一种土壤改良剂及改良土壤的方法
【专利摘要】本发明涉及一种土壤改良剂及改良土壤的方法，该土壤改良剂包括矿物粉末A，改良粉末B，改良粉末C，改良溶剂，其中矿物粉末A选自硫化矿物粉末、氧化物矿物粉末、粘土矿物粉末中的一种或多种；改良粉末B选自膨润土、过硫酸盐复配物、高岭土中的一种或多种；改良粉末C选自赤泥、DTC?螯合剂、铁锰氧化物矿物粉末中的一种或多种，改良溶剂选自腐殖酸、有机溶剂、反应型胶体中的一种或多种；该土壤改良剂通过调节土壤pH值及环境矿物材料溶解产物与重金属离子的化学固定作用，以及与土壤微生物的交互作用，将土壤中离子态重金属永久性的固定在新形成的土壤矿物中，抑制作物对重金属离子的吸收，达到降低农作物重金属含量的目的。
【专利说明】
一种土壤改良剂及改良土壤的方法
技术领域
[0001] 本发明属于土壤改良技术领域，具体涉及一种土壤改良剂及改良土壤的方法，更 具体地涉及一种基于矿物法治理重金属污染土壤的土壤改良剂及方法。
【背景技术】
[0002] 目前国内的土壤重金属污染问题成为继大气污染、水污染之后引起社会高度关 注、急需解决的重大环境问题，其中土壤污染严重地区尤其以铬、铅、镉等重金属污染物较 为广泛，而农田地区尤以镉污染较为严重。
[0003] 现有的治理土壤重金属矿物方法大致可以分为：客土法、换土法、深耕翻土法、电 动力修复法、淋洗法、生物修复法等生物化技术。但是，其中的方法都难以避免的存在着投 入成本过高和容易造成二次污染的问题，不具有可行性。
[0004] 国内矿物学专家鲁安怀教授及团队一直致力于利用天然矿物处理环境污染物新 方法的研究，发掘无机界矿物天然自净化作用，这是继物理法和化学法尤其是生物法之后 的第四类污染治理方法一矿物法。该方法集中解决了两个最基本的问题：1)所选用治理土 壤重金属污染的矿物均为矿山生产的副产物，矿山尾砂或废弃矿物，大大节约了治理成本； 2)矿物材料所具有的独特的物理、化学属性决定了其对重金属矿物的反应、吸收和固定不 会带来二次污染。
[0005]矿物材料种类繁多，储量丰富，且有些种类具有一定净化功能，矿物材料在重金属 污染治理和环境修复领域有着独特的作用，天然矿物的表面极为粗糙，比表面积较大，表面 自由能较高，通过机械破碎或化学处理可减小矿物的粒径，而许多层状、笼状矿物在同样体 积下很容易达到高比表面积，有利于通过表面吸附作用清除土壤和水体中的有害物质;矿 物材料具有孔道结构，粘土矿物、沸石、锰钾矿、软锰矿、磷灰石、电气石、蛇纹石、蛭石、长石 类矿物等都是具有孔道结构的矿物，内表面积相当可观;天然矿物材料具有较强的表面活 性由于矿物表面点阵平面被突然截断，容易产生电荷密度过量的极性表面，极性表面极易 与空气、水等介质中的分子或离子反应，形成稳定的孤立表面，因此，对具有一定净化功能 的采用进行改性可改变矿物的性质，有利于土壤治理，对矿物材料的改性主要包括如下几 个方面:1)矿物材料的表面积改性;2)孔道结构改性;3)表面活性改性。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是基于矿物法提供一种用于治理土壤重金属污染的土壤改良剂及 土壤改良方法，施用本发明的土壤改良剂对重金属污染土壤进行治理，能够显著降低重金 属含量，效果良好。
[0007] 为了实现上述目的，本发明的技术方案之一是:一种土壤改良剂，包括矿物粉末A、 改良粉末B、改良粉末C、改良溶剂，其中，
[0008] 其中，所述矿物粉末A选自硫化矿物粉末、氧化物矿物粉末、粘土矿物粉末中的一 种或多种；
[0009] 所述改良粉末B选自膨润土、过硫酸盐复配物、高岭土中的一种或多种；
[0010] 所述改良粉末C选自赤泥、DTC-螯合剂、铁锰氧化物矿物粉末中的一种或多种；
[0011] 所述改良溶剂选自腐殖酸、有机溶剂、反应型胶体中的一种或多种。
[0012] 其中，所述氧化物矿物粉末选自铁、锰、铝氧化物矿物粉末中的一种或多种。
[0013] 所述过硫酸盐复配物为七水硫酸亚铁与过硫酸钠按照1:1重量比混合复配得到。
[0014] 所述反应型胶体为Fe(0H)3胶体、A1(0H)3胶体、硅酸胶体中的一种或多种，反应胶 体均可市购获得，或采用本领域常规技术手段制备得到，例如Fe(0H)3胶体可通过向饱和 FeCl3溶液加入沸水的方法制得;A1 (0H)3胶体可由三氯化铝与氨水反应的方法制得;硅酸胶 体可由硅酸钠溶液与盐酸混合制得。
[0015] 所述有机溶剂为聚羧酸母液、十二烷基硫酸钠中的一种或多种。
[0016] 其中，矿物粉末A的粒径为20-50目（优选30目）；改良粉末B的粒径为70-100(优选 90目）；改良粉末C的粒径为70-100目（优选90目）。
[0017] 所述矿物粉末A是将矿山生产的副产物、矿山尾矿或废气矿物粉碎后得到的，以此 作为土壤改良剂的成分能大大节约土壤治理成本;本发明通过改良溶剂、改良粉末B、C对矿 物粉末A进行改性处理以改善矿物材料的性质，增加矿物材料表面活性，提高其与反应介质 的接触表面积，更有助于形成能发生质子化反应或表面离子化反应的表面位，从而与其它 无机离子发生配位反应或与有机络离子发生配合反应;矿物表面的离子化反应会形成质子 电荷，配位反应会产生表面配位电荷，某些矿物骨架结构中原子的不等价交换还会产生具 有离子交换功能的恒电荷，这些电荷均会使矿物表面荷电；盐类矿物和硫化物矿物表面还 有盐基，它们在溶剂中可以离解或聚合。发生在矿物表面的羟基化、荷电性均会导致表面相 的性质不同于内部，使矿物具有更强的表面活性。反应完成后，采用的有机溶剂均绿色无污 染，矿物的环境属性可将重金属稳定在矿物内部，形成新的稳定矿物相，从而达到稳定固化 重金属的目的，防止其迀移转化，除了能有效降解土壤，尤其是农田中重金属含量，还可吸 收和富集土壤中对植物有用的元素，降低化肥施用量。
[0018] 优选地，按重量份计，所述矿物粉末A由25-30份硫化矿物粉末，10-30份铁锰氧化 物矿物粉末组成；
[0019] 进一步优选地，所述矿物粉末A由30份硫化矿粉末，10或30份铁锰氧化物矿物粉末 组成。
[0020] 优选地，按重量份计，所述改良粉末B由10-15份膨润土，2-5份过硫酸盐复配物组 成；
[0021 ]进一步优选地，所述改良粉末B由10份膨润土，2份过硫酸盐复配物组成；或者，由 15份膨润土，5份过硫酸盐复配物组成。
[0022]优选地，所述改良粉末C为赤泥粉末，或由8-12份赤泥与1-3份DTC-螯合剂组成； [0023]进一步优选地，所述改良粉末C由10份赤泥，2份DTC-螯合剂组成。
[0024] 优选地，所述改良溶剂由1-3份腐殖酸和1-3份有机溶剂或反应型胶体组成；
[0025] 进一步优选地，所述改良溶剂由2份腐殖酸和2份聚羧酸母液组成;或者，由2份腐 殖酸和2份硅酸胶体组成。
[0026]最优选地，本发明的土壤改良剂包括重量比为15:5:5:1的矿物粉末A、改良粉末B、 改良粉末C、改良溶剂;其中，按重量份，矿物粉末A由30份硫化矿粉末，30份铁锰氧化物矿物 粉末组成;改良粉末B由15份膨润土、5份过硫酸盐复配物组成;改良粉末C为20份赤泥粉末； 改良溶剂由2份腐殖酸和2份聚羧酸母液；
[0027]或者，包括重量比为10:3:3:1的矿物粉末A、改良粉末B、改良粉末C、改良溶剂;其 中，按重量份，矿物粉末A由30份硫化矿粉末，10份铁锰氧化物矿物粉末组成;改良粉末B由 10份膨润土、2份过硫酸盐复配物组成;改良粉末C为10份赤泥粉末、2份DTC螯合剂组成;改 良溶剂由2份腐殖酸和2份硅酸胶体组成。
[0028]使用上述改良剂对含重金属的土壤进行治理，能够有效降低重金属含量，治理效 果显著。
[0029]本发明的技术方案之二是:上述任意一种土壤改良剂在治理重金属污染土壤中的 应用。
[0030] 优选地，本发明所述的土壤改良剂能够有效降低土壤中镉、铬、砷、铅、汞、铜、锌、 铍、钡重金属含量。
[0031] 优选地，本发明所述的土壤改良剂对水稻、小麦等大田作物和瓜果蔬菜、茶叶、玉 米等各种旱地经济作物的土壤重金属污染有良好的治理效果。
[0032] 本发明的技术方案之三是：利用上述任一项所述的土壤改良剂改良土壤的方法， 具体为：用水稀释矿物粉末A和改良溶剂的混合物，将稀释液施于土壤中；然后依次将改良 粉末B、改良粉末C施于土壤中；
[0033]或者，将四种组分混合后直接施于土壤中；
[0034] 优选地，水与所述矿物粉末A和改良溶剂的混合物的重量比为（90-110): 1(优选 100:1)。
[0035] 优选地，改良粉末B与稀释液的施用间隔为Ο-lh;改良粉末C与稀释剂的施用间隔 为l_2h。
[0036] 优选地，所述土壤改良剂的用量为180-220kg/亩，优选为200kg/亩。
[0037] 本发明主要通过调节土壤pH值以及环境矿物材料溶解产物与重金属离子的化学 固定作用，以及与土壤微生物的交互作用，将土壤中离子态重金属永久性的固定在新形成 的土壤矿物中，抑制作物对重金属离子的吸收，从而达到降低农作物重金属含量的目的。矿 物材料主要为:硫化矿物、氧化物矿物;改良剂由赤泥、DTC-螯合剂、铁锰铝氧化物矿物等组 成，主要通过微生物液和其它粉末试剂的络合性、螯合性，使重金属离子被螯合和络合固 定，降低重金属离子的生物有效性，减少植物的吸收量，再通过粉末试剂的吸附作用、离子 交换、氧化还原等物理化学作用，稳定土壤中的重金属，改良土壤生态环境，恢复土壤活力。
[0038] 本发明涉及到的原料和试剂均为普通市售产品。
[0039]在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可以相互组合，即得本发明各较佳 实施例。
【附图说明】
[0040]图1为改良溶剂不意图；
[0041 ]图2为矿物粉末A示意图；
[0042]图3为改良粉末B示意图；
[0043]图4为改良粉末0不意图；
[0044] 图5为实施例2农业用地重金属污染治理现场图。
【具体实施方式】
[0045] 以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0046] 实施例1
[0047] 一种土壤改良剂，包括重量比为15:5:5:1的矿物粉末A、改良粉末B、改良粉末C、改 良溶剂，其中，
[0048]所述矿物粉末A的粒径为30目，由30份重量份的硫化矿、30份重量份的铁锰氧化矿 物粉末混合而成；
[0049] 所述改良粉末B的粒径为90目，由15份重量份的膨润土、5份重量份的过硫酸盐复 配物混合而成；
[0050] 所述改良粉末C的粒径为90目，由20重量份的赤泥粉末；
[0051] 所述改良溶剂由2份重量份的腐植酸和2份重量份的有机溶剂混合而成。
[0052]所述有机溶剂为聚羧酸母液。
[0053] 实施例2
[0054] 一种土壤改良剂，包括重量比为10:3:3:1的矿物粉末A、改良粉末B、改良粉末C、改 良溶剂，其中，
[0055]所述矿物粉末A的粒径为30目，由30重量份的硫化矿、10重量份的铁锰氧化物矿物 粉末混合而成；
[0056]所述改良粉末B的粒径为90目，由10重量份的膨润土、2重量份的过硫酸盐复配物 粉末混合而成；
[0057]所述改良粉末C的粒径为90目，由10重量份的赤泥、2重量份的DTC-螯合剂粉末混 合而成；
[0058]所述改良溶剂由2份重量份的腐植酸和2份重量份的反应型胶体混合而成。
[0059]其中，所述硫酸盐复配物为七水硫酸亚铁与过硫酸钠1:1复配，所述反应型胶体为 硅酸胶体。
[0060]实验例1湖南矿区土壤污染治理案例
[0061 ] 1、对湖南矿区受重金属污染的土壤进行治理，经检测，矿区受污染土壤的情况如 下表1所示：
[0062] 表1:湖南矿区受重金属污染土壤检测结果
[0063]
[0064] 2、采用如下流程对上述土壤进行治理：
[0065] 第1步:按1:15的重量比取改良试剂与矿物粉末A混合均匀，按混合物与水1:100的 比例稀释，将稀释物均匀喷洒在已被挖掘松散的粉质土壤中；
[0066] 第2步:第1步后lh之内，取改良试剂5倍重量的改良试剂B随基肥一起均匀施入农 田或旱地中；
[0067]第3步:第1步后l_2h之内，取改良试剂5倍重量的改良试剂C随追肥一起均匀施入 污染土地中。
[0068]其中，该试验例中采用实施例1所述的土壤改良剂。
[0069] 3、经过治理后，土壤中重金属含量如表2所示，从表2可以看出，采用本发明的土壤 改良剂对土壤处理后，土壤指标符合《GB18598-2001危险废物填埋污染控制标准》的要求。
[0070] 表2:处理前后土壤中重金属含量
[0071]
[0072] 实验例2山西忻州市岢岚县农业用地重金属污染治理 [0073]采用如下方法对该地土壤进行治理：
[0074] 第1步:施基肥前一天，按1:10的重量比取改良试剂与矿物粉末A混合均匀，按混合 物与水1:100的比例稀释，将稀释物均匀喷洒在农田中；
[0075] 第2步：施基肥当天，取改良试剂3倍重量的改良试剂B随基肥一起均匀施入农田 中；
[0076]第3步:第二次追肥时（间隔施基肥3_4h)，取改良试剂3倍重量的改良试剂C随追肥 一起均匀施入农田中。
[0077]其中，该试验例中采用实施例2所述的土壤改良剂。
[0078] 经过上述治理，治理前后，土壤中重金属含量见表3。
[0079]表3:治理前、后土壤中重金属含量 [0080]
[0081 ]实验例3:中山垃圾发电厂飞灰重金属治理
[0082]垃圾焚烧飞灰因富含高浓度的重金属和二噁英，会对环境造成二次污染，是公认 的危险固体废弃物，必须对其采取适当措施进行处置。对中山发电厂不同点的样品进行采 用分析检测，结果如下表4所示：
[0083]表4:治理前中山垃圾发电厂飞灰中重金属含量
[0084]
L00S5」使用本友明买施例1的改艮刑米用如卜步骤对其进行治理：
[0086]第1步:取改良试剂与矿物粉末A按1:15重量比混合搅拌，按1:100的比例用水稀释 后密封备用。
[0087]第2步：收集飞灰于反应池中集中处理，将第一步备用改良剂倒入反应池搅拌lh 后，取所需粉末试剂B加入反应池，重量比B:A = 3:1，搅拌lh。
[0088]第3步:第二步后lh之内，取粉末试剂C加入反应池，重量比C:B=1:1，搅拌lh。经过 治理后，飞灰中重金属含量如表5所示：
[0089] 表5:治理后飞灰中重金属含量
[0090] 1
[0092]中山垃圾焚烧发电厂是一家专门从事生活垃圾发电的企业，其飞灰中具有镍、镉、 铅等多个重金属含量超标现象，使用日本、阿根廷等螯合剂进行处理，不仅飞灰处理成本较 高，且处理后某些重金属仍不达标，采用本发明的改良剂进行处理后，不但使用成本大大降 低且原有超标重金属降到极低值。
[0093]虽然，上文中已经用一般性说明、【具体实施方式】及试验，对本发明作了详尽的描 述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见 的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的 范围。
【主权项】
1. 一种土壤改良剂，其特征在于:包括重量比为（10-15): (3-5): (3-5): 1的矿物粉末A、 改良粉末B、改良粉末C、改良溶剂； 其中，所述矿物粉末A选自硫化矿物粉末、氧化物矿物粉末、粘土矿物粉末中的一种或 多种； 所述改良粉末B选自膨润土、过硫酸盐复配物、高岭土中的一种或多种； 所述改良粉末C选自赤泥、DTC-螯合剂、铁锰氧化物矿物粉末中的一种或多种； 所述改良溶剂选自腐殖酸、有机溶剂、反应型胶体中的一种或多种。2. 根据权利要求1所述的土壤改良剂，其特征在于:所述氧化物矿物粉末选自铁、锰、铝 氧化物矿物粉末中的一种或多种;和/或， 所述有机溶剂选自聚羧酸母液或十万烷基硫酸盐中的一种或两种;和/或， 所述反应型胶体选自Fe(OH)3胶体、Al(OH)3胶体、硅酸胶体中的一种或多种。3. 根据权利要求1或2所述的土壤改良剂，其特征在于:按重量份计，所述矿物粉末A由 25-30份硫化矿物粉末，10-30份铁锰氧化物矿物粉末组成； 优选地，所述矿物粉末A由30份硫化矿粉末，10或30份铁锰氧化物矿物粉末组成。4. 根据权利要求1-3任一项所述的土壤改良剂，其特征在于:按重量份计，所述改良粉 末B由10-15份膨润土，2-5份过硫酸盐复配物组成； 优选地，所述改良粉末B由10份膨润土，2份过硫酸盐复配物组成;或者，由15份膨润土， 5份过硫酸盐复配物组成。5. 根据权利要求1-4任一项所述的土壤改良剂，其特征在于:按重量份计，所述改良粉 末C为赤泥粉末，或由8-12份赤泥与1-3份DTC-螯合剂组成； 优选地，所述改良粉末C由10份赤泥，2份DTC-螯合剂组成。6. 根据权利要求1-5任一项所述的土壤改良剂，其特征在于:按重量份计，所述改良溶 剂由1-3份腐殖酸和1-3份有机溶剂或反应型胶体组成； 优选地，所述改良溶剂由2份腐殖酸和2份聚羧酸母液组成;或者，由2份腐殖酸和2份硅 酸胶体组成。7. 根据权利要求1-6任一项所述的土壤改良剂，其特征在于:包括重量比为15:5:5:1的 矿物粉末A、改良粉末B、改良粉末C、改良溶剂;其中，按重量份，矿物粉末A由30份硫化矿粉 末，30份铁锰氧化物矿物粉末组成;改良粉末B由15份膨润土、5份过硫酸盐复配物组成;改 良粉末C为20份赤泥粉末;改良溶剂由2份腐殖酸和2份聚羧酸母液； 或者，包括重量比为10:3:3:1的矿物粉末A、改良粉末B、改良粉末C、改良溶剂;其中，按 重量份，矿物粉末A由30份硫化矿粉末，10份铁锰氧化物矿物粉末组成;改良粉末B由10份膨 润土、2份过硫酸盐复配物组成;改良粉末C为10份赤泥粉末、2份DTC螯合剂组成;改良溶剂 由2份腐殖酸和2份硅酸胶体组成。8. 权利要求1-7任一项所述的土壤改良剂在治理重金属污染土壤中的应用，优选地，所 述重金属包括镉、铬、砷、铅、汞、铜、锌、铍、钡中的一种或多种。9. 利用权利要求1-6任一项所述的土壤改良剂改良土壤的方法，其特征在于：用水稀释 矿物粉末A和改良溶剂的混合物，将稀释液施于土壤中；然后依次将改良粉末B、改良粉末C 施于土壤中；其中，水与所述矿物粉末A和改良溶剂的混合物的重量比为(90-110): 1; 或者，将四种组分混合后直接施于土壤中； 优选地，改良粉末B与稀释液的施用间隔为O-lh;改良粉末C与稀释液的施用间隔为1-2h〇10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于:所述土壤改良剂的用量为180-220kg/亩， 优选为200kg/亩。
【文档编号】C09K109/00GK105838381SQ201610265819
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】尹小波, 王泉, 孙圣, 黄娟娟
【申请人】湖南中大建设工程检测技术有限公司, 湖南测智科技有限公司