证修复植物的生长发育，实现工业污染区的生态复建；
3. 本发明中所使用陶粒由废弃物尾矿土烧制而成，保持其土壤改良作用的同时，改造成为其他改良材料的包裹物质，便于运输，易利用、可回收；
4. 本发明中所使用改良材料均属于工矿业以及农林牧业的废弃物，遵循清洁生产与循环经济模式，加快推进固体废弃物的资源化利用；
5. 本发明中复合菌剂所述的微生物是通过筛选获得的特殊品种，复合菌剂的环境适应性强，相比其他菌剂，显著增加了复合改良剂的应用范围；
6. 本发明的方法可操作性强，适用范围广，可以推广应用到各类土壤污染场地改良与修复，有巨大的市场前景和实际应用价值。
附图说明
图1为本方明所述改良剂的组成及其工作原理示意图；A为本发明所述复合改良剂结构图；B为本发明改良剂及其改良方法原理图；
图2施用本发明的改良剂前后土壤修复状况对比图；A为铁尾矿库待修复区域现场图；B为施加本发明改良剂修复后现场图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明，但本发明不受下述实施例的限制。
实施例1 缓释复合改良剂的制备
1. 中空陶粒制备：将尾矿土按照比例与水混合经造粒、焙烧、冷却、制成平均粒径20 mm，平均壁厚5 mm的中空陶粒；
2. 生物炭制备：将小麦秸秆等农用废弃物粉碎成200目，经450℃炭化，冷却后用盐酸去除灰分、漂洗后，干燥获得生物炭，其灰分小于5%，pH约5.0；
3. 有机肥制备：将质量比3.5:2.5:3.0:2.0的猪粪、鸡粪、麸糠、青饲料混合后，调节水分，然后堆肥发酵至完全腐熟获得有机肥；
4. 藻粉制备：收集螺旋藻、小球藻等加工下脚料干燥至含水量5%以下粉碎成400目藻粉；
5. 复合菌剂1制备：将购自CGMCC的卷曲木霉（Trichoderma spirale）（CGMCC3.13290）和总状毛霉（Mucor racemosus）（CGMCC 3.7075）的活化液分别接种发酵液，发酵后获得发酵液，调整发酵液浓度并合并、浓缩，使两种菌的cfu比值为1.0:1.5，按照液料比1:5（mL/g）加入吸附剂并干燥，获得两种菌的菌落总数为6.5×108cfu/g的复合菌剂1；
6. 复合菌剂2制备：将CCTCC NO: M2013113棘孢木霉（Trichoderma asperellum）、CBS131818卷枝毛霉（Mucor circinelloides）的活化液分别接种发酵液，发酵后获得发酵液，调整发酵液浓度并合并发酵液、浓缩，使三种菌的cfu比值为1.5:3:1，按照液料比1:5（mL/g）加入吸附剂并干燥，获得两种菌的菌落总数为6.5×108cfu/g的复合菌剂2；
7. 复合改良剂制备：将生物炭、有机肥、凹凸棒粉、藻粉和复合菌剂1按照质量比为1.5:3.0:2.0:1.0:0.02混合成改良剂，按照改良剂和中空陶粒的体积比约为1:6填充入中空陶粒，获得缓释复合改良剂1；
将生物炭、有机肥、凹凸棒粉和复合菌剂1照质量比为1.5：3.0：2.0：0.02混合成改良剂，按照改良剂和中空陶粒的体积比为1:6填充入中空陶粒，获得缓释复合改良剂2；
将生物炭、有机肥、凹凸棒粉和藻粉按照质量比为1.5:3.0:2.0:1.0混合成改良剂，按照改良剂和中空陶粒的体积比为1:6填充入中空陶粒，获得缓释复合改良剂3；
将生物炭、有机肥、凹凸棒粉、藻粉和复合菌剂2按照质量比为1.5:3.0:2.0:1.0:0.02混合后获得复合改良剂4。
应用例1 缓释复合改良剂在改良土壤上的应用
选择铁尾矿区进行土壤修复改良试验，清除大石、碎石及杂物，平整实验区场地，划分小区，每区20m2，具体试验设计如下：
（1）空白对照区：不进行任何处理；
（2）试验区1：按照修复地块容积的1.5%，约为1.5 kg/m³缓释复合改良剂1撒施于表面，先深耕50cm，然后再翻耕20cm，将改良剂与待修复土壤充分混合；
（3）试验区2：施用缓释复合改良剂2，处理同试验区（1）；
（4）试验区3：施用缓释复合改良剂3，处理同试验区（1）；
（5）试验区4：施用缓释复合改良剂4，处理同试验区（1）；
所有区域均不种植修复植物。
30日后采集土壤样本，并进行指标检测：
（1）土壤有机质含量：参考国家农业标准《NYT 1121.6-2006 土壤有机质的测定》，采用重铬酸钾氧化外加热法测定土壤样品的有机质含量；
（2）土壤pH含量：参考国家环保标准《HJ 962-2018土壤 pH 值的测定》，采用电位法测定土壤pH值；
（3）土壤典型重金属（铅和镉）可利用态含量：参考国家标准《GB/T 17141-1997土壤质量 铅、镉的测定》，采用连续提取法及石墨炉原子吸收分光光度法测定重金属可利用态含量。
表1 不同处理区域土质
上述实验结果表明，使用本发明的缓释复合改良剂，明显提高修复区土壤的有机质含量；土壤酸碱度明显降低，有效改善区域的土壤pH值；重金属可利用态显著降低，重金属污染物得到控制。本发明的缓释改良剂能够有效改善土壤理化性质，增加土壤肥力，改善土壤结构，有效控制重金属污染物；使修复后土壤环境质量符合国家建设用地土壤污染风险管控标准（GB36600-2018）；确保待修复区土壤能够大面积种植修复植物。
应用例2 缓释复合改良剂改良后土壤种植植物
选择铁尾矿区进行土壤修复改良试验，清除大石、碎石及杂物，平整实验区场地，划分小区，每区20m2，具体试验设计如下：
（1）空白对照区：不进行任何处理；
（2）试验区1：按照修复地块容积的1.5%将约为1.5 kg/m³缓释复合改良剂1撒施于地表，先深耕50cm，然后再翻耕20cm，将改良剂与待修复土壤充分混合；
（3）试验区2：施用缓释复合改良剂2，处理同试验区（1）；
（4）试验区3：施用缓释复合改良剂3，处理同试验区（1）；
（5）试验区4：施用缓释复合改良剂4，处理同试验区（1）；
试验区处理30日后，选取颗粒饱满、胚芽完整的地肤种子进行播种，播种密度为50株/m2；定期浇水养护，待植株发芽30日后，测定生长情况，采集植物样本，并进行指标检测：
（1）生长指标检测：参考国家标准《GB/T 30363-2013森林植被状况监测技术规范》，测定植物株高，真空干燥后测定生物量干重；
（2）生理指标检测：参考国家标准《GB/T 22182-2008 油菜籽叶绿素含量测定》，利用分光光度计法测定植物叶绿素含量。
表2 不同处理上地肤生长
上述试验结果表明，使用本发明的缓释复合改良剂，明显提高修复植物的株高、生物量、叶绿素含量，起到了改善植物生长状况的效果。有效改善土壤环境，实现修复后土体直接作为植物种植土，从而保证修复植物生长发育，最终实现污染区土壤生态修复。
Claims (8)
1.一种应用于工业污染区土壤的缓释复合改良剂，其特征在于，由中空陶粒包裹改良剂制成，所述改良剂由质量比为（1.0-2.0）：（2.0-4.0）：（1.5-3.0）：（0.5-1.5）：（0.01-0.03）的生物炭、有机肥、凹凸棒粉、藻粉和复合菌剂组成；
所述复合菌剂由卷曲木霉（Trichoderma spirale）CGMCC 3.13290和总状毛霉（Mucor racemosus）CGMCC 3.7075按照菌落总数比例为1.0:1.5混合；
所述改良剂和中空陶粒的体积比为1:4.6-1:8.0；
所述藻粉为大型藻或蓝藻中的一种或几种混合后粉碎制得，粒度为400目；
所述大型藻或蓝藻选自褐藻、螺旋藻、小球藻；
所述中空陶粒包裹改良剂是将改良剂混合均匀后填充至中空陶粒。
2.根据权利要求1所述的缓释复合改良剂，其特征在于，所述中空陶粒的平均粒径为20-25mm，壁厚3-8mm。
3.根据权利要求1所述的缓释复合改良剂，其特征在于，所述生物炭为利用生物炭经400-600℃炭化而成，粒度为200目，灰分不大于5%，pH为4.0-6.0，碳含量为70%。
4.根据权利要求1所述的缓释复合改良剂，其特征在于，所述有机肥以质量比3.5:2.5:3.0:2.0的猪粪、鸡粪、麸糠、青饲料为原料发酵制得。
5.根据权利要求1所述的缓释复合改良剂，其特征在于，所述凹凸棒粉，粒度为200目。
6.一种利用如权利要求1-5任一缓释复合改良剂改良工业污染区土壤的方法，其特征在于，包括步骤如下：将缓释复合改良剂撒施于污染区域土壤表面，然后翻耕均匀。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述缓释复合改良剂施用体积为修复地块体积的1.5%。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述翻耕深度为0.2-0.5米。
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