本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)科學(xué)與環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種抑制土壤重金屬污染的鈍化劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

由于重金屬污染具有污染范圍廣、持續(xù)時間長、污染隱蔽性、無法被生物降解，并可能通過食物鏈不斷在生物體內(nèi)富集，最終在人體內(nèi)蓄積而危害健康的特點，因此土壤重金屬污染日益引起人們的關(guān)注。

常用的重金屬污染場地修復(fù)技術(shù)主要包括挖掘、穩(wěn)定/固化、化學(xué)淋洗、氣提、熱處理、生物修復(fù)等。其中固化法具有快速、有效、經(jīng)濟等特點，被廣泛應(yīng)用于各類危險廢物的處理。但是目前，多數(shù)固化法用于抑制土壤重金屬污染的鈍化劑少、且作用不夠顯著。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一目的在于提供了一種抑制土壤重金屬污染的鈍化劑，能顯著抑制土壤重金屬污染。

本發(fā)明的第二目的在于提供了一種抑制土壤重金屬污染的鈍化劑的制備方法，該制備方法簡單易行，可操作性強。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：

一種抑制土壤重金屬污染的鈍化劑，主要由秸稈和熟石灰混合制成，秸稈與熟石灰的質(zhì)量比為2～10:2～8。

一種抑制土壤重金屬污染的鈍化劑的制備方法，將秸稈與熟石灰混合。

本發(fā)明提供的一種抑制土壤重金屬污染的鈍化劑及其制備方法的有益效果是：

該鈍化劑，包括質(zhì)量比為2～10:2～8的秸稈與熟石灰；秸稈與熟石灰配合使用能發(fā)揮最大的協(xié)同作用。秸稈，一方面為作物源有機物，農(nóng)田施用秸稈后因秸稈在腐解過程中可產(chǎn)生大量中間產(chǎn)物，成為土壤中溶解性有機碳(doc)的重要來源，doc含有大量的羧基、羥基、羰基等官能團，可以通過對重金屬的絡(luò)合而影響土壤中的重金屬的活性；另一方面，秸稈含有豐富的纖維素、半纖維素及木質(zhì)素等物質(zhì)，這些物質(zhì)含有大量的能結(jié)合重金屬離子的官能團。其次，熟石灰不僅可以加速秸稈腐解，促進(jìn)秸稈有機物的分解，同時熟石灰還能提高土壤的ph，ph值增高會引起土壤對金屬的吸附量增加。因此該鈍化劑抑制土壤的重金屬污染的作用顯著。

該鈍化劑的制備方法簡單易行，主要以混合為主，利于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施方式的技術(shù)方案，下面將對實施方式中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1是本發(fā)明試驗例中不同處理土壤樣品中重金屬的浸出量的示意圖；

圖2是本發(fā)明試驗例中pb在不同處理土壤樣品中的形態(tài)變化的示意圖；

圖3是本發(fā)明試驗例中zn在不同處理土壤樣品中的形態(tài)變化的示意圖；

圖4是本發(fā)明試驗例中cu在不同處理土壤樣品中的形態(tài)變化的示意圖；

圖5是本發(fā)明試驗例中cd在不同處理土壤樣品中的形態(tài)變化的示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。實施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。

下面對本發(fā)明實施例提供的一種抑制土壤重金屬污染的鈍化劑及其制備方法進(jìn)行具體說明。

一種抑制土壤重金屬污染的鈍化劑，主要由秸稈和熟石灰混合制成，秸稈與熟石灰的質(zhì)量比為2～10:2～8。

秸稈，一方面為作物源有機物，農(nóng)田施用秸稈后因秸稈在腐解過程中可產(chǎn)生大量中間產(chǎn)物，成為土壤中溶解性有機碳(doc)的重要來源，doc含有大量的羧基、羥基、羰基等官能團，可以通過對重金屬的絡(luò)合而影響土壤中的重金屬的活性；另一方面，秸稈含有豐富的纖維素、半纖維素及木質(zhì)素等物質(zhì)，這些物質(zhì)含有大量的能結(jié)合重金屬離子的官能團。秸稈與熟石灰配合使用，熟石灰不僅可以加速秸稈腐解，促進(jìn)秸稈有機物的分解，發(fā)揮有效地協(xié)同作用，同時熟石灰還能提高土壤的ph，ph值增高會引起土壤對金屬的吸附量增加。此外，ca²⁺對cd²⁺有拮抗作用。

優(yōu)選地，秸稈為小麥秸稈、水稻秸稈或油菜秸稈中的任一種；

更為優(yōu)選地，秸稈選用油菜秸稈。油菜秸稈中富含氮、磷、鉀等成分，油菜秸稈還田后，能顯著增加土壤有機質(zhì)含量，還能引起其他土壤養(yǎng)分發(fā)生變化，提高土壤肥力。

進(jìn)一步地，油菜秸稈的c含量為420-430g/kg，n含量為8-9g/kg，p含量為0.3-0.4g/kg。優(yōu)選地，在本實施例中，油菜秸稈的c含量為428.35g/kg，n含量為8.85g/kg，p含量為0.33g/kg。

在本發(fā)明較佳的實施例方式中，秸稈的粒徑為1～3mm；優(yōu)選地，為2mm。粒徑稍小的秸稈具有表面積大的特點，可以直接吸附污染土壤中的重金屬。

優(yōu)選地，秸稈與熟石灰的重量比為8:2，經(jīng)發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在該配比下，施用鈍化劑能最佳固定土壤中的重金屬zn(ⅱ)和cd(ⅱ)，可將兩種重金屬的浸出量分別減少76％和35％。

優(yōu)選地，秸稈與熟石灰的重量比為2:8，經(jīng)發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，配比施用能最好固定淋洗狀態(tài)下土壤中的重金屬pb(ⅱ)和cu(ⅱ)。

考慮到有機質(zhì)對土壤肥力的增強及石灰對土壤生態(tài)的影響，優(yōu)選地，秸稈與熟石灰的重量比為4:6，經(jīng)發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，這一配比能分別將pb(ⅱ)和cu(ⅱ)的浸出量減少約69％和53％。

本發(fā)明實施例還提供了上述抑制重金屬污染的鈍化劑的制備方法，將秸稈與熟石灰混合。進(jìn)一步地，在22～25℃下，每日加水保持鈍化劑被水浸潤，28～31d后風(fēng)干。將秸稈與熟石灰在22～25℃下，每日加水保持鈍化劑被水浸潤，能夠使秸稈與熟石灰發(fā)生反應(yīng)，使秸稈腐熟完全，提高鈍化劑的固化作用。此外，經(jīng)發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，時間控制在28～31d為佳。

該制備方法簡單易行，能發(fā)揮鈍化劑最大的效力。

以下結(jié)合實施例對本發(fā)明的特征和性能作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

實施例1

本實施例提供了一種抑制土壤重金屬污染的鈍化劑，包括油菜秸稈與熟石灰，其重量比為8:2。油菜秸稈干物質(zhì)c含量為428.35g/kg，n含量為8.85g/kg，p含量為0.33g/kg。

本實施例還提供了上述抑制土壤重金屬污染的鈍化劑的制備方法，

將油菜秸稈經(jīng)40℃烘干，植物粉碎機粉碎后過2mm篩；

將油菜秸稈與熟石灰混合均勻，在25℃下每日加水保持表面被水浸潤，保持通風(fēng)和向陽，30d后取樣風(fēng)干。

實施例2

本實施例提供了一種抑制土壤重金屬污染的鈍化劑，包括油菜秸稈與熟石灰，其重量比為6:4。油菜秸稈干物質(zhì)c含量為428.35g/kg，n含量為8.85g/kg，p含量為0.33g/kg。

本實施例還提供了上述抑制土壤重金屬污染的鈍化劑的制備方法，

將油菜秸稈經(jīng)40℃烘干，植物粉碎機粉碎后過2mm篩；

將油菜秸稈與熟石灰混合均勻，在25℃下每日加水保持表面被水浸潤，保持通風(fēng)和向陽，30d后取樣風(fēng)干。

實施例3

本實施例提供了一種抑制土壤重金屬污染的鈍化劑，包括油菜秸稈與熟石灰，其重量比為4:6。油菜秸稈干物質(zhì)c含量為428.35g/kg，n含量為8.85g/kg，p含量為0.33g/kg。

本實施例還提供了上述抑制土壤重金屬污染的鈍化劑的制備方法，

將油菜秸稈經(jīng)40℃烘干，植物粉碎機粉碎后過2mm篩；

將油菜秸稈與熟石灰混合均勻，在25℃下每日加水保持表面被水浸潤，保持通風(fēng)和向陽，30d后取樣風(fēng)干。

實施例4

本實施例提供了一種抑制土壤重金屬污染的鈍化劑，包括油菜秸稈與熟石灰，其重量比為2:8。油菜秸稈干物質(zhì)c含量為428.35g/kg，n含量為8.85g/kg，p含量為0.33g/kg。

本實施例還提供了上述抑制土壤重金屬污染的鈍化劑的制備方法，

將油菜秸稈經(jīng)40℃烘干，植物粉碎機粉碎后過2mm篩；

將油菜秸稈與熟石灰混合均勻，在25℃下每日加水保持表面被水浸潤，保持通風(fēng)和向陽，30d后取樣風(fēng)干。

實施例5

本實施例提供了一種抑制土壤重金屬污染的鈍化劑，包括小麥秸稈與熟石灰，其重量比為2:6。

本實施例還提供了上述抑制土壤重金屬污染的鈍化劑的制備方法，

將小麥秸稈經(jīng)40℃烘干，植物粉碎機粉碎后過1mm篩；

將小麥秸稈與熟石灰混合均勻，在22℃下每日加水保持表面被水浸潤，保持通風(fēng)和向陽，31d后取樣風(fēng)干。

實施例6

本實施例提供了一種抑制土壤重金屬污染的鈍化劑，包括水稻秸稈與熟石灰，其重量比為4:8。

本實施例還提供了上述抑制土壤重金屬污染的鈍化劑的制備方法，

將水稻秸稈經(jīng)40℃烘干，植物粉碎機粉碎后過3mm篩；

將水稻秸稈與熟石灰混合均勻，在24℃下每日加水保持表面被水浸潤，保持通風(fēng)和向陽，28d后取樣風(fēng)干。

試驗例1

1材料與方法

1.1試驗材料

1.1.1供試土壤

供試土壤采自湖北某金屬礦區(qū)，根據(jù)礦區(qū)分布設(shè)9個采樣點，采集土壤表層0-30cm樣品24個。將多個采樣點的土壤混合均勻，去除雜質(zhì)并風(fēng)干后作為實驗用土。四分法取少量土樣研磨，分別過60和100目篩備測理化性質(zhì)，結(jié)果見表1。使用tessier分級提取法(見表2)，測定各形態(tài)含量并測定重金屬總量，結(jié)果見表3。

表1供試土壤的基本理化性質(zhì)

表2表tessier連續(xù)提取法

表3供試土壤中重金屬總量及非殘渣態(tài)含量

1.1.2淋洗液：

收集土壤樣品(當(dāng)?shù)?016年11月自然降水10l)，自然沉降后取上清液待用，并測定上清液主要離子濃度，結(jié)果見表4。

表4自然降水上清液中主要離子濃度(mg/l)

1.1.3油菜秸稈及鈍化劑分組

油菜(品種為華雙5號)莖葉部分(簡稱油菜秸稈,rapechalk)，將鈍化劑以表5中比例加入到土壤樣品。

表5鈍化劑的組成及添加量

1.2試驗方法

1.2.1重金屬浸出特性的測定

將1.1.1中供試土樣500g(容重1.29g/cm³)，填入高20cm、內(nèi)徑5cm的塑料管中，設(shè)定三次重復(fù)。根據(jù)湖北省多年的降雨情況，模擬每月平均降雨量，對土柱上端進(jìn)行連續(xù)噴灑33d。每日噴灑總量為8ml(約為日均降水量)，噴灑3日后開始從塑料管下端收集浸出水，測定其中重金屬的濃度，并根據(jù)原始土樣計算重金屬淋洗量百分比。

1.2.2重金屬形態(tài)分析

同1.2.1處理將土壤填入塑料管，封住下端出口，保持通風(fēng)向陽，并每日噴灑超純水至浸潤土面。30d后測定土壤ph，并對土壤中重金屬各個形態(tài)按tessier法分級提取并測定其濃度。

2結(jié)果與分析

2.1重金屬在不同處理土壤樣品中的浸出特性

結(jié)果見圖根據(jù)圖1。

圖1中，原土ck中pb(ⅱ)、zn(ⅱ)、cu(ⅱ)、cd(ⅱ)在本實驗條件下，分別淋洗出15.69％，36.29％，27.60％和39.59％。不同處理中的浸出量均低于對照，說明以上每種處理均能明顯降低四種重金屬的浸出毒性。pb(ⅱ)在不同土壤處理中，rl8和rl6處理的浸出量最小，分別為4.76％和4.86％，這兩種處理只有0.10％的差異。zn(ⅱ)在rl2處理中浸出最低，為8.65％。cu(ⅱ)在rl6和rl8的處理中，浸出量為12.86％和12.81％，兩種處理差異為0.05％。cd(ⅱ)的在rl2處理中浸出最低，為25.82％?？紤]到熟石灰添加對土壤ph的影響，熟石灰的添加量取其最低值，則對pb(ⅱ)和cu(ⅱ)具有最好固定效果的處理為rl6，對zn(ⅱ)和cd(ⅱ)具有最好固定效果的處理為rl2。

2.2重金屬在不同處理土壤樣品中的形態(tài)變化

結(jié)果見圖2至圖5。

根據(jù)上述分析結(jié)果，本試驗所用鈍化劑可能對重金屬形態(tài)產(chǎn)生影響，使不同形態(tài)的重金屬在淋洗時可能處于可溶態(tài)或者不可溶態(tài)。根據(jù)圖2發(fā)現(xiàn)，相比較原始土樣，以上鈍化劑處理均增加了pb(ⅱ)的有機結(jié)合態(tài)(s4)，降低了鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)(s3)以及可溶態(tài)(s1)和碳酸鹽形態(tài)(s2)。隨著鈍化劑中熟石灰比例的增加，有機結(jié)合態(tài)(s4)逐漸減少，而殘渣態(tài)(s5)逐漸增多。這可能是導(dǎo)致圖1中pb(ⅱ)浸出隨著熟石灰在鈍化劑中的用量增多而逐漸減少的原因。

同上，圖3說明以上鈍化劑均增加了zn(ⅱ)的有機結(jié)合態(tài)(s4)，降低了鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)(s3)以及可溶態(tài)(s1)和碳酸鹽形態(tài)(s2)。但隨著鈍化劑中熟石灰比例的增加，有機結(jié)合態(tài)(s4)逐漸減少，而殘渣態(tài)(s5)變化并不明顯。同時鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)(s3)逐漸增多。這與上述zn(ⅱ)在rl4、rl6、rl8處理下浸出量比rl2處理更高的結(jié)果相符。

圖4的變化趨勢類似于圖2，各鈍化劑處理均增加了cu(ⅱ)的有機結(jié)合態(tài)(s4)，降低了鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)(s3)和碳酸鹽形態(tài)(s2)。隨著鈍化劑中熟石灰比例的增加，有機結(jié)合態(tài)(s4)逐漸減少，而殘渣態(tài)(s5)逐漸增多。rl6和rl8兩個處理中各個形態(tài)幾乎無明顯變化。這與圖1中cu(ⅱ)浸出隨著熟石灰在鈍化劑中的用量增多而逐漸減少，并在最后兩個處理中未觀察到明顯變化的結(jié)果相符。

圖5中各鈍化劑均增加了cd(ⅱ)的有機結(jié)合態(tài)(s4)，降低了鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)(s3)以及可溶態(tài)(s1)和碳酸鹽形態(tài)(s2)。隨著鈍化劑中熟石灰比例的增加，有機結(jié)合態(tài)(s4)逐漸減少，而殘渣態(tài)(s5)增加明顯。這與上述cd(ⅱ)在rl4、rl6和rl8處理下浸出量比rl2處理更高的結(jié)果相符。

綜上，將油菜秸稈和熟石灰按一定比例混合并用水浸潤腐熟30d。得到的鈍化劑對重金屬污染土壤中的pb(ⅱ)、zn(ⅱ)、cu(ⅱ)、cd(ⅱ)均有較好的固定效果，能顯著降低降雨淋洗下的浸出量。

在本試驗范圍內(nèi)，按照重量比為2:8的油菜秸稈與熟石灰的組合施用能最好固定淋洗狀態(tài)下土壤中的重金屬pb(ⅱ)和cu(ⅱ)，考慮到有機質(zhì)對土壤肥力的增強及熟石灰對土壤生態(tài)的影響，按照重量比4:6的油菜秸稈與熟石灰的組合施用。這一配比能分別將pb(ⅱ)和cu(ⅱ)的浸出量減少約69％和53％。兩種重金屬tessier分級形態(tài)較多地轉(zhuǎn)化為了有機物結(jié)合態(tài)。

按照重量比為8:2油菜秸稈與熟石灰的組合施用能最佳固定土壤中的重金屬zn(ⅱ)和cd(ⅱ)。該配比鈍化劑可將兩種重金屬的浸出量分別減少76％和35％。其tessier分級形態(tài)較多地轉(zhuǎn)化為了殘渣態(tài)和有機物結(jié)合態(tài)。

綜上所述，本發(fā)明提供的一種抑制土壤重金屬污染的鈍化劑及其制備方法，能顯著抑制土壤重金屬污染。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。