一种重金属污染底泥的稳定方法及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种重金属污染底泥的稳定方法及其应用。本发明提供一种重金属污染底泥的稳定方法，包括如下步骤：1）将重金属污染底泥自然脱水后平铺于农田上；2）将稳定剂撒于农田上的重金属污染底泥上；3）第一次旋耕；4）干湿交替15天进行，暴露于空气中7天，第二次旋耕得到老化后的底泥；5）按体积比掺入砂土和秸秆，第三次旋耕得到稳定后的底泥。本发明还提供所述重金属污染底泥稳定方法在底泥重金属污染治理上的应用。本发明还提供所述重金属污染底泥稳定方法得到的稳定后的底泥在农作物种植中的应用。本方法处理后的底泥重金属稳定化效果明显，种植的蔬菜作物重金属含量符合国家标准。
【专利说明】一种重金属污染底泥的稳定方法及其应用
【技术领域】
[0001]本发明属于生态环境治理领域，特别涉及一种重金属污染底泥的稳定方法及其应用。
【背景技术】
[0002]底泥是水体的重要组成部分，主要由粘土矿物、有机质、活性金属氧化物组成，这种天然的颗粒物具有巨大的比表面积，在水环境中发挥着重要的作用，它是水中各种污染物的源和汇。底泥疏浚是改善湖泊水质的有效措施，处置疏浚底泥需要同时达到安全、合理、经济的要求。底泥的资源化利用越来愈多地得到人们的关注，轻、中度污染的疏浚底泥资源化利用途径中，土地利用具有用量大、技术简单和经济性好的优势，疏浚底泥的农业资源化利用，不仅可以变废为宝，而且减少了环境污染。
[0003]由于湖泊底泥中含有丰富的有机质、氮、磷等营养元素，其资源化利用己经成为当今研究的热点，但其中的重金属元素己成为制约其农业资源化利用的关键因素。许多学者针对如何减少和降低疏浚底泥中重金属毒害作用展开了广泛的研究，但系统性、经济性和实用性还达不到要求。因此，如何对湖泊底泥进行合理资源化利用并避免重金属对土壤一植物系统的污染的研究就显得具有十分重要的意义。另外，由于底泥中粘土矿物含量较高，导致脱水后的底泥易板结成硬块，其物理结构不适于植物生长。因此在解决重金属污染的同时还需要改良其物理性质。
[0004]河道 底泥的资源化利用研究，不仅可以解决底泥出路问题，又可以产生一定的经济效益。底泥资源化技术主要有:制砖、制陶粒、吸附剂、土地利用等。许多研究表明，湖泊底泥土地利用后，总团粒结构和水稳性团粒结构增加；同时也提高了土壤含水量、田间持水量以及土壤孔隙度和毛管孔隙度。有机质含量高以及腐熟化程度较高的底泥施用后，能够使土壤容重减小，土壤固相容积逐渐减少，液相和气相容积逐渐增加；但是粘土矿物含量较高及低腐熟的底泥则可能增加土壤容重和引起板结。因此，底泥的施用可以明显改善土壤的各种理化性状，从而提高土壤保水、保肥及供水、供肥的能力。底泥及其配制成的底泥颗粒肥料含有一定量的养分，比猪粪养分含量高，具有一定的肥效作用。由此说明底泥土地利用后，均能提高土壤养分含量水平。底泥土地利用不仅能带入大量有机质和矿质养分，为土壤中的微生物提供养分，而且底泥本身含有丰富的微生物，提高了土壤微生物的数量。同时，施用城市污泥可以改变土壤微生物的种群结构，提高土壤硝化细菌的比例，增加酶活性，提闻土壤的基础肥力和土壤腐殖质的含量。底泥中含有大量的氣和憐，也含有钟、钙、铁、硫、镁、锌、铜、锰、硼、钥等微量元素，可以缓慢供给植株生长所需的养分。
[0005]底泥土地利用存在的风险主要为重金属污染，底泥中重金属种类繁多，主要有Cu、Pb、Zn、N1、Cr、Hg、Cd等，是限制其大规模土地利用的重要因素。目前对土壤重金属的污染研究较多，主要集中在底泥土地利用后土壤耕层重金属的变化、作物各部位重金属累积量、存在形态及其影响等。底泥合理农用不会造成土壤和农产品的重金属污染，但长期施用会增加土壤中重金属的含量。因此，长期施用湖泊底泥及其肥料需进行必要的监测。底泥中含有多种有机污染物，通过生物富集作用可以在生物体内达到较高的水平，从而产生较强的毒害作用，通过食物链还可能危害到人类的健康。
[0006]另外，自然脱水后的底泥质地非常紧实，容重高达1.89g/cm3,孔隙度只有23.8%。适合植物良好生长的土壤孔隙度范围一般为55%~65%。孔隙度低的土壤非常紧实坚硬，影响植物根系的生长和呼吸。因此，如果不对疏浚底泥进行质地调节，就不能成为植物生长的介质，影响其大量用于土地。
【发明内容】
[0007]针对现有的疏浚后重金属污染河道底泥进行异位处理技术及农业资源化利用技术不足，本发明的目的在于提供一种重金属污染底泥的稳定方法及其应用。
[0008]本发明提供的一种重金属污染底泥的稳定方法，包括如下步骤:
[0009]I)将重金属污染底泥铺平自然晾干脱水后平铺于农田上；
[0010]2)将稳定剂撒于步骤I)所述农田上的重金属污染底泥上；
[0011]3)在完成步骤2)的农田上进行第一次旋耕；
[0012]4)干湿交替处理15天，第二次旋耕，得到老化后的底泥；
[0013]5)按老化后的底泥:砂土:秸杆体积比为3:1:1掺入砂土和秸杆，第三次旋耕，得到稳定后的底泥。
[0014]其中，所述的重金属污染底泥为重金属污染河道底泥和/或重金属污染湖泊底泥。
[0015]其中，步骤I )所述重金属污染底泥平铺于农田上的厚度为15cm。
[0016]其中，所述第一次旋耕和第二次旋耕的深度为15cm，第三次旋耕的深度为25cm，3次的旋耕方式均为呈螺旋状前进旋耕。
[0017]其中，步骤2)所述的稳定剂为重金属处理稳定剂，优选为包括以下重量份成分的稳定剂:海泡石10份，磷酸二氢I~5份。
[0018]其中，步骤2)所述的稳定剂的使用量为:每100重量份底泥用稳定剂1.0-2.0重量份，优选每100重量份底泥用稳定剂1.5重量份，具体视重金属的总量、形态分布及底泥的pH值而定。
[0019]其中，步骤4)所述干湿交替处理15天，为喷水一次使底泥层湿润后晾晒5天，反复进行3次，共15天。
[0020]其中，步骤5)所述的砂土为国际制土壤质地分类标准中的砂土，即砂粒(0.02~2mm)含量大于85%的土壤。
[0021]其中，步骤5)所述的秸杆为事先进行粉碎的秸杆，粉碎后的粒径范围为3~5mm。
[0022]其中，步骤5)所述的秸杆为农作物秸杆，可为玉米秸杆、水稻秸杆、小麦秸杆、大豆秸杆、高粱秸杆等中的一种或几种。
[0023]本发明还提供所述重金属污染底泥稳定方法在底泥重金属污染治理上的应用。
[0024]本发明还提供所述重金属污染底泥稳定方法得到的稳定后的底泥在农作物种植中的应用。
[0025]所述农作物优选蔬菜。
[0026]与现有技术相比，本发明具有以下优点和效果:[0027]本发明以重金属污染河道底泥为处理对象，采用海泡石和磷酸二氢钙为重金属稳定剂，以沙土和粉碎秸杆为质地改良剂，处理过的底泥重金属稳定效果好，可浸出成分减少，难于作物吸收，同时物理性质改良明显，利于作物生长，为受污染河道底泥的处置提供了出路，为疏浚河道底泥的资源化利用提供了一个具有优势的方向，同时也为我国河道底泥的治理和处置提供了一定的理论依据和参考。
[0028]发明人从重金属赋存形态和农作物吸收的角度,通过重金属的浸出试验和蔬菜种植大田试验，证明了处理后底泥中的重金属有良好的稳定效果，防止了底泥在农业资源化利用中的二次污染问题和食品安全问题，为底泥在农业资源化中的进一步利用打下了良好的基础。
[0029]经实际测试，本发明所述方法处理后的底泥，重金属Cr、Cu、Zn和Cd的稳定化效果明显，种植的空心菜和柿子椒两种蔬菜作物中的重金属含量均低于最新发布的《GB2762-2012食品安全国家标准-食品中污染物限量》中规定的相关限值，且低于《GB18406.1 - 2001农产品安全质量无公害蔬菜安全要求》中规定的相关限值。
【具体实施方式】
[0030]以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0031]实施例1对疏浚后的重金属污染底泥进行稳定化的处理方法
[0032]首先将疏浚出的海口市新坡镇某河塘中的底泥进行自然脱水铺平自然晾干脱水后均匀平铺于农田表面，平铺于农田上的厚度为15cm。
[0033]均匀施撒稳定剂到上述农田上的重金属污染底泥上，所述稳定剂包括海泡石和磷酸二氢钙，所述海泡石(购于河北易县宏科伟利海泡石厂，规格为100目)和磷酸二氢钙(购于福泉市洪亮化工有限责任公司，总P≥22.0%)的质量比为10:1，每100重量份底泥用稳定剂1.5重量份。
[0034]用旋耕机(东方红1GQN-125旋耕机，中国一拖集团有限公司)进行第一次旋耕，将底泥与稳定剂搅拌均匀。旋耕要求为深度15cm，方式为呈螺旋状前进旋耕。
[0035]老化方法采用干湿交替15天(为喷水一次使底泥层湿润后晾晒5天，反复进行3次，共15天)，第二次旋耕，旋耕要求为深度15cm，方式为呈螺旋状前进旋耕，得到老化后的底泥。
[0036]老化处理后，在底泥中按体积比掺入砂土和破碎后的秸杆，具体按老化后的底泥:砂土:秸杆体积比为3:1:1掺入砂土和秸杆,第三次旋耕,旋耕要求为深度25cm，方式为呈螺旋状前进旋耕，得到稳定后的底泥。
[0037]使用EPA 的 Method_1311Toxicity Characteristic Leaching Procedure(TCLP)进行测定，同时设置0.3%石灰+0.3%钙镁磷肥做稳定剂作为对比。所述方法处理后的底泥，TCLP浸出浓度明显减少。其中，Cr元素的浸出浓度比未稳定组减少了 27.06%，相对于石灰钙镁磷肥处理组减少了 50.23% ；Cu元素的浸出浓度比未稳定组减少了 68.58%，相对于石灰钙镁磷肥处理组减少了 41.72% ；Zn元素的浸出浓度比未稳定组减少了 23.70%，相对于石灰钙镁磷肥处理组减少了 21.57% ；Cd元素的浸出浓度比未稳定组减少了 22.12%，相对于石灰钙镁磷肥处理组减少了 22.12% ;浸出液中Pb、As、Hg元素的浓度均低于检出限。
[0038]结果具体见表1，重金属浸出减少，稳定效果明显。[0039]表1稳定前后底泥TCLP浸出液中重金属浓度(单位:μ g/L)
[0040]
【权利要求】
1.一种重金属污染底泥的稳定方法，包括如下步骤: 1)将重金属污染底泥铺平自然晾干脱水后平铺于农田上； 2)将稳定剂撒于步骤I)所述农田上的重金属污染底泥上； 3)在完成步骤2)的农田上进行第一次旋耕； 4)干湿交替处理15天，第二次旋耕，得到老化后的底泥； 5)按老化后的底泥:砂土:秸杆体积比为3:1:1掺入砂土和秸杆，第三次旋耕，得到稳定后的底泥。
2.根据权利要求1所述的重金属污染底泥的稳定方法，其特征在于，步骤I)所述重金属污染底泥平铺于农田上的厚度为15cm。
3.根据权利要求1所述的重金属污染底泥的稳定方法，其特征在于，所述第一次旋耕和第二次旋耕的深度为15cm,第三次旋耕的深度为25cm, 3次的旋耕方式均为呈螺旋状前进旋耕。
4.根据权利要求1所述的重金属污染底泥的稳定方法，其特征在于，步骤2)所述的稳定剂包括以下重量份的成分:海泡石10份,磷酸二氢I~5份。
5.根据权利要求1所述的重金属污染底泥的稳定方法，其特征在于，步骤2)所述的稳定剂的使用量为:每100重量份底泥用稳定剂1.0-2.0重量份，优选每100重量份底泥用稳定剂1.5重量份。
6.根据权利要求1所述的重金属污染底泥的稳定方法，其特征在于，步骤4)所述干湿交替处理15天，为喷水一次使底泥层湿润`后晾晒5天，反复进行3次，共15天。
7.根据权利要求1所述的重金属污染底泥的稳定方法，其特征在于，步骤5)所述的秸杆为事先进行粉碎的秸杆，粉碎后的粒径范围为3~5mm。
8.权利要求1-7任一项重金属污染底泥稳定方法在底泥重金属污染治理上的应用。
9.权利要求1-7任一项重金属污染底泥稳定方法得到的得到的稳定后的底泥在农作物种植中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述农作物为蔬菜。
【文档编号】C09K17/00GK103848547SQ201310213364
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年5月31日 优先权日:2013年5月31日
【发明者】李翔, 刘永兵, 贾斌, 程言君, 吴军, 洪文良, 许杰峰, 吴光辉 申请人:轻工业环境保护研究所, 海口市土地储备整理中心