一種鐵硅硫多元素復(fù)合生物炭土壤重金屬調(diào)理劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明具體設(shè)及一種鐵娃硫多元素復(fù)合生物炭±壤重金屬調(diào)理劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 如何有效控制和減輕±壤重金屬污染和危害是一個(gè)日益嚴(yán)重的國(guó)際性問(wèn)題，在我 國(guó)尤為突出。特別是大面積的重金屬污染農(nóng)田±壤的治理，難W找到低成本、廣譜、可操作 性強(qiáng)的技術(shù)方法。而對(duì)于重金屬?gòu)?fù)合污染農(nóng)田治理尤為困難，如神儒復(fù)合污染較單一污染 來(lái)說(shuō)，由于其存在交互作用，所引起的環(huán)境效應(yīng)更為復(fù)雜，治理也更為困難。提高±壤抑，能 夠有效降低±壤儒的生物有效性與稻米儒含量，卻可能提高±壤43活性。另外，淹水處理能 夠降低稻米中的Cd含量;卻提高了稻米As含量。因此，As/Cd復(fù)合污染條件下，如何調(diào)控±壤 過(guò)程、實(shí)施水肥管理，十分復(fù)雜。
[0003] 近年來(lái)農(nóng)田重金屬污染純化技術(shù)受到越來(lái)越多的關(guān)注。通過(guò)施用±壤友好型調(diào)理 劑，純化污染±壤重金屬，減小農(nóng)作物對(duì)重金屬的吸收，實(shí)現(xiàn)重金屬污染農(nóng)業(yè)±壤的邊治 理、邊生產(chǎn)，是±壤重金屬防治新的思路，既經(jīng)濟(jì)又安全?！廊乐亟饘偌兓夹g(shù)投入相對(duì)較 低，修復(fù)效率高，操作簡(jiǎn)單;對(duì)于大面積中低度重金屬污染±壤修復(fù)具有較好的優(yōu)越性，可 W滿足當(dāng)前我國(guó)農(nóng)田±壤重金屬污染治理W及保障農(nóng)產(chǎn)品安全。目前常用的±壤重金屬純 化劑包括:石灰、碳酸巧、粉煤灰等堿性物質(zhì)，徑基憐灰石、憐礦粉、憐酸氨巧等憐酸鹽，天然 或改性沸石、膨潤(rùn)±等礦物，高爐渣、鋼渣等含娃肥料，草炭、農(nóng)家肥、綠肥、生物質(zhì)炭等有機(jī) 肥料。運(yùn)些純化劑對(duì)±壤某一重金屬污染往往具有較好的純化效果。但是±壤重金屬污染 往往是兩種或兩種W上的多種金屬并存的復(fù)合污染。不同重金屬離子其理化性質(zhì)差異較 大，在±壤中的遷移性及其環(huán)境行為也大不相同。單一的±壤純化劑修復(fù)多金屬?gòu)?fù)合污染 上壤往往具有挑戰(zhàn)性，很難找到單一物質(zhì)可W降低所有重金屬離子的移動(dòng)性。因此，目前上 壤純化修復(fù)主要集中在某個(gè)單一重金屬元素純化，對(duì)于多金屬?gòu)?fù)合污染通常采用復(fù)合添加 劑或多種修復(fù)方法同時(shí)進(jìn)行;如果可W制備一種能同時(shí)純化多種污染物的多功能重金屬純 化材料，必然會(huì)降低修復(fù)成本、提高修復(fù)效率。
[0004] ±壤中重金屬的毒性和生物有效性不僅與重金屬總量有關(guān)，更主要的是受±壤理 化性質(zhì)影響?！廊乐需F氧化物是控制±壤重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)化和生物有效性的關(guān)鍵因子。鐵是 紅壤中最為重要的氧化還原活性元素 (Wang et al. ,2009)，其地球化學(xué)豐度為5.1%，居第 四位(趙其國(guó)，2002)，鐵主要W游離態(tài)氧化鐵包裹在±壤顆粒表面，具有高地球化學(xué)活性； 直接影響許多上壤過(guò)程(Borch et al. ,2010)。鐵氧化物及其它鐵礦物的極大比表面積、化 學(xué)活性及其形態(tài)轉(zhuǎn)化，使其具有對(duì)眾多的重金屬及含氧陰離子(如K)4 3^AsO^、化化等)較 高的吸附能力；常被用作神、銘等重金屬污染廢水處理劑。但由于鐵及其氧化物很容易聚 集，因而與±壤中元素 Mg、P、Ca和S結(jié)合，影響其化學(xué)性能，導(dǎo)致其在±壤重金屬修復(fù)中的應(yīng) 用受到阻礙。
[0005] ±壤中硫?qū)刂浦亟饘倩钚院蜕镉行云鹬匾淖饔?。進(jìn)入±壤的S〇42^，在 厭氧條件下很快被還原在s 2-，s2^可W與金屬離子形成硫化物，從而對(duì)重金屬起到穩(wěn)定化作 用;通過(guò)±壤有機(jī)硫礦化產(chǎn)生的S042^W及大氣沉降和施肥進(jìn)入±壤的S〇42^，在厭氧條件下 很快被還原為52-，52^^金屬離子形成硫化物。厭氧±壤中金屬硫化物是穩(wěn)定和難溶的，其 對(duì)±壤孔隙水重金屬離子濃度有重要影響。因此在水稻田中，含硫肥料的施用特別是在水 稻苗期含硫肥料的施用對(duì)穩(wěn)定±壤重金屬具有非常重要的作用。但±壤中硫在氧化形成 S0421寸，會(huì)產(chǎn)生大量的H+，導(dǎo)致重金屬活化。因此，單獨(dú)施用含硫肥料在水稻生長(zhǎng)后期重金 屬有再度活化的風(fēng)險(xiǎn)。如果含硫肥料與其他±壤調(diào)理劑配合施用，避免其再度被氧化，必將 會(huì)提高含硫純化劑對(duì)重金屬儒的純化效果和適用范圍。
[0006] 娃肥可W降低±壤重金屬有效性，抑制農(nóng)作物對(duì)重金屬的吸收積累。近年來(lái)研究 表明，娃可W提高植物對(duì)重金屬毒害的抗性，利用方便且廉價(jià)，已引起人們的高度重視。目 前的研究已表明，施用娃肥可W提高水稻等植物對(duì)儘、鐵、儒、侶等重金屬毒害的抗性，降低 水稻等植物對(duì)運(yùn)些重金屬的吸收積累。雖然，±壤中總的Si含量很高，但都是W娃酸鹽的形 成存在;而植物能吸收利用的娃為單娃酸(Si(0H)4)，因此±壤中有效態(tài)娃含量往往很低。 通常情況下上壤溶液中娃酸含量為0.1~〇.6mM化PSte in ,1994)。隨著集約化農(nóng)業(yè)的發(fā)展， 農(nóng)作物長(zhǎng)期連作(特別是水稻等禾本科植物），會(huì)不斷吸收走±壤中有效態(tài)Si,而導(dǎo)致農(nóng)作 物減產(chǎn)。由于紅壤區(qū)強(qiáng)烈的脫娃作用，上壤的有效娃含量往往更低。因此，娃肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 中的作用越來(lái)越被人們重視。但是目前娃肥大多來(lái)自于高爐渣、含娃礦石等，運(yùn)些娃肥娃有 效性較差;而偏娃酸等含娃鹽一旦施入上壤后也容易被上壤礦物固定。
[0007] 生物炭是一種新型的材料，它是在缺氧條件下，生物質(zhì)通過(guò)熱裂解形成的一種產(chǎn) 物。生物炭的顆粒較小、分布細(xì)致、質(zhì)地較輕，是一種黑色孔狀的固體，主要組成元素為碳、 氧等，生物炭中碳的含量一般在70% W上，制備生物炭的原料來(lái)源廣泛，如木屑、賴桿、工業(yè) 有機(jī)廢棄物、城市污泥、棟桐絲、挪絲等都可作為其原料。生物炭具有疏松多孔、比表面積 大、表面帶有大量負(fù)電荷等特點(diǎn)，運(yùn)些特征使生物炭具有良好的吸附特性，作為±壤結(jié)構(gòu)的 改良劑或者制成±壤污染的修復(fù)劑，生物炭能夠提高酸性±壤pH值，增加陽(yáng)離子交換量，從 而吸附±壤中的污染物和重金屬，降低Cd、Pb、Zn在農(nóng)作物體內(nèi)的累積，加快微生物代謝和 提高±壤微生物量，從而改善±壤肥力，增加水稻等作物的產(chǎn)量，改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的作。但 是由于As的移動(dòng)性隨±壤抑的增加而增加，易于鍵合到±壤中具有陰離子交換位的Fe、Al 和Mn氧化物和氨氧化物上，運(yùn)將意味著在±壤中添加生物炭不一定能夠控制As的生物有效 性。如Zheng等研究發(fā)現(xiàn)，生物炭施用于重金屬污染的水稻±壤中，生物炭促進(jìn)了水稻±壤 中鐵膜形成，上壤中的Cd、Zn、Pb和As的遷移能力產(chǎn)生影響，水稻根中CcU Zn和化的濃度分別 下降了98%、83%和72%，而神的濃度增加了327 %。由于大多數(shù)農(nóng)田±壤為重金屬?gòu)?fù)合污 染，運(yùn)也就對(duì)生物炭純化農(nóng)田重金屬應(yīng)用提出了挑戰(zhàn)。
[0008] 上述鐵氧化物、硫酸鹽、娃酸鹽W及生物炭在±壤重金屬純化中已得到了廣泛的 應(yīng)用;各自對(duì)特定±壤條件下的某一種重金屬污染±壤具有較好的純化效果。如鐵氧化物 對(duì)神污染±壤純化具有很好的效果，而生物炭對(duì)酸性±壤儒污染純化具有特效，硫酸鹽和 娃酸鹽對(duì)酸性±壤儒或者是鉛污染具有較好的純化效果。而復(fù)合重金屬污染±壤條件下， 單獨(dú)施用上述一種調(diào)理劑往往達(dá)不到同時(shí)純化多種重金屬的目的，需要同時(shí)施用兩種或更 多純化劑。運(yùn)不僅會(huì)給施用帶來(lái)不便；同時(shí)鐵氧化物、硫酸鹽W及娃酸鹽往往會(huì)發(fā)生化學(xué)反 應(yīng)，而導(dǎo)致純化效果喪失或降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種鐵娃硫多元 素復(fù)合生物炭上壤重金屬調(diào)理劑的制備方法。
[0010] 本發(fā)明在生物炭制備過(guò)程中將娃酸鹽添加到植物賴桿等農(nóng)業(yè)廢棄物中，在一定溫 度下隔絕空氣般燒，使得娃酸鹽進(jìn)入到生物炭的結(jié)構(gòu)孔隙中；將含鐵鹽吸附在一定比例高 嶺±上;硫