[发明专利]一种修复镉铜污染酸性土壤的钝化材料及其制备方法和应用

说明书

一种修复镉铜污染酸性土壤的钝化材料及其制备方法和应用，钝化材料的pH 10～13，各原材料的质量百分比为：60％≤生物质电厂灰≤85％、10％≤石灰≤25％、5％≤磷石灰≤15％。该钝化材料以绿色廉价的生物质电厂灰为主要原材料，与石灰和磷石灰混合，不添加任何粘合剂或胶体辅料制成圆球状颗粒，其利用原材料成粒率为95％以上，返料率低。既能避免粘合剂等辅料的负面影响，也不存在原材料浪费现象；钝化材料施用量较少，仅占耕层土壤质量的0.2％～0.6％，重金属钝化效果显著、稳定，并促进植物生长，从而达到廉价、高效、持久的原位修复重金属镉铜污染酸性土壤的目的，集经济效益、生态效益和修复作用于一体。

技术领域

本发明属于重金属污染土壤修复技术领域，具体涉及一种用于治理镉铜污染土壤的以生物质电厂灰为主要原材料的复合钝化材料及其制备方法和应用。

背景技术

近几十年来，伴随着社会经济的快速发展，我国农田土壤环境面临前所未有的挑战，尤以重金属镉污染日益凸显，部分区域重金属铜污染严重超标而引起作物绝收。2014年国家环境保护部和国土资源部发布《全国土壤污染状况调查公报》，指出耕地土壤环境质量堪忧，镉成为首要污染物(点位超标率7.0％)，铜则位于镍和砷之后而位居第四(点位超标率2.1％)。酸性土壤多分布在我国南方，且其养分元素(磷、钾、钙和镁等)的保蓄能力差导致土壤肥力较低。此外，南方农田土壤镉铜含量及增幅较高，存在相当面积的镉铜高风险土壤(镉铜含量临近但未超过土壤环境质量的二级标准)或污染土壤，这不但威胁18亿亩耕地红线，而且影响人体健康和社会稳定。

稳定固定化技术，即通过化学钝化或改良材料固定土壤重金属，实现边修复边生产的综合效果，成为重金属污染农田修复的重要途径。重金属污染土壤的改良材料主要包括石灰性物质、磷酸盐类、无机矿物质和有机物料。传统的酸性土壤改良的方法是运用石灰或石灰石粉，增加土壤pH值，降低有效态重金属的含量。然而，大量或长期施用石灰不但会造成土壤板结，也会使土壤复酸化程度加强，引起土壤钙、钾、镁3种元素的平衡失调。有学者(易杰祥)建议在施用石灰改良的同时,应与其他碱性肥料(草木灰、火烧土等)配合使用。生物质电厂灰(指农业生产中产生的秸秆、谷壳等废弃物，通过燃烧将化学能转化为热能后残留的灰烬)pH 8-12，是一种较理想的碱性材料。随着国家对生物质能发电的提倡，生物质电厂灰的积压和资源化问题也日益凸显。当前，生物质电厂灰的一条有效的资源化过程中需用酸度调节剂，不但耗费酸资源和能量，而且使其失去对了酸性土壤改良的作用，这无疑是一种资源浪费。此外，部分专利也将生物质电厂灰制成土壤调理剂，如专利CN103497771A和CN102424639B仅涉及以生物质电厂灰为主要原材料的土壤调理剂，但未涉及重金属污染土壤修复问题；专利CN 10242 4639 B虽然对调理剂进行造粒(0.1mm～5mm)，但并未证明为何选择造粒粒径为0.1mm～5mm。到目前为止，有关土壤改良和修复材料粒径选择的研究还未见报道；专利CN 102329620 B将生物质电厂灰用于重金属污染酸性土壤的修复，但生物质电厂灰的比例仅占10～20％，而且仅将不同材料过筛混合制得，能否达到克服粉状材料难以撒施的困难值得令人怀疑；专利CN 104690087 A也存在相似问题。此外，一般酸性土壤还存在有机质缺乏，氮、磷、钾供应不足，有效态钙、镁含量较少等问题。相反，生物质电厂灰富含Si、K、Ca、Mg、Fe、Mn、P等元素。生物质电厂灰价格低廉(60/吨)仅为石灰和磷灰石(500元/吨)的12.5％，但单一生物质电厂灰固定重金属的效果相对小于石灰和磷灰石。因此，以生物质电厂灰为主要原材料与一定比例的石灰和磷灰石混合，并按照一定的生产工艺制成颗粒材料，能有效克服粉状材料难以撒施问题，同时达到快速提高重金属污染酸性土壤pH，改善土壤营养，有效固定土壤重金属并达到持久稳定，成为解决以上问题的关键。同时，三种原材料的比例如何才能达到最佳效果也是解决问题的关键技术。此外，当前关于钝化剂的批量生产设备和工艺尚不完善，仍缺乏切实有效的生产钝化剂的成套设备。