[发明专利]一种重金属污染农田土壤钝化修复的复合药剂及其应用

说明书

本发明涉及重金属污染土壤修复技术领域，具体说是一种重金属污染农田土壤钝化修复的复合药剂及其应用。复合药剂为药剂A和药剂B组成；药剂A为海泡石、有机鸡粪肥、磷肥和腐殖酸；药剂B剂为秸秆生物炭与石灰石；复合药剂按重量百分比计，海泡石30～40％，秸秆生物炭20～30％，有机鸡粪肥20～25％，磷肥(Ca(H₂PO₄)₂H₂O)0.5～3％，腐殖酸12～18％，石灰石3～5％。本发明所述的重金属复合钝化药剂具有钝化效率高、钝化作用稳定长效等优势，可有效解决工、农业土壤重金属污染(特别是镉和铅)修复面积大、修复效率低及污染效果反复等问题。

技术领域

本发明涉及重金属污染土壤修复技术领域，具体说是一种重金属污染农田土壤钝化修复的复合药剂及其应用。

背景技术

随着工农业的不断发展，矿产、冶金、化工、污灌、施肥、农药施加等相关行业活动不断向土壤中输入重金属物质，造成土壤重金属含量不断积累，污染问题凸显，特别针对于农田土壤，引发作物减产与粮食安全问题。目前，我国受镉、汞、砷、铅、铬、镍等重金属污染的耕地面积以达2000公顷以上，超过总耕地面积的1/5，而且基本农田重金属污染形式亦较严峻。由此，农田重金属污染问题亟待有效解决。

目前，针对重金属污染土壤的相关治理方法涉及化学淋洗、深耕、客土、热解、电化学处理及钝化处理等多种技术措施。考虑农田土壤面积广、治理量大的特征及经济、高效的治理需求，原位钝化技术是应用于大规模农田重金属污染土壤治理的较理想措施之一，而钝化药剂的选择与开发又是原位钝化技术应用成败的关键。目前，该领域所应用到的钝化药剂涉及黏土矿物、碱性物质、含磷物质、农田废弃物、有机肥料、生物炭、工业废气物及新型纳米材料等多个类别。通过改变土壤中的重金属活化状态，依靠离子交换、吸附、络合、沉淀及氧化还原等反应过程，固定重金属离子，从而降低其毒害作用。已有的研究中，海泡石、膨润土、沸石、羟基磷灰石、腐殖酸、磷矿粉、猪粪、鸡粪、羊粪、秸秆、石灰、钙镁磷肥、粉煤灰、磷酸盐及硅酸盐等物质均在铅、镉等重金属污染土壤原位钝化中得到试验尝试或应用。通过比对应用效果，单一钝化剂的应用普遍存在具有一定的效果，但整体效率不佳，甚至在多种重金属物质复合污染的土壤钝化治理过程中出现“顾此失彼”的现象，如腐殖酸的应用虽然对于铅的络合吸附具有较好的作用，但在同时存在镉污染的情况下，腐殖酸的酸根解离可导致活性态的镉含量不降反增，难以获得理想的总体钝化治理效果。多种单一钝化剂的组合复配应用是现阶段钝化药剂制备与应用的大趋势。徐万强等(2017)采用活性炭+鸡粪与活性炭+磷矿粉的组合有效降低了白菜种植土壤中有效态铅和镉的含量；赵庆圆等(2018)利用过磷酸钙+腐殖酸+粉煤灰的有机无机复配钝化剂促进了镉、铅污染土壤BCR分级模型中的酸可提取态向低活性的残渣态的转化；王长伟等(2010)选择海泡石+磷酸盐的组合有效增加了种植在镉、铅土壤中油菜的产量；张迪等(2018)采用纳米羟基磷灰石:巯基化膨润土:生物质炭按1:2:2的比例有效降低了土壤中镉、铅有效态及小白菜可食部分中二者的含量；在相关专利中，《一种铁基生物炭材料、其制备工艺以及其在土壤污染治理中的应用》(CN 104388094 B)利用生物质炭结合含铁化合物降低了土壤中砷和镉的生物有效性；《一种用于稻田土壤的铅镉复合改良剂及其制备和应用方法》(CN 103143557 B)将羟基磷灰石、海泡石、碳酸钙和沸石进行混合制备钝化剂，有效降低了稻田土中铅和镉有效态含量。在新型材料研究领域微纳米羟基磷灰石、纳米铁等材料的钝化尝试也收到广泛关注，但是其具有流动性差、易团聚、分散能力不足等缺陷。

在现有的钝化药剂在应用中，普遍存在农田土壤肥力受到破坏，打破土壤原状pH平衡及钝化的重金属离子在一定时间后重新活化成可提取态组分而产生土壤生态风险等问题，为了进一步稳定钝化效果并保障农田土壤的肥力需求，进而提出本发明一种长效稳定与原状土壤环境友好的钝化药剂，保障镉、铅污染农田土壤的高效修复。

发明内容

本发明目的在于开发一种重金属污染农田土壤钝化修复的复合药剂及其应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：