一种风沙土修复剂及其制备方法和风沙土修复方法

摘要

本发明涉及一种风沙土修复剂及其制备方法和风沙土修复方法，先按照质量比为(5～10)：100，取粉煤灰与城市污泥混合，得到混合物A；对得到的混合物A进行辐照处理；辐照处理后冷却至室温并经过沉降，分离出上清液，剩下的沉降物为风沙土修复剂。风沙土修复剂与风沙土混合均匀，得到混合物B，将得到的混合物B干燥作为栽种土，在其中栽种沙蒿植株，于自然光照下生长，进行风沙土修复。本发明通过制得风沙土修复剂配施于风沙土，栽种沙蒿进行风沙土的修复，实现粉煤灰与城市污泥变废为宝，遏制了风沙土的蔓延，减少了沙地的恶化。

说明书

【技术领域】

本发明属于土壤修复领域，涉及一种风沙土修复剂及其制备方法和风沙土修复方法。

【背景技术】

土地风蚀沙化，不仅是生态问题、环境问题，也是政治问题、经济问题、社会安全问题。纵观丝绸之路经济带，多数国家土地严重沙化。随着工业化的迅猛发展，土地风蚀沙化进程不但没有得到有效地控制，而是伴随着工业生活污染进一步蔓延，严重影响“一带一路”建设的推进。

近年来，“以废治废，废弃资源回收利用”得到了广泛的重视与研究，尤其像城市污泥、粉煤灰这类量大、污染严重的固体废弃物，若能实现其资源化利用、变害为利、变废为宝，将是缓解我国资源匮乏、解决环境污染等问题的重要措施。Peyton等学者研究显示，城市污泥中含有丰富的植物所需的N、P、K、Mg、有机质及其它微量元素等，污泥配施到土地后，可有效地改善土地的理化性质，显著地提高植物的生物量(Peyton D.P.,Healy M.G.,Fleming G.T.A.,Grant J.,Wall D.,Morrison L.,Cormican M.,FentonO..2016.Nutrient,metal and microbial loss in surface runoff following treatedsludge and dairy cattle slurry application to an Irish grassland soil.Scienceof The Total Environment,(541):218-229.)。胡雨彤(胡雨彤,时连辉,刘登民,仝少伟,魏美艳,孙杰.2014.不同比例珍珠岩对污泥堆肥理化性状与孔雀草生长的影响.应用生态学报,25(7):1949-1954.)和杨鹏(杨鹏,王东琦,邱凌,张克强.2015.消化污泥经臭氧-紫外处理对大叶木耳菜水培产量及品质的影响.农业环境科学学报,34(9):1653-1658.)等学者曾报道污泥可有效地促进孔雀草和大叶木耳菜的生长，作物产量明显增加。但是由于污泥中含有多种重金属，一直制约着污泥土地利用的推广。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种风沙土修复剂及其制备方法和风沙土修复方法，以粉煤灰与城市污泥为主要成分制备风沙土修复剂，配施于风沙土并作用于沙蒿来修复风沙土，且能够降低污泥中的重金属。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

包括以下步骤：

(1)按照质量比为(5～10)：100，取粉煤灰与城市污泥混合，得到混合物A；

(2)对得到的混合物A进行辐照处理；辐照处理后冷却至室温并经过沉降，分离出上清液，剩下的沉降物为风沙土修复剂。

进一步地，步骤(2)中辐照处理中辐照计量范围为2～10kGy。

进一步地，步骤(2)中辐照处理中采用伽马射线辐照，辐照时间为5～30min。

进一步地，步骤(2)中沉降0.5～2h。

如上所述制备方法制得的风沙土修复剂。

利用如上所述风沙土修复剂进行风沙土修复的方法：包括以下步骤：

1)将风沙土修复剂与风沙土混合均匀，得到混合物B，将得到的混合物B干燥；

2)将干燥的混合物B作为栽种土，在其中栽种沙蒿植株，于自然光照下生长，进行风沙土修复。

进一步地，步骤1)中风沙土修复剂与风沙土按照体积比1:(1～4)进行混合。

进一步地，步骤1)中混合物B于室温下自然干燥。

进一步地，步骤2)中干燥后的混合物B过40～80目筛后作为栽种土；每株沙蒿用8～10kg的栽种土栽种。

进一步地，步骤2)中栽种的沙蒿植株高度均在8～12cm，株龄均在15～25天；栽种后于自然光照下生长70～90天。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明通过粉煤灰与城市污泥相互作用、并进行一定的改性处理制备风沙土修复剂，粉煤灰中富含CaO、MgO、SiO₂等物质，同时还含有K、Ca、S和一些微量元素(如Zn、Ge、Ga)等，pH值约为12，可用来中和土壤的酸性和杀灭病原菌。此外，粉煤灰疏松多孔、质轻粒细、表面能高、含有一定的活性基团、具有较强的吸附能力，能够有效钝化污泥中重金属的活性。对于污泥中的病原微生物本发明通过辐照进行处理，经测试表明，本发明修复剂中未发现菌胶团、原生动物，因此该修复剂可放心应用。

本发明提供了一种低成本风沙土修复方法，通过制得风沙土修复剂配施于风沙土，栽种沙蒿进行风沙土的修复，实现粉煤灰与城市污泥变废为宝，遏制了风沙土的蔓延，减少了沙地的恶化；目前污泥等固废物土地利用的主要制约因素即重金属污染问题，本发明一方面利用粉煤灰的表面特性钝化了一部分重金属，另一方面利用沙蒿的生物效应钝化了另一部分重金属；本发明应用的原材料均为废弃物，充分地利用了废弃物中的有益成分促进了沙蒿的生长，同时通过沙蒿的新陈代谢反过来稳定、改善风沙土，最终达到修复风沙土、绿化环境的目的。对于应用粉煤灰联合城市污泥修复风沙土，目前还没有任何应用研究，通多本发明中的成分分析，若将粉煤灰与城市污泥通过相互作用，并对其进行一定地改性处理制备修复剂修复风沙土，不仅实现了变废为宝的目的，还有效地遏制了风沙土的蔓延，同时对沙漠地区的绿化也起到了一定的有益效果。本发明提供了一种风沙土修复方法，补充目前风沙土修复技术的短缺；同时，经试验测试表明，本发明能够有效降低修复剂配施风沙土后土壤中的重金属含量，明显降低Cd的生物有效性及生态毒性；修复后的风沙土营养成分含量明显增加，种植沙蒿后，稳定性也得到了保障，通过植物的新陈代谢，风沙土的土质将转向良性循环。因此本发明可有效地修复风沙土，遏制沙漠蔓延。

【具体实施方式】

下面结合具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

本发明方法通过如下步骤进行的：

1)取一定量的粉煤灰与城市污泥按照质量比5～10％(wt/wt)充分混合，然后将混合物经伽马射线辐照，辐照计量范围2～10kGy，处理5～30min。辐照后的样品冷却至室温，沉降0.5～2h，过滤除去上清液(待用)，得到风沙土修复剂；

2)将修复剂与风沙土按照体积比1:1～1:4进行混合，在混合期间，可向混合物中加入一定量的(1)中的上清液，以便修复剂与风沙土混合充分、成分均一。混合物于室温下自然干燥，干燥后的混合物过40～80目筛后备用。

3)将2)中干燥后的混合物作为栽种土，取8～10kg置于陶罐中(直径60cm，高80cm)，即每株沙蒿用8～10kg的栽种土栽种。筛选沙蒿植株，取长势良好，高度相同，在8～12cm，株龄一致，15～25天，黑沙蒿(Artemisia ordosica)；将筛选好的沙蒿植株，栽种于陶罐中，每罐栽一棵，于自然光照下生长70～90天，生长期一般在每年4月～10月期间。观察沙蒿生长情况及土质变化。

步骤1)粉煤灰取自电厂，城市污泥来源于城市污水处理厂。

步骤2)中的风沙土取自沙漠。

本发明技术方法中主要利用粉煤灰与城市污泥为主要成分制备风沙土修复剂，配施于风沙土改善其营养结构，并作用于沙蒿来修复风沙土，栽种沙蒿稳定、改善风沙土，最终达到风沙土修复、环境绿化的目的，具有新颖、独特、简易、环保、成本低等特点。

下面通过实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

(1)取样：

粉煤灰取自电厂，城市污泥取自城市污水处理厂，风沙土取自沙漠。

(2)修复剂的制备：

取一定量的粉煤灰与城市污泥按照质量比5％(wt/wt)充分混合，然后将混合物经伽马射线辐照5min，辐照计量值为2kGy。辐照后的样品冷却至室温，沉降0.5h，过滤除去上清液(待用)，得到风沙土修复剂。

(3)修复剂配施风沙土：

将修复剂与风沙土按照体积比1:1进行混合，在混合期间，可向混合物中加入一定量的(1)中的上清液，以便修复剂与风沙土混合充分、成分均一。混合物于室温下自然干燥，干燥后的混合物过40目筛后备用。

(4)沙蒿培植：

取(2)中干燥后的混合物8kg置于陶罐中(直径60cm，高80cm)。取长势良好、高度相同且为8cm、株龄一致且为15天的黑沙蒿植株栽种于陶罐中，每罐栽一棵，在4月～10月期间于自然光照下生长70天。观察沙蒿生长情况及土质变化。

修复剂的安全性：

上述实施例中制备的修复剂的安全性见表1-1、表1-2。

表1-1微生物镜检结果

通过表1-1数据可知修复剂中未发现菌胶团、原生动物，经过平板培养只有细菌生长出，且数量很低。

表1-2配施土壤中重金属含量

通过表1-2数据可知修复剂配施风沙土后土壤中的重金属只有Cd含量超出了国标GB15618-1995。

表1-3沙蒿种植前后土壤中Cd赋存形态变化

由表1-3可知，沙蒿种植后，根系土中Cd的残渣态明显增加。这表明沙蒿可降低这些Cd的生物有效性及生态毒性。

综上所述，本发明技术不存在安全隐患。

表1-4修复前后风沙土营养成分变化

由表1-4数据可知，修复后的风沙土营养成分含量明显增加，种植沙蒿后，稳定性也得到了保障，通过植物的新陈代谢，风沙土的土质将转向良性循环。因此该技术可有效地修复风沙土，遏制沙漠蔓延。

实施例2

(1)粉煤灰、城市污泥、风沙土的取样同实施例1。

(2)修复剂的制备：

取一定量的粉煤灰与城市污泥按照质量比6％(wt/wt)充分混合，然后将混合物经伽马射线辐照10min，辐照计量值为3kGy。辐照后的样品冷却至室温，沉降0.8h，过滤除去上清液(待用)，得到风沙土修复剂。

(3)修复剂配施风沙土：

将修复剂与风沙土按照体积比1:2进行混合，在混合期间，可向混合物中加入一定量的(1)中的上清液，以便修复剂与风沙土混合充分、成分均一。混合物于室温下自然干燥，干燥后的混合物过50目筛后备用。

(4)沙蒿培植：

取(2)中干燥后的混合物8.5kg置于陶罐中(直径60cm，高80cm)。取长势良好、高度相同且为9cm、株龄一致且为17天的黑沙蒿植株栽种于陶罐中，每罐栽一棵，于自然光照下生长75天。观察沙蒿生长情况及土质变化。

修复剂的安全性：

上述实施例中制备的修复剂的安全性见表2-1、表2-2。

表2-1微生物镜检结果

通过表2-1数据可知修复剂中未发现菌胶团、原生动物，经过平板培养只有细菌生长出，且数量很低。

表2-2配施土壤中重金属含量

通过表2-2数据可知修复剂配施风沙土后土壤中的重金属只有Cd含量超出了国标GB15618-1995。

表2-3沙蒿种植前后土壤中Cd赋存形态变化

由表2-3可知，沙蒿种植后，根系土中Cd的残渣态明显增加。这表明沙蒿可降低这些Cd的生物有效性及生态毒性。

综上所述，本发明技术不存在安全隐患。

表2-4修复前后风沙土营养成分变化

由表2-4数据可知，修复后的风沙土营养成分含量明显增加，种植沙蒿后，稳定性也得到了保障，通过植物的新陈代谢，风沙土的土质将转向良性循环。因此该技术可有效地修复风沙土，遏制沙漠蔓延。

实施例3

(1)粉煤灰、城市污泥、风沙土的取样同实施例1。

(2)修复剂的制备：

取一定量的粉煤灰与城市污泥按照质量比7％(wt/wt)充分混合，然后将混合物经伽马射线辐照20min，辐照计量值为5kGy。辐照后的样品冷却至室温，沉降1h，过滤除去上清液(待用)，得到风沙土修复剂。

(3)修复剂配施风沙土：

将修复剂与风沙土按照体积比1:3进行混合，在混合期间，可向混合物中加入一定量的(1)中的上清液，以便修复剂与风沙土混合充分、成分均一。混合物于室温下自然干燥，干燥后的混合物过60目筛后备用。

(4)沙蒿培植：

取(2)中干燥后的混合物9kg置于陶罐中(直径60cm，高80cm)。取长势良好、高度相同且为10cm、株龄一致且为19天的黑沙蒿植株栽种于陶罐中，每罐栽一棵，于自然光照下生长80天。观察沙蒿生长情况及土质变化。

修复剂的安全性：

上述实施例中制备的修复剂的安全性见表3-1、表3-2。

表3-1微生物镜检结果

通过表3-1数据可知修复剂中未发现菌胶团、原生动物，经过平板培养只有细菌生长出，且数量很低。

表3-2配施土壤中重金属含量

通过表3-2数据可知修复剂配施风沙土后土壤中的重金属只有Cd含量超出了国标GB15618-1995。

表3-3沙蒿种植前后土壤中Cd赋存形态变化

由表3-3可知，沙蒿种植后，根系土中Cd的残渣态明显增加。这表明沙蒿可降低这些Cd的生物有效性及生态毒性。

综上所述，本发明技术不存在安全隐患。

表3-4修复前后风沙土营养成分变化

由表3-4数据可知，修复后的风沙土营养成分含量明显增加，种植沙蒿后，稳定性也得到了保障，通过植物的新陈代谢，风沙土的土质将转向良性循环。因此该技术可有效地修复风沙土，遏制沙漠蔓延。

实施例4

粉煤灰、城市污泥、风沙土的取样同实施例1。取一定量的粉煤灰与城市污泥按照质量比8％(wt/wt)充分混合，然后将混合物经伽马射线辐照25min，辐照计量值为7kGy。辐照后的样品冷却至室温，沉降1.5h，过滤除去上清液(待用)，得到风沙土修复剂。将获得修复剂与风沙土按照体积比1:3.5进行混合，在混合期间，可向混合物中加入一定量的上清液，以便修复剂与风沙土混合充分、成分均一。混合物于室温下自然干燥，干燥后的混合物过70目筛后备用。然后取上述干燥后的混合物9.5kg置于陶罐中(直径60cm，高80cm)。取长势良好、高度相同且为11cm、株龄一致且为22天的黑沙蒿植株栽种于陶罐中，每罐栽一棵，于自然光照下生长85天。观察沙蒿生长情况及土质变化。

实施例5

粉煤灰、城市污泥、风沙土的取样同实施例1。取一定量的粉煤灰与城市污泥按照质量比10％(wt/wt)充分混合，然后将混合物经伽马射线辐照30min，辐照计量值为10kGy。辐照后的样品冷却至室温，沉降2h，过滤除去上清液(待用)，得到风沙土修复剂。将获得修复剂与风沙土按照体积比1:4进行混合，在混合期间，可向混合物中加入一定量的上清液，以便修复剂与风沙土混合充分、成分均一。混合物于室温下自然干燥，干燥后的混合物过80目筛后备用。然后上述干燥后的混合物10kg置于陶罐中(直径60cm，高80cm)。取长势良好、高度相同且为12cm、株龄一致且为25天的黑沙蒿植株栽种于陶罐中，每罐栽一棵，于自然光照下生长90天。观察沙蒿生长情况及土质变化。

上述方法对风沙土的修复既解决了粉煤灰与城市污泥的处理处置问题，又遏制了风沙土的无限蔓延，该方法成本低、无安全隐患、绿树环保，实现了废物的资源化利用，种植的沙蒿还可用来开发生物燃料，附加值高。

以上述及内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。