一种重金属钝化剂及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种重金属钝化剂及其应用，属于土壤肥料技术领域。
【背景技术】
[0002] 我国8个地区农田土壤中部分重金属含量统计分析表明，大部分地区重金属含量 高于其土壤环境背景值。对全国24个省市，320个严重污染区，约548X 104hm2的土地调查显 示，农产品重金属超标是农产品污染物超标的主要问题。2006年，我国对农田保护区进行了 抽测，重金属的超标率在抽测样品中高达12.1%。北京市（2005-2009年)连续5年的土壤样 品分析结果表明，土壤出现了不同程度的Cd、Pb和Hg污染。在农业活动中，畜禽粪便经发酵 生产有机肥，畜禽粪便中含有重金属，长期施用导致土壤重金属污染也越来越严重。在畜禽 养殖过程中，含重金属〇1、211^8工(1、(>、？13和取的添加剂被应用于饲料中调查显示，饲料中 重金属含量较高会导致其对应的畜禽粪便中重金属含量也会较高。英国学者Nicholson等 测定了部分地区畜禽饲料和其对应的动物粪便中重金属含量指出，猪在不同的生长阶段所 食用的猪饲料中重金属Cu和Zn的含量有所差别，因此猪在不同生长阶段的粪便中的重金属 含量也不相同，且猪粪中Cu和Zn的限制值比其它动物粪便的限制值高。农田土壤长期施用 畜禽粪便，其土壤剖面中重金属的含量要高于未施用畜禽粪便的土壤对照，且Zn、Cu含量远 超过对照组。重金属元素通过饲料添加-禽畜吸收-禽畜排泄-生产有机肥-施入土壤-作物 吸收这种途径进入人类食物链进而影响人类健康，已逐渐引起社会重视。
[0003] 重金属钝化剂主要包括物理钝化剂、化学钝化剂、生物钝化剂等。物理钝化剂利用 吸附吸附能力大的硅酸盐物质，如活性炭、沸石等较丰富的孔径及比表面积，依据其本身的 静电引力作用和较高的离子交换性能吸附固定重金属，重金属活性得到有效降低。物理吸 附剂较容易获得，钝化重金属的机理较为简单，可操作性较强，其不足之处在于吸附剂与堆 肥产品分离较困难，对重金属钝化效果尚不高。因此，未来研究应进一步拓宽高效钝化剂的 筛选范围，并且需完善分离技术，注重废弃物资源再利用材料的应用。
[0004] 化学钝化剂主要是通过络合、沉淀和离子交换作用，使重金属形态降至活性较低 的形态。钙镁磷肥和粉煤灰等含有碱性物质较高，通过改变堆肥物料的酸碱水平，提高物料 pH值，重金属经反应生成金属沉淀物使重金属本身活性得到抑制。化学钝化剂的钝化作用 较好，但化学钝化剂本身往往对环境存在污染，因此，化学钝化剂存在二次污染风险。
[0005] 生物钝化剂的钝化作用一方面可能是由于添加的部分微生物菌剂影响物料中微 生物活性，提高微生物对重金属离子的富集，另一方面则可能是由于微生物活性的增强，较 强的微生物代谢生成大量腐殖酸类大分子物质，将重金属离子转化为不易被植物吸收的形 态或积累在微生物体内，降低其移动性。目前，生物钝化剂种类及钝化机理的研究尚不足， 仍需进一步探索和完善。
[0006] 钝化剂种类的差异对重金属活性抑制作用不同，不同钝化剂优化组合对重金属形 态影响也很大。龚浩如等研究证明，在猪粪堆肥中通过添加不同钝化剂及其组合可降低重 金属的有效性，且混合钝化剂处理对重金属的钝化效果优于单一钝化剂处理。目前对于重 金属钝化剂材料的研究仍有限，主要集中在物理和化学钝化剂材料的筛选上，所以应扩展 重金属钝化剂材料的研究范围，为解决畜禽粪便有机肥中重金属的污染问题提供参考。另 一方面，目前的钝化剂都是针对堆肥或者土壤等一种介质中的重金属钝化，考虑到有机肥 和土壤均存在重金属污染问题，筛选重金属钝化剂对堆肥和土壤重金属钝化均有作用，对 有效治理土壤污染问题提供支撑。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种重金属钝化剂及其应用，本发明提供的重金属钝化剂可 用于畜禽粪便中的重金属在堆肥过程中进行钝化，同时钝化后的堆肥施入土壤中使土壤中 重金属进一步钝化。
[0008] 本发明所提供的重金属钝化剂，它由下述质量份的组分组成：
[0009] 秸杆56~77、生物炭15~33和生物腐殖酸6~18。
[0010]上述的重金属钝化剂中，所述秸杆可为玉米秸杆、麦秸或稻草秸杆；
[0011] 所述秸杆的质量含水率低于20%，具体可为5%~15%、5%、10%或15%;
[0012] 所述猜杆的粒径可为1~5cm，具体可为1 cm、3cm或5cm;
[0013] 所述生物炭可为猜杆炭、花生壳炭、木肩炭或生物质颗粒炭；
[0014] 所述生物炭的质量含水率低于10%，具体可为5%~10%、5%、8%或10%。
[0015] 上述的重金属钝化剂中，所述秸杆、所述生物炭与所述生物腐殖酸的质量比可为 10:2 ~6:1 ~3,具体可为 10:2:1、10:3:2、10:4 :3、10:5:1 或 10:6:2。
[0016]本发明提供的重金属钝化剂可用于钝化堆肥或土壤中的重金属，如Cu和Cd。
[0017] 所述重金属钝化剂用于钝化堆肥中重金属的步骤如下：
[0018] 将所述重金属钝化剂与畜禽粪便混合后进行堆肥，所述堆肥在好氧堆肥的条件下 进行即可；
[0019] 所述畜禽粪便的质量含水率可为75%~85%，具体可为80%。
[0020] 所述重金属钝化剂与所述畜禽粪便的质量比可为1:7~9,具体可为1:9。
[0021 ]所述重金属钝化剂用于钝化土壤中重金属的步骤如下：
[0022]将所述重金属钝化剂与畜禽粪便混合堆肥后的产品施入土壤中；
[0023] 所述重金属钝化剂与畜禽粪便混合堆肥后的产品的施入量为1500kg~2000kg/亩 土壤；
[0024]所述畜禽粪便的质量含水率为75%~85%;
[0025] 所述重金属钝化剂与所述畜禽粪便的质量比为1:7~9。
[0026] 所述混合堆肥可按照有氧堆肥的常规条件进行。
[0027] 本发明所使用的生物腐殖酸为由生物质生物发酵的固体产物，如由餐厨垃圾为原 料发酵得到的生物腐植酸或由畜禽粪便为原料发酵得到的生物腐植酸等。
[0028] 本发明金属钝化剂具有如下优点：
[0029] 1、本发明金属钝化剂由秸杆、生物炭和生物腐植酸组成，其组分均具有提升堆肥 品质、改良土壤的效果，因此，相对于现有的化学钝化剂、物理钝化剂等，能够较好的提升土 壤质量，保护土壤环境。
[0030] 2、本发明金属钝化剂用于对畜禽粪便中的重金属在堆肥过程中进行钝化，同时钝 化后的堆肥施入土壤中能够使土壤中的重金属进一步钝化，有利于肥-土重金属阻控体系 的建立。
【具体实施方式】
[0031 ]下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
[0032] 下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0033] 下述实施例中所使用的生物腐植酸购买自北京嘉博文生物科技有限公司。
[0034] 下述实施例中各离子形态的测定方法如下：
[0035] 堆肥前后分别采集堆肥样品，在发酵罐中间处按高、中、低三层分