[发明专利]生物炭混配型设施菜田土壤重金属钝化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及土壤改良技术和环境保护技术，具体为生物炭混配型设施菜田土壤重金属钝化剂及其制备方法。

背景技术

蔬菜重金属污染主要与土壤环境、灌溉水质、人为管理措施等密切相关。我国许多地区都陆续建立了大面积无公害蔬菜生产示范基地，人们对于蔬菜降低农药残留问题十分重视．对于降低蔬菜重金属含量尚缺乏十分有效的技术措施。菜地土壤重金属超标问题已逐渐成为威胁中国蔬菜发展且亟需解决的突出环境问题，农药、化肥、塑料薄膜等农用化学品以及有机肥料的使用，均可能是土壤中重金属的重要输入源。我国有机肥中各种重金属均出现了不同程度的超标，施用鸡粪等有机肥的农业土壤中，Cu、Zn含量明显高于施用化肥的土壤。我国不同地区菜田土壤重金属含量均远高于普通粮田，设施菜田、城市郊区菜田、工矿区菜田重金属污染现象相对严重。叶菜类比果菜和根菜类富集重金属的能力强，相对较容易受到重金属污染。

重金属污染土壤的治理是一个世界性难题，对重金属土壤污染治理虽有化学、生物、工程等技术措施的报道，但这些措施大多因方法繁琐、造价昂贵而难于在一般生产中应用，且每种方法都有各自的优缺点。翻耕、客土与换土是常用的有效方法，其中以换土效果最好。但采用换土被挖掘的受污染土壤很可能导致二次污染。由于这类物理措施通常仅用于污染较重的土壤，由于需要大量的人力物力，在实际推广中有较大难度。植物修复方法是目前学术界研究较多的方法，因其费用低廉、不会破坏甚至会改善土壤理化性质以及其有较高的美学价值等优点而倍受青睐，但由于超量积累重金属植物往往选择性强、生物量低、生长缓慢、修复时间较长等缺陷，并受到重金属复合污染的制约，加上设施菜田连续使用的特点，这就决定了该类植物修复方法实际应用中的局限性。在受重金属污染的土壤中，如果土壤pH值较低，属于酸性土壤，施用石灰性物质，如氢氧化钙、碳酸钙、硅酸钙等来提高土壤pH，可有效地降低重金属的活性，是一种较好的技术方法，但对于接近中性的土壤，此类方法没有明显效果。

近年来，我国开展了相关对土壤重金属的钝化的技术研究和应用，如中国发明专利公开号CN101805617A发明了一种以麦饭石粉、硅藻土粉、沸石粉、褐煤和粉煤灰为主要原料的设施菜田土壤重金属钝化剂；CN101322974发明了一种以生石灰、去重金属有机肥和膨胀珍珠岩为主要原料的蔬菜地土壤重金属钝化剂，对钝化菜地土壤中轻度污染的重金属有一定效果；CN101045599A发明了一种利用石灰改性的粉煤灰吸附剂，钝化处理脱水城市污泥中含量高的锌和铜的方法，对污泥中重金属铜的钝化率高达85％以上、锌的钝化率高达70％以上；CN101274861A发明了一种利用木质素类腐殖质钝化重金属的堆肥方法；CN101036917A发明了一种以剩余活性污泥为原料的重金属污染土壤修复剂及其提取方法和其修复重金属污染土壤的方法，其方法可用于受重金属重度污染的土壤，对于重金属轻度积累的土壤不太合适。

生物炭对于土壤重金属具有较好的钝化作用，如CN102553905A公布了应用生物炭与有机肥复配原位修复菜地土壤镉污染的方法；CN101618394公布了一种利用生物炭修复多环芳烃污染土壤的方法；CN102583618A公布了一种生物质炭吸附生物质废水中的有机物的工艺方法；CN101380639公布了一种生物碳质截留固定土壤持久性有机污染物的方法。

生物炭具有多孔性，较大的比表面积，较强的表面吸附能力，高度的化学惰性，其表面高度芳香化结构和部分羟基、酚羟基、羰基等官能团，对有机和无机污染物具有高度的亲和力，可作为土壤中污染物的钝化剂。麦饭石、硅藻土等非金属矿物均具有较强的吸附、离子交换等特性，这些矿物及其改性产物与生态环境具有良好的协调性，可直接用于防治污染和环境修复，因此一般称作环境矿物材料，目前已广泛应用于无机和有机污水的处理，但应用于土壤改良和土壤重金属污染防控方面的技术还有待于进一步开发。

研究表明，设施菜田土壤各重金属全量和有效态含量普遍高于露地菜田土壤，远高于大田土壤，因此设施蔬菜的重金属含量比露地高。由于我国设施菜田面积日益扩大，解决设施土壤重金属污染的技术需求十分迫切，开发设施菜田重金属污染防控技术和环境友好型产品，对于实现我国设施菜田的高产、稳产和菜田的可持续利用，保障农产品安全生产，具有重要的实践意义和广阔的应用前景。本发明是在CN101805617A应用的基础上，以生物炭为基质，调整配方后形成的一个新的配方，并具有更好的钝化土壤重金属的效果。

发明内容