一種土壤修復劑、其製備方法及其應用與流程
2023-07-13 17:08:16 4
本發明屬於土壤修復技術領域，尤其涉及一種土壤修復劑、其製備方法及其應用。
背景技術：
中國土壤受重金屬的汙染日益嚴重，土壤中重金屬來源一般分為兩大類，即自然生成和人為汙染。經過自然途徑進入土壤中的重金屬濃度低且穩定存在，往往對環境不產生直接的不良影響，而由人類在生產過程中因處置不當進入環境往往造成重金屬含量超標，對環境影響較大，使得土壤轉變為汙染源，通過生物鏈或向地下水遷移等方式就再次向環境中釋放，最終以多種途徑影響生態環境的健康發展。
研究表明，重金屬毒性不僅與其總量有關，更大程度上與其形態分布有關，土壤中不同形態重金屬的活性不同，重金屬形態分布在一定程度反映土壤中重金屬的生物有效性和毒性變化。目前汙染土壤的金屬離子主要包括鎘、鉻、銅、鉛、鎳、鋅等，對受重金屬汙染的土壤進行修復主要採用的技術有化學修復、物理修復、生物修復。但就目前的修復技術以及所提供的土壤修復劑的修復效果而言，大多並不能使土壤中的重金屬達到有效固定的目的，這樣就無法有效降低重金屬所產生的危害。因此，如何提供一種能夠使土壤中的重金屬達到有效固定，從而有效降低重金屬所產生危害的土壤修復劑是本領域目前面臨的重要課題。
技術實現要素：
本發明提供了一種土壤修復劑、其製備方法及其應用，該土壤修復劑能夠使土壤中的重金屬達到有效固定，從而有效降低重金屬所產生的危害。
為了達到上述目的，本發明的一方面提供了一種土壤修復劑，包括：石膏0.5-3份，汙水廠汙泥40-80份，發酵烘乾後的雞糞5-15份，自來水廠汙泥1-10份，釀酒廠汙泥或酒糟1-10份，氧化鈣2-5份，硫酸亞鐵0.1-1份，硫酸鹽還原菌1-10份，草木炭1-3份，硫酸銨0.5-3份，腐植酸鈉0.1-1份。
作為優選技術方案，所述汙水處理廠產生的汙泥需堆肥發酵處理1-3個月。
作為優選技術方案，所述石膏包括工業石膏或電廠脫硫後產生的石膏，破碎後粒徑小於200目。
作為優選技術方案，所述汙水廠汙泥的含水率不超過40％，自來水廠汙泥的含水率不超過60％。
本發明的另一方面提供了一種如上述任一項技術方案所述的土壤修復劑的製備方法，包括：
取石膏0.5-3份、汙水廠汙泥40-80份和草木炭1-3份，破碎後混合均勻，得到原料1；
取釀酒廠汙泥或酒糟1-10份、硫酸鹽還原菌1-10份和腐植酸鈉0.1-1份，攪拌混合均勻，得到原料2；
取硫酸銨0.5-3份和硫酸亞鐵0.1-1份，攪拌混合均勻，得到原料3；
取氧化鈣2-5份，發酵烘乾後雞糞5-15份，攪拌混合均勻，得到原料4；
將所述原料1和原料2混合均勻後，再和原料3混合均勻，加入自來水廠汙泥1-10份，充分混合均勻後，加入原料4，充分攪拌混合均勻後，製成粉末狀或小顆粒狀，得到所述土壤修復劑。
作為優選技術方案，所述硫酸鹽還原菌通過以下培養方式得到，具體為：
將石膏0.2-1份、生活汙水處理廠產生的活性汙泥90-98份、石膏礦產生含硫化物汙水1-20份、工業澱粉0.01-0.5份、磷酸氫二鉀0.01-1份和氯化亞鐵0.01-0.1份，在缺氧或厭氧條件下，發酵15-30天，每天定期緩慢攪動5-10分鐘，得到所述硫酸鹽還原菌。
本發明的另一方面提供了一種如上述任一項技術方案所述的土壤修復劑在修復重金屬汙染的土壤中的應用。
作為優選技術方案，所述重金屬包括鎘、鉛、鉻、鎳、銅、鋅和汞中的至少一種。
與現有技術相比，本發明的優點和積極效果在於：
1、本發明所提供的土壤修復劑中添加有硫酸鹽還原菌，向受汙染的土壤中加入硫酸鹽還原菌，在富有機物營養和厭氧條件下，硫酸鹽中的硫酸根可還原成負二價硫化物，再利用負二價硫與重金屬反應可生成硫化物沉澱，從而達到固定重金屬的目的，因此可利用硫酸鹽還原菌直接修復受重金屬汙染土壤。
2、本發明所提供的土壤修復劑中還添加有不同種汙泥成份、酒糟和雞糞，其具有良好的肥力，不僅可為硫酸鹽還原菌提供養分，同時由於其含有大量磷酸鹽，也有利於進一步固定重金屬。因此，在上述成分的相互作用下，可有效降低可交換重金屬離子的含量。
3、本發明所提供的土壤修復劑在重金屬汙染土壤的修復中可長效發揮作用，可交換態金屬離子的含量會隨時間發展而逐漸下降，尤其在前1-3個月效果顯著，加之其中含有多種可為土壤提供養分的組分，因此可作為肥料型長效土壤修復劑使用，從而有效降低重金屬離子的危害。
具體實施方式
下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
本發明實施例的一方面提供了一種土壤修復劑，包括：石膏0.5-3份，汙水廠汙泥40-80份，發酵烘乾後的雞糞5-15份，自來水廠汙泥1-10份，釀酒廠汙泥或酒糟1-10份，氧化鈣2-5份，硫酸亞鐵0.1-1份，硫酸鹽還原菌1-10份，草木炭1-3份，硫酸銨0.5-3份，腐植酸鈉0.1-1份。
在上述實施例中，在土壤修復劑中添加有硫酸鹽還原菌，其在富營養條件作用下，土壤中的so42-轉化成hs-和s2-等形態，與可交換態離子態重金屬離子生成不溶性的硫化物沉澱而固定。並且，在使用本實施例所提供的土壤修復劑後，可交換態金屬離子的含量會隨著時間而逐漸下降，可有效降低重金屬離子的危害。
進一步，在上述實施例中，還進一步添加了不同種汙泥成份、酒糟和雞糞，其具有良好的肥力，不僅可為硫酸鹽還原菌提供養分，同時由於其含有大量磷酸鹽，也有利於進一步固定重金屬。此外，腐植酸鈉的加入既可用於有機增肥，也可利於顆粒分散，又可吸附一定量離子態金屬離子。氧化鈣的加入可土壤保持偏鹼性，有利於重金屬離子沉澱和固定。因此，在上述成份的相互作用下，可有效降低可交換重金屬離子的含量，從而降低重金屬產生的危害。
可以理解的是，上述成份所加入的重量份數可在上述範圍內進行合理調整，所得到的不同配比下的土壤修復劑在最終的效果評價方面不會產生較大的差異，例如，石膏的加入量還可以為1、1.5、2、2.5份，汙水廠汙泥的加入量還可以為45、50、55、60、65、70、75份，發酵烘乾後的雞糞的加入量還可以為8、10、12份，自來水廠汙泥的加入量還可以為2、3、4、5、6、7、8、9份，釀酒廠汙泥或酒糟的加入量還可以為2、3、4、5、6、7、8、9份，氧化鈣的加入量還可以為2.5、3、3.5、4、4.5份，硫酸亞鐵的加入量還可以為0.2、0.5、0.8份，硫酸鹽還原菌的加入量還可以為2、3、4、5、6、7、8、9份，草木炭的加入量還可以為1.5、2、2.5份，硫酸銨的加入量還可以為1、1.5、2、2.5份，腐植酸鈉的加入量還可以為0.2、0.5、0.8份。
在一優選實施例中，所述汙水處理廠產生的汙泥需堆肥發酵處理1-3個月。本實施例中限定了所使用的汙泥需要進行堆肥發酵處理，這樣主要是考慮到堆肥發酵更有利於汙泥的滅菌，從而有利於土壤修復劑的保存。
在一優選實施例中，所述石膏包括工業石膏或電廠脫硫後產生的石膏，破碎後粒徑小於200目。本實施例中加入石膏主要是為發酵過程中持續提供充足硫酸根，從而有利於二價硫生成。且所加入的石膏均應達到工業使用標準，並具體限定了其在破碎後的粒徑大小，這主要是考慮到其在與其它成份混合時能夠混合均勻，從而能夠充分發揮作用。
在一優選實施例中，所述汙水廠汙泥的含水率不超過40％，自來水廠汙泥的含水率不超過60％。本實施例中進一步限定了不同種類的汙泥中的含水率，其中，汙水廠處理的主要是生活汙水，汙泥中的含水率不應超過40％，這主要是考慮到不同種類的汙泥中如果含水率過高，不僅會影響最終所得到的土壤修復劑的整體性能，而且也不利於後續的制粒或者制粉末操作。
本發明實施例的另一方面提供了一種如上述任一項實施例所述的土壤修復劑的製備方法，包括：
取石膏0.5-3份、汙水廠汙泥40-80份和草木炭1-3份，破碎後混合均勻，得到原料1；
取釀酒廠汙泥或酒糟1-10份、硫酸鹽還原菌1-10份和腐植酸鈉0.1-1份，攪拌混合均勻，得到原料2；
取硫酸銨0.5-3份和硫酸亞鐵0.1-1份，攪拌混合均勻，得到原料3；
取氧化鈣2-5份，發酵烘乾後的雞糞5-15份，攪拌混合均勻，得到原料4；
將所述原料1和原料2混合均勻後，再和原料3混合均勻，加入自來水廠汙泥1-10份，充分混合均勻後，加入原料4，充分攪拌混合均勻後，製成粉末狀或小顆粒狀，得到所述土壤修復劑。
上述實施例提供了一種土壤修復劑的製備方法，由上述方法製備得到的土壤修復劑在複合不同種汙泥成份、酒糟、雞糞、硫酸鹽還原菌以及其他組分時，可對重金屬進行有效固定，從而可降低可交換重金屬離子的含量，降低重金屬產生的危害。該方法操作簡單，方便快捷且具有普適性。
在一優選實施例中，為了能夠獲得預期作用效果的硫酸鹽還原菌，本實施例中提供了一種優選的培養方式，具體為：
將石膏0.2-1份、生活汙水處理廠產生的活性汙泥90-98份、石膏礦產生含硫化物汙水1-20份、工業澱粉0.01-0.5份、磷酸氫二鉀0.01-1份和氯化亞鐵0.01-0.1份，在缺氧或厭氧條件下，發酵15-30天，每天定期緩慢攪動5-10分鐘，得到所述硫酸鹽還原菌。
可以理解的是，上述培養方式僅是一較優選的示例性方式，由該種方式製備得到的硫酸鹽還原菌可在富有機物營養和厭氧條件下，有效地與重金屬反應生成硫化物沉澱，從而達到固定重金屬的目的。但本領域技術人員可並不局限於上述培養方式，只要是能夠獲得預期效果的培養方式均在本實施例所保護的範圍內。
本發明實施例的再一方面提供了一種如上述任一項實施例所述的土壤修復劑在修復重金屬汙染的土壤中的應用。由於上述實施例所提供土壤修復劑中加入有硫酸鹽還原菌，其在富有機物營養和厭氧條件下，可與重金屬反應生成硫化物沉澱，並且，在與其它不同種汙泥成份、酒糟、草木炭和雞糞相配合時，可對重金屬進行有效固定，因此，可用於修復重金屬汙染的土壤，以降低土壤中可交換重金屬離子的含量，從而降低重金屬產生的危害。在一優選實施例中，所述重金屬包括鎘、鉛、鉻、鎳、銅、鋅和汞中的至少一種。可以理解的是，本實施例所列舉的重金屬僅為所提供的土壤修復劑就目前試驗所針對的效果明顯的優選重金屬，但可並不局限於上述重金屬。
為了更清楚詳細地介紹本發明實施例所提供的土壤修復劑、其製備方法及其應用，下面將結合具體實施例進行描述。
實施例1
取石膏0.5份、汙水廠汙泥40份和草木炭1份，破碎後混合均勻，得到原料1；
取釀酒廠汙泥或酒糟1份、硫酸鹽還原菌1份和腐植酸鈉0.1份，攪拌混合均勻，得到原料2；
取硫酸銨0.5份和硫酸亞鐵0.1份，攪拌混合均勻，得到原料3；
取氧化鈣2份，發酵烘乾後的雞糞5份，攪拌混合均勻，得到原料4；
將所述原料1和原料2混合均勻後，再和原料3混合均勻，加入自來水廠汙泥1份，充分混合均勻後，加入原料4，充分攪拌混合均勻後，製成粉末狀或小顆粒狀，得到所述土壤修復劑1。
實施例2
取石膏1.5份、汙水廠汙泥60份和草木炭1.5份，破碎後混合均勻，得到原料1；
取釀酒廠汙泥或酒糟6份、硫酸鹽還原菌6份和腐植酸鈉0.5份，攪拌混合均勻，得到原料2；
取硫酸銨1.8份和硫酸亞鐵0.5份，攪拌混合均勻，得到原料3；
取氧化鈣3.5份，發酵烘乾後的雞糞10份，攪拌混合均勻，得到原料4；
將所述原料1和原料2混合均勻後，再和原料3混合均勻，加入自來水廠汙泥6份，充分混合均勻後，加入原料4，充分攪拌混合均勻後，製成粉末狀或小顆粒狀，得到所述土壤修復劑2。
實施例3
取石膏3份、汙水廠汙泥80份和草木炭3份，破碎後混合均勻，得到原料1；
取釀酒廠汙泥或酒糟10份、硫酸鹽還原菌10份和腐植酸鈉1份，攪拌混合均勻，得到原料2；
取硫酸銨3份和硫酸亞鐵1份，攪拌混合均勻，得到原料3；
取氧化鈣5份，發酵烘乾後的雞糞15份，攪拌混合均勻，得到原料4；
將所述原料1和原料2混合均勻後，再和原料3混合均勻，加入自來水廠汙泥10份，充分混合均勻後，加入原料4，充分攪拌混合均勻後，製成粉末狀或小顆粒狀，得到所述土壤修復劑3。
性能測試
以上述實施例2所製備得到的土壤修復劑2為例進行實驗室仿真田測試，結果如下：
(1)在實驗室仿真田中，土壤可交換態鎘含量14.70mg/kg(土壤)，肥料型重金屬汙染土壤修復劑後，一個月後可交換態鎘含量3.53mg/kg(土壤)，可交換態鎘含量的降低了76％；三個月後，可交換態鎘含量2.50mg/kg(土壤)，可交換態鎘降低了83％。
(2)在實驗室仿真田中，土壤可交換態鉛含量159.61mg/kg(土壤)，施用肥料型重金屬汙染土壤修復劑後，一個月後，可交換態鉛含量62.25mg/kg(土壤)，可交換態鉛含量降低了61％，三個月後，可交換態鉛含量22.24mg/kg(土壤)，可交換態鉛含量降低了86％。
(3)在實驗室仿真田中，土壤六價鉻含量53.96mg/kg(土壤)，施用肥料型重金屬汙染土壤修復劑後，一個月後，六價鉻含量2.70mg/kg(土壤)，六價鉻還原成三價鉻的轉化率95％；三個月後，六價鉻含量0.54mg/kg(土壤)，轉化率可達99％。