一種環保型農田土壤重金屬鈍化劑的製備及其使用方法與流程
2023-06-11 10:54:21 1
本發明涉及農田土壤環境保護修復領域，具體是涉及一種環保型農田土壤重金屬鈍化劑的製備及其使用方法。
背景技術：
近些年來隨著「鎘大米」事件的不斷報導，農田土壤重金屬汙染治理也成為保障糧食安全，落實民生問題的焦點。而農田土壤環境質量從首次全國土壤汙染狀況調查(2005年4月至2013年12月)可以看出，其土壤環境狀況總體不容樂觀，部分地區土壤汙染較重，耕地土壤環境質量堪憂，其中南方土壤汙染重於北方。
農田土壤環境質量其重金屬汙染形勢嚴峻。農業部農產品汙染防治重點實驗室對全國24個省市土地調查顯示，320個嚴重汙染區，約548×104hm2，重金屬超標的農產品佔汙染物超標農產品總面積的80％以上。2006年前，環境保護部對30×104hm2基本農田保護區土壤的重金屬抽測了3.6×104hm2，重金屬超標率達12.1％。
農田重金屬汙染土壤的修復治理中，鈍化調理技術與其他修復技術相比，具有處理時間短、適用範圍較廣等優勢，是一種較為成熟且經濟有效的技術。該技術利用鈍化劑與土壤及其中的重金屬發生沉澱、吸附、螯合等物理化學作用，通過改變土壤中重金屬的化學形態或降低其遷移性，從而達到修復治理的效果。
由於工業場地重金屬汙染中固化/穩定化技術中固化/穩定化藥劑，多以水泥、石灰、石膏等水硬性材料為主，含有水泥類成分的修復藥劑在添加到土壤後，會導致修復后土壤硬化、增容後使土壤本來的價值消失殆盡，對土壤環境造成不可逆的破壞，無法保持土壤的可耕性，喪失了寶貴的土地資源。而目前農田修復治理過程中適用的鈍化材料多集中在單一的石灰類材料、黏土礦物材料、生物炭材料、有機物料以及工業廢棄物等，其效果多受到氣候環境的影響，效果在推廣過程中存在一定的問題，為此，我們提出一種環保型農田土壤重金屬鈍化劑的製備及其使用方法。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，提供一種環保型農田土壤重金屬鈍化劑的製備及其使用方法，解決了農田土壤重金屬汙染嚴重的問題。
為解決上述技術問題，本發明提供以下技術方案：一種環保型農田土壤重金屬鈍化劑，其組分以重量份數計，包括黏土礦物物料:改性海泡石25～30份，改性凹凸棒土5～8份，改性膨潤土0.7～1.0份，有機質物料:發酵有機廢棄物20～25份，生物炭混合材料8～12份，茶葉梗10～15份，沉澱劑:重金屬沉澱劑0.8～1.0份，肥料類:鈣鎂磷肥15～20份。
本發明還涉及一種環保型農田土壤重金屬鈍化劑的製備方法，製備步驟如下：
第一步：原物料處理，先將改性海泡石、改性凹凸棒土、改性膨潤土和重金屬沉澱劑過200目～300目篩，發酵有機廢棄物、生物炭混合料、茶葉梗過100目篩，鈣鎂磷肥過80目篩網；
第二步：物料混合，將各物料按所述質量分數稱重，均送入混合機中進行上下、左右、內外均勻地翻動，從而使物料達到充分混合；
第三步：轉盤造粒，先將佔混合物料總重量30～40％的物料輸送至圓盤造粒機中進行造粒，造粒機的轉盤傾角控制在40°～50°，造粒機轉速應逐漸加快，最後轉速控制在55～60r/min，間歇噴施水分；讓物料在轉盤中自轉8～10min，使表面溼潤的物料翻動形成球核，再連續加入剩餘物料，使球核逐漸長大，整個造粒時間控制在18～20min；
第四步：顆粒烘乾，將造粒好的物料直接曬乾或輸送到70～80℃的烘乾機中烘乾，使物料水分含量≤3.0％；
第五步：成品過篩，將烘乾後的物料輸送到篩網進行過篩，最終使成品粒徑控制在1.0～3.0mm，即製備成所述的環保型農田土壤重金屬鈍化劑。
本發明還涉及一種環保型農田土壤重金屬鈍化劑的使用方法，每畝施用該鈍化劑250～300kg，直接添加通過撒播的方式，結合犁田整地施用，土壤含水率為20％～30％。
本發明與現有技術相比具有的有益效果是：
1.本發明採用的鈍化劑中的主要成分均為天然材料，其可以通過螯合、沉澱、吸附等複合作用，快速有效地穩定土壤中的重金屬汙染物。將重金屬汙染物鈍化穩定，可以降低重金屬汙染物的毒性和生物有效性，達到降低重金屬汙染土壤對環境和人體健康風險，從而修復農田重金屬汙染土壤。
2.本發明同時可提高土壤中有機質含量和陽離子交換量，防治土壤板結，另外其組分中茶葉梗、有機質以及生物炭組分均有改善土壤質地的作用，在修復土壤的同時，逐步改善土壤環境質量。
3.本發明因其修復高效性和環境友好性，也可將其應用於礦區生態恢復工程，本發明中採用的原材料廉價易得，無二次汙染，在實際的土壤修復工程應用可行性高，是一種快速高效的農田修復領域環保型重金屬汙染土壤鈍化劑。
4.本發明組分可調整土壤的孔隙度，也為微生物生存提供必要的營養物質，改善土壤的理化性質和微生物區系，提高土壤的生產潛力。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
一種環保型農田土壤重金屬鈍化劑，其組分以重量份數計，包括黏土礦物物料:改性海泡石25～30份，改性凹凸棒土5～8份，改性膨潤土0.7～1.0份，有機質物料:發酵有機廢棄物20～25份，生物炭混合材料8～12份，茶葉梗10～15份，沉澱劑:重金屬沉澱劑0.8～1.0份，肥料類:鈣鎂磷肥15～20份。
一種環保型農田土壤重金屬鈍化劑的製備方法，製備步驟如下：
第一步：原物料處理，先將改性海泡石、改性凹凸棒土、改性膨潤土和重金屬沉澱劑過200目～300目篩，發酵有機廢棄物、生物炭混合料、茶葉梗過100目篩，鈣鎂磷肥過80目篩網；
第二步：物料混合，將各物料按所述質量分數稱重，均送入混合機中進行上下、左右、內外均勻地翻動，從而使物料達到充分混合；
第三步：轉盤造粒，先將佔混合物料總重量30～40％的物料輸送至圓盤造粒機中進行造粒，造粒機的轉盤傾角控制在40°～50°，造粒機轉速應逐漸加快，最後轉速控制在55～60r/min，間歇噴施水分；讓物料在轉盤中自轉8～10min，使表面溼潤的物料翻動形成球核，再連續加入剩餘物料，使球核逐漸長大，整個造粒時間控制在18～20min；
第四步：顆粒烘乾，將造粒好的物料直接曬乾或輸送到70～80℃的烘乾機中烘乾，使物料水分含量≤3.0％；
第五步：成品過篩，將烘乾後的物料輸送到篩網進行過篩，最終使成品粒徑控制在1.0～3.0mm，即製備成所述的環保型農田土壤重金屬鈍化劑。
一種環保型農田土壤重金屬鈍化劑的使用方法，每畝施用該鈍化劑250～300kg，直接添加通過撒播的方式，結合犁田整地施用，土壤含水率為20％～30％。
實施例1
第一步：原物料處理，先將改性海泡石重量份數25份、改性凹凸棒土重量份數7份、改性膨潤土重量份數1份和重金屬沉澱劑重量份數1份過200目～300目篩，發酵有機廢棄物重量份數22份、生物炭混合料重量份數10份、茶葉梗重量份數15份過100目篩，鈣鎂磷肥重量份數19份過80目篩網；
第二步：物料混合，將各物料按所述質量分數，均送入混合機中進行上下、左右、內外均勻地翻動，從而使物料達到充分混合；
第三步：轉盤造粒，先將佔混合物料總重量30～40％的物料輸送至圓盤造粒機中進行造粒，造粒機的轉盤傾角控制在40°～50°，造粒機轉速應逐漸加快，最後轉速控制在55～60r/min，間歇噴施水分；讓物料在轉盤中自轉8～10min，使表面溼潤的物料翻動形成球核，再連續加入剩餘物料，使球核逐漸長大，整個造粒時間控制在18～20min；
第四步：顆粒烘乾，將造粒好的物料直接曬乾或輸送到70～80℃的烘乾機中烘乾，使物料水分含量≤3.0％；
第五步：成品過篩，將烘乾後的物料輸送到篩網進行過篩，最終使成品粒徑控制在1.0～3.0mm，即製備成所述的環保型農田土壤重金屬鈍化劑。
將本實施例中的重金屬鈍化劑用於農田土壤重金屬鎘鈍化盆栽實驗，添加一定量的鈍化劑，測定其土壤中重金屬鎘有效態的含量和作物可食部位鎘含量。
其具體農田土壤鈍化實驗設計與結果如下：
設置汙染土壤和鈍化藥劑不同質量比處理，鈍化藥劑分別將4種按照0g/kg、10g/kg、20g/kg添加到鎘汙染土壤中(每盆5kg)，其土壤的基本理化性質如表1所示。初步混合均勻後分裝入花盆中，使土壤含水量約20～30％，養護一周後，在花盆中種植小白菜。
表1土壤的基本理化性質
將花盆置於溫室，期間可適當澆水保持土壤溼度。生長1月後，測定土壤有效鎘含量，小青菜可食部位鎘含量。參照gb/t23739-2009用dtpa提取劑提取有效鎘。
盆栽實驗結果如表2所示，不同施用量能顯著降低土壤中有效鎘和小白菜可食部位鎘含量。對照組小白菜中cd含量超過我國目前《食品中汙染物限量》(gb2762-2012)葉菜類0.2mg/kg的標準，隨著鈍化劑的添加，有效降低土壤有效鎘的含量，降低水稻可食部位cd的含量。
表2不同施用量對土壤有效鎘和小青菜可食部位鎘含量的影響
實施例2
第一步：原物料處理，先將改性海泡石重量份數30份、改性凹凸棒土重量份數8份、改性膨潤土重量份數1份和重金屬沉澱劑重量份數1份過200目～300目篩，發酵有機廢棄物重量份數22份、生物炭混合料重量份數12份、茶葉梗重量份數10份過100目篩，鈣鎂磷肥重量份數16份過80目篩網；
第二步：物料混合，將各物料按所述質量分數，均送入混合機中進行上下、左右、內外均勻地翻動，從而使物料達到充分混合；
第三步：轉盤造粒，先將佔混合物料總重量30～40％的物料輸送至圓盤造粒機中進行造粒，造粒機的轉盤傾角控制在40°～50°，造粒機轉速應逐漸加快，最後轉速控制在55～60r/min，間歇噴施水分；讓物料在轉盤中自轉8～10min，使表面溼潤的物料翻動形成球核，再連續加入剩餘物料，使球核逐漸長大，整個造粒時間控制在18～20min；
第四步：顆粒烘乾，將造粒好的物料直接曬乾或輸送到70～80℃的烘乾機中烘乾，使物料水分含量≤3.0％；
第五步：成品過篩，將烘乾後的物料輸送到篩網進行過篩，最終使成品粒徑控制在1.0～3.0mm，即製備成所述的環保型農田土壤重金屬鈍化劑。
將本實施例中的重金屬鈍化劑應用於大田試驗中，大田實驗於2015年5月10日在宜興進行，該項目位於江蘇省宜興市東部地區，由於電鍍企業的汙水導致重金屬汙染問題，主要汙染物為重金屬鎘，其中鎘最大檢測含量為0.86mg/kg，土壤汙染面積為60畝。試驗用作物品種為水稻武運粳31，土壤基本理化性質如表3。
表3土壤的基本理化性質
在播種前兩個星期將本發明的鈍化劑一次性施入田中，藥劑施用量均為250kg/畝、300kg/畝、400kg/畝。對照(ck)處理組不施用鈍化劑，處理3次重複，水稻成熟後測定可食部分重金屬鎘含量。
1)土壤基本理化性質的影響
本發明鈍化劑是一種偏鹼的具有調理功能的修復藥劑，其使用在酸性土壤上能有效改良土壤。表4是實驗中不同施用量后土壤中ph和肥力具有一定程度的升高，其中對ph的影響較為明顯，能減緩土壤酸化的過程，提高土壤有機質含量。但不同施用量之間對全氮、速效鉀影響差異不顯著。
表4鈍化劑不同施用量對土壤理化性質的影響
2)土壤有效鎘和稻米鎘含量的影響
不同施用量對水稻cd吸收有一定的阻隔作用。表5表明，對照組稻穀大米中cd含量超過我國目前《食品中汙染物限量》(gb2762-2012)0.1mg/kg的標準，隨著鈍化劑的添加，有效降低土壤有效鎘的含量，降低水稻可食部位cd的含量。
表5不同施用量對土壤有效鎘和稻米鎘含量的影響
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。