首页 / 专利库 / 电路 / 电压 / 一种适用于北方少雨干旱地区重金属污染土壤的生态修复方法

一种适用于北方少雨干旱地区重金属污染土壤的生态修复方法

阅读:621发布:2021-04-12

专利汇可以提供一种适用于北方少雨干旱地区重金属污染土壤的生态修复方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种适用于北方少雨干旱地区重金属污染 土壤 的生态修复方法,对待修复污染土壤进行深度翻耕30-40cm,将土壤大颗粒 粉碎 、耙平、打垄,均匀撒播 土壤修复 材料,机械旋耕表层土壤18-22cm,使土壤修复材料与表层土壤充分混匀,然后在土壤表层喷洒适量的 水 ,使土壤 含水量 达到田间最大持水量的50%-60%,稳定5-7天;土壤修复材料是由 质量 比为40-65∶30-50∶10-25∶3-5的硫 铝 酸 钙 、 硫酸 钙、草木灰和 磷酸 矿化菌剂制备而成的。本发明的优点在于:通过本发明土壤修复材料的处理,能够有效改善土壤理化性质和 钝化 重金属污染。,下面是一种适用于北方少雨干旱地区重金属污染土壤的生态修复方法专利的具体信息内容。

1.一种适用于北方少雨干旱地区重金属污染土壤的生态修复方法,其特征在于:对待修复污染土壤进行深度翻耕30-40cm,将土壤大颗粒粉碎、耙平、打垄,均匀撒播土壤修复材料,机械旋耕表层土壤18-22cm,使土壤修复材料与表层土壤充分混匀,然后在土壤表层喷洒适量的,使土壤含水量达到田间最大持水量的50%
-60%,稳定5-7天;其中,土壤修复材料是由质量比为40-65∶30-50∶10-25∶3-5的硫硫酸钙、草木灰和磷酸矿化菌剂制备而成的。
2.根据权利要求1所述的适用于北方少雨干旱地区重金属污染土壤的生态修复方法,其特征在于:所述土壤修复材料的用量为中度污染土壤以每亩100~150kg,轻度污染土壤以每亩50~80kg。
3.根据权利要求1或2所述的适用于北方少雨干旱地区重金属污染土壤的生态修复方法,其特征在于:所述土壤修复材料具体是由以下步骤制备而成的:
步骤1:将硫铝酸钙、硫酸钙和草木灰分别进行干、粉碎,过100目筛;
步骤2:将磷酸矿化菌剂混合均匀,菌体离心沉淀分离后放入半乳糖保护剂进行真空冷冻干燥后制成复合生物菌粉;
步骤3:将步骤1和步骤2处理后的硫铝酸钙、硫酸钙、草木灰和磷酸矿化菌剂按40-65∶
30-50∶10-25∶3-5质量比混合后,添加原料总质量比的10-15%水,投入成核反应器,在转子的转速为5000-6000rpm以及电压为200-300V的条件下保持2-5小时,制得直径2-3mm、高5-
6mm的土壤修复材料颗粒。
4.根据权利要求3所述的适用于北方少雨干旱地区重金属污染土壤的生态修复方法,其特征在于:所述成核反应器包括反应筒体、搅拌器和混合器,搅拌器和混合器均设置在反应筒体内,且搅拌器通过搅拌电机驱动;
所述反应筒体包括内筒体和外筒体,内筒体和外筒体之间设置形成一热交换空腔,外筒体上侧边上设置有热交换腔出口,外筒体下侧边上设置有热交换腔进口;所述反应筒体内通过混合器将反应筒体分为上反应筒体和下反应筒体,所述反应筒体上设置有筒盖且筒盖上设置有第一进料管;所述上反应筒体的侧边设置有延伸至筒体内的第二进料管;所述下反应筒体的底端设置有出料口;
所述搅拌器包括搅拌轴、离心分布桨、分布槽、搅拌桨和搅拌电机;所述搅拌电机沿竖直方向设置在筒盖上,搅拌轴设置在搅拌电机的输出端且延伸至反应筒体内;所述离心分布桨、分布槽和搅拌桨自上而下设置在搅拌轴上,所述离心分布桨和分布槽位于上反应筒体内,所述搅拌桨位于下反应筒体内;所述离心分布桨的上方为第一进料管的出口,所述分布槽上为第二进料管的出口;
所述混合器设置在分布槽和搅拌桨之间,搅拌轴穿过混合器;所述混合器包括一混合主体,所述混合主体呈圆柱体状,该混合主体上端具有一V字形开口A,下端具有一V字形开口B,且开口A与开口B的中心线相互垂直,在开口A的中心线上具有四个并列分布进料口,由前至后依次为进料口A、进料口B、进料口C及进料口D,在开口B的中心线上具有四个并列分布的出料口,由左至右依次为出料口A、出料口B、出料口C及出料口D,所述进料口A与出料口C相连通,进料口B与出料口A相连通,进料口C与出料口B相连通,进料口D与出料口D相连通。

说明书全文

一种适用于北方少雨干旱地区重金属污染土壤的生态修复

方法

技术领域

背景技术

[0002] 导致土壤环境产生污染的重金属主要有汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)和类金属砷(As)等生物毒性显著的元素,以及因积累过量而产生生物毒性的(Cu)、镍(Ni)、锌(Zn)和锰(Mn)等常见元素。随着社会的发展,工业“三废”的排放、矿山的开采、化肥和农药的添加、污灌溉及生活垃圾的排放等等造成这些重金属元素不断在土壤表层进行累积,从而对耕地、农产品以及人类健康带来严重的安全隐患。2014年《全国土壤污染状况调查公报》显示我国耕地土壤环境污染点位超标率达到19.4%,重金属污染问题较为突出。农业部农产品污染防治重金属实验室调查全国30万hm2基本农田保护区,结果表明农产品超标率达到12.1%,其中粮食重金属超标率达到10%以上。尤其近年来频发的“镉米”、“镉麦”、“血铅儿童”等重金属污染事件严重影响人类健康和社会稳定,因此,污染土壤的修复和粮食的安全生产迫在眉睫。
[0003] 广义的土壤修复技术不仅是去除土壤中的污染物,还包括降低其生物有效性和迁移性,从而消减污染物对作物、周边环境和人体健康造成的险。目前常见的土壤修复方法主要有物理修复技术,化学修复技术,以及微生物修复技术和植物修复技术。其中化学钝化技术主要是通过添加外源添加剂(如石灰类物质、含磷材料、金属化物、生物炭、凹凸棒石等),与重金属发生吸附、沉淀、离子交换和氧化还原等一系列反应,改变重金属在土壤中的赋存形态,降低其生物有效性,从而减少重金属对土壤生物的毒害和在农产品中的积累。该方法虽然对于抑制农产品重金属累积简单快捷,但是容易出现土壤板结,作物减产等现象,且施加量大,易造成二次污染。微生物修复则是通过物理吸附、表面络合、离子交换和胞内积累等作用达到消减、净化与固定重金属的目的。该方法有助于提高土壤肥、改善土壤微生态环境,但微生物活性易受环境因素影响,单独添加存活率低,修复周期较长,进而影响治理效率。当前的土壤重金属污染钝化剂多针对南方多雨潮湿地区重金属污染土壤,通过施加性材料提高土壤pH即可有效降低土壤重金属的生物有效性,而针对北方土壤本身呈干旱的土壤,则无法通过此方法来达到钝化土壤重金属的目的。基于以上问题,研发适用于我国北方少雨干旱地区重金属污染土壤的复合修复技术具有重要意义。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种兼具改善土壤理化性质和钝化重金属污染的适用于北方少雨干旱地区重金属污染土壤的生态修复方法。
[0005] 为解决上述技术问题,本发明的技术方案为:一种适用于北方少雨干旱地区重金属污染土壤的生态修复方法,其创新点在于:对待修复污染土壤进行深度翻耕30-40cm,将土壤大颗粒粉碎、耙平、打垄,均匀撒播土壤修复材料,机械旋耕表层土壤18-22cm,使土壤修复材料与表层土壤充分混匀,然后在土壤表层喷洒适量的水,使土壤含水量达到田间最大持水量的50%-60%,稳定5-7天;其中,土壤修复材料是由质量比为40-65∶30-50∶10-25∶3-5的硫硫酸钙、草木灰和磷酸矿化菌剂制备而成的。
[0006] 进一步地,所述土壤修复材料的用量为中度污染土壤以每亩100~150kg,轻度污染土壤以每亩50~80kg。
[0007] 进一步地,所述土壤修复材料具体是由以下步骤制备而成的:
[0008] 步骤1:将硫铝酸钙、硫酸钙和草木灰分别进行风干、粉碎,过100目筛;
[0009] 步骤2:将磷酸矿化菌剂混合均匀,菌体离心沉淀分离后放入半乳糖保护剂进行真空冷冻干燥后制成复合微生物菌粉;
[0010] 步骤3:将步骤1和步骤2处理后的硫铝酸钙、硫酸钙、草木灰和磷酸矿化菌剂按40-65∶30-50∶10-25∶3-5质量比混合后,添加原料总质量比的10-15%水,投入成核反应器,在转子的转速为5000-6000rpm以及电压为200-300V的条件下保持2-5小时,制得直径2-3mm、高5-6mm的土壤修复材料颗粒。
[0011] 进一步地,所述成核反应器包括反应筒体、搅拌器和混合器,搅拌器和混合器均设置在反应筒体内,且搅拌器通过搅拌电机驱动;
[0012] 所述反应筒体包括内筒体和外筒体,内筒体和外筒体之间设置形成一热交换空腔,外筒体上侧边上设置有热交换腔出口,外筒体下侧边上设置有热交换腔进口;所述反应筒体内通过混合器将反应筒体分为上反应筒体和下反应筒体,所述反应筒体上设置有筒盖且筒盖上设置有第一进料管;所述上反应筒体的侧边设置有延伸至筒体内的第二进料管;所述下反应筒体的底端设置有出料口;
[0013] 所述搅拌器包括搅拌轴、离心分布桨、分布槽、搅拌桨和搅拌电机;所述搅拌电机沿竖直方向设置在筒盖上,搅拌轴设置在搅拌电机的输出端且延伸至反应筒体内;所述离心分布桨、分布槽和搅拌桨自上而下设置在搅拌轴上,所述离心分布桨和分布槽位于上反应筒体内,所述搅拌桨位于下反应筒体内;所述离心分布桨的上方为第一进料管的出口,所述分布槽上为第二进料管的出口;
[0014] 所述混合器设置在分布槽和搅拌桨之间,搅拌轴穿过混合器;所述混合器包括一混合主体,所述混合主体呈圆柱体状,该混合主体上端具有一V字形开口A,下端具有一V字形开口B,且开口A与开口B的中心线相互垂直,在开口A的中心线上具有四个并列分布进料口,由前至后依次为进料口A、进料口B、进料口C及进料口D,在开口B的中心线上具有四个并列分布的出料口,由左至右依次为出料口A、出料口B、出料口C及出料口D,所述进料口A与出料口C相连通,进料口B与出料口A相连通,进料口C与出料口B相连通,进料口D与出料口D相连通。
[0015] 本发明的优点在于:
[0016] (1)本发明适用于北方少雨干旱地区重金属污染土壤的生态修复方法,土壤修复材料中硫铝酸钙本身可以通过吸附土壤中的重金属离子,进而降低重金属有效态的含量;草木灰能够调节土壤PH值,同时还可以增加土壤有机质含量,增强土壤微生物的活性,改善土壤理化性质,促进作物的生长,减少重金属对作物的毒害作用;硫酸钙能够改良碱性土壤尤其是盐碱土壤;磷酸矿化菌剂能够吞噬土壤中的重金属离子,并形成矿物质,而且硫铝酸钙、硫酸钙均具有优良的保水性能,确保磷酸矿化菌剂在湿润的环境中生存,提高了处理效果;
[0017] (2)本发明适用于北方少雨干旱地区重金属污染土壤的生态修复方法,其中,采用成核反应器制备土壤修复材料,使物料能在瞬间混合,且实现瞬间的充分混合反应。附图说明
[0018] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0019] 图1为本发明适用于北方少雨干旱地区重金属污染土壤的生态修复方法中成核反应器的结构示意图。
[0020] 图2为图1成核反应器中混合器的具体结构示意图。

具体实施方式

[0021] 下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明,但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
[0022] 实施例1
[0023] 在中国北方某中度镉污染区进行小区试验,小区土壤理化性质为:pH值为7.85,全镉为2.52mg·kg-1,全铅为187.73mg·kg-1,有效态镉(DPTA提取)为1.53mg·kg-1,有效态铅(DPTA提取)为83.49mg·kg-1。
[0024] 本实施例的主要实施方法如下:
[0025] 步骤1:将硫铝酸钙、硫酸钙和草木灰分别进行风干、粉碎,过100目筛;
[0026] 步骤2:将磷酸矿化菌剂混合均匀,菌体离心沉淀分离后放入半乳糖保护剂进行真空冷冻干燥后制成复合微生物菌粉;
[0027] 步骤3:将步骤1和步骤2处理后的硫铝酸钙、硫酸钙、草木灰和磷酸矿化菌剂按40-65∶30-50∶10-25∶3-5质量比混合后,添加原料总质量比的10-15%水,投入成核反应器,其中,如图1所示,成核反应器包括反应筒体1、搅拌器2和混合器3;搅拌器2和混合器3均设置在反应筒体1内,搅拌器2通过搅拌电机驱动。
[0028] 反应筒体1包括内筒体11和外筒体12;所述内筒体11和外筒体12之间设置形成一热交换空腔,外筒体12上侧边上设置有热交换腔出口13,外筒体12下侧边上设置有热交换腔进口14;反应筒体1内通过混合器3将反应筒体1分为上反应筒体15和下反应筒体16;反应筒体1上设置有筒盖17且筒盖17上设置有第一进料管18,上反应筒体15的侧边设置有延伸至筒体内的第二进料管19,下反应筒体16的底端设置有出料口10。
[0029] 搅拌器2包括搅拌轴21、离心分布桨22、分布槽23、搅拌桨24和搅拌电机25,搅拌电机25沿竖直方向设置在筒盖17上,搅拌轴21设置在搅拌电机25的输出端且延伸至反应筒体1内,离心分布桨22、分布槽23和搅拌桨24自上而下设置在搅拌轴21上,离心分布桨22和分布槽23位于上反应筒体15内,搅拌桨24位于下反应筒体16内,离心分布桨22的上方为第一进料管18的出口,分布槽23上为第二进料管19的出口;
[0030] 混合器3设置在分布槽23和搅拌桨24之间,搅拌轴22穿过混合器3;如图2所示,混合器3包括一混合主体31,混合主体31呈圆柱体状,该混合主体31上端具有一V字形开口A32,下端具有一V字形开口B33,且开口A32与开口B33的中心线相互垂直,在开口A32的中心线上具有四个并列分布进料口,由前至后依次为进料口A321、进料口B322、进料口C323及进料口D324,在开口B33的中心线上具有四个并列分布的出料口,由左至右依次为出料口A331、出料口B332、出料口C333及出料口D334,所述进料口A321与出料口C333相连通,进料口B322与出料口A331相连通,进料口C323与出料口B332相连通,进料口D324与出料口D334相连通。
[0031] 通过离心分布桨22将第一进料管18进入的物料打散到筒体的内壁上,分布槽23将第二进料管19进入的物料打散到筒体内壁上,与第一进料管18在筒体内壁上的物料反应,进入混合器后混合再进入下反应筒体16,在转子的转速为5000-6000rpm以及电压为200-300V的条件下保持2-5小时,制得直径2mm、高5mm的土壤修复材料颗粒。
[0032] 步骤4:土壤修复材料的施用:分对照组和处理组两组,每组三个平行小区,对照组除不施加土壤修复材料外,其它均与处理组相同。先对待修复污染土壤进行深度翻耕(30~40cm),将土壤大颗粒粉碎、耙平、打垄,处理组均匀撒播复合调理剂每亩150kg,机械旋耕表层土壤(约20cm)使调理剂与表层土壤充分混匀,然后在土壤表层喷洒适量的水,使土壤含水量达到田间最大持水量的50%左右,至少稳定一周。
[0033] 步骤5:供试作物品种为淮麦22,按照正常农耕方法进行小麦播种及水肥管理。小麦收获后分别测定土壤pH值和重金属镉、铅有效态含量,小麦籽粒重金属镉铅含量。试验结果如表1:
[0034] 表1产品在中度污染土壤试验结果
[0035]
[0036] 结果显示该土壤修复材料处理下土壤pH值变化不大,土壤有效镉、有效铅含量较对照组平均降低65.4%、47.2%;处理组小麦籽粒镉、铅含量较对照组平均降低60.5%、61.6%,大大降低小麦籽粒重金属含量。
[0037] 实施例2
[0038] 在中国北方某轻度镉污染区进行小区试验,小区土壤理化性质为:pH值为7.81,全-1 -1 -1镉为1.61mg·kg ,全铅为117.21mg·kg ,有效态镉(DPTA提取)为1.03mg·kg ,有效态铅(DPTA提取)为71.33mg·kg-1。
[0039] 土壤修复材料施用方法同实例1所述,每亩使用80kg,试验结果如表2:
[0040] 表2产品在轻度污染土壤试验结果
[0041]
[0042] 结果显示该土壤修复材料处理下土壤pH值变化不大,土壤有效镉、有效铅含量较对照组平均降低69.4%、58.3%;处理组小麦籽粒镉、铅含量较对照组平均降低64.3%、58%,大大降低小麦籽粒重金属含量。
[0043] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈