專利名稱：重金屬污染酸性土壤修復(fù)材料及其制備方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)林業(yè)領(lǐng) 域中的土壤原位修復(fù)材料，具體地指一種重金屬污染酸性土壤修復(fù)材料及其制備方法和用途。
背景技術(shù)：
酸性土壤是pH值小于7的土壤總稱。在我國熱帶、亞熱帶地區(qū)廣泛分布著各種紅色或黃色的酸性土壤，當(dāng)?shù)貧鉁馗?、雨量大，年降雨多?500mm以上。這種高溫多雨、濕熱同季的特點(diǎn)，使土壤的風(fēng)化和成土作用均甚強(qiáng)烈，生物質(zhì)的循環(huán)十分迅速。由于土壤中鹽基高度不飽和，其PH值一般維持在4. 5 6之間。同時(shí)由于鐵鋁氧化物有明顯積聚，土壤酸瘦。酸性土壤中一個(gè)嚴(yán)重的問題是養(yǎng)分有效性低，而且所涉及的養(yǎng)分種類也比較多。另外， 在酸性條件下，土壤中氫、錳、鋁等離子毒害也嚴(yán)重影響植物的正常生長。我國酸性土壤覆蓋面積廣泛，如何低成本、高效率地改良、修復(fù)酸性土壤是一項(xiàng)前沿科學(xué)技術(shù)。土壤重金屬污染是指由于人類活動(dòng)，土壤中的微量有害元素含量超過背景值，或過量沉積而引起的含量過高，統(tǒng)稱為土壤重金屬污染。污染土壤的重金屬主要包括汞(Hg)、 鎘(Cd)、鉛(Pb)、鉻(Cr)和類金屬砷(As)等生物毒性顯著的元素，以及有一定毒性的鋅 (Zn)、銅(Cu)、鎳(Ni)等元素。這些元素主要來自農(nóng)藥、廢水、污泥和大氣沉降等，如汞污染主要來自含汞廢水，鎘、鉛污染主要來自冶煉排放和汽車廢氣沉降，砷污染則是被大量用作殺蟲劑、殺菌劑、殺鼠劑和除草劑所致。過量重金屬可引起植物生理功能紊亂、營養(yǎng)失調(diào)， 鎘、汞等元素在作物籽實(shí)中富集系數(shù)較高，即使超過食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，也不影響作物的生長、 發(fā)育和產(chǎn)量。此外，汞、砷能減弱和抑制土壤中硝化、氨化細(xì)菌活動(dòng)，影響氮素供應(yīng)。重金屬污染物在土壤中移動(dòng)性很小，不易隨水淋濾，不為微生物降解，通過食物鏈進(jìn)入人體后，潛在危害極大，因此應(yīng)特別注意防止重金屬對土壤的污染。目前，世界各國均很重視重金屬污染治理，并對其有廣泛的研究，認(rèn)為基于穩(wěn)定、固化以及重金屬吸附原理的土壤原位修復(fù)技術(shù)更為經(jīng)濟(jì)實(shí)用，操作簡單，效果更好。生物質(zhì)發(fā)電是指利用生物質(zhì)資源進(jìn)行發(fā)電的技術(shù)。目前，生物質(zhì)發(fā)電主要是利用農(nóng)林廢棄物直接燃燒發(fā)電。2003年以來，我國加快了推動(dòng)生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)發(fā)展的步伐，已公布的《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》也確定了到2020年生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)3000萬千瓦的發(fā)展目標(biāo)。作為一種前景廣闊的可再生能源，生物質(zhì)發(fā)電在處理農(nóng)林固廢、豐富能源結(jié)構(gòu)上起到了重要作用。但隨著生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，也帶來了生物質(zhì)電廠固體廢棄物難以處理等棘手問題，特別是生物質(zhì)電廠灰(草木灰、稻殼灰)等難以資源化利用的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要提供一種重金屬污染酸性土壤修復(fù)材料及其制備方法和用途。該修復(fù)材料以生物質(zhì)電廠灰、礦渣粉、鋼渣粉作為固化劑，以粉煤灰和膨潤土作為分散助劑，生物質(zhì)電廠灰還是PH值調(diào)理劑和營養(yǎng)劑，經(jīng)混合組配制成。將其用于土壤改良，可以在3至6個(gè)月的時(shí)間內(nèi)，低成本、高效率地將遭受重金屬污染的酸性土壤原位快速修復(fù)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所研制的重金屬污染酸性土壤修復(fù)材料，它以生物質(zhì)電廠灰、礦渣粉、鋼渣粉、粉煤灰和膨潤土為原料，在干粉狀態(tài)下均勻混合組配而成，其中各組份干物質(zhì)的重量百分比為生物質(zhì)電廠灰10 20%、礦渣粉10 20%、鋼渣粉10 30%、 粉煤灰5 10%、膨潤土 25 50%。 上述重金屬污染酸性土壤修復(fù)材料的具體配比可根據(jù)不同的土壤環(huán)境背景值作出優(yōu)化調(diào)整當(dāng)強(qiáng)調(diào)重金屬固化/穩(wěn)定效果時(shí)，所述各組份干物質(zhì)的重量百分比為生物質(zhì)電廠灰10 15 %、礦渣粉10 20 %、鋼渣粉10 25 %、粉煤灰8 10 %、膨潤土 30 50 %。當(dāng)強(qiáng)調(diào)酸性土壤pH值以及營養(yǎng)成分調(diào)節(jié)時(shí)所述各組份干物質(zhì)的重量百分比為 生物質(zhì)電廠灰15 20%、礦渣粉10 15%、鋼渣粉15 30%、粉煤灰5 8%、膨潤土 27 42%。當(dāng)同時(shí)兼顧重金屬固化/穩(wěn)定效果和酸性土壤PH值以及營養(yǎng)成分調(diào)節(jié)時(shí)所述各組份干物質(zhì)的重量百分比為生物質(zhì)電廠灰12 15%、礦渣粉12 18%、鋼渣粉20 25%,粉煤灰6 9%、膨潤土 33 45%。本發(fā)明所述重金屬污染酸性土壤修復(fù)材料的制備方法，包括如下步驟1)干燥將所述各組份原料干燥至其含水率小于或等于1%，以保持各組份原料的固有活性；2)配料按所述重量配比分別稱量出各組份原料，輸送至攪拌倉中；3)攪拌攪拌各組份原料，攪拌均勻后裝袋或者貯存。進(jìn)一步地，上述制備方法的步驟3)中，控制攪拌時(shí)間為120 180秒，以使各組份充分混合均勻。本發(fā)明所述重金屬污染酸性土壤修復(fù)材料的用途，是對遭受重金屬污染的酸性土壤進(jìn)行原位修復(fù)改良的方法，包括如下步驟(1)施用在遭受污染的土壤表面覆蓋一層所述修復(fù)材料，并通過翻耕、攪拌的方式將遭受污染的土壤表層與所述修復(fù)材料混合均勻；(2)修復(fù)經(jīng)過3至6個(gè)月的時(shí)間，檢測修復(fù)土壤中的鎘、鉛、鉻、銅、鋅、錳、汞、砷、 鎳以及土壤PH值滿足《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB15618-1995中二級土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求即可。作為優(yōu)選方案，上述用途的步驟(1)中，所覆蓋的修復(fù)材料厚度為1 5cm，所翻耕、攪拌的遭受污染的土壤表層厚度小于或等于25cm。本發(fā)明所述重金屬污染酸性土壤修復(fù)材料的修復(fù)機(jī)理在于礦渣粉復(fù)配鋼渣粉以及部分生物質(zhì)電廠灰后，可以起到穩(wěn)定/固化重金屬元素的作用，降低重金屬元素在土壤中的生物有效性；粉煤灰、膨潤土可以起到降低重金屬活性以及分散劑的作用；另外，堿性生物質(zhì)電廠灰的高鉀特性可以起到補(bǔ)充酸性土壤中鉀元素缺乏的作用，從而提升土壤的PH值。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面其一，本發(fā)明原料來源廣泛，可充分利用農(nóng)業(yè)、工業(yè)領(lǐng)域中固體廢棄物制備環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)、多功能特性的綠色材料，是固體廢棄物資源化利用以及土壤修復(fù)材料的重要發(fā)展方向之一，具有顯著的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。
其二，本發(fā)明適用于對大范圍表層重金屬污染酸性土壤的修復(fù)和改良，例如重金屬污染農(nóng)田的土壤修復(fù)。其三，本發(fā)明可對遭受重金屬污染的酸性土壤進(jìn)行原位修復(fù)，不僅修復(fù)材料和修復(fù)工藝成本低廉，而且修復(fù)措施簡便易行，修復(fù)過程快捷，效果明顯。 綜上所述，本發(fā)明利用生物質(zhì)電廠灰潛在的水化活性以及堿性特點(diǎn)，處理及修復(fù)受到重金屬污染的酸性土壤是一舉三得的措施，既可以解決生物質(zhì)電廠灰資源化問題，同時(shí)可以穩(wěn)定土壤中的有害元素、改良酸性土壤成分與特性。
具體實(shí)施例方式為了更好地解釋本發(fā)明，以下結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的主要內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于以下實(shí)施例。實(shí)施例1 本發(fā)明各組份原料的準(zhǔn)備生物質(zhì)電廠灰選用以農(nóng)林固體廢物為燃料燃燒后由布袋除塵器收集的鍋爐飛灰；礦渣粉、鋼渣粉、粉煤灰和膨潤土采用外購材料。本發(fā)明修復(fù)材料的制備方法，包括如下步驟1)干燥將生物質(zhì)電廠灰、礦渣粉、鋼渣粉、粉煤灰和膨潤土干燥至其含水率等于 0. 9%，以保持各組份原料的固有活性。2)配料按重量配比取生物質(zhì)電廠灰10kg、礦渣粉20kg、鋼渣粉20kg、粉煤灰 10kg、膨潤土 40kg，輸送至攪拌倉中。3)攪拌使用無重力攪拌機(jī)均勻攪拌上述原料，控制攪拌時(shí)間為120秒，即可獲得本發(fā)明的修復(fù)材料。該修復(fù)材料可以裝袋運(yùn)輸或者貯存，也可以直接由氣力輸送裝置送入粉罐貯存。應(yīng)用上述修復(fù)材料對遭受重金屬污染的酸性土壤進(jìn)行原位修復(fù)的具體方法，包括如下步驟(1)施用在遭受污染的土壤表面覆蓋一層4cm厚度的修復(fù)材料，通過翻耕、攪拌的方式，將20cm厚度的遭受污染的土壤表層與修復(fù)材料混合均勻。(2)修復(fù)經(jīng)過3個(gè)月又15天時(shí)間的修復(fù)過程，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)修復(fù)土壤中鎘、鉛、 鉻、銅、鋅、錳、汞、砷、鎳失去生物有效性，有毒重金屬元素濃度以及土壤pH值滿足《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB15618-1995中二級土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求，實(shí)現(xiàn)了重金屬污染酸性土壤的原位修復(fù)。實(shí)施例2 本發(fā)明各組份原料的準(zhǔn)備與實(shí)施例1相同。本發(fā)明修復(fù)材料的制備方法，包括如下步驟1)干燥將生物質(zhì)電廠灰、礦渣粉、鋼渣粉、粉煤灰和膨潤土干燥至其含水率等于 0. 8%，以保持各組份原料的固有活性。2)配料按重量配比取生物質(zhì)電廠灰15kg、礦渣粉15kg、鋼渣粉15kg、粉煤灰 8kg、膨潤土 42kg，輸送至攪拌倉中。3)攪拌使用無重力攪拌機(jī)均勻攪拌上述原料，控制攪拌時(shí)間為180秒，即可獲得本發(fā)明的修復(fù)材料。
應(yīng)用上述修復(fù)材料對遭受重金屬污染的酸性土壤進(jìn)行原位修復(fù)的具體方法，包括如下步驟(1)施用在遭受污染的土壤表面覆蓋一層3cm厚度的修復(fù)材料，通過翻耕、攪拌的方式，將15cm厚度的遭受污染的土壤表層與修復(fù)材料混合均勻。(2)修復(fù)經(jīng)過5個(gè)月時(shí)間的 修復(fù)過程，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)修復(fù)土壤中鎘、鉛、鉻、銅、鋅、 錳、汞、砷、鎳失去生物有效性，有毒重金屬元素濃度以及土壤PH值滿足《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB15618-1995中二級土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求，實(shí)現(xiàn)了重金屬污染酸性土壤的原位修
Μ. ο實(shí)施例3 本發(fā)明各組份原料的準(zhǔn)備與實(shí)施例1相同。本發(fā)明修復(fù)材料的制備方法，包括如下步驟1)干燥將生物質(zhì)電廠灰、礦渣粉、鋼渣粉、粉煤灰和膨潤土干燥至其含水率等于 0. 5%，以保持各組份原料的固有活性。2)配料按重量配比取生物質(zhì)電廠灰12kg、礦渣粉15kg、鋼渣粉22kg、粉煤灰 9kg、膨潤土 42kg，輸送至攪拌倉中。3)攪拌使用無重力攪拌機(jī)均勻攪拌上述原料，控制攪拌時(shí)間為150秒，即可獲得本發(fā)明的修復(fù)材料。應(yīng)用上述修復(fù)材料對遭受重金屬污染的酸性土壤進(jìn)行原位修復(fù)的具體方法，包括如下步驟(1)施用在遭受污染的土壤表面覆蓋一層2cm厚度的修復(fù)材料，通過翻耕、攪拌的方式，將IOcm厚度的遭受污染的土壤表層與修復(fù)材料混合均勻。(2)修復(fù)經(jīng)過6個(gè)月時(shí)間的修復(fù)過程，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)修復(fù)土壤中鎘、鉛、鉻、銅、鋅、 錳、汞、砷、鎳失去生物有效性，有毒重金屬元素濃度以及土壤PH值滿足《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB15618-1995中二級土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求，實(shí)現(xiàn)了重金屬污染酸性土壤的原位修
Μ. ο
權(quán)利要求
1.一種重金屬污染酸性土壤修復(fù)材料，它以生物質(zhì)電廠灰、礦渣粉、鋼渣粉、粉煤灰和膨潤土為原料，在干粉狀態(tài)下均勻混合組配而成，其中各組份干物質(zhì)的重量百分比為生物質(zhì)電廠灰10 20%、礦渣粉10 20%、鋼渣粉10 30%、粉煤灰5 10%、膨潤土 25 50%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重金屬污染酸性土壤修復(fù)材料，其特征在于所述各組份干物質(zhì)的重量百分比為生物質(zhì)電廠灰10 15%、礦渣粉10 20%、鋼渣粉10 25%、粉煤灰8 10%、膨潤土 30 50%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重金屬污染酸性土壤修復(fù)材料，其特征在于所述各組份干物質(zhì)的重量百分比為生物質(zhì)電廠灰15 20%、礦渣粉10 15%、鋼渣粉15 30%、粉煤灰5 8 %、膨潤土 27 42 %。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重金屬污染酸性土壤修復(fù)材料，其特征在于所述各組份干物質(zhì)的重量百分比為生物質(zhì)電廠灰12 15%、礦渣粉12 18%、鋼渣粉20 25%、粉煤灰6 9 %、膨潤土 33 45 %。
5.一種權(quán)利要求1所述重金屬污染酸性土壤修復(fù)材料的制備方法，包括如下步驟1)干燥將所述各組份原料干燥至其含水率小于或等于1%，以保持各組份原料的固有活性；2)配料按所述重量配比分別稱量出各組份原料，輸送至攪拌倉中；3)攪拌攪拌各組份原料，攪拌均勻后裝袋或者貯存。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述重金屬污染酸性土壤修復(fù)材料的制備方法，其特征在于所述步驟3)中，控制攪拌時(shí)間為120 180秒。
7.—種權(quán)利要求1所述重金屬污染酸性土壤修復(fù)材料的用途，它是對遭受重金屬污染的酸性土壤進(jìn)行原位修復(fù)改良的方法，包括如下步驟(1)施用在遭受污染的土壤表面覆蓋一層所述修復(fù)材料，并通過翻耕、攪拌的方式將遭受污染的土壤表層與所述修復(fù)材料混合均勻；(2)修復(fù)經(jīng)過3至6個(gè)月的時(shí)間，檢測修復(fù)土壤中的鎘、鉛、鉻、銅、鋅、錳、汞、砷、鎳以及土壤PH值滿足GB15618-1995中二級土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求即可。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述重金屬污染酸性土壤修復(fù)材料的用途，其特征在于所述步驟 (1)中，所覆蓋的修復(fù)材料厚度為1 5cm，所翻耕、攪拌的遭受污染的土壤表層厚度小于或等于25cm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種重金屬污染酸性土壤修復(fù)材料及其制備方法和用途。該修復(fù)材料是以生物質(zhì)電廠灰、礦渣粉、鋼渣粉、粉煤灰和膨潤土為原料，在干粉狀態(tài)下均勻混合組配而成的，其中各組份干物質(zhì)的重量百分比為生物質(zhì)電廠灰10～20％、礦渣粉10～20％、鋼渣粉10～30％、粉煤灰5～10％、膨潤土25～50％。其制備方法是先將各組份原料干燥至其含水率小于或等于1％，再按重量配比分別稱量出各組份原料，最后攪拌均勻即可。對遭受重金屬污染的酸性土壤進(jìn)行原位修復(fù)時(shí)，在其表面覆蓋一層修復(fù)材料，并通過翻耕、攪拌的方式將土壤表層與修復(fù)材料混合均勻，經(jīng)過3至6個(gè)月的時(shí)間，檢測修復(fù)土壤中的鎘、鉛、鉻、銅、鋅、錳、汞、砷、鎳以及土壤pH值滿足GB15618-1995中二級土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求即可。
文檔編號(hào)B09C1/08GK102329620SQ20111030962
公開日2012年1月25日 申請日期2011年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月13日
發(fā)明者張巖豐, 方章建, 李江川, 薛永杰, 陶磊明 申請人:武漢凱迪工程技術(shù)研究總院有限公司