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以重金屬污染底泥于石漠化地表構(gòu)建耕作層土壤的方法

文檔序號:4873133閱讀:816來源:國知局
以重金屬污染底泥于石漠化地表構(gòu)建耕作層土壤的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種以重金屬污染底泥于石漠化地表構(gòu)建耕作層土壤的方法,包括如下步驟:1)將待整治石漠化地地表的石塊進行破碎,平整地面;2)將河沙均勻平鋪于平整后的地面上;3)將重金屬污染底泥平鋪于河沙上;4)將穩(wěn)定劑撒于重金屬污染底泥上;5)第一次旋耕;6)干濕交替處理15天,暴曬7天,進行第二次旋耕,旋耕方向和第二次相反;待旋耕后底泥、河沙、穩(wěn)定劑的混合物質(zhì)量含水率自然降低到25~30%,進行第三次旋耕,旋耕方向與第二次垂直;7)第三次旋耕后種植豆科綠肥1茬,進行第四次旋耕將綠肥還田,2個月后得到耕作層土壤。本方法得到的耕作層土壤重金屬穩(wěn)定化效果明顯,種植的蔬菜作物重金屬含量符合國家標(biāo)準(zhǔn)。
【專利說明】以重金屬污染底泥于石漠化地表構(gòu)建耕作層土壤的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于土地整治工程領(lǐng)域,特別涉及一種以重金屬污染底泥于石漠化地表構(gòu)建耕作層土壤的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]土地整治是對低效利用、不合理利用、未利用以及生產(chǎn)建設(shè)活動和自然災(zāi)害損毀的土地進行整治,提高土地利用效率的活動;也是盤活存量土地、強化節(jié)約集約用地、適時補充耕地和提升土地產(chǎn)能的重要手段。其中土地整治工程中對耕作層土壤的要求特別的高,即通過整治后耕地質(zhì)量比整治前耕地質(zhì)量提高至少一個等級。具體指標(biāo)就是整治土層厚度為15~20cm以上,養(yǎng)分齊全,有機質(zhì)豐富,團粒結(jié)構(gòu)好,土壤環(huán)境好,適宜進行長期耕作。在現(xiàn)階段的土地整治工程中,耕作層土壤的來源主要有以下幾個模式:(I)剝離表土層回填;(2)開發(fā)建設(shè)項目客土回填;(3)在現(xiàn)有耕作層土壤中施加肥料改良等三種主要的耕作層土壤來源模式,但是上述模式都是基于在整治工程中土壤資源較豐富的地區(qū)可實現(xiàn),且部分模式受土壤運距的原因?qū)е陆?jīng)濟技術(shù)成本較高而不可實現(xiàn)。
[0003]石漠化是指在熱帶、亞熱帶濕潤、半濕潤氣候條件和巖溶極其發(fā)育的自然背景下,受人為活動干擾,使地表植被遭受破壞,導(dǎo)致土壤嚴(yán)重流失,基巖大面積裸露或礫石堆積的土地退化現(xiàn)象,也是巖溶地區(qū)土地退化的極端形式,石漠化的后果就是該地區(qū)的土地資源喪失。在石漠化區(qū)土地整治工程中解決耕作層土壤的問題是非常重要的,缺少土壤也是限制石漠化區(qū)土地整治工程快速推進的主要經(jīng)濟技術(shù)因素。
[0004]底泥是水體的重要組成部分,主要由粘土礦物、有機質(zhì)、活性金屬氧化物組成,這種天然的顆粒物具有巨 大的比表面積,在水環(huán)境中發(fā)揮著重要的作用,它是水中各種污染物的源和匯。底泥疏浚是改善湖泊水質(zhì)的有效措施,處置疏浚底泥需要同時達到安全、合理、經(jīng)濟的要求。底泥的資源化利用越來愈多地得到人們的關(guān)注,輕、中度污染的疏浚底泥資源化利用途徑中,土地利用具有用量大、技術(shù)簡單和經(jīng)濟性好的優(yōu)勢,疏浚底泥的農(nóng)業(yè)資源化利用,不僅可以變廢為寶,而且減少了環(huán)境污染。
[0005]由于湖泊底泥中含有豐富的有機質(zhì)、氮、磷等營養(yǎng)元素,其資源化利用己經(jīng)成為當(dāng)今研究的熱點,但其中的重金屬元素超標(biāo)己成為制約其農(nóng)業(yè)資源化利用的關(guān)鍵因素。許多學(xué)者針對如何減少和降低疏浚底泥中重金屬毒害作用展開了廣泛的研究,但系統(tǒng)性、經(jīng)濟性和實用性還達不到要求。因此,如何對湖泊底泥進行合理資源化利用并避免重金屬對土壤一植物系統(tǒng)污染的研究就顯得具有十分重要的意義。另外,由于底泥中粘土礦物含量較高,導(dǎo)致脫水后的底泥易板結(jié)成硬塊,其物理結(jié)構(gòu)不適于植物生長。因此在解決重金屬污染的同時還需要調(diào)節(jié)、改良其構(gòu)建土壤的物理化學(xué)性質(zhì)。
[0006]河道底泥的資源化利用研究,不僅可以解決底泥出路問題,又可以產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益。底泥資源化技術(shù)主要有:制磚、制陶粒、吸附劑、土地利用等。許多研究表明,湖泊底泥土地利用后,總團粒結(jié)構(gòu)和水穩(wěn)性團粒結(jié)構(gòu)增加;同時也提高了土壤含水量、田間持水量以及土壤孔隙度和毛管孔隙度。有機質(zhì)含量高以及腐熟化程度較高的底泥施用后,能夠使土壤容重減小,土壤固相容積逐漸減少,液相和氣相容積逐漸增加;但是粘土礦物含量較高及低腐熟的底泥則可能增加土壤容重和引起板結(jié)。因此,底泥的施用可以明顯改善土壤的各種理化性狀,從而提高土壤保水、保肥及供水、供肥的能力。底泥及其配制成的底泥顆粒肥料含有一定量的養(yǎng)分,比豬糞養(yǎng)分含量高,具有一定的肥效作用。由此說明底泥土地利用后,均能提高土壤養(yǎng)分含量水平。底泥土地利用不僅能帶入大量有機質(zhì)和礦質(zhì)養(yǎng)分,為土壤中的微生物提供養(yǎng)分,而且底泥本身含有豐富的微生物,提高了土壤微生物的數(shù)量。同時,施用城市污泥可以改變土壤微生物的種群結(jié)構(gòu),提高土壤硝化細(xì)菌的比例,增加酶活性,提聞土壤的基礎(chǔ)肥力和土壤腐殖質(zhì)的含量。底泥中含有大量的氣和憐,也含有鐘、鈣、鐵、硫、鎂、鋅、銅、錳、硼、鑰等微量元素,可以緩慢供給植株生長所需的養(yǎng)分。
[0007]同時底泥土地利用存在的風(fēng)險主要為重金屬污染,底泥中重金屬種類繁多,主要有Cu、Pb、Zn、N1、Cr、Hg、Cd等,是限制其大規(guī)模土地利用的重要因素。目前對土壤重金屬的污染研究較多,主要集中在底泥土地利用后土壤耕層重金屬的變化、作物各部位重金屬累積量、存在形態(tài)及其影響等。底泥合理農(nóng)用不會造成土壤和農(nóng)產(chǎn)品的重金屬污染,但長期施用會增加土壤中重金屬的含量。因此,長期施用湖泊底泥及其肥料需進行必要的監(jiān)測。底泥中含有多種有機污染物,通過生物富集作用可以在生物體內(nèi)達到較高的水平,從而產(chǎn)生較強的毒害作用,通過食物鏈還可能危害到人類的健康。
[0008]另外,自然脫水后的底泥質(zhì)地非常緊實,容重高達1.89g/cm3,孔隙度只有23.8%。適合植物良好生長的土壤孔隙度范圍一般為55%~65%。孔隙度低的土壤非常緊實堅硬,影響植物根系的生長和呼吸。因此,如果不對疏浚底泥進行質(zhì)地調(diào)節(jié),就不能成為植物生長的介質(zhì),影響其大量用于土地。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對現(xiàn)有 的石漠化地區(qū)土壤整治技術(shù)上的不足、底泥農(nóng)業(yè)資源化利用技術(shù)的不足,本發(fā)明的目的在于提供一種以重金屬污染底泥于石漠化地表構(gòu)建耕作層土壤的方法。
[0010]本發(fā)明提供的一種以重金屬污染底泥于石漠化地表構(gòu)建耕作層土壤的方法,包括如下步驟:
[0011]I)將待整治石漠化地地表的石塊進行破碎,平整地面;
[0012]2)將河沙均勻平鋪于步驟I)平整后的地面上;
[0013]3)將重金屬污染底泥平鋪于步驟2)所述的河沙上;
[0014]4)將穩(wěn)定劑撒于步驟3)所述重金屬污染底泥上;
[0015]5)在完成步驟4)的地面上進行第一次旋耕;
[0016]6)干濕交替處理15天,暴曬7天,進行第二次旋耕,旋耕方向和第二次相反;待旋耕后底泥、河沙、穩(wěn)定劑的混合物質(zhì)量含水率自然脫水降低到25~30%,進行第三次旋耕,旋耕方向與第二次垂直;
[0017]7)第三次旋耕后種植豆科綠肥I茬,綠肥株高達到30-35cm時進行第四次旋耕將綠肥還田,2個月后得到耕作層土壤。
[0018]其中,步驟I)所述石塊進行破碎的標(biāo)準(zhǔn)為破碎后石塊粒徑< 5cm。
[0019]其中,步驟I)所述平整地面的標(biāo)準(zhǔn)為坡度比< 3:1000。
[0020]其 中,步驟2)所述河沙的粒徑≥0.02mm,河沙平鋪的厚度為30~35cm。該層河沙部分作為耕作層土壤的基部墊層、另一部分作為土壤混合層。
[0021]其中,步驟3)所述的重金屬污染底泥為重金屬污染河道底泥和/或重金屬污染湖泊底泥。
[0022]其中,步驟3)所述重金屬污染底泥平鋪的厚度為18~24cm,優(yōu)選20cm。
[0023]其中,步驟4)所述的穩(wěn)定劑為重金屬處理穩(wěn)定劑,優(yōu)選為包括以下重量份成分的穩(wěn)定劑:鈣鎂磷肥5份,氧化鈣5份,輕燒白云石I~3份。
[0024]其中,步驟4)所述的穩(wěn)定劑的使用量為:每100重量份底泥用穩(wěn)定劑0.6~0.9重量份,優(yōu)選每100重量份底泥用穩(wěn)定劑0.75重量份。
[0025]其中,步驟6)所述干濕交替處理15天,為噴水一次使底泥濕潤后晾曬5天,反復(fù)進行3次,共15天。
[0026]其中,所述第一次旋耕的深度為20cm ;第二次旋耕的深度為25cm ;第三次旋耕的深度為30cm ;第四次旋耕的深度為30cm ;4次的旋耕方式均為呈螺旋狀前進旋耕。
[0027]其中,所述豆科綠肥,優(yōu)選柱花草、扁豆、田菁中的一種或幾種。
[0028]本發(fā)明還提供以重金屬污染底泥于石漠化地表構(gòu)建耕作層土壤的方法在底泥重金屬污染治理上的應(yīng)用。
[0029]本發(fā)明還提供以重金屬污染底泥于石漠化地表構(gòu)建耕作層土壤方法得到的耕作層土壤在農(nóng)作物種植中的應(yīng)用。
[0030]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下優(yōu)點和效果: [0031]本發(fā)明以重金屬復(fù)合污染河道底泥為處理對象,采用鈣鎂磷肥、氧化鈣、輕燒白云石為重金屬穩(wěn)定劑,以河沙、還田綠肥為理化性質(zhì)改良劑,處理過的底泥重金屬穩(wěn)定效果好,可浸出成分減少,難于作物吸收,同時理化性質(zhì)改良效果明顯,具有良好的增產(chǎn)效果。為受污染河道底泥的資源化處置提供了出路,為石漠化區(qū)土地整治工程中耕作層土壤的構(gòu)建提出了新的方法,同時成為我國底泥資源化處置、土地整治工程中耕作層土壤構(gòu)建的互相補充與有機結(jié)合。
[0032]本發(fā)明第一次旋耕的深度為20cm,確保底泥和穩(wěn)定劑初步混合與接觸;干濕交替處理15天,暴曬7天后第二次旋耕,深度為25cm,旋耕方向與第一次反向,確保底泥、穩(wěn)定劑及部分河沙充分混合;底泥、河沙、穩(wěn)定劑的混合物質(zhì)量含水率降低到25~30%時進行第三次旋耕,旋耕方向與第二次旋耕垂直,深度為30cm,確保底泥和河沙按設(shè)計比例(體積2:1)進行混合,使得所構(gòu)建的耕作層土壤厚度符合土地整治的要求。本發(fā)明是通過現(xiàn)場底泥的鋪設(shè)厚度和旋耕深度來實現(xiàn)底泥和河沙的用量及底泥和河沙混合比例,具有實際的生產(chǎn)價值和意義。通過前三次旋耕土體沉降穩(wěn)定后,該土壤45cm厚從上到下O~25cm為耕作層土壤;25~35cm為過渡層(犁底層);35~45cm河沙墊層(母質(zhì)層),使得該土壤剖面垂直結(jié)構(gòu)合理。
[0033]本發(fā)明的方法處理后得到的耕作層土壤底泥顆粒直徑< 3cm,底泥及河沙混合均勻。
[0034]發(fā)明人從重金屬賦存形態(tài)和農(nóng)作物吸收的角度,通過重金屬的浸出試驗、蔬菜種植大田試驗,旱作作物大田試驗等方面證明了處理后底泥中的重金屬有良好的穩(wěn)定效果,防止了底泥在農(nóng)業(yè)資源化利用中的二次污染問題和食品安全問題。發(fā)明人從底泥構(gòu)建耕作層土壤后土壤的酸堿度調(diào)節(jié)試驗、土壤肥力改良及增產(chǎn)試驗、土壤機械組成調(diào)節(jié)試驗等方面證明了底泥構(gòu)建耕作層土壤可整體提高土壤質(zhì)量效果,為底泥在農(nóng)業(yè)資源化中的進一步利用打下了良好的基礎(chǔ)。
[0035]經(jīng)實際測試,本發(fā)明所述方法處理后的底泥,重金屬Cr、Cu、Zn和Cd的穩(wěn)定化效果明顯,種植的空心菜、柿子椒兩種蔬菜作物及旱作作物毛豆中的重金屬含量均低于最新發(fā)布的《GB2762-2012食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)-食品中污染物限量》中規(guī)定的的相關(guān)限值,且低于《GB18406.1-2001農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量無公害蔬菜安全要求》中規(guī)定的的相關(guān)限值。
【具體實施方式】
[0036]以下實施例用于說明本發(fā)明,但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0037]實施例1以重金屬污染底泥于石漠化地表構(gòu)建耕作層土壤的方法
[0038]2012年11月,在海南省海口市龍華區(qū)新坡鎮(zhèn)下寺村,將待整治石漠化地地表的石塊進行破碎,平整地面。石塊進行破碎的標(biāo)準(zhǔn)為破碎后石塊粒徑≤5cm,平整地面的標(biāo)準(zhǔn)為坡度比≤3:1000。
[0039]將來自于海口市南渡江新坡鎮(zhèn)河段的河沙(粒徑≥0.02mm)按照設(shè)計厚度35cm均勻平鋪于經(jīng)過平整處理過的石漠化地塊上,接著將疏浚出的海口市新坡鎮(zhèn)某河塘中的底泥進行自然脫水鋪平自然晾干脫水后均勻平鋪于河沙上面,底泥鋪設(shè)厚度為20cm。
[0040]均勻施撒穩(wěn)定劑到上述重金屬污染底泥上,所述穩(wěn)定劑包括鈣鎂磷肥、氧化鈣、輕燒白云石,三者對應(yīng)的質(zhì)量比例為5:5:2,每100重量份底泥用穩(wěn)定劑0.75重量份。
[0041]在撒了穩(wěn)定劑的地面上用旋耕機(東方紅1GQN-125旋耕機,中國一拖集團有限公司,后面的旋耕所用機器相同)進行第一次旋耕;干濕交替處理15天,暴曬7天,進行第二次旋耕,旋耕方向和第二次相反;待旋耕后底泥、河沙、穩(wěn)定劑的混合物質(zhì)量含水率自然降低到25~30%,進行第三次旋耕,旋耕方向與第二次垂直;第三次旋耕后種植豆科綠肥I茬,種植綠肥為柱花草,長到株高30cm后進行第四次旋耕將綠肥還田,2個月后得到耕作層土壤。所述干濕交替處理15天,為噴水一次使底泥濕潤后晾曬5天,反復(fù)進行3次,共15天。所述第一次旋耕的深度為20cm ;第二次旋耕的深度為25cm ;第三次旋耕的深度為30cm ;第四次旋耕的深度為30cm ;4次的旋耕方式均為呈螺旋狀前進旋耕。
[0042]第四次旋耕后2 個月,使用 EPA 的 Method_1311Toxicity CharacteristicLeaching Procedure (TCLP)進行測定,同時設(shè)置0.3%石灰+0.3% 鈣鎂磷肥做穩(wěn)定劑(100重量份底泥加0.3重量份石灰和0.3重量份鈣鎂磷肥)作為對比。所述方法處理后的底泥,TCLP浸出濃度明顯減少。其中,Cr元素的浸出濃度比未穩(wěn)定組減少了 36.30%,相對于石灰鈣鎂磷肥處理組減少了 56.53% ;Cu元素的浸出濃度比未穩(wěn)定組減少了 69.92%,相對于石灰鈣鎂磷肥處理組減少了 44.21% ;Zn元素的浸出濃度比未穩(wěn)定組減少了 28.05%,相對于石灰鈣鎂磷肥處理組減少了 26.04% ;Cd元素的浸出濃度比未穩(wěn)定組減少了 31.34%,相對于石灰鈣鎂磷肥處理組減少了 28.02% ;浸出液中Pb、As、Hg元素的濃度均低于檢出限。
[0043]結(jié)果具體見表1,重金屬浸出減少,穩(wěn)定效果明顯。
[0044]表1穩(wěn)定前后底泥TCLP浸出液中重金屬濃度(單位:μ g/L)
[0045]
【權(quán)利要求】
1.一種以重金屬污染底泥于石漠化地表構(gòu)建耕作層土壤的方法,包括如下步驟: 1)將待整治石漠化地地表的石塊進行破碎,平整地面; 2)將河沙均勻平鋪于步驟I)平整后的地面上; 3)將重金屬污染底泥平鋪于步驟2)所述的河沙上; 4)將穩(wěn)定劑撒于步驟3)所述重金屬污染底泥上; 5)在完成步驟4)的地面上進行第一次旋耕; 6)干濕交替處理15天,暴曬7天,進行第二次旋耕,旋耕方向和第二次相反;待旋耕后底泥、河沙、穩(wěn)定劑的混合物質(zhì)量含水率自然脫水降低到25~30%,進行第三次旋耕,旋耕方向與第二次垂直; 7)第三次旋耕后種植豆科綠肥I茬,綠肥株高達到30-35cm時進行第四次旋耕將綠肥還田,2個月后得到耕作層土壤。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以重金屬污染底泥于石漠化地表構(gòu)建耕作層土壤的方法,其特征在于,步驟I)所述石塊進行破碎的標(biāo)準(zhǔn)為破碎后石塊粒徑< 5cm ;步驟I)所述平整地面的標(biāo)準(zhǔn)為坡度比< 3:1000。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以重金屬污染底泥于石漠化地表構(gòu)建耕作層土壤的方法,其特征在于,步驟3)所述的重金屬污染底泥為重金屬污染河道底泥和/或重金屬污染湖泊底泥;重金屬污染底泥平鋪的厚度為18~24cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以重金屬污染底泥于石漠化地表構(gòu)建耕作層土壤的方法,其特征在于,步 驟4)所述的穩(wěn)定劑為重金屬處理穩(wěn)定劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的以重金屬污染底泥于石漠化地表構(gòu)建耕作層土壤的方法,其特征在于,步驟4)所述的穩(wěn)定劑包括以下重量份成分:鈣鎂磷肥5份,氧化鈣5份,輕燒白云石I~3份。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的以重金屬污染底泥于石漠化地表構(gòu)建耕作層土壤的方法,其特征在于,步驟4)所述的穩(wěn)定劑的使用量為:每100重量份底泥用穩(wěn)定劑0.6~0.9重量份。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以重金屬污染底泥于石漠化地表構(gòu)建耕作層土壤的方法,其特征在于,步驟6)所述干濕交替處理15天,為噴水一次使底泥濕潤后晾曬5天,反復(fù)進行3次,共15天。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以重金屬污染底泥于石漠化地表構(gòu)建耕作層土壤的方法,其特征在于,所述第一次旋耕的深度為20cm ;第二次旋耕的深度為25cm ;第三次旋耕的深度為30cm ;第四次旋耕的深度為30cm。
9.權(quán)利要求1-8任一項以重金屬污染底泥于石漠化地表構(gòu)建耕作層土壤的方法在底泥重金屬污染治理上的應(yīng)用。
10.權(quán)利要求1-8任一項以重金屬污染底泥于石漠化地表構(gòu)建耕作層土壤方法得到的耕作層土壤在農(nóng)作物種植中的應(yīng)用。
【文檔編號】B09C1/00GK103843488SQ201310407518
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】劉永兵, 李翔, 吳軍, 巴特爾, 洪文良, 賈斌, 許杰峰, 程言君, 張建中, 張瓊 申請人:輕工業(yè)環(huán)境保護研究所, ??谑型恋貎湔碇行?br>
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