專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種設(shè)施菜田土壤重金屬鈍化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及土壤改良技術(shù)和環(huán)境保護(hù)技術(shù)，具體為一種設(shè)施菜田土壤重金屬鈍化劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
：蔬菜是一種容易富集并殘留硝酸鹽和重金屬的作物，加上農(nóng)藥殘留等突出問(wèn)題，食用衛(wèi)生安全的無(wú)公害蔬菜就成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。蔬菜重金屬污染主要與土壤環(huán)境、灌溉水質(zhì)等有關(guān)。我國(guó)許多地區(qū)都陸續(xù)建立了大面積無(wú)公害蔬菜生產(chǎn)示范基地。但蔬菜生產(chǎn)和銷(xiāo)售過(guò)程中，人們對(duì)于蔬菜降低農(nóng)藥殘留問(wèn)題十分重視.對(duì)于降低蔬菜重金屬含量尚缺乏十分有效的技術(shù)措施。菜地土壤重金屬超標(biāo)問(wèn)題已逐漸成為威脅中國(guó)蔬菜發(fā)展且亟需解決的突出環(huán)境問(wèn)題，農(nóng)藥、化肥、塑料薄膜等農(nóng)用化學(xué)品以及有機(jī)肥料的使用，均可能是土壤中重金屬的重要輸入源。我國(guó)有機(jī)肥中各種重金屬均出現(xiàn)了不同程度的超標(biāo)，施用雞糞等有機(jī)肥的農(nóng)業(yè)土壤中，Cu、Zn含量明顯高于施用化肥的土壤。有學(xué)者對(duì)山東壽光設(shè)施菜地重金屬累積的研究認(rèn)為，設(shè)施菜地中某些重金屬元素的累積，可能與肥料等農(nóng)用化學(xué)品、有機(jī)肥的大量投入密切相關(guān)。此外，農(nóng)用薄膜生產(chǎn)應(yīng)用的熱穩(wěn)定劑中往往含有Cd和Pb，在大量使用塑料薄膜的溫室大棚和保護(hù)地中，如果不及時(shí)清除殘留在土壤中的薄膜(或農(nóng)膜)，亦可能會(huì)使其中的重金屬進(jìn)入土壤并形成累積。曾希柏等系統(tǒng)收集了1989年以來(lái)中國(guó)蔬菜土壤重金屬研究的相關(guān)資料，并利用相關(guān)方法對(duì)所收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明，我國(guó)不同地區(qū)菜田土壤重金屬含量均遠(yuǎn)高于普通糧田，設(shè)施菜田、城市郊區(qū)菜田、工礦區(qū)菜田重金屬污染現(xiàn)象相對(duì)嚴(yán)重(曾希柏等，中國(guó)蔬菜土壤重金屬含量及來(lái)源分析，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007,40(11):2507-2517)。葉菜類(lèi)比果菜和根菜類(lèi)富集重金屬的能力強(qiáng)，相對(duì)較容易受到重金屬污染。如李明德等對(duì)長(zhǎng)沙市郊區(qū)幾大主要蔬菜基地進(jìn)行了取樣調(diào)查分析結(jié)果表明，葉菜類(lèi)蔬菜鉛含量普遍超標(biāo)(最大超標(biāo)137%，平均超標(biāo)60%)，近一半葉菜樣品鎘超標(biāo)，最大超標(biāo)127%(李明德等，長(zhǎng)沙市郊蔬菜土壤和蔬菜重金屬污染狀況調(diào)查及評(píng)價(jià)。湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，3:34-36)。重金屬污染土壤的治理是一個(gè)世界性難題，對(duì)重金屬土壤污染治理雖有化學(xué)、生物、工程等技術(shù)措施的報(bào)道，但這些措施大多因方法繁瑣、造價(jià)昂貴而難于在一般生產(chǎn)中應(yīng)用，且每種方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。翻耕、客土與換土是一種有效方法翻耕是把污染重的表層翻至下層，而把污染輕的下層翻為表層。客土是指在污染土壤上覆蓋一層凈土，換土則是先將受污染的表土挖走，然后再填入同等厚度的新土，通常以處理30厘米深的土層為宜。這三種方法以換土效果最好。但采用換土措施會(huì)帶來(lái)如何處置被挖掘的受污染土壤的問(wèn)題，處理不好就很可能導(dǎo)致二次污染。由于這類(lèi)物理措施通常僅用于污染較重的土壤，由于需要大量的人力物力，在實(shí)際推廣中有較大難度。植物修復(fù)方法是目前學(xué)術(shù)界研究較多的方法，因其費(fèi)用低廉、不會(huì)破壞甚至?xí)纳仆寥览砘再|(zhì)以及其有較高的美學(xué)價(jià)值等優(yōu)點(diǎn)而倍受青睞，但由于超量積累重金屬植物往往生物量低、生長(zhǎng)緩慢、修復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)等缺陷以及重金、屬?gòu)?fù)合污染的制約，加上設(shè)施菜田連續(xù)使用的特點(diǎn)，這就決定了該類(lèi)植物實(shí)際應(yīng)用的局限性。在受重金屬污染的土壤中，如果土壤PH值較低，屬于酸性土壤，施用石灰性物質(zhì)，如氫氧化鈣、碳酸鈣、硅酸鈣等來(lái)提高土壤PH，可有效地降低重金屬的活性，是一種較好的技術(shù)方法，但對(duì)于迫近中性的土壤，此類(lèi)方法沒(méi)有明顯效果。近年來(lái)，我國(guó)開(kāi)展了相關(guān)對(duì)土壤重金屬的鈍化的技術(shù)研究和應(yīng)用，如中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN101045599A發(fā)明了一種利用石灰改性的粉煤灰吸附劑，鈍化處理脫水城市污泥中含量高的鋅和銅的方法，對(duì)污泥中重金屬銅的鈍化率高達(dá)85%以上、鋅的鈍化率高達(dá)70%以上；中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN101274861A發(fā)明了一種利用木質(zhì)素類(lèi)腐殖質(zhì)鈍化重金屬的堆肥方法；中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN101322974A發(fā)明了一種組份為生石灰、去重金屬有機(jī)肥和膨脹珍珠巖的蔬菜地土壤重金屬鈍化劑，對(duì)鈍化菜地土壤中輕度污染的重金屬有一定效果。中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN101036917A發(fā)明了一種以剩余活性污泥為原料的重金屬污染土壤修復(fù)劑及其提取方法和其修復(fù)重金屬污染土壤的方法，其方法可用于受重金屬重度污染的土壤，對(duì)于重金屬輕度積累的土壤不太合適。羅濤等選擇鹽基熔磷和固體硫化物作為蔬菜降污專(zhuān)用肥的鈍化劑，在福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所網(wǎng)室內(nèi)，以土壤PH為5.6的沖積性沙壤土上進(jìn)行空心菜生長(zhǎng)試驗(yàn)。結(jié)果表明，在有機(jī)肥配施基礎(chǔ)上添加鈍化劑，Pb的污染系數(shù)由0.89下降到0.11和0.74，Cd的污染系數(shù)由1.36下降到0.02(羅濤等，土壤重金屬鈍化劑的篩選及蔬菜降污專(zhuān)用肥應(yīng)用效果研究，農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)2007，26(4)1390-1395)，但此項(xiàng)研究?jī)H處于試驗(yàn)階段，技術(shù)適應(yīng)性的可行性還有待于進(jìn)一步研究。麥飯石、硅藻土、沸石土等非金屬礦物均具有較強(qiáng)的吸附、離子交換等特性，上述礦物及其改性產(chǎn)物與生態(tài)環(huán)境具有良好的協(xié)調(diào)性，可直接用于防治污染和環(huán)境修復(fù)，因此一般稱(chēng)作環(huán)境礦物材料，目前已廣泛應(yīng)用于無(wú)機(jī)和有機(jī)污水的處理，但應(yīng)用于土壤改良和土壤重金屬污染防控方面的技術(shù)還有待于進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。研究表明，設(shè)施菜田土壤各重金屬全量和有效態(tài)含量普遍高于露地菜田土壤，遠(yuǎn)高于大田土壤，因此設(shè)施蔬菜(特別是葉菜類(lèi)蔬菜)的重金屬含量比露地高(武志杰等，農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)原理與應(yīng)用，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2005)。由于我國(guó)設(shè)施菜田面積日益擴(kuò)大，解決設(shè)施土壤重金屬污染的技術(shù)需求十分迫切，開(kāi)發(fā)設(shè)施菜田重金屬污染防控技術(shù)和環(huán)境友好型產(chǎn)品，對(duì)于實(shí)現(xiàn)我國(guó)設(shè)施菜田的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和菜田的可持續(xù)利用，保障農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)，具有重要的實(shí)踐意義和廣闊的應(yīng)用前景，是城郊資源節(jié)約和環(huán)境協(xié)調(diào)型農(nóng)業(yè)發(fā)展的一項(xiàng)重大技術(shù)需求，是推進(jìn)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)的一項(xiàng)重要支撐技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種設(shè)施菜田土壤重金屬鈍化劑及其制備方法，它是一種工藝簡(jiǎn)單、原料充足、成本低廉、應(yīng)用效果明顯的利用麥飯石、硅藻土、沸石、褐煤、粉煤灰為主要原料制作設(shè)施菜田土壤重金屬鈍化劑的方法，用于鈍化設(shè)施菜田土壤重金屬，降低土壤中作物可利用態(tài)重金屬含量，解決設(shè)施菜田因土壤重金屬污染而影響其可持續(xù)利用的問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種設(shè)施菜田土壤重金屬鈍化劑，主要原料(按重量百分比計(jì))如下麥飯石粉1030%、硅藻土粉1030%、沸石粉1020%、褐煤2030%、粉煤灰2535%。上述設(shè)施菜田土壤重金屬鈍化劑制備方法，先將過(guò)80目篩的麥飯石粉、過(guò)80目篩的硅藻土粉、過(guò)80目篩的沸石粉與褐煤混合，攪拌均勻，再與過(guò)80目篩的粉煤灰混合，充分?jǐn)嚢?，混合均勻后，制成土壤重金屬鈍化劑。本發(fā)明利用利用各種配方成分的特定功效，通過(guò)各成分的協(xié)同作用，達(dá)到鈍化設(shè)施菜田土壤重金屬，降低土壤中作物可利用態(tài)重金屬含量的效果。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，無(wú)污染，原料充足，容易實(shí)施，所用主要原料價(jià)格低廉，不僅適合工廠化生產(chǎn)，也適合個(gè)體業(yè)戶生產(chǎn)。2.本發(fā)明中原料配伍合理，每種原料均有特有的功效(1)麥飯石是一種優(yōu)質(zhì)環(huán)保性天然礦物材料，是一種風(fēng)化或半風(fēng)化的淺成或超淺成中酸性巖，其中含有高嶺石、埃洛石等粘土礦物，是多孔性海綿狀特殊結(jié)構(gòu)，表面積大，具有強(qiáng)烈的靜電引力，因此對(duì)汞、鉛、鎘、砷等重金屬具有強(qiáng)吸附作用，過(guò)80目篩的麥飯石對(duì)鉛的吸附能力較強(qiáng)；(2)硅藻土一般是由統(tǒng)稱(chēng)為硅藻的單細(xì)胞藻類(lèi)死亡以后的硅酸鹽遺骸形成的，主要化學(xué)成份為含水的非晶體二氧化硅，伴有少量蒙脫石、高嶺石等粘土礦物(鐵、鈣、鎂、鋁氧化物)和有機(jī)質(zhì)。其化學(xué)性能穩(wěn)定，孔溶大、孔徑大、比表面積大，對(duì)重金屬有較強(qiáng)的吸附性強(qiáng)；(3)沸石具有很強(qiáng)的離子交換和離子吸附能力，可有效吸附重金屬離子。由于沸石比表面大，其本身的格架結(jié)構(gòu)和配位鍵不平衡，決定了沸石能夠作為離子交換劑使用，能夠同時(shí)吸附土壤溶液中的鉛、汞、銅、鋅、鎘等重金屬離子；(4)褐煤含有較高的腐植酸，腐植酸分子中含有多種功能基。其中主要是含氧的酸性功能基和一些中性功能基和堿性功能基，其中羧基是最重要的功能基，具有較強(qiáng)的離子交換、對(duì)金屬離子的絡(luò)合作用、氧化-還原性等；通過(guò)腐植酸的配合作用和吸附作用，土壤溶液中可溶態(tài)的六價(jià)鉻、鋅、鎘含量降低，可有效對(duì)土壤中重金屬進(jìn)行固化；(5)粉煤灰是火力發(fā)電廠的固體廢棄物，它含有豐富的氧化鈣和氧化鎂，它和石灰一樣能起到鈍化污泥中的重金屬的作用；加入粉煤灰，可使土壤中鋅、銅、鉛、鎘的交換態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)含量下降，而鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)含量增加，從而對(duì)重金屬具有較好的鈍化作用效果。3.本發(fā)明中無(wú)機(jī)物與有機(jī)物，并有效利用了粉煤灰這種工業(yè)廢棄物，是一種較好的廢棄物無(wú)害化處理和資源化利用技術(shù)。4.本發(fā)明為一種環(huán)境友好型防控設(shè)施菜田重金屬污染的制品，可單獨(dú)施入設(shè)施菜田，也可與底肥混拌后施用，使用時(shí)省工省力。具體實(shí)施例方式本發(fā)明中，麥飯石選用遼寧省阜新市生產(chǎn)的麥飯石，主要礦物成分為斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石，其次為石英、普通角閃石、黑云母等。麥飯石粉過(guò)60目篩，其主要化學(xué)成分(按重量百分比計(jì))如下二氧化硅6367%、二氧化鈦0.51.0%、三氧化二鋁1416%、氧化鐵46%、氧化鎂12%、氧化鈣34%、氧化鈉35%、氧化鉀35%，余量為雜質(zhì)。本發(fā)明中，硅藻土選用吉林長(zhǎng)白硅藻土有限責(zé)任公司生產(chǎn)的過(guò)80目篩的硅藻土粉，主要化學(xué)成分(按重量百分比計(jì))如下二氧化硅9194%、三氧化二鋁23%、三氧化二鐵0.40.6%、氧化鎂0.10.3%、氧化鈣0.20.4%，余量為雜質(zhì)；pH為79，比表面積為每克6070平方米。本發(fā)明中，沸石粉為天然沸石經(jīng)粉碎后過(guò)80目篩的市售產(chǎn)品，天然沸石粉的主要化學(xué)成分(按重量百分比計(jì))如下二氧化硅6469%、二氧化鈦0.080.13%、三氧化二鋁1213%、三氧化二鐵0.81.5%、氧化鎂0.11.2%、氧化鈣1.73.6%、氧化鈉0.32.6%、氧化鉀1.13.0%，余量為雜質(zhì)。物理化學(xué)指標(biāo)達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)銨交換能力10002000毫摩爾/千克、pH值7.29.0。本發(fā)明中，褐煤采用內(nèi)蒙古自治區(qū)霍林郭勒煤礦生產(chǎn)的產(chǎn)品，是一種天然有機(jī)物質(zhì)，含有3050wt%腐植酸。褐煤的主要化學(xué)組成(按重量百分比計(jì))為含碳7080%、氫56%、氮和氧1525%，余量為雜質(zhì)。本發(fā)明中，粉煤灰采用熱電廠粉煤灰，過(guò)80目篩。其主要化學(xué)組成(按重量百分比計(jì))如下二氧化硅4060%、三氧化二鋁2535%、三氧化二鐵515%、氧化鈣310%，氧化鎂12%、氧化鉀12%，氧化鈉12%、余量為雜質(zhì)。實(shí)施例1將過(guò)80目篩的麥飯石粉20千克、過(guò)80目篩的硅藻土20千克、過(guò)80目篩的沸石粉10千克，與25千克褐煤混合，攪拌均勻，再與過(guò)80目篩粉煤灰25千克混合，充分?jǐn)嚢?，混合均勻后，制成土壤重金屬鈍化劑。實(shí)施例210與實(shí)施例1不同之處在于原料配比有所差別(見(jiàn)表1)，制備方法同實(shí)施例1。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>應(yīng)用例1選擇遼寧省沈陽(yáng)市郊區(qū)使用年限為7年的設(shè)施菜田，分別采集設(shè)施菜田和相鄰露地菜田表層土壤(020cm)，測(cè)定土壤重金屬全量(結(jié)果見(jiàn)表2)。結(jié)果表明，設(shè)施菜田重金屬含量明顯高于相鄰的露地菜田土壤。表2供試設(shè)施菜田土壤與相鄰露地菜田土壤重金屬全量比較(毫克/千克)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>采集設(shè)施菜田土壤樣本，風(fēng)干粉碎，過(guò)10目篩，混合均勻后備用。試驗(yàn)分為兩組試驗(yàn)1和試驗(yàn)2。以折合每667平方米施入本發(fā)明實(shí)施例1土壤重金屬鈍化劑25千克、35千克和50千克為處理1、2、3，不施重金屬鈍化劑處理為對(duì)照，每組試驗(yàn)3次重復(fù)，兩組試驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行。試驗(yàn)1將各處理的重金屬鈍化劑與土壤充分混合均勻后，裝入塑料盆中，噴入少量水分，靜置1周，移栽事先育成的油菜苗5株，正常管理，30天后收獲小油菜可食用部分進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室處理，備用。試驗(yàn)2與試驗(yàn)1的差別是不種植物，在收獲小油菜的同時(shí)取土，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室處理，用DTPA為浸提劑，提取有效態(tài)重金屬，備測(cè)。土壤有效態(tài)重金屬含量和植株體內(nèi)重金屬含量用原子吸收分光光度法測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表3。表3盆栽試驗(yàn)1個(gè)月后土壤有效態(tài)重金屬與供試蔬菜植株重金屬含量比較<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表3結(jié)果表明，施用本發(fā)明實(shí)施例1的重金屬鈍化劑可明顯降低土壤中有效態(tài)重金屬含量，起到鈍化設(shè)施菜田土壤重金屬的效果；同時(shí)，可明顯降低葉菜中重金屬含量。權(quán)利要求一種設(shè)施菜田土壤重金屬鈍化劑，其特征在于，按重量百分比計(jì)，該土壤重金屬鈍化劑主要原料如下麥麥飯石粉10～30％、硅藻土粉10～30％、沸石粉10～20％、褐煤20～30％、粉煤灰25～35％。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)施菜田土壤重金屬鈍化劑的制備方法，其特征在于先將麥飯石粉、硅藻土粉、沸石粉與褐煤混合，攪拌均勻，再與粉煤灰混合，充分?jǐn)嚢?，混合均勻后，制成土壤重金屬鈍化劑。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)施菜田土壤重金屬鈍化劑的制備方法，其特征在于所述麥飯石粉為過(guò)80目篩的麥飯石粉，其主要化學(xué)成分按重量百分比計(jì)二氧化硅6367%、二氧化鈦0.51.0%、三氧化二鋁1416%、氧化鐵46%、氧化鎂12%、氧化鈣34%、氧化鈉35%、氧化鉀35%，其余為雜質(zhì)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)施菜田土壤重金屬鈍化劑的制備方法，其特征在于所述硅藻土粉為過(guò)80目篩的硅藻土粉，其主要化學(xué)成分按重量百分比計(jì)二氧化硅9194%、三氧化二鋁23%、三氧化二鐵0.40.6%、氧化鎂0.10.3%、氧化鈣0.20.4%，余量為雜質(zhì)。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)施菜田土壤重金屬鈍化劑的制備方法，其特征在于所述沸石粉為過(guò)80目篩的沸石粉，沸石粉的銨交換能力為10002000毫摩爾/千克、pH值7.29.O06.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)施菜田土壤重金屬鈍化劑的制備方法，其特征在于所述褐煤為天然褐煤，含腐植酸3050wt%。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)施菜田土壤重金屬鈍化劑的制備方法，其特征在于所述粉煤灰為熱電廠生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的粉煤灰，過(guò)80目篩。全文摘要本發(fā)明涉及土壤改良技術(shù)和環(huán)境保護(hù)技術(shù)，具體為一種設(shè)施菜田土壤重金屬鈍化劑及其制備方法，解決設(shè)施菜田因土壤重金屬污染而影響其可持續(xù)利用的問(wèn)題。該設(shè)施菜田土壤重金屬鈍化劑按重量百分比計(jì)，麥飯石粉10～30％、硅藻土粉10～30％、沸石粉10～20％、褐煤20～30％、粉煤灰25～35％。土壤重金屬鈍化劑的制備方法先將過(guò)80目篩的麥飯石粉、過(guò)80目篩的硅藻土粉、過(guò)80目篩的沸石粉與褐煤混合，攪拌均勻，再與過(guò)80目篩的粉煤灰混合，充分?jǐn)嚢?，混合均勻后，制成土壤重金屬鈍化劑。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，通過(guò)各成分的協(xié)同作用，達(dá)到鈍化設(shè)施菜田土壤重金屬，降低土壤中作物可利用態(tài)重金屬含量的效果。文檔編號(hào)C09K101/00GK101805617SQ20091030041公開(kāi)日2010年8月18日申請(qǐng)日期2009年2月16日優(yōu)先權(quán)日2009年2月16日發(fā)明者劉廣純,姜勇,孟凡祥,張玉革申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所