本發(fā)明屬于重金屬污染土壤領(lǐng)域，具體涉及一種土壤重金屬穩(wěn)定劑及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著城市化及工業(yè)化進(jìn)程的迅速發(fā)展，土壤重金屬污染日益嚴(yán)重，已成為一個不可忽視的問題，給我國人民生活質(zhì)量、身體健康及經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展均帶來了較大的負(fù)面影響。土壤重金屬來源廣泛且復(fù)雜，存在多種形態(tài)，且多具隱蔽性及長期累積性，具有較大的處理難度。
重金屬污染事關(guān)“菜籃子”、“米袋子”安全，事關(guān)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和人體健康及經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，是重大的民生問題和戰(zhàn)略問題，引起國家高度關(guān)注?！锻寥牢廴痉乐涡袆佑媱潯返穆涞孛鞔_推進(jìn)土壤污染治理，重金屬污染土壤修復(fù)是其中重要的一個方面，因此，土壤重金屬污染治理技術(shù)的研究具有及其重要的意義。土壤重金屬穩(wěn)定化修復(fù)具有修復(fù)成分低，修復(fù)效果好，工藝簡單易行等優(yōu)點而受到廣泛關(guān)注。
現(xiàn)有的土壤重金屬穩(wěn)定劑具有以下缺點：（1）目前的重金屬穩(wěn)定劑多以添加重金屬穩(wěn)定的方法形成難溶沉淀物，受外部酸堿的影響較大，修復(fù)效果不穩(wěn)定；（2）目前穩(wěn)定劑多為成分單一，且對土壤性質(zhì)影響較大，易造成土壤板結(jié)，養(yǎng)分失衡等問題，修復(fù)后土壤難以再利用；（3）穩(wěn)定劑成本較為高昂。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種土壤重金屬穩(wěn)定劑及其制備方法和應(yīng)用。
本發(fā)明解決問題的思路如下：
1）以純堿生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的澄清桶底流物為藥劑無機(jī)物料的主要成分，其主要成分為含有ca，mg，fe等金屬的碳酸鹽，一方面對土壤具有ph調(diào)節(jié)作用，且不對土壤的酸堿性造成沖擊，另一方面，無機(jī)骨料中含有植物生長所需mg，fe等微量元素，可與重金屬離子形成吸附競爭，對農(nóng)作物的安全生產(chǎn)具有重要的意義；且采用該無機(jī)骨料實現(xiàn)了廢物資源化，又有利于降低穩(wěn)定劑的生產(chǎn)成本。
2）穩(wěn)定劑中添加生物炭、磷酸鹽、硫化物，實現(xiàn)多種穩(wěn)定化機(jī)制，有利于強(qiáng)化穩(wěn)定劑修復(fù)效果的穩(wěn)定性。
本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：
一種土壤重金屬穩(wěn)定劑，按質(zhì)量百分比由以下原料組成：無機(jī)骨料40%~60%，生物炭20%~40%，磷酸鹽5%~20%，硫化物5%~20%。
所述的無機(jī)骨料由白泥與生石灰制備而成。
所述的無機(jī)骨料中，生石灰的用量占白泥總質(zhì)量的8%~12%。
所述的白泥為氨堿法生產(chǎn)純堿中產(chǎn)生的固體廢棄物。
所述的磷酸鹽為堿金屬磷酸鹽、堿金屬磷酸二氫鹽、堿土金屬磷酸鹽、堿土金屬磷酸二氫鹽中的至少一種。
所述的硫化物為堿金屬硫化物。
一種土壤重金屬穩(wěn)定劑的制備方法，包括以下步驟：
1）將白泥烘干，與生石灰混合，再陳化制成無機(jī)骨料；
2）將無機(jī)骨料與生物炭按配方比例混合；
3）將磷酸鹽和硫化物溶于溶劑中，添加分散劑，與步驟2）所得的物料混合攪拌，干燥得到；土壤重金屬穩(wěn)定劑的組成如上所述。
一種土壤重金屬污染修復(fù)方法，包括將上述的土壤重金屬穩(wěn)定劑與待修復(fù)土壤混合后，加水、攪拌、養(yǎng)護(hù)。
所述穩(wěn)定劑與待修復(fù)土壤的質(zhì)量比為（0.05~0.1）：100；加水后土壤的含水率控制為30wt%~45wt%。
本發(fā)明的有益效果是：
1.無機(jī)骨料中含有大量的鈣鹽及較多的鎂、鐵等元素，一方面可實現(xiàn)對土壤ph的調(diào)節(jié)，將部分重金屬組分以氫氧化物的形式沉淀下來，另一方面與土壤中的重金屬成分形成吸附競爭，削弱重金屬與土壤的結(jié)合，同時有利于調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分，避免土壤造成養(yǎng)分失衡及板結(jié)；
2.穩(wěn)定劑中化學(xué)沉淀及吸附作用相互強(qiáng)化，有利于增強(qiáng)修復(fù)效果的穩(wěn)定性；
3.采用純堿生產(chǎn)過程產(chǎn)生的澄清桶底流物作為原料之一，實現(xiàn)廢物資源化，能夠有效降低藥劑的生產(chǎn)成本。
具體實施方式
一種土壤重金屬穩(wěn)定劑，按質(zhì)量百分比由以下原料組成：無機(jī)骨料40%~60%，生物炭20%~40%，磷酸鹽5%~20%，硫化物5%~20%；進(jìn)一步優(yōu)選的，按質(zhì)量百分比由以下原料組成：無機(jī)骨料50%~60%，生物炭25%~30%，磷酸鹽5%~10%，硫化物5%~15%。
優(yōu)選的，所述的穩(wěn)定劑中，無機(jī)骨料與生物炭的質(zhì)量比為2:1。
優(yōu)選的，所述的無機(jī)骨料由白泥與生石灰制備而成。
優(yōu)選的，所述的無機(jī)骨料中，生石灰的用量占白泥總質(zhì)量的8%~12%；進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的無機(jī)骨料中，生石灰的用量占白泥總質(zhì)量的10%。
優(yōu)選的，所述的白泥為氨堿法生產(chǎn)純堿中產(chǎn)生的固體廢棄物，即生產(chǎn)純堿過程中產(chǎn)生的澄清桶底流物，白泥原料的含水率約為60wt%。
優(yōu)選的，所述白泥干燥至含水率<5wt%后使用。
優(yōu)選的，所述的磷酸鹽為堿金屬磷酸鹽、堿金屬磷酸二氫鹽、堿土金屬磷酸鹽、堿土金屬磷酸二氫鹽中的至少一種；進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的磷酸鹽為磷灰石、磷酸鉀、磷酸二氫鉀中的至少一種；再進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的磷酸鹽為磷酸二氫鉀。
優(yōu)選的，所述的硫化物為堿金屬硫化物；進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的硫化物為硫化鈉、硫化鉀中的至少一種；再進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的硫化物為硫化鈉。
一種土壤重金屬穩(wěn)定劑的制備方法，包括以下步驟：
1）將白泥烘干，與生石灰混合，再陳化制成無機(jī)骨料；
2）將無機(jī)骨料與生物炭按配方比例混合；
3）將磷酸鹽和硫化物溶于溶劑中，添加分散劑，與步驟2）所得的物料混合攪拌，干燥得到；土壤重金屬穩(wěn)定劑的組成如上所述。
優(yōu)選的，步驟3）中所述的溶劑為水。
優(yōu)選的，步驟3）中所述的分散劑為醇；進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的分散劑為乙醇。
一種土壤重金屬污染修復(fù)方法，包括將上述的土壤重金屬穩(wěn)定劑與待修復(fù)土壤混合后，加水、攪拌、養(yǎng)護(hù)。
上述的混合，為在攪拌機(jī)內(nèi)混合攪拌，或者利用原位攪拌機(jī)在修復(fù)區(qū)域內(nèi)混合攪拌。
優(yōu)選的，所述穩(wěn)定劑與待修復(fù)土壤的質(zhì)量比為（0.05~0.1）：100；加水后土壤的含水率控制為30wt%~45wt%。
優(yōu)選的，上述應(yīng)用中，養(yǎng)護(hù)的時間至少為5天；進(jìn)一步優(yōu)選的，養(yǎng)護(hù)的時間為7天。
本發(fā)明公開的土壤重金屬穩(wěn)定劑實現(xiàn)土壤重金屬穩(wěn)定化的機(jī)理如下：無機(jī)骨料中含有大量的鈣鹽及較多的鎂、鐵等元素，一方面可實現(xiàn)對土壤ph的調(diào)節(jié)，將部分重金屬組分以氫氧化物的形式沉淀下來，一方面，與土壤中的重金屬成分形成吸附競爭，削弱重金屬與土壤的結(jié)合，同時有利于調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分，避免土壤造成養(yǎng)分失衡及板結(jié)；磷酸鹽及硫化物與重金屬成分如鉛及銅等也能形成較為穩(wěn)定的沉淀物，將重金屬從土壤中轉(zhuǎn)移出來，且產(chǎn)生的沉淀物質(zhì)能夠強(qiáng)化藥劑的吸附性能，增強(qiáng)其修復(fù)效果；生物炭對大部分的重金屬如砷、銅等具有較好的吸附性能。
以下通過具體的實施例對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
實施例1：
一、穩(wěn)定劑的制備
（1）取白泥，在400℃下烘干至含水率＜5%，加以10%的生石灰進(jìn)行陳化后作為穩(wěn)定劑的無機(jī)骨料，穩(wěn)定劑中無機(jī)骨料的占比為50%。
（2）無機(jī)骨料與生物炭按照2：1的比例在攪拌機(jī)中進(jìn)行充分混合。
（3）將10%磷酸二氫鉀及15%的硫化鈉溶于去離子水中，用無水乙醇做分散劑將配置好的溶液與無機(jī)骨料及生物炭的混合物充分混合，烘干待用。
二、土壤重金屬穩(wěn)定化的應(yīng)用
取1kg按上述方法配置好的穩(wěn)定劑，投加到1500kg重金屬污染土壤中進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，加水，將含水率控制?0%，養(yǎng)護(hù)7天，土壤中各種重金屬成分的浸出液濃度顯著降低，其中，鉛、銅、鋅、砷的濃度分別由3.51、6.78、5.12、8.52mg/l，全部降低到0.5mg/l以下。
實施例2：
一、穩(wěn)定劑的制備
（1）取白泥，在400℃下烘干至含水率＜5%，加以10%的生石灰進(jìn)行陳化后作為穩(wěn)定劑的無機(jī)骨料，穩(wěn)定劑中無機(jī)骨料的占比為60%。
（2）無機(jī)骨料與生物炭按照2：1的比例在攪拌機(jī)中進(jìn)行充分混合。
（3）將5%磷酸二氫鉀及5%的硫化鈉溶于去離子水中，用無水乙醇做分散劑將配置好的溶液與無機(jī)骨料及生物炭的混合物充分混合，烘干待用。
二、土壤重金屬穩(wěn)定化的應(yīng)用
取100g按上述方法配置好的穩(wěn)定劑，投加到100kg銅污染土壤中，加水，將含水率控制在35%，養(yǎng)護(hù)7天，土壤中銅的浸出液濃度由7.23mg/l降低到0.21mg/l，穩(wěn)定化效果非常顯著。
實施例3：
一、穩(wěn)定劑的制備
（1）取白泥，在400℃下烘干至含水率＜5%，加以10%的生石灰進(jìn)行陳化后作為穩(wěn)定劑的無機(jī)骨料，穩(wěn)定劑中無機(jī)骨料的占比為60%。
（2）無機(jī)骨料與生物炭按照2：1的比例在攪拌機(jī)中進(jìn)行充分混合。
（3）將5%磷酸二氫鉀及5%的硫化鈉溶于去離子水中，用無水乙醇做分散劑將配置好的溶液與無機(jī)骨料及生物炭的混合物充分混合，烘干待用。
二、土壤重金屬穩(wěn)定化的應(yīng)用
取10kg穩(wěn)定劑配置成質(zhì)量濃度為1%的懸濁液，均勻噴灑在30m2受重金屬污染的農(nóng)田上，用挖機(jī)進(jìn)行攪拌，養(yǎng)護(hù)7天后，能夠有效實現(xiàn)農(nóng)田重金屬的鈍化。