CN108865160A - 一种中低剂量镉污染土壤修复剂及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中低剂量镉污染土壤修复剂，涉及土壤重金属污染修复技术领域，包括按重量份数计的以下组分：纳米级赤泥2～5份、油菜秸秆3～6份、标准结晶牛血清清蛋白5～10份、锌肥2～4份、泥炭基有机肥5～10份、石灰4～6份、粉煤灰20～30份、去离子水60～80份。本发明制备的土壤修复剂在中轻度污染的土壤上使用时可以促进土壤中水溶态和可交换态Cd向更稳定的EDTA结合态转移，显著降低重金属的植物有效性和土壤中有效态Cd的含量，有效降低Cd毒害。
Description
技术领域
本发明涉及土壤重金属污染修复技术领域，特别是涉及一种中低剂量镉 污染土壤修复剂及制备方法。
背景技术
随着现代工业化和城市化的发展，人类活动导致土壤环境中重金属污染 日益严重。土壤环境中重金属污染会降低农产品品质，而且这些产品被食用后也 会给人体健康带来潜在的危害。重金属对人体的危害性集中体现于重金属的难以 降解。一般有机化合物可通过自然界自身物理的、化学的或生物的净化，降低或 解除有害性；而重金属具有富集性，难以在环境中降解，通过食物链的生物放大 作用下成千百倍富集，然后进入人体，很难自然排出或彻底清除，对人体的危害 一般是终生不可逆。
相关统计表明我国大约19.4％的耕地受到镉、镍、铜、汞、砷和铅等重 金属污染,污染的农田总面积高达2.3×107hm2。在重金属污染中，镉其迁移性 强、毒性大、极易被作物吸收和积累，是自然界中毒性最大的重金属元素之一， 土壤中重金属污染特别是镉污染成为亟需解决的突出环境问题。农田土壤镉污染 对我国粮食安全生产构成了巨大威胁,如何安全有效地修复并利用这些受污染 的农田土壤已经成为当前我国亟需解决的环境和社会问题。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供一种中低剂量镉污染土壤修复剂， 包括按重量份数计的以下组分：纳米级赤泥2～5份、油菜秸秆3～6份、标准结 晶牛血清清蛋白5～10份、锌肥2～4份、泥炭基有机肥5～10份、石灰4～6 份、粉煤灰20～30份、去离子水60～80份。
技术效果：本发明制备的修复剂中加入锌肥，由于Zn对植物光合作用具 有促进作用，可增加植物根茎叶的生物量，增强植物根部对Cd的固定能力，从 而减弱Cd在植物体内的转运，显著降低Cd的植物有效性；赤泥中含有大量铁 铝氧化物，可以对重金属产生专性吸附，将重金属固定到氧化物的晶格中，从而 降低重金属的迁移能力；油菜秸秆等秸秆类通过有机官能团促进重金属向残渣态 转变，同时油菜秸秆及蛋白质溶液中含有丰富的巯基，巯基与重金属Cd有着较 强的亲和力，形成稳定的化合物，从而降低Cd在土壤中的迁移能力。因此，本 发明制备的土壤修复剂在中轻度污染的土壤上使用时可以促进土壤中水溶态和 可交换态Cd向更稳定的EDTA结合态转移，显著降低重金属的植物有效性和土 壤中有效态Cd的含量，有效降低Cd毒害。
本发明进一步限定的技术方案是：
进一步的，泥炭基有机肥包括按重量份数计的以下组分：泥炭原粉45～55份、 碳酸氢铵8～12份、膨润土5～10份、骨粉5～8份、微量元素2～4份、生物菌 0.5～2份。
前所述的一种中低剂量镉污染土壤修复剂，微量元素包括硼酸、乙二胺 四乙酸铁钠、乙二胺四乙酸锌钠、钼酸钠中的一种或多种。
前所述的一种中低剂量镉污染土壤修复剂，生物菌包括酵母菌、固氮菌、 枯草芽孢杆菌、磷细菌、光合菌中的一种或多种。
前所述的一种中低剂量镉污染土壤修复剂，泥炭基有机肥的制备工艺如 下：
T1、将泥炭基有机肥的原料混合均匀；
T2、将混合好的配料进行粉碎，粉碎后通过40～60目筛进行筛分；
T3、筛分好的配料加入水调和搅拌，配料与水的质量比为20:1～15:1；
T4、通过造粒机造粒，得到粒径8mm～10mm的泥炭有机肥颗粒；
T5、将泥炭有机肥颗粒在110℃～125℃下烘干，使得游离水含量在25％以下， 得到泥炭基有机肥产品。
前所述的一种中低剂量镉污染土壤修复剂，纳米级赤泥的PH值为11.3， 其主要矿物组成包括：SiO2:20％，Fe2O3:31％，Al2O3:23％，CaO:7.4％，MgO:1.5％， TiO2:2.9％，Na2O:12％，余量为微量元素及杂质。
本发明的另一目的在于提供一种中低剂量镉污染土壤修复剂的制备方 法，包括以下步骤：
S1、纳米级赤泥、石灰以及粉煤灰在115℃条件下烘干48h，过1mm尼龙筛备用； 同时，锌肥、泥炭基有机肥在68℃条件下烘干24h，过1mm尼龙筛备用；
S2、油菜秸秆在85℃条件下烘干至恒重，研磨成粉，过1mm尼龙筛备用；
S3、去离子水总量的五分之一与标准结晶牛血清清蛋白配制成蛋白质溶液；
S4、将纳米级赤泥、油菜秸秆、锌肥、泥炭基有机肥和余量去离子水混合均匀， 搅拌速度110r/min，搅拌时间90min～110min；
S5、加入步骤S3制得的蛋白质溶液继续混合，搅拌速度120r/min，搅拌时间 60min～80min；
S6、最后加入石灰、粉煤灰，搅拌速度90r/min，搅拌时间200min～240min，得 到中低剂量镉污染土壤修复剂产品。
本发明的有益效果是：
(1)本发明中泥炭基有机肥对植物根系发育具有很好的促进作用，使得土壤编 的疏松、透气性好，有机质含量高，保水保肥能力强，为修复剂中的其他成分作 用提供了良好的保障；
(2)本发明中石灰不仅可以提高土壤的PH值，还能将离子态的有效Cd等重金 属转化为氢氧化物等无效态的重金属沉淀物，从而减弱其在土壤中的迁移能力， 降低土壤中的有效态重金属含量；
(3)本发明中粉煤灰可以减少土壤堆积密度、增加土壤孔隙度，有利于吸附重 金属，同时能够避免黏质土壤的板结，从而提高土壤的保温保水透气性，有利于 土壤中微生物存活、养分的传递与转化，促进植物生长；对于酸性土壤，粉煤灰 还可以作为PH调节剂，使土壤适合于植物的生长。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的一种中低剂量镉污染土壤修复剂，包括以下组分：纳米级赤泥 2kg、油菜秸秆3kg、标准结晶牛血清清蛋白5kg、锌肥2kg、泥炭基有机肥5kg、 石灰4kg、粉煤灰20kg、去离子水60kg。
其中，纳米级赤泥的PH值为11.3，其主要矿物组成包括：SiO2:20％， Fe2O3:31％，Al2O3:23％，CaO:7.4％，MgO:1.5％，TiO2:2.9％，Na2O:12％，余量 为微量元素及杂质。
其中，泥炭基有机肥包括以下组分：泥炭原粉45kg、碳酸氢铵8kg、膨 润土5kg、骨粉5kg、乙二胺四乙酸铁钠2kg、枯草芽孢杆菌0.5kg。
上述泥炭基有机肥的制备工艺如下：
T1、将泥炭基有机肥的原料混合均匀；
T2、将混合好的配料进行粉碎，粉碎后通过40目筛进行筛分；
T3、筛分好的配料加入水调和搅拌，配料与水的质量比为20:1；
T4、通过造粒机造粒，得到粒径8mm的泥炭有机肥颗粒；
T5、将泥炭有机肥颗粒在110℃下烘干，使得游离水含量在25％以下，得到泥炭 基有机肥产品。
上述中低剂量镉污染土壤修复剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、纳米级赤泥、石灰以及粉煤灰在115℃条件下烘干48h，过1mm尼龙筛备用； 同时，锌肥、泥炭基有机肥在68℃条件下烘干24h，过1mm尼龙筛备用；
S2、油菜秸秆在85℃条件下烘干至恒重，研磨成粉，过1mm尼龙筛备用；
S3、去离子水总量的五分之一与标准结晶牛血清清蛋白配制成蛋白质溶液；
S4、将纳米级赤泥、油菜秸秆、锌肥、泥炭基有机肥和余量去离子水混合均匀， 搅拌速度110r/min，搅拌时间90min；
S5、加入步骤S3制得的蛋白质溶液继续混合，搅拌速度120r/min，搅拌时间 60min；
S6、最后加入石灰、粉煤灰，搅拌速度90r/min，搅拌时间200min，得到中低剂 量镉污染土壤修复剂产品。
实施例2
本实施例提供的一种中低剂量镉污染土壤修复剂，包括以下组分：纳米级赤泥 3kg、油菜秸秆5kg、标准结晶牛血清清蛋白7kg、锌肥3kg、泥炭基有机肥7kg、 石灰5kg、粉煤灰25kg、去离子水70kg。
其中，纳米级赤泥的PH值为11.3，其主要矿物组成包括：SiO2:20％， Fe2O3:31％，Al2O3:23％，CaO:7.4％，MgO:1.5％，TiO2:2.9％，Na2O:12％，余量 为微量元素及杂质。
其中，泥炭基有机肥包括以下组分：泥炭原粉50kg、碳酸氢铵10kg、膨 润土7kg、骨粉7kg、乙二胺四乙酸铁钠3kg、枯草芽孢杆菌1.5kg。
上述泥炭基有机肥的制备工艺如下：
T1、将泥炭基有机肥的原料混合均匀；
T2、将混合好的配料进行粉碎，粉碎后通过50目筛进行筛分；
T3、筛分好的配料加入水调和搅拌，配料与水的质量比为17:1；
T4、通过造粒机造粒，得到粒径8mm的泥炭有机肥颗粒；
T5、将泥炭有机肥颗粒在120℃下烘干，使得游离水含量在25％以下，得到泥炭 基有机肥产品。
上述中低剂量镉污染土壤修复剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、纳米级赤泥、石灰以及粉煤灰在115℃条件下烘干48h，过1mm尼龙筛备用； 同时，锌肥、泥炭基有机肥在68℃条件下烘干24h，过1mm尼龙筛备用；
S2、油菜秸秆在85℃条件下烘干至恒重，研磨成粉，过1mm尼龙筛备用；
S3、去离子水总量的五分之一与标准结晶牛血清清蛋白配制成蛋白质溶液；
S4、将纳米级赤泥、油菜秸秆、锌肥、泥炭基有机肥和余量去离子水混合均匀， 搅拌速度110r/min，搅拌时间100min；
S5、加入步骤S3制得的蛋白质溶液继续混合，搅拌速度120r/min，搅拌时间 70min；
S6、最后加入石灰、粉煤灰，搅拌速度90r/min，搅拌时间220min，得到中低剂 量镉污染土壤修复剂产品。
实施例3
本实施例提供的一种中低剂量镉污染土壤修复剂，包括以下组分：纳米级赤泥 5kg、油菜秸秆6kg、标准结晶牛血清清蛋白10kg、锌肥4kg、泥炭基有机肥10kg、 石灰6kg、粉煤灰30kg、去离子水80kg。
其中，纳米级赤泥的PH值为11.3，其主要矿物组成包括：SiO2:20％， Fe2O3:31％，Al2O3:23％，CaO:7.4％，MgO:1.5％，TiO2:2.9％，Na2O:12％，余量 为微量元素及杂质。
其中，泥炭基有机肥包括以下组分：泥炭原粉55kg、碳酸氢铵12kg、膨 润土10kg、骨粉8kg、乙二胺四乙酸铁钠4kg、枯草芽孢杆菌2kg。
上述泥炭基有机肥的制备工艺如下：
T1、将泥炭基有机肥的原料混合均匀；
T2、将混合好的配料进行粉碎，粉碎后通过60目筛进行筛分；
T3、筛分好的配料加入水调和搅拌，配料与水的质量比为15:1；
T4、通过造粒机造粒，得到粒径10mm的泥炭有机肥颗粒；
T5、将泥炭有机肥颗粒在125℃下烘干，使得游离水含量在25％以下，得到泥炭
上述中低剂量镉污染土壤修复剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、纳米级赤泥、石灰以及粉煤灰在115℃条件下烘干48h，过1mm尼龙筛备用； 同时，锌肥、泥炭基有机肥在68℃条件下烘干24h，过1mm尼龙筛备用；
S2、油菜秸秆在85℃条件下烘干至恒重，研磨成粉，过1mm尼龙筛备用；
S3、去离子水总量的五分之一与标准结晶牛血清清蛋白配制成蛋白质溶液；
S4、将纳米级赤泥、油菜秸秆、锌肥、泥炭基有机肥和余量去离子水混合均匀， 搅拌速度110r/min，搅拌时间110min；
S5、加入步骤S3制得的蛋白质溶液继续混合，搅拌速度120r/min，搅拌时间 80min；
S6、最后加入石灰、粉煤灰，搅拌速度90r/min，搅拌时间240min，得到中低剂 量镉污染土壤修复剂产品。
将实施例1～实施例3制备的土壤修复剂进行镉污染土壤修复试验，具体 如下：
田间试验在江苏省宜兴市蒋家，表1为不同土层深度的土壤性质，试验作物为四 月慢油菜，2018年5月10日播种，6月10号收获，田间试验分为四组，①对照 组，不使用修复剂、②实施例1、③实施例2、④实施例3，每组试验面积25m2。
利用电感耦合等离子体质谱仪测定植物样品中的Cd、Cr、Pb含量，见表2；每个试验组取土壤样品，利用连续提取方法测定Cd、Cr、Pb在使用修复剂后的土壤中的吸附形态， 主要测定水溶态、可交换态和EDTA提取态含量，见表3。
表1不同土层土壤性质
表2植物样品中的Cd、Cr、Pb含量
表3Cd、Cr、Pb在土壤中的吸附形态
综合表2、表3可知，本发明对中低剂量镉污染土壤的修复具有优异显著的效果， 可显著降低重金属镉污染的植物有效性和土壤中有效Cd的含量，降低Cd毒害， 是一种高效和环境友好的复合钝化材料。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等 效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种中低剂量镉污染土壤修复剂，其特征在于,包括按重量份数计的以下组分：纳米级赤泥2～5份、油菜秸秆3～6份、标准结晶牛血清清蛋白5～10份、锌肥2～4份、泥炭基有机肥5～10份、石灰4～6份、粉煤灰20～30份、去离子水60～80份。
2.根据权利要求1所述的一种中低剂量镉污染土壤修复剂，其特征在于：所述泥炭基有机肥包括按重量份数计的以下组分：泥炭原粉45～55份、碳酸氢铵8～12份、膨润土5～10份、骨粉5～8份、微量元素2～4份、生物菌0.5～2份。
3.根据权利要求2所述的一种中低剂量镉污染土壤修复剂，其特征在于：所述微量元素包括硼酸、乙二胺四乙酸铁钠、乙二胺四乙酸锌钠、钼酸钠中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的一种中低剂量镉污染土壤修复剂，其特征在于：所述生物菌包括酵母菌、固氮菌、枯草芽孢杆菌、磷细菌、光合菌中的一种或多种。
5.根据权利要求2所述的一种中低剂量镉污染土壤修复剂，其特征在于：所述泥炭基有机肥的制备工艺如下：
T1、将泥炭基有机肥的原料混合均匀；
T2、将混合好的配料进行粉碎，粉碎后通过40～60目筛进行筛分；
T3、筛分好的配料加入水调和搅拌，配料与水的质量比为20:1～15:1；
T4、通过造粒机造粒，得到粒径8mm～10mm的泥炭有机肥颗粒；
T5、将泥炭有机肥颗粒在110℃～125℃下烘干，使得游离水含量在25%以下，得到泥炭基有机肥产品。
6.根据权利要求1所述的一种中低剂量镉污染土壤修复剂，其特征在于：所述纳米级赤泥的PH值为11.3，其主要矿物组成包括：SiO2:20%，Fe2O3:31%，Al2O3:23%，CaO:7.4%，MgO:1.5%，TiO2:2.9%，Na2O:12%，余量为微量元素及杂质。
7.一种中低剂量镉污染土壤修复剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、纳米级赤泥、石灰以及粉煤灰在115℃条件下烘干48h，过1mm尼龙筛备用；同时，锌肥、泥炭基有机肥在68℃条件下烘干24h，过1mm尼龙筛备用；
S2、油菜秸秆在85℃条件下烘干至恒重，研磨成粉，过1mm尼龙筛备用；
S3、去离子水总量的五分之一与标准结晶牛血清清蛋白配制成蛋白质溶液；
S4、将纳米级赤泥、油菜秸秆、锌肥、泥炭基有机肥和余量去离子水混合均匀，搅拌速度110r/min，搅拌时间90min～110min；
S5、加入步骤S3制得的蛋白质溶液继续混合，搅拌速度120 r/min，搅拌时间60min～80min；
S6、最后加入石灰、粉煤灰，搅拌速度90 r/min，搅拌时间200min～240min，得到中低剂量镉污染土壤修复剂产品。
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