本发明涉及一种生态环保土壤修复方法。
背景技术：
：随着土壤作为自然和农业生态系统的基础，自工业革命以来，生物圈中有毒金属污染含量急剧增加。土壤重金属污染是指人类活动将重金属物质带入土壤，致使土壤中重金属含量明显高于其自然背景含量，生态系统遭到破坏，环境质量恶化的现象。土壤中重金属的来源分为自然来源和人为来源两种，其中人为因素占主要部分。自然来源中，重金属主要来自于岩石成土过程的自然风化，其含量通常较低，对环境和动植物是没有毒性的。受人为因素影响，土壤中一种或多种重金属逐渐累积增加，并超过其自然背景值，当其含量高到一定程度时，人类、动植物以及整个生态系统安全都将受到威胁。人类对大自然重金属污染的历史由来已久，木材燃烧所释放的重金属元素沉积在地表，逐渐改变当地的土壤环境。古代采矿和冶炼兴起后，便形成了“人类—重金属—污染”的关系。Hong等的研究表明古罗马时代采矿和冶炼已造成了污染。工业革命以后，随着工业化、城市化的迅猛发展，土壤重金属污染也更加严重，并呈现由工业向农业、城市向农村、点向面污染发展的趋势，污染形式也由逐渐累积进入突发性、连锁性、区域性爆发的阶段。20世纪中叶是国外土壤重金属污染事件的高发期，各国政府也在此时开始重视重金属污染问题。20世纪90年代，美国用于土壤修复的投资约1000亿美元；2006年欧盟土壤保护主题报告中称，欧洲25国为土壤污染专项修复治理保守估计将支付173亿欧元/年。目前来看，部分国家的土壤重金属污染状况得到改善，但矿区、工厂等局部污染仍然存在。据统计，欧洲有约13.7万平方公里农业用地重金属含量超过临界值；美国约600万平方公里棕地受到不同程度的重金属污染。我国是世界上最大的发展中国家，随着经济发展，土壤环境问题也日趋严重。2014年4月17日公布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，全国土壤总超标率为16.1％，镉、锌、铅、铜超标率分别为7％、0.9％、1.5％和2.1％。工业、矿业、农业等人为活动是造成土壤重金属的主要原因。人为因素导致土壤中重金属来源可以概括为四种途径。(1)大气沉降。大气沉降分为自然沉降和雨淋沉降两种方式，除Hg以外，其他重金属基本上是以气溶胶的形态进入大气，经过沉降进入土壤中。工业企业生产、汽车尾气排放、石油开采及加工的废气主要是通过大气沉降形式进入到土壤中。其中有色金属矿业采选和冶炼所排放的含重金属废气沉降是重金属污染的主要途径。有研究表明，每年约有0.2～0.9kg/km2的重金属Cd经大气沉降到土壤中，Zn、Hg、Cr、Pb等重金属也随之大量排放，最终进入到土壤中。对江西多个金属矿山以及冶炼厂附近农田进行研究调查，该地区土壤中Cd含量达29.77mg/kg，超过了我国土壤环境质量标准二级标准的50倍。(2)固体废弃物堆积。随着城市化的发展，目前我国城市固废、生活垃圾排放量逐年增加。土壤重金属污染已经成为一个重要的全球性环境问题。据估算，在温带气候下，Cd在土壤中滞留时间为75～380年，Hg为500～1000年，Ag、Cu、Ni、Pb、Se、Zn等为1000～3000年。土壤一旦被污染，重金属不但会长久累积在土壤中，还会转移至其他环境介质中去，引起大气和水体的二次污染。土壤中过高的重金属含量会影响农作物的产量和质量，并通过食物链或直接接触等多种途径危害动物和人类健康。一般情况下，进入动物和人体的Cu、Zn、Mn等重金属元素不易对生物体造成危害，但当其含量超过一定限度，就会产生毒性；而大部分重金属(如Hg、Cd、Pb、As等)对生物体并非必需，且有明确的毒害作用，因此应严格控制其进入食物链。进入人体的重金属大部分以原来的巧式存在，也可能转化为对生物体毒性更强的化合物。当它们进入脂肪组织中或沉积在循环系统中，边不易被排出，从而对人体造成急性或慢性伤害。例如，镉超标会导致肾损伤、骨质疏松症、癌症等病变，锰超标可能会引起类似帕金森症的症状，铅超标则会对血液、中枢神经、生殖系统、免疫系统、肾脏等循环系统和器官造成损伤。镉是土壤中较为稀有的重金属元素，地壳平均含量为0.5mg/kg。自然界中，镉主要是以硫化物形式存在于铜、铅、锌等有色金属矿藏中。我国表层土壤中的镉背景值为0.017～0.333mg/Kg，但人类的各种生产生活行为可将镉带入土壤，而镉迁移的特点是不易被生物体分解转化后排出，且不易随水移动，只能沿食物链往上积累，从而危害生物体健康，对正常机能和代谢平衡产生影响。土壤中重金属镉污染的主要来源是矿业、电镀及化工行业的废水、废渣、废气，农业生产中使用的含镉化肥、农药也是镉的重要来源。据国家环境总局统计，我国农田镉污染面积在2003年就达到28万平方公里，镉超标的农产品多达150万吨。原位钝化是一种向土壤中投入改良剂，以达到改变重金属在土壤中的存在形态，将土壤或溶液中的金属离子进行钝化，降低其利用率的一种形态。每一种改良剂对于重金属的钝化效果不同，作用机理也不相同，因此，在实际的土壤修复过程中，因地制宜，选择合适的改良剂以求达到最好的效果。目前，市场上常用的改良剂主要有石灰、碳酸钙、磷酸盐等。对Cd、Cu、Zn等金属具有较好的改良效果。中国授权专利CN105838382B公开了一种高效降镉土壤修复剂及其应用，以重量份计，土壤修复剂由改性水辉石40～60份，有机肥20～30份，腐植酸5～38份以及微生物菌剂1～5份混合而成，改性水辉石通过将水辉石进行煅烧，然后加入多硫化钙搅拌反应，最后研磨成颗粒或粉末状得到。该土壤修复剂适合用于对镉污染土壤进行修复，然后在修复后的土壤上种植水稻，具有成本低，修复周期短，降镉效果好，水稻产量高等明显优势。然而，经上述专利处理后土壤镉的有效态浓度仍然偏大，难以满足对土壤重金属含量的高质量要求，也无法进一步降低农作物中重金属含量。技术实现要素：为了解决现有技术中经土壤修复剂处理后土壤镉的有效态浓度仍然偏大、难以满足对高质量土壤要的技术问题，本发明提出了如下技术方案：一种生态环保土壤修复方法，其特征在于：包括如下步骤：将土壤修复剂均匀撒在重金属污染土壤的表面，然后进行土壤翻耕使土壤修复剂与重金属污染土壤充分混合均匀，平衡6-8天完成土壤重金属修复过程；以重量份计，所述土壤修复剂由改性水辉石55-65份，有机肥20-30份，腐植酸10-20份以及微生物菌剂1～3份混合而成，所述改性水辉石通过如下方法制备得到：将水辉石进行煅烧，然后加入混合改性剂搅拌反应，边搅拌边进行微波辐照处理，最后研磨成颗粒或粉末状，所述搅拌反应在温度280～320℃下进行，时间为1小时；所述混合改性剂的用量占改性水辉石的10wt％，所述混合改性剂由多硫化钙和改性剂I按质量比为2:1构成，所述改性剂I的结构式如下：所述微生物菌剂的活菌数每克为1.5～2.5亿。优选地，所述微波辐照功率为750～850W，更优选地，所述微波辐照功率为800W。优选地，所述有机肥为鸡粪、猪粪或牛粪。优选地，所述微生物菌剂为芽孢杆菌。优选地，改性水辉石的粒径在150目～250目之间。本发明的技术方案具有如下由益效果：(1)使用复合改性剂对水辉石进行改性处理能够大幅提高改性效果，优于使用单一改性剂的改性效果，进而最大限度去除土壤中镉等重金属，去除效率优于现有的土壤修复剂。复合改性剂不仅能够使使水辉石孔道里面的杂质被替换，空间变大，改善对镉的吸附和固定作用，复合改性剂还能够实现水辉石微观结构上的接枝和交联反应，进一步提高水辉石的疏水性能，提高吸附土壤中的重金属离子的能力，扩宽水辉石层的间距。(2)在化学改性的基础上，并联使用微波改性能够提高水辉石的改性效果，微波改性后水辉石多孔内部的传质速度被加快，内扩散的影响被降低，不仅可以提高提高水辉石的活性，同时还能够使复合改性剂也能更好地进入水辉石的微观结构中。重要的是，通过大量实验可以发现，微波辐照功率并非越大越好，其存在一个最优范围值，即当微波辐照功率为750～850W范围内时，微波改性的效果最好，能够最大限度去除土壤中镉等重金属。此外，微波改性的使用缩短了水辉石的改性时间，提高了生产效率，降低了生产成本。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例和对比例，对本发明进行进一步详细说明。实施例1一种生态环保土壤修复方法，其特征在于：包括如下步骤：将土壤修复剂均匀撒在重金属污染土壤的表面，然后进行土壤翻耕使土壤修复剂与重金属污染土壤充分混合均匀，平衡6天完成土壤重金属修复过程；以重量份计，所述土壤修复剂由改性水辉石55份，有机肥20份，腐植酸10份以及微生物菌剂1份混合而成，所述改性水辉石通过如下方法制备得到：将水辉石进行煅烧，然后加入混合改性剂搅拌反应，边搅拌边进行微波辐照处理，最后研磨成颗粒或粉末状，所述搅拌反应在温度280℃下进行，时间为1小时；所述混合改性剂的用量占改性水辉石的10wt％，所述混合改性剂由多硫化钙和改性剂I按质量比为2:1构成，所述改性剂I的结构式如下：其中，所述微波辐照功率为750W，所述有机肥为鸡粪，所述微生物菌剂为芽孢杆菌，改性水辉石的粒径在150目之间。实施例2一种生态环保土壤修复方法，其特征在于：包括如下步骤：将土壤修复剂均匀撒在重金属污染土壤的表面，然后进行土壤翻耕使土壤修复剂与重金属污染土壤充分混合均匀，平衡7天完成土壤重金属修复过程；以重量份计，所述土壤修复剂由改性水辉石60份，有机肥25份，腐植酸15份以及微生物菌剂2份混合而成，所述改性水辉石通过如下方法制备得到：将水辉石进行煅烧，然后加入混合改性剂搅拌反应，边搅拌边进行微波辐照处理，最后研磨成颗粒或粉末状，所述搅拌反应在温度300℃下进行，时间为1小时；所述混合改性剂的用量占改性水辉石的10wt％，所述混合改性剂由多硫化钙和改性剂I按质量比为2:1构成，所述改性剂I的结构式如下：其中，所述微波辐照功率为800W，所述有机肥为猪粪，所述微生物菌剂为芽孢杆菌，改性水辉石的粒径在200目之间。实施例3一种生态环保土壤修复方法，其特征在于：包括如下步骤：将土壤修复剂均匀撒在重金属污染土壤的表面，然后进行土壤翻耕使土壤修复剂与重金属污染土壤充分混合均匀，平衡8天完成土壤重金属修复过程；以重量份计，所述土壤修复剂由改性水辉石65份，有机肥30份，腐植酸20份以及微生物菌剂3份混合而成，所述改性水辉石通过如下方法制备得到：将水辉石进行煅烧，然后加入混合改性剂搅拌反应，边搅拌边进行微波辐照处理，最后研磨成颗粒或粉末状，所述搅拌反应在温度320℃下进行，时间为1小时；所述混合改性剂的用量占改性水辉石的10wt％，所述混合改性剂由多硫化钙和改性剂I按质量比为2:1构成，所述改性剂I的结构式如下：其中，所述微波辐照功率为850W，所述有机肥为牛粪，所述微生物菌剂为芽孢杆菌，改性水辉石的粒径在250目之间。对比例1一种生态环保土壤修复方法，其特征在于：包括如下步骤：将土壤修复剂均匀撒在重金属污染土壤的表面，然后进行土壤翻耕使土壤修复剂与重金属污染土壤充分混合均匀，平衡7天完成土壤重金属修复过程；以重量份计，所述土壤修复剂由改性水辉石60份，有机肥25份，腐植酸15份以及微生物菌剂2份混合而成，所述改性水辉石通过如下方法制备得到：将水辉石进行煅烧，然后加入混合改性剂搅拌反应，边搅拌边进行微波辐照处理，最后研磨成颗粒或粉末状，所述搅拌反应在温度300℃下进行，时间为1小时；所述混合改性剂的用量占改性水辉石的10wt％，所述混合改性剂仅由改性剂I构成，所述改性剂I的结构式如下：其中，所述微波辐照功率为800W，所述有机肥为猪粪，所述微生物菌剂为芽孢杆菌，改性水辉石的粒径在200目之间。对比例2一种生态环保土壤修复方法，其特征在于：包括如下步骤：将土壤修复剂均匀撒在重金属污染土壤的表面，然后进行土壤翻耕使土壤修复剂与重金属污染土壤充分混合均匀，平衡7天完成土壤重金属修复过程；以重量份计，所述土壤修复剂由改性水辉石60份，有机肥25份，腐植酸15份以及微生物菌剂2份混合而成，所述改性水辉石通过如下方法制备得到：将水辉石进行煅烧，然后加入混合改性剂搅拌反应，边搅拌边进行微波辐照处理，最后研磨成颗粒或粉末状，所述搅拌反应在温度300℃下进行，时间为1小时；所述混合改性剂的用量占改性水辉石的10wt％，所述混合改性剂由多硫化钙和改性剂I按质量比为2:1构成，所述改性剂I的结构式如下：其中，所述微波辐照功率为600W，所述有机肥为猪粪，所述微生物菌剂为芽孢杆菌，改性水辉石的粒径在200目之间。对比例3一种生态环保土壤修复方法，其特征在于：包括如下步骤：将土壤修复剂均匀撒在重金属污染土壤的表面，然后进行土壤翻耕使土壤修复剂与重金属污染土壤充分混合均匀，平衡7天完成土壤重金属修复过程；以重量份计，所述土壤修复剂由改性水辉石60份，有机肥25份，腐植酸15份以及微生物菌剂2份混合而成，所述改性水辉石通过如下方法制备得到：将水辉石进行煅烧，然后加入混合改性剂搅拌反应，边搅拌边进行微波辐照处理，最后研磨成颗粒或粉末状，所述搅拌反应在温度300℃下进行，时间为1小时；所述混合改性剂的用量占改性水辉石的10wt％，所述混合改性剂由多硫化钙和改性剂I按质量比为2:1构成，所述改性剂I的结构式如下：其中，所述微波辐照功率为1000W，所述有机肥为猪粪，所述微生物菌剂为芽孢杆菌，改性水辉石的粒径在200目之间。下表详细记载了实施例2和对比例1-3中混合改性剂的构成以及微波辐照的功率。编号混合改性剂微波辐照功率实施例2多硫化钙+改性剂I800W对比例1改性剂I800W对比例2多硫化钙+改性剂I600W对比例3多硫化钙+改性剂I1000W效果表征：将实施例2和对比例1-3中土壤修复剂均匀混合撒在重金属镉污染土壤的表面，每亩为150kg，然后进行土壤翻耕，平衡7天完成土壤重金属修复过程。对修复后的土壤进行测试，结果如下：编号未处理土壤镉的有效态浓度处理后土壤镉的有效态浓度实施例20.613ug/L0.059ug/L对比例10.613ug/L0.102ug/L对比例20.613ug/L0.086ug/L对比例30.613ug/L0.074ug/L上述结果表明：(1)从实施例及对比例1、现有技术CN105838382B的实验结果可发发现，使用复合改性剂能够大幅提高改性效果，优于使用单一改性剂的改性效果，进而能够最大限度去除土壤中镉等重金属，复合改性剂不仅能够使使水辉石孔道里面的杂质被替换，空间变大，改善对镉的吸附和固定作用，复合改性剂还能够实现水辉石微观结构上的接枝和交联反应，进一步提高水辉石的疏水性能，提高吸附土壤中的重金属离子的能力，扩宽水辉石层的间距。(2)从实施例及对比例3-4的实验结果可发发现，在化学改性的基础上，并联使用微波改性能够提高水辉石的改性效果，微波改性后水辉石多孔内部的传质速度被加快，内扩散的影响被降低，不仅可以提高提高水辉石的活性，同时还能够使复合改性剂也能更好地进入水辉石的微观结构中。重要的是，通过大量实验可以发现，微波辐照功率并非越大越好，当微波辐照功率为750～850W范围内时，微波改性的效果最好，能够最大限度去除土壤中镉等重金属。当前第1页1 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