一种土壤重金属及有机污染修复剂及其制备与应用方法技术

本发明专利技术公开了一种土壤重金属及有机污染修复剂及其制备与应用方法，其中所述修复剂包括以下成分：生物炭、草炭土、蛋氨酸硒、侧孢芽孢杆菌、粘土矿物、含铁化合物、含硅化合物、黑腐酸、生物质。本发明专利技术的修复剂可显著降低土壤或水体中重金属及有机污染物含量，不产生二次污染，不产生土壤板结现象，且有效提升了土壤质量，减少了化肥、农药使用量，操作流程简单、周期短、见效快，有利于不同结构土壤、不同类型场地、不同类型水体等大面积污染的治理与修复应用。

【技术实现步骤摘要】
一种土壤重金属及有机污染修复剂及其制备与应用方法
本专利技术涉及土壤重金属和/或有机污染修复剂的

技术介绍
土壤是万物之源，是人类生产生活的根基。随着现代化工业、农业的发展，土壤中累积的有害物质也在不断增加，在这些受污染的土壤上进行农业生产活动势必形成食品安全问题，在其上进行居住、生活等也会直接危害人类健康，在此之外，部分有害成本还参与了固、液、气等多种形式的自然及生态系统循环，在更广泛的范围内对人体和自然界造成损害。土壤常见的污染形式包括无机污染与有机污染，其中无机污染以重金属元素污染最为显著、危害最大，有机污染以化肥、农药、杀虫杀草剂等最为显著、危害最大。在重金属元素污染中具有代表性的是铅、镉、汞、砷、铬五大重金属元素，其次是具有一定毒性的一般重金属元素，例如：铜、锌、镍、钴、锡等。土壤中重金属元素的来源，除了其自身固有的重金属成分外，工业废气、废水、粉尘、废渣、大气、汽车尾气、生活垃圾等富集加剧了土壤中重金属元素的含量。研究发现，重金属元素进入土壤后，不仅对土壤的物理性，生物数量、种群结构，土壤酶活性，整个土壤生态系有负面的影响，而且会干扰作物的发育和代谢能力、使得土壤出现板结化、酸性化、肥力下降，使得农作物品质和产量下降，并通过食物链最终在人体不断积累，对人体健康形成危害。同时，为抵消土壤重金属污染带来的作物品质、产量、抗病等能力的下降，种植者往往进一步增加农药、化肥等的用量，增加有机污染量，造成有机、无机污染叠加，不断增加受污染地土壤恶化程度。在具有严峻的无机重金属污染及有机污染的现实情况下，我国还面临着这些污染很多都为难以管控的面源污染的问题。所述面源污染又称为非点源污染，其无固定排污地点，而主可由土壤泥沙颗粒、氮磷等营养物质、农药、各种大气颗粒物等多种成分组成，通过地表径流、土壤侵蚀、农田排水等方式进入水、土壤或大气环境，具有随机性、广泛性、滞后性、模糊性、潜伏性等特点，进一步加大了研究、治理和管理政策制定的难度。现有技术中对土壤修复剂进行了大量的研究和公开，主要涉及工程措施、化学钝化、植物修复等技术手段。但这些现有技术通常具有修复途径单一、技术同质化严重等问题，导致修复治理效果不明显，成本高、周期长、应用率低，且有潜在二次污染的风险。如专利技术专利申请CN102559198A公开了一种用低品位磷矿粉为主要原料，与草酸铵混合制成钝化剂的技术方案，并将其用于钝化铜、铅、镉复合污染农田，虽然其工艺简便，成本较低，但这种磷酸盐类钝化剂在实际使用时会降低土壤pH值，当土壤pH值降低时，土壤的重金属可交换态活性增强，毒性浓度升高；并且磷酸盐类钝化剂对污染土壤的钝化效果与重金属种类、土壤性质、含水量、修复时间有很大的关系，在不同的土壤结构下，重金属元素的钝化往往难以达到预期效果，且磷酸盐的加入在不同的土壤环境下对铜的吸附没有显著的效果。在此之外，研究发现，磷矿粉中自身含有重金属镉元素，用磷矿粉作主要原料，不仅难以达到修复目标，反而会导致土壤中镉富集加剧。类似这样的钝化剂虽然成本较低，但修复效果不稳定，普适性差，且有较大的二次污染风险。
技术实现思路
不产生二次污染，不产生土壤板结现象，且有效提升了土壤质量，减少了化肥、农药使用量，操作流程简单、周期短、见效快，有利于不同结构土壤、不同类型场地、不同类型水体等大面积污染的治理与修复应用。本专利技术的目的在于提出一种可高效、持续、稳定地将土壤中有害的重金属、有机污染成分转化为无害状态的土壤污染修复剂。该修复剂还具有无二次污染、无土壤板结、不损害土壤理化性能，且有效提升了土壤质量，减少了化肥、农药使用量，操作简单、周期短、见效快，有利于大面积土壤环境污染治理与修复应用。本专利技术采用如下的技术方案：一种土壤重金属及有机污染修复剂，其特征在于：包括以下成分：生物炭、草炭土、蛋氨酸硒、侧孢芽孢杆菌、粘土矿物、含铁化合物、含硅化合物、黑腐酸、生物质。上述方案中所述粘土矿物是指的组成粘土岩和土壤的一类主要矿物，如含铝、镁等元素的含水硅酸盐矿物。上述方案中所述生物炭是指的生物有机材料在缺氧或绝氧环境中，经高温裂解后生成的固态产物。专利技术人研究发现，现有技术中修复剂大量应用了化学钝化原理，部分还添加具有强吸附作用的介质，通过吸附-沉淀-离子交换-氧化还原的过程，以使处于活跃的交换态的重金属元素固化、稳定下来，但在此过程中，多数修复剂忽略了土壤在此过程中及其后自身的化学、物理及生物状态均在不断的发生变化，如pH值、氧化还原电位、土壤微生态环境等在修复剂加入前后的不同时间段均在持续变化，由此会导致部分修复中可以固定下来的重金属，在后续会继续回到循环体系中形成新的污染，且因修复过程中容易出现的土壤板结现象，导致新的污染更难去除。专利技术人认为，研究土壤重金属应用修复技术，首先必须掌握土壤重金属在整个过程中的形态变化及运行轨迹，深入了解土壤中重金属“稳定态与可交换态”相互转化关系，才能得到具有一劳永逸效果的土壤修复剂。在本专利技术的上述组分协同后，该修复剂不仅可以吸附重金属元素使其集中于修复剂周围，并且修复剂的有效成分在有害物质的转化过程中可进行扩散，修复剂与土壤微生物环境可形成动态的平衡，使其pH值及氧化还原电位在修复的过程中不断得到调整，修复剂自身及被污染土壤周围组成一个不断进行有害物质状态转化的生物化学群落，使有害成分，如重金属元素不仅能够固定下来，并且能通过生物、化学的协同作用，转换为无害成分。上述技术方案的一种优选实施方式为所述修复剂还含有粉煤灰。上述技术方案的一种具体实施方式为：所述粘土矿物为选自高岭土、硅藻土、蒙脱土、蛭石、海泡石、伊利石中的一种或多种。其另一种或进一步的实施方式为：所述含铁化合物为选自硫酸亚铁、硫酸铁、聚合硫酸铁中的一种或多种。其另一种或进一步的实施方式为：所述含硅化合物为选自硅酸钙、硅酸钠、硅酸钙镁中的一种或两种。其另一种或进一步的实施方式为：所述生物炭为将农林废弃物秸秆进行断氧碳化后得到的生物炭，且断氧碳化的温度为500～600℃。其另一种或进一步的实施方式为：其按质量份计，由以下成分组成：生物炭30～50份、草炭土4～8份、粘土矿物3～7份、含铁化合物1～3份、黑腐酸1～3份、含硅化合物2～5份、蛋氨酸硒1～3份、侧孢芽孢杆菌1～3份、生物质26～46份，优选还包括粉煤灰2～5份。本专利技术进一步提出了上述技术方案或其具体实施方式的制备方法，其包括以下过程：(1)生物炭的制备：将农林废弃物秸秆进行断氧碳化，断氧碳化的温度为500～600℃,至碳化率达到98％以上,得到碳化物，将所述碳化物加工为80～100目，得到所述生物炭；(2)生物质的制备：将植物废弃物粉碎至80～100目，其后腐熟发酵，得到所述生物质；(3)配制：将所述生物炭、生物质、及草炭土、粘土矿物、含铁化合物、黑腐酸、含硅化合物、蛋氨酸硒、侧孢芽孢杆菌混合均匀，即得到所述土壤重金属及有机污染修复剂。专利技术人发现部分现有技术在生物炭的制备过程中，将碳化温度控制为350～450℃，得到的产物炭化率仅到50～65％左右，有效多孔密度少，杂质含量高，利用效率低，经这种碳化温度得到的生物炭在实际应用时对土壤或水体内有害物质的吸附能力较差，推广难度较大。而专利技术人发现的500～600℃的碳化温度，其得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种土壤重金属及有机污染修复剂，其特征在于：包括以下成分：生物炭、草炭土、蛋氨酸硒、侧孢芽孢杆菌、粘土矿物、含铁化合物、含硅化合物、黑腐酸、生物质。

【技术特征摘要】
1.一种土壤重金属及有机污染修复剂，其特征在于：包括以下成分：生物炭、草炭土、蛋氨酸硒、侧孢芽孢杆菌、粘土矿物、含铁化合物、含硅化合物、黑腐酸、生物质。2.根据权利要求1所述的土壤重金属及有机污染修复剂，其特征在于：其还含有粉煤灰。3.根据权利要求1或2所述的土壤重金属及有机污染修复剂，其特征在于：所述粘土矿物为选自高岭土、硅藻土、蒙脱土、蛭石、海泡石、伊利石中的一种或多种。4.根据权利要求1或2所述的土壤重金属及有机污染修复剂，其特征在于：所述含铁化合物为选自硫酸亚铁、硫酸铁、聚合硫酸铁中的一种或多种。5.根据权利要求1或2所述的土壤重金属及有机污染修复剂，其特征在于：所述含硅化合物为选自硅酸钙、硅酸钠、硅酸钙镁中的一种或两种。6.根据权利要求1或2所述的土壤重金属及有机污染修复剂，其特征在于：所述生物炭为将农林废弃物秸秆进行断氧碳化后得到的生物炭，且断氧碳化的温度为500~600℃。7.根据权利要求1或2所述的土壤重金属及有机污染修复剂，其特征在于：其按质量份计，由以下成分组成：生物炭30~50份、草炭土4~8份、粘土矿物3~7份、含铁化合物1~3份、黑腐酸1~3份、含硅化合物2~5份、蛋氨...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖鹏，廖晨泰，廖科迪，
申请(专利权)人：四川中地安土壤修复技术有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51