一种重金属污染土壤修复剂及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种重金属污染土壤修复剂，原料组分包括提供氮磷钾营养组分的氮肥、磷肥和钾肥以及适合配比的农用硝酸稀土、微生物菌剂、腐殖酸矿粉、铝土矿粉、草木灰、胡麻油渣、高岭土、秸秆和有机肥组分，将所述修复剂施用于重金属污染土壤后，在上述各组分的协同作用下，实现将土壤中的重金属进行有效钝化和固定的同时对受污染土壤进行有效修复；本发明所述的重金属污染土壤修复剂，具有较好的稳定性和环境友好性，不会产生二次污染，成本低廉，易于大面积推广，当施用于重金属污染土壤时，施用量仅为20?150kg/hm2，就能显著降低农作物中的重金属含量，使农作物达到国家食用安全标准，达到治理目标。
【专利说明】
一种重金属污染土壤修复剂及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于土壤修复的技术领域，具体涉及一种重金属污染土壤修复剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着工业的迅猛发展和农业投入强度的不断增加，大量重金属等污染物进入土壤环境，从而引发了土壤的重金属污染，并成为一个被广泛关注的世界性难题。据报道，目前我国受镉、汞、砷、铬、铅等污染的耕地面积近2000万hm3，约占全国耕地总面积的20%，已严重影响了现代农业发展和社会的稳定。
[0003]土壤中重金属的污染，直接导致农产品重金属含量的超标，进而通过食物链进入人体后对人类健康构成严重威胁。根据现已公开的文献资料报道，杭州市近郊蔬菜镉、铜、汞、锌的超标率分别为28%、15%、59%和4%;长沙市蔬菜重金属的超标率为50%，沈阳近郊大白菜铅和镉的超标率分别为100 %和58 %，黄瓜镉、汞、铅超标率分别为73 %、27 %和18% ;天津市郊蔬菜镉超标率为40% ;南宁市蔬菜镉和萊的超标率分别为92%和50% ;上海宝山区疏采铅和锦的超标率分别尚达82 %和54% ；温州市疏采锦的含量超过国豕标准1.7倍，水果为1.6倍;成都市9种蔬菜铅和镉的超标率分别为22%和29% ；重庆市水稻镉、铅超标率为25-50 %，玉米铅含量超标率22-66 %、镉和汞的超标率为11 湖南境内湘江流域的大宗蔬菜镉、铅超标率均超过了 10%，珠三角滩涂围垦农区稻米镍、铅、铬、镉的超标率分别达48.3%、28.9%、12.3%与2.6%。另据中国农科院茶叶研究所和农业部等单位的测定结果，近年来主要产茶区的茶叶铅超标率呈增加趋势。1999年茶叶样品铅超标率为12.5%，2001年则上升到25%。因此，土壤重金属的污染治理已迫在眉睫。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种对土壤修复效果好且能有效降低农作物中重金属含量的重金属污染土壤修复剂及其制备方法。
[0005]本发明所采用的技术方案为:
[0006]一种重金属污染土壤修复剂，原料组分包括氮肥20-50重量份、磷肥20-50重量份、钾肥20-50重量份、农用硝酸稀土 2-10重量份、微生物菌剂2-10重量份、腐殖酸矿粉10-40重量份、铝土矿粉8-20重量份、草木灰2-10重量份、胡麻油渣2-10重量份、高岭土 2-5重量份、稻杆2-8重量份、有机肥2-10重量份。
[0007]需要说明的是，所述胡麻油渣为将胡麻进行炼油后得到的废渣。
[0008]所述铝土矿粉为改性铝土矿粉，所述改性铝土矿粉采用如下方法制备:
[0009](SI)采用浓度为0.5-2mol/L的酸液对天然铝土矿粉进行酸处理，得到酸处理后的招土矿粉；
[0010](S2)将所述酸处理后的铝土矿粉用蒸馏水洗涤至洗涤液呈中性，经过滤、干燥即得所述改性铝土矿粉。
[0011]步骤(SI)中，所述酸处理的温度为40-60°C，所述酸处理的时间为2-5h。
[0012]步骤(S2)中，进行所述干燥处理的温度为120-150°C，进行所述干燥处理的时间为4~6ho
[0013]所述改性铝土矿粉的粒径为50-200目。
[0014]所述氮肥为尿素、碳酸铵、硫酸铵、氯化铵、硝酸钙和硝酸铵中的一种或几种以任意比例组成的混合物，所述磷肥为磷酸一铵、磷酸二铵、过磷酸钙、重过磷酸钙和钙镁磷肥中的一种或几种以任意比例组成的混合物，所述钾肥为氯化钾、硫酸钾、硅酸钾和硝酸钾中的一种或几种以任意比例组成的混合物。
[0015]所述微生物菌剂包括固氮菌、解磷菌、解钾菌中的一种或几种以任意比例组成的混合物。
[0016]所述农用硝酸稀土的粒径为10-20目，腐殖酸矿粉的粒径为80-120目，所述草木灰的粒径为80-120目，所述高岭土的粒径为80-120目。
[0017]所述有机肥中，以烘干基计的有机质质量分数335%，以烘干基计的氮、五氧化二磷和氧化钾总养分的质量分数34.0%，鲜样的水分的质量分数530%，酸碱度pH为5.5-
8.5ο
[0018]所述的重金属污染土壤修复剂的制备方法，步骤如下:
[0019](I)称取称取胡麻油渣、秸杆并分别进行粉碎，得到胡麻油渣细粉和秸杆细粉；
[0020](2)将步骤(I)所述的胡麻油渣细粉和秸杆细粉进行充分混合，得到第一混合料；
[0021](3)将步骤(2)所述第一混合料在60-80°C进行翻炒5-20min，之后加入所述微生物菌剂和有机肥，充分混合均匀，得到第二混合料；
[0022](4)向步骤(3)所述第二混合料中加入剩余各原料组分，充分混合均匀，经造粒、干燥，即得所述重金属污染土壤修复剂。
[0023]所述的重金属污染土壤修复剂在重金属污染土壤修复中的应用。
[0024]本发明的有益效果为:
[0025]本发明所述的重金属污染土壤修复剂，原料组分包括提供氮磷钾营养组分的氮月巴、磷肥和钾肥以及适合配比的农用硝酸稀土、微生物菌剂、腐殖酸矿粉、铝土矿粉、草木灰、胡麻油渣、高岭土、秸杆和有机肥组分，将所述修复剂施用于重金属污染土壤后，在上述各组分的协同作用下，实现将土壤中的重金属进行有效钝化和固定的同时对受污染土壤进行有效修复，从而一方面使得土壤中的重金属活性显著降低，有利于降低农作物对重金属的吸收，进而使得农作物中重金属含量显著降低;另一方面含有的氮磷钾营养组分、有机肥和草木灰等又能为土壤提供营养以改善土壤肥力，同时含有的微生物菌剂有利于改善土壤微生物菌落结构，持续强化对受污染土壤的修复效果，此外，农用硝酸稀土中的稀土组分本身对重金属具有拮抗作用，进一步有利于降低农作物对重金属的吸收;本发明所述的重金属污染土壤修复剂，具有较好的稳定性和环境友好性，不会产生二次污染，成本低廉，易于大面积推广，当施用于重金属污染土壤时，施用量仅为20-150kg/hm2，就能显著降低农作物中的重金属含量，使农作物达到国家食用安全标准，达到治理目标。
【具体实施方式】
[0026]以下实施例中以I重量份代表lg。
[0027]实施例1
[0028]一种重金属污染土壤修复剂，原料组分包括:
[0029]尿素20重量份、磷酸一铵50重量份、氯化钾20重量份、农用硝酸稀土 10重量份、固氮菌微生物菌剂2重量份、腐殖酸矿粉40重量份、改性招土矿粉8重量份、草木灰10重量份、胡麻油渣2重量份、高岭土 5重量份、小麦秸杆2重量份、有机肥10重量份。
[0030]所述农用硝酸稀土的粒径为10目，所述改性铝土矿粉的粒径为50目，所述腐殖酸矿粉、草木灰、高岭土的粒径均为80目。
[0031 ]所述改性铝土矿粉采用如下方法制备:
[0032](SI)采用浓度为0.5mol/L的盐酸对天然铝土矿粉在40°C进行酸处理5h，得到酸处理后的铝土矿粉；
[0033](S2)将所述酸处理后的铝土矿粉用蒸馏水洗涤至洗涤液呈中性，经过滤、120°C干燥6h，即得所述改性铝土矿粉。
[0034]所述有机肥中，以烘干基计的有机质质量分数40%，以烘干基计的氮、五氧化二磷和氧化钾总养分的质量分数4.5%，鲜样的水分的质量分数28%，酸碱度pH为5.5。
[0035]进一步，所述的重金属污染土壤修复剂的制备方法，步骤如下:
[0036](I)按照上述重量份称取胡麻油渣、小麦秸杆并分别进行粉碎，得到粒径均为80-150目的胡麻油渣细粉和小麦秸杆细粉；
[0037](2)将步骤(I)所述的胡麻油渣细粉和小麦秸杆细粉进行充分混合，得到第一混合料；
[0038](3)将步骤(2)所述第一混合料在60°C进行翻炒20min，之后加入所述固氮菌微生物菌剂和有机肥，充分混合均匀，得到第二混合料；
[0039](4)向步骤(3)所述第二混合料中加入剩余各原料组分，充分混合均匀，经挤压造粒、80°C干燥2h，S卩得所述重金属污染土壤修复剂。
[0040]实施例2
[0041 ] 一种重金属污染土壤修复剂，原料组分包括:
[0042]碳酸铵50重量份、磷酸二铵20重量份、硫酸钾50重量份、农用硝酸稀土 2重量份、解磷菌微生物菌剂10重量份、腐殖酸矿粉10重量份、改性招土矿粉20重量份、草木灰2重量份、胡麻油渣10重量份、高岭土 2重量份、水稻秸杆8重量份、有机肥2重量份。
[0043]所述农用硝酸稀土的粒径为20目，所述改性铝土矿粉的粒径为200目，所述腐殖酸矿粉、草木灰、高岭土的粒径均为120目。
[0044]所述改性铝土矿粉采用如下方法制备:
[0045](SI)采用浓度为2mol/L的磷酸对天然铝土矿粉在60°C进行酸处理2h，得到酸处理后的铝土矿粉；
[0046](S2)将所述酸处理后的铝土矿粉用蒸馏水洗涤至洗涤液呈中性，经过滤、150°C干燥4h，即得所述改性铝土矿粉。
[0047]所述有机肥中，以烘干基计的有机质质量分数45%，以烘干基计的氮、五氧化二磷和氧化钾总养分的质量分数5%，鲜样的水分的质量分数25%，酸碱度pH为8.5。
[0048]进一步，所述的重金属污染土壤修复剂的制备方法，步骤如下:
[0049](I)按照上述重量份称取胡麻油渣、水稻秸杆并分别进行粉碎，得到粒径均为150目的胡麻油渣细粉和水稻秸杆细粉；
[0050](2)将步骤(I)所述的胡麻油渣细粉和水稻秸杆细粉进行充分混合，得到第一混合料；
[0051 ] (3)将步骤(2)所述第一混合料在80 0C进行翻炒5min，之后加入所述解磷菌微生物菌剂和有机肥，充分混合均匀，得到第二混合料；
[0052](4)向步骤(3)所述第二混合料中加入剩余各原料组分，充分混合均匀，经挤压造粒、120°C干燥lh，即得所述重金属污染土壤修复剂。
[0053]实施例3
[0054]一种重金属污染土壤修复剂，原料组分包括:
[0055]硫酸铵35重量份、过磷酸钙35重量份、硅酸钾35重量份、农用硝酸稀土 8重量份、解钾菌微生物菌剂8重量份、腐殖酸矿粉30重量份、改性招土矿粉16重量份、草木灰6重量份、胡麻油渣6重量份、高岭土 3重量份、玉米秸杆5重量份、有机肥6重量份。
[0056]所述农用硝酸稀土的粒径为15目，所述改性铝土矿粉的粒径为150目，所述腐殖酸矿粉、草木灰、高岭土的粒径均为100目。
[0057]所述改性铝土矿粉采用如下方法制备:
[0058](SI)采用浓度为lmol/L的硼酸对天然铝土矿粉在50°C进行酸处理4h，得到酸处理后的铝土矿粉；
[0059](S2)将所述酸处理后的铝土矿粉用蒸馏水洗涤至洗涤液呈中性，经过滤、130°C干燥5h，即得所述改性铝土矿粉。
[0060]所述有机肥中，以烘干基计的有机质质量分数42%，以烘干基计的氮、五氧化二磷和氧化钾总养分的质量分数4.5%，鲜样的水分的质量分数26%，酸碱度pH为6.5。
[0061 ]进一步，所述的重金属污染土壤修复剂的制备方法，步骤如下:
[0062](I)按照上述重量份称取胡麻油渣、玉米秸杆并分别进行粉碎，得到粒径均为120目的胡麻油渣细粉和玉米秸杆细粉；
[0063](2)将步骤(I)所述的胡麻油渣细粉和玉米秸杆细粉进行充分混合，得到第一混合料；
[0064](3)将步骤(2)所述第一混合料在70°C进行翻炒15min，之后加入所述解钾菌微生物菌剂和有机肥，充分混合均匀，得到第二混合料；
[0065](4)向步骤(3)所述第二混合料中加入剩余各原料组分，充分混合均匀，经挤压造粒、100°C干燥1.5h，即得所述重金属污染土壤修复剂。
[0066]实施例4
[0067]一种重金属污染土壤修复剂，原料组分包括:
[0068]氯化铵、硝酸钙和硝酸铵按照质量比1:1:1组成的混合物35重量份、重过磷酸钙和钙镁磷肥按照质量比1:1组成的混合物35重量份、硅酸钾和硝酸钾按照质量比1:1组成的混合物35重量份、农用硝酸稀土 6重量份、固氮菌、解磷菌、解钾菌按照质量比1:1组成的复合微生物菌剂6重量份、腐殖酸矿粉25重量份、改性招土矿粉16重量份、草木灰8重量份、胡麻油渣8重量份、高岭土 4重量份、小麦稻杆6重量份、有机肥6重量份。
[0069]所述农用硝酸稀土的粒径为15目，所述改性铝土矿粉的粒径为120目，所述腐殖酸矿粉、草木灰、高岭土的粒径均为110目。
[0070]所述改性铝土矿粉采用如下方法制备:
[0071](SI)采用浓度为1.5mol/L的草酸对天然铝土矿粉在50°C进行酸处理3.5h，得到酸处理后的铝土矿粉；
[0072](S2)将所述酸处理后的铝土矿粉用蒸馏水洗涤至洗涤液呈中性，经过滤、130°C干燥5h，即得所述改性铝土矿粉。
[0073]所述有机肥中，以烘干基计的有机质质量分数35%，以烘干基计的氮、五氧化二磷和氧化钾总养分的质量分数4.0%，鲜样的水分的质量分数30%，酸碱度pH为7.5。
[0074]进一步，所述的重金属污染土壤修复剂的制备方法，步骤如下:
[0075](I)按照上述重量份称取胡麻油渣、小麦秸杆并分别进行粉碎，得到粒径均为130目的胡麻油渣细粉和小麦秸杆细粉；
[0076](2)将步骤(I)所述的胡麻油渣细粉和小麦秸杆细粉进行充分混合，得到第一混合料；
[0077](3)将步骤(2)所述第一混合料在70°C进行翻炒12min，之后加入所述微生物菌剂和有机肥，充分混合均匀，得到第二混合料；
[0078](4)向步骤(3)所述第二混合料中加入剩余各原料组分，充分混合均匀，经挤压造粒、100°C干燥1.5h，即得所述重金属污染土壤修复剂。
[0079]实验例
[0080]将本发明实施例3所述的重金属污染土壤修复剂进行性能评估，选择重金属污染的土壤作为施用对象，项上述土壤中加入实施例3所述的修复剂，并对修复后土壤中的有效重金属(能够被农作物吸收的重金属)进行测定。
[0081]其中，修复剂的施用方法，步骤如下:
[0082]向重金属污染的土壤中加入所述重金属污染土壤修复剂，添加量为20kg/hm2，平衡改良时间为7天。
[0083]修复前后土壤中有效重金属含量的测定方法为:
[0084]称5.0g过100目筛的土壤样品于10ml离心管中，加入25ml浓度为lmol/L的NH4CI溶液，振荡2h后离心分离，过滤得到提取液，采用原子吸收光谱法测定提取液中的可溶态重金属(包括CM、Hg、Pb)含量，即为有效重金属含量。
[0085]检测结果显示:修复后土壤中有效Cd(能够被农作物吸收的Cd)降低85%以上，有效Hg降低80%以上，有效Pb降低85%以上。
[0086]本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种重金属污染土壤修复剂，其特征在于，原料组分包括氮肥20-50重量份、磷肥20-50重量份、钾肥20-50重量份、农用硝酸稀土 2-10重量份、微生物菌剂2-10重量份、腐殖酸矿粉10-40重量份、招土矿粉8_20重量份、草木灰2_10重量份、胡麻油渔2_10重量份、尚岭土 2_5重量份、稻杆2-8重量份、有机肥2-10重量份。2.根据权利要求1所述的重金属污染土壤修复剂，其特征在于，所述铝土矿粉为改性铝土矿粉，所述改性铝土矿粉采用如下方法制备: (51)采用浓度为0.5-2mol/L的酸液对天然铝土矿粉进行酸处理，得到酸处理后的铝土矿粉； (52)将所述酸处理后的铝土矿粉用蒸馏水洗涤至洗涤液呈中性，经过滤、干燥即得所述改性铝土矿粉。3.根据权利要求2所述的重金属污染土壤修复剂，其特征在于，步骤(SI)中，所述酸处理的温度为40-60 0C，所述酸处理的时间为2-5h。4.根据权利要求2所述的重金属污染土壤修复剂，其特征在于，步骤(S2)中，进行所述干燥处理的温度为120-150 0C，进行所述干燥处理的时间为4-6h。5.根据权利要求2所述的重金属污染土壤修复剂，其特征在于，所述改性铝土矿粉的粒径为50-200目。6.根据权利要求1所述的重金属污染土壤修复剂，其特征在于，所述氮肥为尿素、碳酸铵、硫酸铵、氯化铵、硝酸钙和硝酸铵中的一种或几种以任意比例组成的混合物，所述磷肥为磷酸一铵、磷酸二铵、过磷酸钙、重过磷酸钙和钙镁磷肥中的一种或几种以任意比例组成的混合物，所述钾肥为氯化钾、硫酸钾、硅酸钾和硝酸钾中的一种或几种以任意比例组成的混合物。7.根据权利要求1所述的重金属污染土壤修复剂，其特征在于，所述微生物菌剂包括固氮菌、解磷菌、解钾菌中的一种或几种以任意比例组成的混合物。8.根据权利要求1所述的重金属污染土壤修复剂，其特征在于，所述农用硝酸稀土的粒径为10-20目，腐殖酸矿粉的粒径为80-120目，所述草木灰的粒径为80-120目，所述高岭土的粒径为80-120目。9.根据权利要求1所述的重金属污染土壤修复剂，其特征在于，所述有机肥中，以烘干基计的有机质质量分数335%，以烘干基计的氮、五氧化二磷和氧化钾总养分的质量分数兰4.0 %，鲜样的水分的质量分数5 30 %，酸碱度pH为5.5-8.5。10.权利要求1-9任一项所述的重金属污染土壤修复剂的制备方法，其特征在于，步骤如下: (1)称取称取胡麻油渣、秸杆并分别进行粉碎，得到胡麻油渣细粉和秸杆细粉； (2)将步骤(I)所述的胡麻油渣细粉和秸杆细粉进行充分混合，得到第一混合料； (3)将步骤(2)所述第一混合料在60-8(TC进行翻炒5-20min，之后加入所述微生物菌剂和有机肥，充分混合均匀，得到第二混合料； (4)向步骤(3)所述第二混合料中加入剩余各原料组分，充分混合均匀，经造粒、干燥，即得所述重金属污染土壤修复剂。
【文档编号】C05G3/04GK106045758SQ201610357297
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】张苗, 张丽, 王辉, 王洪海, 王丽虹
【申请人】淄博出入境检验检疫局综合技术服务中心