[发明专利]一种铁硅硫多元素复合生物炭土壤重金属调理剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种铁硅硫多元素复合生物炭土壤重金属调理剂的制备方法。

背景技术

如何有效控制和减轻土壤重金属污染和危害是一个日益严重的国际性问题，在我国尤为突出。特别是大面积的重金属污染农田土壤的治理，难以找到低成本、广谱、可操作性强的技术方法。而对于重金属复合污染农田治理尤为困难，如砷镉复合污染较单一污染来说，由于其存在交互作用，所引起的环境效应更为复杂，治理也更为困难。提高土壤pH，能够有效降低土壤镉的生物有效性与稻米镉含量，却可能提高土壤As活性。另外，淹水处理能够降低稻米中的Cd含量；却提高了稻米As含量。因此，As/Cd复合污染条件下，如何调控土壤过程、实施水肥管理，十分复杂。

近年来农田重金属污染钝化技术受到越来越多的关注。通过施用土壤友好型调理剂，钝化污染土壤重金属，减小农作物对重金属的吸收，实现重金属污染农业土壤的边治理、边生产，是土壤重金属防治新的思路，既经济又安全。土壤重金属钝化技术投入相对较低，修复效率高，操作简单；对于大面积中低度重金属污染土壤修复具有较好的优越性，可以满足当前我国农田土壤重金属污染治理以及保障农产品安全。目前常用的土壤重金属钝化剂包括：石灰、碳酸钙、粉煤灰等碱性物质，羟基磷灰石、磷矿粉、磷酸氢钙等磷酸盐，天然或改性沸石、膨润土等矿物，高炉渣、钢渣等含硅肥料，草炭、农家肥、绿肥、生物质炭等有机肥料。这些钝化剂对土壤某一重金属污染往往具有较好的钝化效果。但是土壤重金属污染往往是两种或两种以上的多种金属并存的复合污染。不同重金属离子其理化性质差异较大，在土壤中的迁移性及其环境行为也大不相同。单一的土壤钝化剂修复多金属复合污染土壤往往具有挑战性，很难找到单一物质可以降低所有重金属离子的移动性。因此，目前土壤钝化修复主要集中在某个单一重金属元素钝化，对于多金属复合污染通常采用复合添加剂或多种修复方法同时进行；如果可以制备一种能同时钝化多种污染物的多功能重金属钝化材料，必然会降低修复成本、提高修复效率。

土壤中重金属的毒性和生物有效性不仅与重金属总量有关，更主要的是受土壤理化性质影响。土壤中铁氧化物是控制土壤重金属形态转化和生物有效性的关键因子。铁是红壤中最为重要的氧化还原活性元素(Wang et al.,2009)，其地球化学丰度为5.1％，居第四位(赵其国,2002)，铁主要以游离态氧化铁包裹在土壤颗粒表面，具有高地球化学活性；直接影响许多土壤过程(Borch et al.,2010)。铁氧化物及其它铁矿物的极大比表面积、化学活性及其形态转化，使其具有对众多的重金属及含氧阴离子(如PO₄^3-、AsO₄^3-、CrO₄^2-等)较高的吸附能力；常被用作砷、铬等重金属污染废水处理剂。但由于铁及其氧化物很容易聚集，因而与土壤中元素Mg、P、Ca和S结合，影响其化学性能，导致其在土壤重金属修复中的应用受到阻碍。

土壤中硫对控制重金属活性和生物有效性起着重要的作用。进入土壤的SO₄^2-，在厌氧条件下很快被还原在S^2-，S^2-可以与金属离子形成硫化物，从而对重金属起到稳定化作用；通过土壤有机硫矿化产生的SO₄^2-以及大气沉降和施肥进入土壤的SO₄^2-，在厌氧条件下很快被还原为S^2-，S^2-与金属离子形成硫化物。厌氧土壤中金属硫化物是稳定和难溶的，其对土壤孔隙水重金属离子浓度有重要影响。因此在水稻田中，含硫肥料的施用特别是在水稻苗期含硫肥料的施用对稳定土壤重金属具有非常重要的作用。但土壤中硫在氧化形成SO₄^2-时，会产生大量的H⁺，导致重金属活化。因此，单独施用含硫肥料在水稻生长后期重金属有再度活化的风险。如果含硫肥料与其他土壤调理剂配合施用，避免其再度被氧化，必将会提高含硫钝化剂对重金属镉的钝化效果和适用范围。