[发明专利]应用生物炭与有机肥复配原位修复菜地土壤镉污染的方法

说明书

技术领域

本发明涉及重金属污染土壤治理技术，具体地说是一种应用生物炭与有机肥复配原位修复菜地土壤镉（Cd）污染的方法。

技术背景

重金属污染是农业土壤环境和农产品中的一类重要污染物质。我国受重金属污染的耕地面积超过2000万hm²以上，约占耕地面积的1/5。在我国140万hm²污灌区中，有64.8%的土地遭受重金属污染，其中轻度污染占46.7%，中度污染占9.7%，严重污染占8.4%。粮食与蔬菜中Cd、Hg、Pb、As、Cu等超标严重而普遍，对农业造成了巨大的经济损失。我国每年产出重金属污染的粮食约1200万t，在调查的24个省（市）320个重点污染区中，有60.6万hm²的大田农作物污染物超标，占调查总面积的20%，其中80%以上是重金属含量超标，尤其是Cd、Pb、Hg、Cu及其复合污染最为突出。我国菜地土壤Cd含量超标率高达24.1%，沈阳市近郊1万多公顷菜地普遍受到重金属污染，产出的大白菜中Cd含量超标率高达100%。2011年3月国务院正式批复了国家环境保护局提出的《重金属污染综合防治“十二五”规划》。由此可见，如何有效地修复重金属超标农田土壤，维持土地的可持续利用，已成为亟待解决的突出环境问题。

原位修复作为土壤重金属污染治理技术是一种非常行之有效的方法，受到人们的普遍重视，尤其适用于修复大面积中、轻度重金属超标的农田土壤。向土壤中施加钝化剂是修复重金属污染土壤的一种较经济的原位处理方法。通过施加钝化剂如黏土矿物（海泡石、膨润土和凹凸棒石等）、石灰、磷酸盐和工业副产品物（炉熔渣、高炉矿渣粉和赤泥等）等，改变土壤pH和重金属元素在土壤中的化学形态和赋存状态，增加吸附点位和促进重金属离子与土壤其它组分（包括钝化剂材料）的共沉淀等过程，使土壤重金属生物有效态转化为生物不可利用的形态，从而抑制重金属在土壤中的迁移性和生物有效性、降低重金属污染物对环境生物的毒性，达到修复重金属污染土壤的目的。对于重金属污染的土壤，可以根据重金属在土壤中的存在特性，向土壤中施加某些化学改良剂和吸附剂，如石灰、磷酸盐、堆肥、高炉渣以及粘土矿物等，达到修复重金属污染的土壤。但不容否认的是向土壤中添加熟石灰、硅酸钙、硅酸镁钙和碳酸钙等化学物质，均会给土壤理化性质和微生物生长环境带来不同程度的影响。而天然黏土矿物的主要成分SiO₂、MgO等含量将极大制约其对土壤重金属离子的交换吸附作用，在实际应用中，一般需要对天然黏土矿物进行活化处理来提高对重金属的吸附能力。黏土矿物的活化处理也会增加土壤重金属污染修复成本并消耗宝贵的矿产资源，因此需要进一步开发低廉、高效、稳定、安全的钝化剂来修复重金属污染土壤。近年来的研究表明，施用农作物秸秆、谷壳、家禽粪便、牛粪等有机肥可以降低土壤重金属离子的迁移性和重金属有效态含量以及增加对重金属离子的吸附容量，从而减轻重金属在植物体内富集。但由于有机物易被微生物分解，被吸附固定后的重金属离子又可能被重新释放出来，造成二次污染，因此，直接将有机物施入土壤中对重金属污染修复效果不稳定。为了解决上述问题，可以考虑将农作物秸秆等农业废弃物在完全或部分缺氧的情况下经热解炭化形成的生物炭与有机肥复配，一方面利用生物炭的多孔性、高比表面积、较强表面吸附、高度化学惰性以及生物炭表面高度芳香化结构和部分羟基、酚羟基和羰基等官能团对有机和无机污染物高度亲和等特性，可被用作土壤中污染物的钝化修复剂，同时联合发挥有机肥所提供的作物所需N、P、K等营养元素，改善土壤养分，提高土壤质量，实现既对土壤重金属的钝化修复作用，又能促进作物生长，提高作物品质；另一方面将生物炭施用于农田，可减少农田生态系统温室气体排放、增加土壤碳库碳固定。因此，应用生物炭与有机肥复配可有效修复菜地土壤中镉污染问题，同时，该钝化材料施用于农田可一并解决农业废弃物处理、气候变化、土壤肥力下降等众多制约农业生产的问题。

发明内容

本发明的目的就是为克服现有技术的不足，针对土壤重金属污染治理技术难题，提供一种经济、高效、稳定、安全的原位修复菜地土壤镉污染的方法。