一種重金屬汙染土壤修復劑及其製備方法與流程
2024-04-04 14:56:05
本發明屬於土壤修復技術領域，具體涉及一種重金屬汙染土壤修復劑及其製備方法。
背景技術：
土壤修復技術大體上分為物理修復技術、化學修復技術和生物修復技術(包括微生物修復技術和植物修復技術)三類。由於導致土壤汙染的原因千差萬別，且土壤往往受到多種汙染，實踐中，人們通常需要綜合運用物理的、化學的、生物的修復技術來修復被汙染的土壤。具體到汞(Hg)、鎘(Cd)、鉛(Pb)、鉻(Cr)、砷(As)等重金屬汙染的土壤而言，化學修復技術為主要的修復手段，而物理修復技術和生物修復技術也有一定的作用。
現有的化學修復技術在重金屬汙染土壤的修複方面具有一定的作用，但也有較大的局限性。例如，201610079927.8號發明專利申請說明書公開了一種重金屬汙染土壤修復劑，按重量比由以下成分組成：生物質炭30—50％、硅藻土5—10％、鈉基膨潤土5—10％、活性氧化鋁5—10％、二硫代氨基甲酸鹽10—20％、乙二胺四乙酸5—10％、酒石酸5—10％、聚丙烯醯胺5—10％、十二烷基磺酸鈉5—10％。經實驗驗證，該重金屬汙染土壤修復劑對於被鎘、鉛、砷汙染的土壤的修復具有一定的作用，但是，對於被其他重金屬元素汙染的土壤，特別是被同時受到有機物汙染的土壤的修復來說，該重金屬汙染土壤修復劑的作用甚微。又如，201410076204.3號發明專利申請說明書公開了一種採用秸稈為原料的土壤修復劑，由生物碳、秸稈和土壤混合後得到堆肥原料，將堆肥原料進行堆肥處理，得到所述土壤修復劑。經實驗驗證，該土壤修復劑難以修復被多種重金屬和有機物汙染的土壤。
除上述專利文獻外，申請人在完成本發明的過程中，還著重研究了了下述學術論文和專利文獻中的相關技術方案：
1、劉奇、李智：《土壤修復技術研究進展與現狀》，載《化工管理》，2016年07期。
2、趙國靜等：《不同修復劑對重金屬汙染土壤修復的研究》，載《環境科學與管理》，2015年11期。
3、李溱等：《一種新的重金屬汙染土壤修復劑-二硫代氨基甲酸殼聚糖固定鎘效果的研究》，載《中國化學會第29屆學術年會論文集》。
4、201410557267.0號發明專利申請說明書。
5、201410075364.6號發明專利申請說明書。
6、201510016364.2號發明專利申請說明書。
7、201510294302.9號發明專利申請說明書。
技術實現要素：
本發明提供了一種重金屬汙染土壤修復劑，其目的旨在有效地修復被汞、鎘、鉛、鉻、砷等多種重金屬汙染的土壤，從而克服上述現有技術的缺陷。
本發明的目的是通過下述技術方案實現的：
一種重金屬汙染土壤修復劑，按重量百分比，其含有生物炭35—55％、海泡石10—20％、水溶性固體有機酸5—10％、磷酸二氫鈣5—10％、硫代硫酸鹽10—20％、餘量為天然石膏。
在上述技術方案的基礎上，本發明可進一步採用下述技術手段，以便更好地解決土壤修復問題：
所述生物炭是用香蕉樹或者芭蕉樹的莖葉為原料製作的。
進一步地，所述水溶性固體有機酸為固體草酸或固體酒石酸。
進一步地，所述硫代硫酸鹽為硫代硫酸鈉、硫代硫酸鉀或硫代硫酸銨。
進一步地，在每100克所述重金屬汙染土壤修復劑中，另行添加5—10克季銨鹽。對於既受到重金屬汙染，又受到有機物汙染的土壤來說，添加季銨鹽有助於更好地解決有機物汙染問題。
進一步地，在所述生物炭的空隙中接種有高效降解菌。亦即將現有技術中對土壤中的重金屬或有機汙染物具有高效降解作用的微生物接種到所述生物炭的空隙中，從而進一步增強本發明的土壤修復能力。
本發明一種重金屬汙染土壤修復劑的製備方法包括製備生物炭的步驟、按照上述重量百分比將所製備的生物炭與海泡石、水溶性固體有機酸、磷酸二氫鈣、硫代硫酸鹽、天然石膏研磨成粒徑小於或等於1mm的顆粒並充分混合的步驟。
進一步地，還包括在所述生物炭的空隙中接種高效降解菌的步驟。
所述生物炭的製備方法屬於現有技術，本發明優選廢棄的香蕉樹或者芭蕉樹的莖葉製作生物炭，其原因在於，用香蕉樹或者芭蕉樹的莖葉製作的生物炭具有極強的吸附有害物質的能力，且其中的空隙便於接種高效降解菌。
本發明具有下述有益效果：
不僅能鈍化土壤中的汞、鎘、鉛、鉻、砷等重金屬，而且也能吸附並徹底降解土壤中的有機汙染物。
具體實施方式
實施例一
一種重金屬汙染土壤修復劑，按重量百分比，其含有生物炭35％、海泡石20％、固體酒石酸10％、磷酸二氫鈣10％、硫代硫酸鈉20％、餘量為天然石膏。所述生物炭採用廢棄的香蕉樹的莖葉為原料製備。
修復被重金屬汙染的土壤時，可先將土壤破碎成粒徑小於或等於2mm的顆粒，再將所述重金屬汙染土壤修復劑與被汙染的土壤按1:25的比例(乾重)充分混合，加適量的水(使土壤保持溼潤即可)，20天後即可完成修復。修復效果見表1
實施例二
一種重金屬汙染土壤修復劑，按重量百分比，其含有生物炭55％、海泡石10％、固體草酸5％、磷酸二氫鈣5％、硫代硫酸鉀15％、餘量為天然石膏。所述生物炭採用廢棄的芭蕉樹的莖葉為原料製備。
其修復被重金屬汙染的土壤的方法與實施例一相同。修復效果見表1。
實施例三
一種重金屬汙染土壤修復劑，按重量百分比，其含有生物炭45％、海泡石15％、固體酒石酸8％、磷酸二氫鈣8％、硫代硫酸銨10％、季銨鹽7％、餘量為天然石膏。所述生物炭採用廢棄的香蕉樹的莖葉為原料製備。
其修復被重金屬汙染的土壤的方法與實施例一相同。修復效果見表1。
表1土壤樣品中可交換態有害成分去除率對照表
實驗說明：
從同一塊受到多種重金屬以及芘等有機物汙染的農田中取樣，將樣品破碎並充分混合均勻後分為五等分，分別對五份樣品使用市場上已有的兩種修復劑(對照組1、對照組2)和根據實施例1—3所得到的修復劑進行修復實驗。修復後的檢測結果如表1所示。檢測結果表明，本發明能有效鈍化土壤中的有害成分，大幅度提高可交換態有害成分的除去率，從而實現土壤的修復。
另需說明的是，本發明既可以分別使用香蕉莖葉、芭蕉莖葉為原料製作生物炭，也可以按任意比例將香蕉莖葉和芭蕉莖葉混合起來製作生物炭，還可以使用其他生物原料製作生物炭。此外，當土壤中的某種有害成分的含量畸高時，為了有效降低該有害成分的活性(可交換性)，可在本發明重金屬汙染土壤修復劑中的生物炭的空隙中接種相應的高效降解菌，從而進一步提高本發明修復土壤的效果。例如，運用木賊鐮刀菌來降解芘等有機物汙染物是一項較為成熟的技術，對於既受到重金屬汙染，又受到有機物汙染，且芘的含量畸高的土壤，可以在本發明重金屬汙染土壤修復劑中的生物炭的空隙中接種木賊鐮刀菌。接種木賊鐮刀菌的方法如下：
步驟一，將木賊鐮刀菌的菌種接入液體培養基中進行微生物培養，待菌種生長到對數生長期後，離心富集木賊鐮刀菌，得到木賊鐮刀菌菌體。
步驟二，將木賊鐮刀菌菌體加入到生物炭中，混合均勻，得到吸附有木賊鐮刀菌的生物炭。