[发明专利]一种固化土壤重金属污染的复合环境材料

说明书

技术领域

本发明涉及污染土壤的改良剂，特别是一种固化土壤重金属污染的复合环境材料。

背景技术

土壤是指发育于地球陆地表面能生长绿色植物的疏松多孔结构表层，是生态系统中极为重要的组成部分，也是人类社会最重要的自然资源。近年来，土壤重金属污染问题较为突出。土壤重金属污染是指由于人类活动使土壤中重金属含量明显高于原有含量，并造成土壤环境质量下降和农田生态环境恶化的现象。随着工业的发展，人类在创造经济、推动社会发展的同时，也给生存的环境逐渐带来破坏和污染。近几十年，世界上因重金属污染带来的损失越来越严重，我国也面临日益严峻的形势。

目前我国受Cd、As、Cr、Pb等重金属污染的耕地面积近2000万hm²，约占总耕地面积的1/5，重金属Cd污染耕地113万hm²,涉及11省市的25个地区；粮食中含Pb量大于110mg/kg的产地也有11个。不断增加的重金属污染已经导致了大面积土地不能耕作。我国24个省(市)城郊、污水灌溉区、工矿等经济发展较快地区的320个重点污染区中，重金属含量超标的农产品产量与面积约占污染物超标农产品总量与总面积的80%以上，尤其以Pb、Cd、Hg、Cu及其复合污染最为突出。另外，我国污水灌溉区面积约为140万hm²，遭受重金属污染的土地面积占污灌总面积的64.8%，许多地方粮食、蔬菜、水果等食物中Cd、Cr、As、Pb等重金属含量超标或接近临界值。镉和铅是非营养元素，对植物有明显的毒害作用，会影响植物细胞代谢和生长发育，改变植物体的形态结构，且会随着食物链危及人类和其他动物的健康，因此重金属铅、镉污染已经成为一个严重的环境问题。

为了缓解日益严重的土壤重金属污染，土壤重金属污染修复技术越来越受到人们重视。但土壤重金属污染具隐蔽性、长期性及后果严重性等特点，导致在治理方面的局限性。

目前针对土壤重金属污染修复的方法种类较多，按修复原理大致可划分为物理方法、化学方法和生物方法。

物理方法主要是通过物理或物理化学的原理来治理土壤中重金属。具体措施有热处理法，电动力学法，客土、换土法等。但该措施一般工程量较大，费时费力，只适于小面积严重污染地区使用。

生物修复主要是指植物修复。植物主要通过植物挥发、植物钝化、根部过滤植物萃取等方式去除土壤中的重金属离子或降低其生物活性。至今，土壤重金属污染植物修复的研究已有几十年，虽然已经取得不少的成果和进展，但同时还存在不少问题需要继续努力。主要表现在：田间应用难度大和效果的不确定性；从国外引进超富集植物时需要防止“外来物种入侵”问题及在使用超富集植物修复受污染土壤时，如何有效防止二次污染等问题。

化学修复主要包括淋洗法，化学固定等。该方法中所用的材料虽然取材方便，见效较快，但材料本身的组成不明确，甚至材料中就含有重金属元素或对水体造成富营养化，在污染场地的修复过程中对环境造成二次污染。

1990年，日本东京大学山本良一教授在材料研究中首次提出“环境材料”的概念（亦称生态环境材料），是指在开发新材料时，不仅要求考虑其优异的使用性能，还要考虑材料在制备、流通、使用和废弃的全过程中必须保持与地球生态环境的协调性。环境材料修复土壤重金属污染是有效的修复方式之一，利用环境材料对农作物生产及土壤的影响研究，有助于拓宽土壤重金属污染修复领域，为环境材料在土壤污染修复中的推广应用提供理论依据和实践指导。

本发明方法可以归入对重金属污染的化学修复法中。该方法主要是向土壤中投加环境材料作为改良剂，以降低重金属在环境中的迁移能力和生物有效性，减轻它们对生态系统的危害。这些环境材料通过改变土壤pH、Eh和EC等理化性质，使土壤中的重金属发生氧化、还原、沉淀、吸附、抑制和拮抗等作用，达到降低重金属的生物有效性作用，在轻、中度重金属污染的土壤上应用是有效的。目前常用的改良剂有无机改良剂和有机改良剂，其中无机改良剂主要是石灰、碳酸钙、羟基磷灰石、磷矿粉、磷酸氢钙等矿物材料，有机改良剂包括农家肥、绿肥、草炭等有机肥料。

本发明中所用材料均为环境友好型材料，在保证其作为化学改良剂添加到土壤中进行重金属污染原位修复的同时，不对环境在成二次污染。

发明内容

本发明为一种复合型的环境材料，该环境材料可对重金属铅、镉污染场地进行原位修复，既能发挥化学改良剂法作为一种原位修复技术成本低廉、易于操作的优势，又不会对所修复环境造成二次污染。