一种改良重金属污染土壤的包膜有机肥及制备方法与流程

1.本发明涉及土壤重金属污染修复领域，具体涉及一种改良重金属污染土壤 的包膜有机肥及制备方法。


背景技术：

2.现阶段，对土壤重金属污染治理通常使用换土修复、土壤淋洗等方法；换 土修复虽然效率高、安全性高，但缺点也很明显，如仅适用于小面积污染土壤， 土壤修复后容易失去生态功能且修复成本高；土壤淋洗则适用于渗透性高的土 壤，但容易造成二次污染；而肥料可以慢慢改善重金属污染土壤，还可以提供 丰富的营养物质，增强土壤肥力，因此研究出一种改良重金属污染土壤的有机 肥具有重要意义。
3.

技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种改良重金属污染土壤的包膜有机肥及制备方 法，将有机肥进行包膜，缓慢被作物吸收，能够满足作物生长周期中长时间对 肥料的需求，同时有机肥含有多种官能团，对重金属离子具有较强的络合能力， 从而可以很好改良重金属污染土壤，还可提供丰富的营养物质，促进作物稳健 生长。
5.为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种改良重金属污染土壤的包膜有机肥，包括以下质量份数的原料：
[0007][0008]
所述改良重金属污染土壤的包膜有机肥的制备方法，包括以下步骤：
[0009]
步骤一：取质量份数的甘蔗渣和玉米芯，混合粉碎过10目筛，加入质量份 数的酒糟和醋酸，控制温度低于60℃有氧发酵3～5天，得到生物质发酵物；
[0010]
步骤二：取质量份数的多孔质，加入质量份数的微生物菌，混合均匀后， 再加入质量份数的腐殖酸、复合肥、改性凹凸棒土、固化剂和步骤一得到的生 物质发酵物，以60～80r/min的速度搅拌1～2h，然后加入到圆盘造粒机中，设 置颗粒的粒径为1～3mm，造粒，在30～50℃下干燥3～5h，得到颗粒肥料；
[0011]
步骤三：将步骤二中得到的颗粒肥料和质量份数的包膜液加入到包膜机中， 将包膜液喷涂到颗粒肥料表层，冷却到室温，得到改良重金属污染土壤的包膜 有机肥。
[0012]
所述复合肥为，将尿素、草木灰和淘米水搅拌均匀，再加牛粪，混合均匀， 控制温度低于60℃堆肥21天，得到复合肥。
[0013]
所述尿素、草木灰、淘米水、牛粪的质量比例为尿素：草木灰：淘米水： 牛粪＝1：2：3：4；
[0014]
其中淘米水是米与水按照米：水＝1：2的质量比例经过第一次混合10分钟 后得到的淘米水，草木灰为鸡屎藤、桉树叶、桑秆和蕨草烧出来的草木灰。
[0015]
所述改性凹凸棒土为将凹凸棒土进行改性，即取凹凸棒土，加入过氧化氢， 搅拌均匀后，再加入壳聚糖、无水乙醇和乙二醇，混合搅拌均匀后，温度60～ 80℃下干燥6～8h，粉碎过20目筛，得到改性凹凸棒土；
[0016]
其中，凹凸棒土、过氧化氢、壳聚糖、无水乙醇和乙二醇的质量比例为凹 凸棒土：过氧化氢：壳聚糖：无水乙醇：乙二醇＝4：2：3：4：1。
[0017]
所述包膜液为，取木薯淀粉、纤维素钠、木质素磺酸钾、聚乙二醇和去离 子水混合在温度为50～70℃和速度为100～200r/min中搅拌2～3h，然后冷却至 室温，得到包膜液；
[0018]
其中，木薯淀粉、纤维素钠、木质素磺酸钾、聚乙二醇、去离子水的质量 比例为木薯淀粉：纤维素钠：木质素磺酸钾：聚乙二醇：去离子水＝4：1：1：1： 4～10。
[0019]
所述微生物菌为枯草芽孢杆菌、苏云金杆菌、碳酸盐矿化菌按照质量比例1： 1：2混合。
[0020]
所述多孔质为介孔二氧化硅、沸石或生物质多孔炭中的一种。
[0021]
所述固化剂为膨润土、磷矿石、磷酸二铵、氧化铝、石灰中的一种或多种。
[0022]
所述制备方法步骤三中，将包膜液喷涂到颗粒肥料表层均匀包膜2～3次， 总膜层粒径为4～6mm。
[0023]
本发明的有益效果：
[0024]
1、本发明使用改性凹凸棒土，用过氧化氢对凹凸棒土进行活化，过氧化氢 分子进入凹凸棒土的层间，对凹凸棒土活化，产生活性位点，之后壳聚糖分子 进入凹凸棒土的层间与凹凸棒土活性位点反应，壳聚糖接枝到凹凸棒土层间的 活性位点上，即可将壳聚糖接枝到凹凸棒土的表面和层间，在凹凸棒土引入羟 基和氨基官能团，使得改性凹凸棒土具有与金属离子络合的能力，且重金属离 子进入凹凸棒土的层间，与羟基和氨基官能团络合后不易脱落，从而可达到改 良重金属污染土壤。
[0025]
2、本发明使用微生物菌，为枯草芽孢杆菌、苏云金杆菌、碳酸盐矿化菌按 照质量比例1：1混合；微生物菌被危害农作物的害虫吃入体内，在害虫的肠内 碱性环境中，微生物菌种分泌出毒蛋白，使得害虫中毒、食欲减弱、身体萎缩， 杀死害虫；同时微生物菌能够吞噬重离子型金属化合物，在微生物菌体内特殊 的蛋白质作用下，可以将金属离子转化为金属单质，或金属矿物沉淀，从而降 低土壤中可以被植物利用的重金属离子浓度。
[0026]
3、本发明使用甘蔗渣和玉米芯，可为有机肥提供大量的有机质，有机质表 面含羧基、羟基、羰基官能团，不饱和官能团有利于与重金属离子络合，形成 络合物；同时甘蔗渣和玉米芯含有较高含量的纤维素，改善土壤通气和吸肥保 水特性，促进作物稳健生长。
[0027]
4、本发明使用多孔质，为介孔二氧化硅、沸石或生物质多孔炭中的一种， 能够增大金属离子和极性官能团的反应面积，同时将重金属离子吸附到孔道内 部，与极性官能团发生络合反应，达到对重金属离子的变价和固定的作用。
[0028]
5、本发明使用腐殖酸，腐殖酸中含有大量的极性官能团羧基、羟基、羰基， 胺基等，且腐殖酸可附着在多孔质内部和表面，加强与土壤中重金属离子形成 重金属有机络合物的能力，对土壤中的重金属离子进行固化沉淀，络合能力强， 同时提高了土壤肥力。
[0029]
5、本发明使用固化剂，为膨润土、磷矿石、磷酸二铵、氧化铝、石灰中的 一种或多种，较大含量的重金属污染物可先与其发生反应，生成沉淀物，改变 重金属污染物的状态，如磷酸二铵与cd形成沉淀，减少重金属污染物的含量， 再与其他原料反应，加快了对重金属污染物的处理效率。
[0030]
6、本发明将有机肥颗粒进行包膜，使用的包膜液为木薯淀粉、纤维素钠、 木质素磺酸钾、聚乙二醇和去离子水混合，能够延缓肥料中营养物质的释放周 期，施入土壤中，在化学和微生物作用下，有机肥包膜层逐渐被分解，缓慢被 作物吸收，能够满足作物生长周期中长时间对肥料的需求；同时，缓释包膜的 存在使得有机肥缓慢吸收和处理土壤中的重
金属污染物，不会使得重金属络合 物堵塞重金属离子与不饱和官能团的络合的通道，保障对土壤中重金属污染物 处理的效果。
[0031]
7、本发明使用的复合肥，原料含有尿素、草木灰、淘米水及牛粪；尿素可 提供氮肥；草木灰既能为作物提供钾肥，又能起到杀虫的作用；牛粪含有一定 量的有机质和大中微量元素，同时有害细菌少，是很好的有机肥；淘米水发酵 后呈弱酸性，可以综合偏碱性质的原料，同时还提供的丰富的营养物质。
具体实施方式
[0032]
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施 例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。
[0033]
实施例1
[0034]
一种改良重金属污染土壤的包膜有机肥，包括以下质量份数的原料：复合 肥30份，改性凹凸棒土10份，包膜液20份，甘蔗渣20份，玉米芯20份，酒 糟10份，醋酸3份，微生物菌5份，腐殖酸10份，多孔质10份，固化剂5份；
[0035]
所述改良重金属污染土壤的包膜有机肥的制备方法，包括以下步骤：
[0036]
步骤一：取质量份数的甘蔗渣和玉米芯，混合粉碎过10目筛，加入质量份 数的酒糟和醋酸，控制温度低于60℃有氧发酵3天，得到生物质发酵物；
[0037]
步骤二：取质量份数的多孔质，加入质量份数的微生物菌，混合均匀后， 再加入质量份数的腐殖酸、复合肥、改性凹凸棒土、固化剂和步骤一得到的生 物质发酵物，以60r/min的速度搅拌1h，然后加入到圆盘造粒机中，设置颗粒的 粒径为1mm，造粒，在30℃下干燥3h，得到颗粒肥料；
[0038]
步骤三：将步骤二中得到的颗粒肥料和质量份数的包膜液加入到包膜机中， 将包膜液喷涂到颗粒肥料表层，冷却到室温，得到改良重金属污染土壤的包膜 有机肥。
[0039]
实施例2
[0040]
一种改良重金属污染土壤的包膜有机肥，包括以下质量份数的原料：复合 肥50份，改性凹凸棒土20份，包膜液40份，甘蔗渣40份，玉米芯40份，酒 糟30份，醋酸5份，微生物菌10份，腐殖酸20份，多孔质20份，固化剂10 份；
[0041]
所述改良重金属污染土壤的包膜有机肥的制备方法，包括以下步骤：
[0042]
步骤一：取质量份数的甘蔗渣和玉米芯，混合粉碎过10目筛，加入质量份 数的酒糟和醋酸，控制温度低于60℃有氧发酵5天，得到生物质发酵物；
[0043]
步骤二：取质量份数的多孔质，加入质量份数的微生物菌，混合均匀后， 再加入质量份数的腐殖酸、复合肥、改性凹凸棒土、固化剂和步骤一得到的生 物质发酵物，以80r/min的速度搅拌2h，然后加入到圆盘造粒机中，设置颗粒的 粒径大为3mm，造粒，在50℃下干燥5h，得到颗粒肥料；
[0044]
步骤三：将步骤二中得到的颗粒肥料和质量份数的包膜液加入到包膜机中， 将包膜液喷涂到颗粒肥料表层，冷却到室温，得到改良重金属污染土壤的包膜 有机肥。
[0045]
实施例3
[0046]
一种改良重金属污染土壤的包膜有机肥，包括以下质量份数的原料：复合 肥40
份，改性凹凸棒土15份，包膜液30份，甘蔗渣30份，玉米芯30份，酒 糟20份，醋酸4份，微生物菌7份，腐殖酸15份，多孔质15份，固化剂8份；
[0047]
所述改良重金属污染土壤的包膜有机肥的制备方法，包括以下步骤：
[0048]
步骤一：取质量份数的甘蔗渣和玉米芯，混合粉碎过10目筛，加入质量份 数的酒糟和醋酸，控制温度低于60℃有氧发酵4天，得到生物质发酵物；
[0049]
步骤二：取质量份数的多孔质，加入质量份数的微生物菌，混合均匀后， 再加入质量份数的腐殖酸、复合肥、改性凹凸棒土、固化剂和步骤一得到的生 物质发酵物，以70r/min的速度搅拌2h，然后加入到圆盘造粒机中，设置颗粒的 粒径为2mm，造粒，在40℃下干燥4h，得到颗粒肥料；
[0050]
步骤三：将步骤二中得到的颗粒肥料和质量份数的包膜液加入到包膜机中， 将包膜液喷涂到颗粒肥料表层，冷却到室温，得到改良重金属污染土壤的包膜 有机肥。
[0051]
检测：取干净土壤40g，平均分成4份，每份10g，分别记为对照组、实施 例1组、实施例2组、实施例3组，其中实施例1～3组中分别加入1g按照实 施例1～3方法制备的改良重金属污染土壤的包膜有机肥；将对照组、实施例1 组、实施例2组、实施例3组的土壤分别加入到100ml均含有1mg/ml的hg、 cd、pb、as、cr、cu、zn和ni金属离子的溶液中，放置在水浴恒温振荡器中， 设置温度为25℃，以100r/min的速度，振荡24h，以4000r/min速度离心5min， 取上清液，用icp测定重金属去除率；
[0052][0053]
花盆试验：
[0054]
取8个花盆，花盆为直径25cm，深30cm的塑料花盆，每个花盆中加入25cm 高的同种土壤，土壤中镉含量为0.6mg/kg，铜含量为0.6mg/kg。每2个花盆为 一组，第一组为空白组，第二组、第三组、第四组中分别加入20g按照实施例1～ 3方法制备的改良重金属污染土壤的包膜有机肥，每个花盆种植16株水稻，连 续种植两次，每组得到的两次水稻混合，粉碎，提取镉，使用icp测定水稻中 镉含量；
[0055]
分组水稻中镉含量(mg/kg)水稻中铜含量(mg/kg)第一组0.560.48第二组0.120.08第三组0.090.06第四组0.110.09
[0056]
由上表可知，由本发明方法制备的改良重金属污染土壤的包膜有机肥，对 土壤重金属污染离子有着较好的去除能力，能够有效减小农作物对土壤中重金 属污染离子的吸收，达到改良重金属污染土壤的目的。
[0057]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于 此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到 变化或替换，都应
涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应 所述以权利要求的保护范围为准。