农林生物质直燃发电厂底灰用于稻田土壤中镉污染原位钝化的方法技术

本发明专利技术涉及农林生物质直燃发电厂底灰用于稻田土壤中镉污染原位钝化的方法。本发明专利技术使用农林生物质直燃发电厂底灰、动物炭和膨润土所构成的复合材料作为修复剂，进行稻田土壤中镉污染的原位钝化。与单独使用生物质灰渣相比，复配动物炭后，材料的镉固定能力得到显著提升。将此修复剂应用于镉污染土地的修复，效果显著。修复剂对溶液中镉的最大吸附量为34.8mg/g；施加5kg/m

In-situ passivation of cadmium contamination in paddy soil by bottom ash of direct-fired power plant with agroforestry biomass

The invention relates to a method for in-situ passivation of cadmium pollution in paddy soil by using bottom ash of a direct-fired power plant with agricultural and forestry biomass. The invention uses the composite material composed of bottom ash, animal charcoal and bentonite of the direct-fired power plant of agricultural and forestry biomass as a restoring agent to passivate cadmium pollution in the paddy field soil in situ. Compared with using biomass ash alone, the cadmium fixation ability of composite animal charcoal was significantly improved. This remediation agent has been applied to the remediation of cadmium-contaminated land with remarkable effect. The maximum amount of cadmium adsorbed by the remediation agent was 34.8 m g/g and 5 kg/m.

【技术实现步骤摘要】
农林生物质直燃发电厂底灰用于稻田土壤中镉污染原位钝化的方法
本专利技术属于土壤镉污染治理
，尤其是涉及一种农林生物质直燃发电厂底灰用于稻田土壤中镉污染原位钝化的方法。
技术介绍
2014年环境保护部和国土资源部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示我国土壤环境总体状况不容乐观，部分地区土壤污染较为严重，耕地土壤环境质量堪忧。调查显示：我国土壤污染总超标率达16.1％，土壤污染物类型以无机物为主，在调查的八种无机物中，镉的点位超标率最高，达到7.0％，西南、中南地区土壤重金属超标范围较大。在所有土壤类型中，耕地点位超标率最高，为19.4％。国土资源部2015年公布的《中国耕地地球化学调查报告》显示我国重金属污染耕地面积高达11387万亩，主要分布在南方的湘鄂皖赣区、闽粤琼区和西南区。据统计，灌溉区所生产的大米基本都遭受不同程度重金属污染。由镉等重金属污染引起的环境问题、食品安全问题如湖南等省份的镉米事件成为社会关注的焦点。目前，重金属污染土壤的修复方法主要有：客土法、深耕土层法、化学固化/稳定化、电动修复法、化学淋洗法、植物修复法、微生物修复法等。客土法是在污染土壤上面覆盖新土或将污染土壤换上未被污染的土壤，工程量大，费用高，对环境和地质也有一定风险。深耕土层法将深层土壤翻至表层，或将深层土壤与污染土壤均匀混合以降低重金属含量，工程量小。客土法和深耕土层法都只适合低浓度污染的土壤。植物修复法是通过富集、超富集植物将重金属离子富集到植物体内，降低土壤中重金属含量，具有费用低、效果好的优点，但是富集植物的选定和植物生长都需要较长时间。化学钝化/稳定化是通过修复剂/稳定剂改变土壤理化性质，通过吸附或沉淀作用改变土壤重金属的赋存形态，从而降低土壤重金属的生物有效性，化学钝化/稳定化法修复土壤具有简单且快速有效的特点，在土壤修复领域应用广泛。动物炭来源于正常死亡畜禽动物的缺氧热解技术，热解温度优选600℃。动物炭具有比表面积大，表面基团多，多孔结构等特点，对大部分重金属具有良好的固定能力，因而在土壤修复领域受到广泛关注。动物炭中的PO43-、CO32-成分能与土壤中的Cd(II)通过沉淀作用生成磷酸盐、酸盐沉淀，改变土壤中Cd形态，从而达到降低Cd生物有效性，固定土壤Cd(II)的目的。我国生物质发电厂发展迅速。截止2017年，我国生物质发电厂装机容量达到1488万kW。我国每年可作为能源利用的农林生物质资源约为6亿吨。近年来在国家相关政策的扶持下，以农林生物质为原材料的生物质直燃电厂得以快速发展。与传统的化石燃料发电相比，直燃电厂生物质燃料的利用更加清洁环保。我国生物质直燃电厂采用的主要技术包括：吸收西方技术改进的水冷式炉排炉技术和具有自主知识产权的循环流化床技术。中国专利CN104690087A公开了一种镉污染水体和土壤的修复剂及其制备方法和应用，包括以下步骤：1)研磨，将生物质发电厂底灰放入球磨机中进行研磨，球磨机转速为160r/min，研磨时间为10min；2)过筛，将研磨后的灰料过200目筛，得到的颗粒即为吸附剂。该专利主要是通过研磨，减小灰渣粒径，增大灰渣比表面积，从而促进灰渣对环境中镉的吸附或固定。上述专利涉及的生物质发电厂是一个宽泛的概念，垃圾发电也属于生物质发电的范畴，但垃圾发电所得灰渣中的重金属含量通常超标，不能作为修复剂使用。此外，上述专利需要对农林生物质直燃发电厂灰渣进行研磨，然后进行筛分等处理步骤，且粒径要求介于180～220目(约70～80μm)之间，缺点明显：(1)对研磨和筛分设备要求严格，不利于降低修复剂的制作成本。(2)生物质灰70～80μm的粒径过小，容易在施用过程中受到风力、降水等自然因素影响，导致工程应用时投加不便，易造成损耗。(3)生物质灰粒径过小还存在阻塞土壤空隙、减少土壤渗透性的风险。还需要指出的是，上述专利单独使用农林生物质直燃发电厂灰进行镉污染修复，其修复效率是基于盆栽实验得到的，是否适用于原位场地修复还不得而知。此外，上述专利的修复效果只是利用了农林生物质直燃发电厂灰的吸附效果，没有考虑电厂灰中硅成分释放提升土壤有效硅含量的积极作用。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供农林生物质直燃发电厂底灰用于稻田土壤中镉污染原位钝化的方法。修复剂中重金属浸出量均在国家标准限值以下。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：本专利技术首先提供一种用于稻田土壤中镉污染原位钝化的修复剂，为农林生物质直燃发电厂底灰、动物炭和膨润土所构成的复合材料。进一步地，所述修复剂中，农林生物质直燃发电厂底灰、动物炭、膨润土的重量含量分别为60％-90％、5％-35％、5％。进一步地，所述修复剂为粒径介于1～6mm之间的不规则形状的颗粒。进一步地，所述农林生物质直燃发电厂的燃料为秸秆、竹子、稻草等草本类和废弃木料、树枝、树叶等木本类清洁型生物质燃料，不包括活性污泥、生活垃圾等。本专利技术还提供所述用于稻田土壤中镉污染原位钝化的修复剂的制备方法，具体包括以下步骤：a.对农林生物质直燃发电厂产生的底灰进行筛分，取粒径在70-500μm范围的底灰，b.将筛分后的农林生物质直燃发电厂底灰与动物炭、膨润土均匀混合，c.混合材料造粒后所得颗粒即为修复剂。本专利技术还提供农林生物质直燃发电厂底灰用于稻田土壤中镉污染原位钝化的方法，使用农林生物质直燃发电厂底灰、动物炭和膨润土所构成的复合材料作为修复剂，进行稻田土壤中镉污染的原位钝化。进一步地，所述农林生物质直燃发电厂的燃料为秸秆、竹子、稻草等草本类和废弃木料、树枝、树叶等木本类清洁型生物质燃料，不包括活性污泥、生活垃圾等。进一步地，所述修复剂中，农林生物质直燃发电厂底灰、动物炭、膨润土的重量含量分别为60％-90％、5％-35％、5％。进一步地，所述修复剂为粒径介于1～6mm之间的不规则形状的颗粒。进一步地，所述修复剂的投加量为1-10kg/m2，优选为5kg/m2。本专利技术中，膨润土在修复剂的制备中主要起粘合剂的作用。所述动物炭来源于正常死亡畜禽动物的缺氧热解。本专利技术修复技术类型为原位钝化修复。本专利技术中，修复土壤类型为镉污染稻田土壤。本专利技术可以一次性投加，实现同一自然年度内早稻和晚稻种植期的镉污染修复。本专利技术的方法大幅降低镉污染稻田中早稻和晚稻稻米中的镉含量。本专利技术的方法大幅提升了稻田土壤中的有效硅含量。本专利技术的方法具有促进喜硅类植物水稻生长的效果。本专利技术修复剂中重金属浸出量均在国家标准限值以下。本专利技术中，所述修复剂的主要原材料生物质底灰来源于直燃型农林生物质直燃发电厂，主要成分为SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3、MgO、K2O等无机成分，呈现为碱性。动物炭来源于动物整体热解技术。通过对国内五家直燃型农林生物质直燃发电厂的底灰进行了X射线荧光光谱(XRF)分析，并对修复剂的主要掺加材料--生物质底灰进行了电感耦合等离子光谱(ICP)分析，分析结果如下表1、表2所示。表1农林生物质直燃发电厂底灰XRF成分分析(％)表2农林生物质直燃发电厂底灰重金属元素ICP分析(％)由表1、表2中分析结果可知，农林生物质直燃发电厂底灰的组成主要为无机成分，农林生物质直燃发电厂底灰中硅含量(以SiO2计)占比达40％以上。硅成分的释放可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于稻田土壤中镉污染原位钝化的修复剂，其特征在于，为农林生物质直燃发电厂底灰、动物炭和膨润土所构成的复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种用于稻田土壤中镉污染原位钝化的修复剂，其特征在于，为农林生物质直燃发电厂底灰、动物炭和膨润土所构成的复合材料。2.根据权利要求1所述用于稻田土壤中镉污染原位钝化的修复剂，其特征在于，所述修复剂中，农林生物质直燃发电厂底灰、动物炭、膨润土的重量含量分别为60％-90％、5％-35％、5％。3.根据权利要求1所述用于稻田土壤中镉污染原位钝化的修复剂，其特征在于，所述修复剂为粒径介于1～6mm之间的颗粒。4.根据权利要求1所述用于稻田土壤中镉污染原位钝化的修复剂，其特征在于，所述农林生物质直燃发电厂的燃料为草本类或木本类清洁型生物质燃料，不包括活性污泥、生活垃圾。5.如权利要求1所述用于稻田土壤中镉污染原位钝化的修复剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：a.对农林生物质直燃发电厂产生的底灰进行筛分，取粒径在70-500μm范围的底灰，b.将筛分后的农林生物质直燃发电厂底灰与动物炭、膨润土均匀混合，c.混合材料造粒后所得颗粒即为修复剂。6.农...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱宇平，石炎，雷思聪，张文，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31