本發(fā)明屬于修復(fù)重金屬污染土壤技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種煤礦重金屬污染土壤改良劑及其應(yīng)用方法。
背景技術(shù)：
煤礦在在露天開采過程中，露天煤礦各層巖土的剝采與堆倒由于受開采成本及工藝的限制，常常是無次序的混排，形成所謂的“礦山土”(mine soil)，這完全改變了原有的自然土壤的層次結(jié)構(gòu)，給更新植被和種植利用帶來了很大困難。另外，上覆巖層往往含有有害的重金屬元素，將這些巖土堆墊到地表，從而造成土壤污染，影響植物的生存，這些有毒有害物質(zhì)如果隨徑流擴(kuò)散，還將污染更大范圍的土壤。其中毒性最大的是Cd、Pb、Hg、As，它們不但不能被生物降解，相反，卻能在生物作用下放大，大量富集，沿食物鏈最后進(jìn)入人體，引起急性、慢性中毒，甚至能夠致癌、致畸、致死。其中Hg是主要的污染因子。
污染土壤的重金屬主要包括汞、鎘、鉛、鉻和類金屬砷等生物毒性顯著的元素及有一定毒性的鋅、銅、鎳等元素。過量重金屬可引起植物生理功能紊亂、營養(yǎng)失調(diào)。尤其在煤礦的礦渣堆積區(qū)，尾礦區(qū)，其重金屬污染嚴(yán)重，對種植植被帶來了很大困難，且這些重金屬物質(zhì)如果隨徑流擴(kuò)散，將危害更大范圍的土壤，需進(jìn)行重點(diǎn)整治。
CN104307855 B涉及一種采用多功能化生物炭原位修復(fù)重金屬污染土壤的方法。其技術(shù)方案是：采用稻桿、木屑等生物廢棄物制備的多功能化生物炭材料，利用其表面賦予的多種表面官能團(tuán)及其豐富的可入微孔，將相對濕度60～90％的重金屬污染土壤與粒度為0.074～0.178mm多功能化生物炭翻耕混合，翻耕混合的深度為5～30cm，陳化20～30天即可得到修復(fù)。該發(fā)明僅僅是物理吸附重金屬離子且最終重金屬離子仍存在于土壤中，而且修復(fù)時(shí)間較長。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種煤礦重金屬污染土壤改良劑及其應(yīng)用方法，通過固定化酵母菌材料，利用硅膠包埋酵母菌菌體對重金屬的富集和吸附作用，對土壤中重金屬進(jìn)行處理，隨后將硅膠收集處理；此外利用腐殖土及發(fā)電廠燃燒產(chǎn)物粉煤灰，改善土壤理化性狀和生物學(xué)性狀、提高土壤肥力、增加作物產(chǎn)量的作用。
本發(fā)明提供的一種煤礦重金屬污染土壤改良劑，包括以下重量份的原料：腐殖土50～70份，粉煤灰40～50份，固定化酵母菌材料20～30份，混合脂肪醇0.1～1份；所述固定化酵母菌材料采用硅膠包埋酵母菌菌體。
優(yōu)選的，所述腐殖土需進(jìn)行粉碎，過篩，粒徑為30～50目。
優(yōu)選的，所述粉煤灰粒徑為100～200目。
優(yōu)選的，所述硅膠包埋酵母菌體的制備方法為：首先將酵母菌菌體進(jìn)行海藻酸鈣包埋，然后利用硅膠基質(zhì)通過硅膠溶膠-凝膠法將海藻酸鈣-酵母菌菌珠進(jìn)行包埋，最后將硅膠凝膠置于可溶性檸檬酸鹽溶液中，得到硅膠包埋酵母菌菌體，酵母菌菌體為紅酵母菌菌屬。
優(yōu)選的，所述混合脂肪醇為為C12～C18的脂肪醇混合物。
本發(fā)明還提供一種煤礦重金屬污染土壤改良劑的應(yīng)用方法，包括以下步驟：
A.將煤礦周邊污染土壤進(jìn)行第一次翻耕，然后立即灌水，并進(jìn)行二次翻耕；
B.煤礦重金屬污染土壤改良劑均勻散布入步驟A中所述的土壤中，并進(jìn)行二次灌水；
C.最后收集土壤水表面漂浮物，陳化5～8天，即完成土壤污染治理。
優(yōu)選的，所述煤礦重金屬污染土壤改良劑與土壤的質(zhì)量比為(5～8)∶100。
優(yōu)選的，所述第一次翻耕深度需大于20cm。
優(yōu)選的，所述二次灌水后水面高度需高于土壤表面10cm。
優(yōu)選的，所述土壤水表面漂浮物收集需在水完全滲入土壤前完成。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和效果如下：
本發(fā)明通過固定化酵母菌材料，利用硅膠包埋酵母菌菌體對重金屬的富集和吸附作用，對土壤中重金屬進(jìn)行處理，隨后利用混合脂肪醇使固定基材料漂浮在土壤水表面，隨后將固定基材料收集處理，避免重金屬在土壤中富集，進(jìn)而從土壤中將重金屬去除；此外利用腐殖土及發(fā)電廠燃燒產(chǎn)物粉煤灰，改善土壤理化性狀和生物學(xué)性狀、提高土壤肥力、增加作物產(chǎn)量的作用。另外，本土壤改良劑重金屬去除效果較好，且大大節(jié)省土壤改良的處理時(shí)間，可用于煤礦周邊的重金屬污染土壤的修復(fù)。
【具體實(shí)施方式】
下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步的闡述和說明。
實(shí)施例1：
一種煤礦重金屬污染土壤改良劑，包括以下重量份的原料：腐殖土50份，粉煤灰50份，硅膠包埋酵母菌菌體20份，混合脂肪醇0.3份；其中硅膠包埋酵母菌菌體由以下方法制得：首先將紅酵母菌進(jìn)行海藻酸鈣包埋，然后利用硅膠基質(zhì)通過硅膠溶膠-凝膠法將海藻酸鈣-酵母菌菌珠進(jìn)行包埋，最后將硅膠凝膠置于可溶性檸檬酸鹽溶液中，得到硅膠包埋紅酵母菌菌體。上述的土壤改良劑各組分進(jìn)行簡單機(jī)械混合即得到土壤改良劑。
本實(shí)施例還提供一種煤礦重金屬污染土壤改良劑的應(yīng)用方法，包括如下步驟：
首先將將煤礦周邊污染土壤進(jìn)行第一次翻耕，翻耕深度不小于20cm，然后立即灌水，并進(jìn)行二次翻耕，并整理成具有壟溝的方格化土地；然后將煤礦重金屬污染土壤改良劑(煤礦重金屬污染土壤改良劑與土壤的質(zhì)量比為8∶100)均勻散布入上所述的土壤中，并進(jìn)行二次灌水，二次灌水后水面高度需高于土壤表面10cm；最后收集土壤水表面漂浮物，陳化5天，即完成土壤污染治理。
實(shí)施例2：
一種煤礦重金屬污染土壤改良劑，包括以下重量份的原料：腐殖土70份，粉煤灰40份，硅膠包埋酵母菌菌體30份，混合脂肪醇1份；其中硅膠包埋酵母菌菌體由以下方法制得：首先將紅酵母菌進(jìn)行海藻酸鈣包埋，然后利用硅膠基質(zhì)通過硅膠溶膠-凝膠法將海藻酸鈣-酵母菌菌珠進(jìn)行包埋，最后將硅膠凝膠置于可溶性檸檬酸鹽溶液中，得到硅膠包埋紅酵母菌菌體。上述的土壤改良劑各組分進(jìn)行簡單機(jī)械混合即得到土壤改良劑。
本實(shí)施例還提供一種煤礦重金屬污染土壤改良劑的應(yīng)用方法，包括如下步驟：
首先將將煤礦周邊污染土壤進(jìn)行第一次翻耕，翻耕深度不小于20cm，然后立即灌水，并進(jìn)行二次翻耕，并整理成具有壟溝的方格化土地；然后將煤礦重金屬污染土壤改良劑(煤礦重金屬污染土壤改良劑與土壤的質(zhì)量比為5∶100)均勻散布入上所述的土壤中，并進(jìn)行二次灌水，二次灌水后水面高度需高于土壤表面10cm；最后收集土壤水表面漂浮物，陳化8天，即完成土壤污染治理。
實(shí)施例3：
一種煤礦重金屬污染土壤改良劑，包括以下重量份的原料：腐殖土60份，粉煤灰50份，硅膠包埋酵母菌菌體20份，混合脂肪醇0.1份；其中硅膠包埋酵母菌菌體由以下方法制得：首先將紅酵母菌進(jìn)行海藻酸鈣包埋，然后利用硅膠基質(zhì)通過硅膠溶膠-凝膠法將海藻酸鈣-酵母菌菌珠進(jìn)行包埋，最后將硅膠凝膠置于可溶性檸檬酸鹽溶液中，得到硅膠包埋紅酵母菌菌體。上述的土壤改良劑各組分進(jìn)行簡單機(jī)械混合即得到土壤改良劑。
本實(shí)施例還提供一種煤礦重金屬污染土壤改良劑的應(yīng)用方法，包括如下步驟：
首先將將煤礦周邊污染土壤進(jìn)行第一次翻耕，翻耕深度不小于20cm，然后立即灌水，并進(jìn)行二次翻耕，并整理成具有壟溝的方格化土地；然后將煤礦重金屬污染土壤改良劑(煤礦重金屬污染土壤改良劑與土壤的質(zhì)量比為7∶100)均勻散布入上所述的土壤中，并進(jìn)行二次灌水，二次灌水后水面高度需高于土壤表面10cm；最后收集土壤水表面漂浮物，陳化6天，即完成土壤污染治理。
實(shí)施例4：
一種煤礦重金屬污染土壤改良劑，包括以下重量份的原料：腐殖土55份，粉煤灰50份，硅膠包埋酵母菌菌體25份，混合脂肪醇0.8份；其中硅膠包埋酵母菌菌體由以下方法制得：首先將紅酵母菌進(jìn)行海藻酸鈣包埋，然后利用硅膠基質(zhì)通過硅膠溶膠-凝膠法將海藻酸鈣-酵母菌菌珠進(jìn)行包埋，最后將硅膠凝膠置于可溶性檸檬酸鹽溶液中，得到硅膠包埋紅酵母菌菌體。上述的土壤改良劑各組分進(jìn)行簡單機(jī)械混合即得到土壤改良劑。
本實(shí)施例還提供一種煤礦重金屬污染土壤改良劑的應(yīng)用方法，包括如下步驟：
首先將煤礦周邊污染土壤進(jìn)行第一次翻耕，翻耕深度不小于20cm，然后立即灌水，并進(jìn)行二次翻耕，并整理成具有壟溝的方格化土地；然后將煤礦重金屬污染土壤改良劑(煤礦重金屬污染土壤改良劑土壤的質(zhì)量比為6∶100)均勻散布入上所述的土壤中，并進(jìn)行二次灌水，二次灌水后水面高度需高于土壤表面10cm；最后收集土壤水表面漂浮物，陳化7天，即完成土壤污染治理。
實(shí)施例5：
一種煤礦重金屬污染土壤改良劑，包括以下重量份的原料：腐殖土65份，粉煤灰45份，硅膠包埋酵母菌菌體30份，混合脂肪醇0.8份；其中硅膠包埋酵母菌菌體由以下方法制得：首先將紅酵母菌進(jìn)行海藻酸鈣包埋，然后利用硅膠基質(zhì)通過硅膠溶膠-凝膠法將海藻酸鈣-酵母菌菌珠進(jìn)行包埋，最后將硅膠凝膠置于可溶性檸檬酸鹽溶液中，得到硅膠包埋紅酵母菌菌體。上述的土壤改良劑各組分進(jìn)行簡單機(jī)械混合即得到土壤改良劑。
本實(shí)施例還提供一種煤礦重金屬污染土壤改良劑的應(yīng)用方法，包括如下步驟：
首先將將煤礦周邊污染土壤進(jìn)行第一次翻耕，翻耕深度不小于20cm，然后立即灌水，并進(jìn)行二次翻耕，并整理成具有壟溝的方格化土地；然后將煤礦重金屬污染土壤改良劑(煤礦重金屬污染土壤改良劑與土壤的質(zhì)量比為8∶100)均勻散布入上所述的土壤中，并進(jìn)行二次灌水，二次灌水后水面高度需高于土壤表面10cm；最后收集土壤水表面漂浮物，陳化8天，即完成土壤污染治理。
試驗(yàn)地塊：選取重煤礦周邊金屬污染土地設(shè)立壟溝，按照網(wǎng)格布點(diǎn)法，每100m取一試樣點(diǎn)，共選取10個(gè)，檢測其重金屬含量，有效N，有效P，有效K及有機(jī)質(zhì)含量，重復(fù)測量兩次，取均值即為該試驗(yàn)區(qū)的重金屬含量；再利用土壤改良劑處理后的土壤按照上述方法分別測定各重金屬含量，有效N，有效P，有效K及有機(jī)質(zhì)含量。
試驗(yàn)指標(biāo)：重金屬鎘Cd、銅Cu、汞Hg、鋅Zn、鉛Pb、速效N、速效P、速效K及有機(jī)質(zhì)。依據(jù)國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB15618-1995。
原樣土壤與實(shí)施例1～5處理后的土壤中重金屬含量、速效N、速效P、速效K及有機(jī)質(zhì)含量見下表1。
表1土壤中重金屬含量及土壤肥力對比表
通過上表1可以看出，通過本發(fā)明土壤改良劑處理后的土壤重金屬含量明顯降低，且重金屬土壤中含量均符合國家標(biāo)準(zhǔn)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB15618-1995中二級土壤(pH<6.5)，土壤肥力經(jīng)改良劑改善后，速效N、速效P、速效K及有機(jī)質(zhì)含量都得到明顯提升，說明土壤肥力明顯改善。
以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。