一种针对黄壤中Cd的高效钝化方法
技术领域
本发明属于黄壤Cd钝化技术领域，尤其涉及一种针对黄壤中Cd的高效钝化方法。
背景技术
矿业开采、污水灌溉、含重金属肥料或农药的使用以及汽车尾气排放等现象造成了土壤中重金属含量的大幅度增加。大量累积的重金属致使受污染土壤肥力降低，农作物产量下降。其也能通过食物链进入人体，危害人体健康。其中，重金属Cd对人体存在较强毒性，且容易于植物中积累，能随着食品进入人体，损害人体器官，造成难以恢复的恶劣影响。鉴于我国大面积的农用地土壤正遭受着Cd污染问题，因而修复土壤中超标的Cd具有十分重大的意义。
随着重金属污染土壤修复技术的发展，国内外摸索出了不少关于土壤中重金属的修复方法，但其中仍存在实际推广和大面积应用是否可行的问题。虽然植物修复技术是土壤修复领域的研究热点，已有公认的好几种镉修复植物，例如三叶鬼针草、黑麦和印度芥菜，对土壤中Cd的修复暂时只能考虑其它手段。钝化技术是一种经济高效的土壤重金属污染治理技术，通过投放一种或多种物质，影响改变重金属在土壤中的存在形态，减少重金属进入植物体的量。而且钝化技术拥有价格低廉、来源广泛、效果显著和易于实施等优点。在考虑到合适的钝化剂能降低土壤中Cd的水溶性、转移性及生物有效性，从而可以降低土壤中的Cd进入植物和水体的能力后，我国针对土壤中Cd污染的修复多是采用施用钝化剂技术。
国内农田Cd污染程度以轻中度为主，而黄壤广泛分布于我国南方地区，于农业生产土壤中有较大占比，加上黄壤对Cd的吸附性会随着Cd浓度的增加而降低，所以黄壤中的Cd污染情况存在环境暴露风险。因此，针对黄壤区域的Cd污染问题筛选高效、低成本，无毒害作用的钝化剂是今后开展相关修复工作的关键。
钝化剂种类多样，可分为无机钝化剂、有机钝化剂、微生物钝化剂和复合型钝化剂。但现有的Cd污染土壤钝化技术往往只采用一种、一类或是少量几种混合搭配的钝化剂来钝化土壤中的Cd，形式较为单一，钝化剂选择面不够广，且缺少植物栽培实验验证，所以其有效性仍有待确认。因此，亟需一种新的针对黄壤中Cd的高效钝化方法，以解决现有技术中存在的问题，满足人们生活所需。
综上所述，现有技术存在的问题是：
(1)现有使用蜈蚣草对Cd污染土壤进行植物修复工作，但其中仍存在实际推广和大面积应用是否可行的问题。
(2)现有的Cd污染土壤钝化技术往往只采用一种、一类或是少量几种混合搭配的钝化剂来钝化土壤中的Cd，形式较为单一，钝化剂选择面不够广，且缺少植物栽培实验验证，有效性仍有待确认。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种针对黄壤中Cd的高效钝化方法。
本发明是这样实现的，一种针对黄壤中Cd的高效钝化方法，所述针对黄壤中Cd的高效钝化方法包括以下步骤：
步骤一，测定受污染的黄壤中Cd的污染水平；所述黄壤中Cd的污染水平通过土壤中Cd的生物有效态量和全量作为黄壤中Cd的污染物评判指标。
步骤二，根据黄壤中Cd的污染物指标，将Cd钝化剂均匀撒施于受污染的黄壤表面，然后将黄壤旋耕10-25cm。
步骤三，对旋耕后的黄壤灌水3-5cm，使土壤含水量保持60％～70％；在灌水2-5天后施用基肥平衡老化1个月，移栽水稻，对污染黄壤进行原位固定修复。
步骤四，收获水稻后，对稻米及种植水稻的黄壤中Cd的污染物指标进行检测，若检测合格则完成对土壤的修复，若检测不合格则返回步骤二。
进一步，步骤二中，所述根据黄壤中Cd的污染物指标确定Cd钝化剂撒施量的方法如下：
Cd钝化剂的撒施量为土壤干重的0.5％-1.5％；具体地，
重度污染的土壤，每亩需要撒施250-350kg的Cd钝化剂；中度污染的土壤，每亩需要撒施200-250kg的Cd钝化剂；轻度污染的土壤，每亩需要撒施100-200kg的Cd钝化剂。
进一步，步骤二中，所述Cd钝化剂按质量份数由生石灰20-30份、海泡石18-25份、茶树废枝生物炭15-18份、氯化铁10-15份、磷肥10-15份、膨润土8-15份、腐殖土6-10份、活性硅粉5-8份和助熔剂3-5份组成。
进一步，所述Cd钝化剂的制备方法包括以下步骤：
(1)原料破碎：通过锤式破碎机把大块的石灰石、海泡石破碎成平均粒径在0.5-1厘米的石子。
(2)高温煅烧：把石灰石、海泡石和助熔剂分别投入进料仓，经搅拌机搅拌后，通过输送带传送到回转窑窑筒内进行高温煅烧。
(3)经过1200-1300度左右高温煅烧1.5-2.5小时后，将原料转入回转窑的冷却系统冷却25-35分钟，然后把原料运送到料仓后检测其煅烧程度是否合格。
(4)磨粉烘干：将煅烧后检验合格的原料经过雷蒙磨磨粉，然后再添加茶树废枝生物炭、氯化铁、磷肥、膨润土、腐殖土和活性硅粉混合搅拌均匀。
(5)将步骤(4)得到的混合原料置于低温烘干机中，在45-55度条件下低温烘干1.5-2.5小时后，计量包装，即得Cd钝化剂。
进一步，所述膨润土为过60目孔径筛颗粒状的钠基膨润土或钙基膨润土中的一种或多种。
进一步，所述氯化铁为硫酸铁、氯化铁、硝酸铁中的一种或多种。
进一步，所述磷肥为过磷酸钙、重过磷酸钙、磷酸一铵、磷酸二铵、硝酸磷肥或钙镁磷肥。
进一步，所述助熔剂为选自含钠原料和含钾原料中的一种或多种；
优选地，所述含钠原料为选自硫酸钠、氧化钠、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氯化钠、硝酸钠、芒硝的一种或多种；
所述含钾原料选自硫酸钾、氧化钾、氢氧化钾、碳酸钾、氯化钾、硝酸钾中的一种或多种。
进一步，所述活性硅粉按以下方法制备而成：
将氢氧化钙、二氧化硅和水混合，水热反应后过滤去除上清液，得到的沉淀经过煅烧处理后即为所述活性硅粉。
进一步，所述腐殖土按以下方法制备而成：
1)收集无污染土壤、农作物秸秆及粪肥，将农作物秸秆进行腐熟处理，按要求称量无污染土壤、粪肥，加水充分搅拌均匀，进行高压消毒灭菌。
2)经固体生产车间通道缓冲再进入接种间，加入尿素、EM菌稀释液，待冷却后接种。
3)接种后装入发酵料槽上平板车，经缓冲间进入各区培养间，再进入真空干燥车间进行干燥，干燥处理后粉碎、装袋，即可得到所述腐殖土。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明提供的一种针对黄壤中Cd的高效钝化方法，所选材料中的碱性物质可以通过提高土壤pH值，促使土壤中有效态Cd发生形态转化；粘土矿物通过自身的特殊结构，拥有很强的离子交换能力或一些表面活性基团，从而通过离子交换吸附和专性吸附作用降低土壤中的有效态Cd；有机物料对重金属有较强的络合和吸附作用，同时还能增加作物的生物量；生物炭则是由于具有较大的比表面积和表面能，能螫合重金属离子，从而减少土壤中的活泼的重金属有效态。每种材料都具有各自的特点与针对性，盲目地混合几种钝化材料并不可取。但通过试验验证，本混合搭配方案既能保证材料各自的特性得以发挥，又能产生“1+1>2”的黄壤Cd钝化效果。
本发明能够为黄壤中Cd的修复工作提供一种便利、花费低并且效果显著的方案。本发明可利用该方法服务于农业土壤之中，将产地黄壤中Cd的有效态含量大大降低，从而减少种植作物对Cd的吸收累积，保证农产品的健康生长和体内Cd含量低于国家规定的安全限定值。本发明成本低廉，钝化效率高。通过施用A，仅用两个月的时间便使土壤中有效态Cd含量分别降低41.04％，使验证植物苋菜地上部分Cd含量分别降低64.4％，优于现有技术方案的效果(土壤有效态Cd降幅为9.6％，叶菜类地上部分降幅为58.8％)。并且，本发明所述钝化剂显著提升了苋菜生物量、株高、株幅及土壤有机质、碱解氮和速效钾的量，使生物量增加4.4cm～8.9cm；株高和株幅增加0.1cm～5.0cm、4cm～10cm；土壤有机质增加25.0％～27.2％；土壤碱解氮增多3.8％～6.2％；土壤速效钾增多54.0％。
综上所知，本发明十分适用于Cd污染黄壤中Cd的钝化。其安全可靠、效果显著，且具有重复性，可将其推广使用。
附图说明
图1是本发明实施例提供的针对黄壤中Cd的高效钝化方法流程图。
图2是本发明实施例提供的针对黄壤中Cd的高效钝化方法原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种针对黄壤中Cd的高效钝化方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的针对黄壤中Cd的高效钝化方法包括以下步骤：
S101，测定受污染的黄壤中Cd的污染水平；所述黄壤中Cd的污染水平通过土壤中Cd的生物有效态量和全量作为黄壤中Cd的污染物评判指标。
S102，根据黄壤中Cd的污染物指标，将Cd钝化剂均匀撒施于受污染的黄壤表面，然后将黄壤旋耕10-25cm。
S103，对旋耕后的黄壤灌水3-5cm，使土壤含水量保持60％～70％；在灌水2-5天后施用基肥平衡老化1个月，移栽水稻，对污染黄壤进行原位固定修复。
S104，收获水稻后，对稻米及种植水稻的黄壤中Cd的污染物指标进行检测，若检测合格则完成对土壤的修复，若检测不合格则返回S102。
本发明实施例提供的S102中，根据黄壤中Cd的污染物指标确定Cd钝化剂撒施量的方法如下：Cd钝化剂的撒施量为土壤干重的0.5％-1.5％；具体地，
重度污染的土壤，每亩需要撒施250-350kg的Cd钝化剂；中度污染的土壤，每亩需要撒施200-250kg的Cd钝化剂；轻度污染的土壤，每亩需要撒施100-200kg的Cd钝化剂。
本发明实施例提供的S102中，Cd钝化剂按质量份数由生石灰20-30份、海泡石18-25份、茶树废枝生物炭15-18份、氯化铁10-15份、磷肥10-15份、膨润土8-15份、腐殖土6-10份、活性硅粉5-8份和助熔剂3-5份组成。
本发明实施例提供的针对黄壤中Cd的高效钝化方法的原理图如图2所示。
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
本发明选取9种无机钝化材料，9种有机钝化材料及34种无机-有机复合钝化材料进行盆内试验，研究了不同钝化材料对黄壤Cd的钝化效果；通过苋菜盆栽试验，研究了不同钝化材料对Cd污染黄壤中Cd生物有效性、土壤各类养分及植物生长的影响，最终筛选出一种经济高效、对环境友好的钝化材料。
实施例1
本发明实施例提供的针对黄壤中Cd的高效钝化方法如图1所示，作为优选实施例，本发明实施例提供的Cd钝化剂的制备方法包括以下步骤：
(1)原料破碎：通过锤式破碎机把大块的石灰石、海泡石破碎成平均粒径在0.5-1厘米的石子。
(2)高温煅烧：把石灰石、海泡石和助熔剂分别投入进料仓，经搅拌机搅拌后，通过输送带传送到回转窑窑筒内进行高温煅烧。
(3)经过1200-1300度左右高温煅烧1.5-2.5小时后，将原料转入回转窑的冷却系统冷却25-35分钟，然后把原料运送到料仓后检测其煅烧程度是否合格。
(4)磨粉烘干：将煅烧后检验合格的原料经过雷蒙磨磨粉，然后再添加茶树废枝生物炭、氯化铁、磷肥、膨润土、腐殖土和活性硅粉混合搅拌均匀。
(5)将步骤(4)得到的混合原料置于低温烘干机中，在45-55度条件下低温烘干1.5-2.5小时后，计量包装，即得Cd钝化剂。
本发明实施例提供的膨润土为过60目孔径筛颗粒状的钠基膨润土或钙基膨润土中的一种或多种。
本发明实施例提供的氯化铁为硫酸铁、氯化铁、硝酸铁中的一种或多种。
本发明实施例提供的磷肥为过磷酸钙、重过磷酸钙、磷酸一铵、磷酸二铵、硝酸磷肥或钙镁磷肥。
本发明实施例提供的助熔剂为选自含钠原料和含钾原料中的一种或多种；优选地，所述含钠原料为选自硫酸钠、氧化钠、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氯化钠、硝酸钠、芒硝的一种或多种；所述含钾原料选自硫酸钾、氧化钾、氢氧化钾、碳酸钾、氯化钾、硝酸钾中的一种或多种。
实施例2
本发明实施例提供的针对黄壤中Cd的高效钝化方法如图1所示，作为优选实施例，本发明实施例提供的活性硅粉按以下方法制备而成：
将氢氧化钙、二氧化硅和水混合，水热反应后过滤去除上清液，得到的沉淀经过煅烧处理后即为所述活性硅粉。
实施例3
本发明实施例提供的针对黄壤中Cd的高效钝化方法如图1所示，作为优选实施例，本发明实施例提供的腐殖土按以下方法制备而成：
1)收集无污染土壤、农作物秸秆及粪肥，将农作物秸秆进行腐熟处理，按要求称量无污染土壤、粪肥，加水充分搅拌均匀，进行高压消毒灭菌。
2)经固体生产车间通道缓冲再进入接种间，加入尿素、EM菌稀释液，待冷却后接种。
3)接种后装入发酵料槽上平板车，经缓冲间进入各区培养间，再进入真空干燥车间进行干燥，干燥处理后粉碎、装袋，即可得到所述腐殖土。
下面结合修复原理对本发明作进一步描述。
本发明实施例提供的针对黄壤中Cd的高效钝化方法的修复原理包括：本发明所选材料中的碱性物质可以通过提高土壤pH值，促使土壤中有效态Cd发生形态转化；粘土矿物通过自身的特殊结构，拥有很强的离子交换能力或一些表面活性基团，从而通过离子交换吸附和专性吸附作用降低土壤中的有效态Cd；有机物料对重金属有较强的络合和吸附作用，同时还能增加作物的生物量；生物炭则是由于具有较大的比表面积和表面能，能螫合重金属离子，从而减少土壤中的活泼的重金属有效态。每种材料都具有各自的特点与针对性，盲目地混合几种钝化材料并不可取。但通过试验验证，本混合搭配方案既能保证材料各自的特性得以发挥，又能产生“1+1>2”的黄壤Cd钝化效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
