使用甘肃凹凸棒粘土为主要载体的毒土修复剂的作用原理探讨

使用甘肃凹凸棒粘土为主要载体的“毒土修复剂”的作用原理探讨一、我国土壤污染比各国都要严重，毒土越来越多越来越严重：1-1：“目前，我国土壤污染呈日趋加剧的态势，防治形势十分严峻。”多年来，中国土壤学会副理事长、中国农业科学院研究员张维理教授一直关注我国土壤污染问题“我国土壤污染呈现一种十分复杂的特点，呈现新老污染物并存、无机有机污染混合的局面。”“现在我国土壤污染比各国都要严重，日益加剧的污染趋势可能还要持续30年。”中国土壤学专家，南京农业大学教授潘根兴在2012年告诉《经济参考报》记者，这些污染包括随经济发展日益普遍的重金属污染、以点状为主的化工污染、塑料电子废弃物污染及农业污染等。1-2：国土资源部统计表明，目前全国耕种土地面积的10%以上已受重金属污染。环保部南京环科所研究员单艳红说，华南部分城市约有一半的耕地遭受镉、砷、汞等有毒重金属和石油类有机物污染；长三角有的城市连片的农田受多种重金属污染，致使10%的土壤基本丧失生产力，成为“毒土”。农药化肥污染同样严重。张维理说，我国农药使用量达130万吨，是世界平均水平的2.5倍。黑龙江农业监测站杜桂德站长说：“目前，农药和化肥的实际利用率不到30%，其余70%以上都污染环境了。”云南农业大学测算，每年大量使用的农药仅有0.1%左右可以作用于目标病虫，99.9%的农药则进入生态系统，造成大量土壤重金属、激素的有机污染。“不仅污染加重，而且还在转移扩散。”潘根兴说，当前，我国土壤污染还出现了有毒化工和重金属污染由工业向农业转移、由城区向农村转移、由地表向地下转移、由上游向下游转移、由水土污染向食品链转移的趋势，逐步积累的污染正在演变成污染事故的频繁爆发。1-3：2008年以来，全国已发生百余起重大污染事故，包括砷、镉、铅等重金属污染事故达30多起。其中浏阳镉污染事件不仅污染了厂区周边的农田和林地，还造成2人死亡，500余人镉超标。频繁爆发的污染事故损失惨重，不仅增加了环境保护治理成本，也使社会稳定成本大增，而土壤污染修复所需的费用更是天价。常州农药厂土壤修复需2亿元，无锡胡埭电镀厂重金属铬污染修复费用890万元，苏州化工厂需数亿至数十亿元。潘根兴教授说“许多土壤污染地区已超过土壤的自净能力，没有外来的治理干预，千年后土壤也无法自净，有的地块永远都无法自净，甚至出现环境报复。”生态失衡污染的加剧导致土壤中的有益菌大量减少，土壤质量下降，自净能力减弱，影响农作物的产量与品质，危害人体健康，甚至出现环境报复风险。见附件1：参考文献：（1）《短评“毒土”》，（2）《为“毒土”疗伤》二、生态关系失衡，引起生态环境恶化：中国科学院地理科学与资源研究所在长江三角洲等地调查的主要农产品，农药残留超标率高达16%以上，致使稻田生物多样性不断减少，系统稳定性不断降低。“吃土吐土，净化土壤，作为土壤的‘义工’，蚯蚓的存在是土壤重要的环境指标，对土壤具有重大意义。”令潘根兴教授忧心的是，现在，土壤中的蚯蚓、土鳖及各种有益菌等大量消失，农作物害虫的天敌青蛙的数量大减，自然生态面临危机。云南农业大学副教授周江鸿等人在湖北、安徽等地的农田里发现，杀虫剂的使用对稻田节肢动物物种有损害作用，使得稻田天敌和害虫的平衡关系被打破，致使粮食减产严重。2-1：土壤质量下降，使农作物减产降质。重金属污染的增加，农药、化肥的大量使用，造成土壤有机质含量下降，土壤板结，导致农产品产量与品质下降。农业部全国农技推广中心高级农艺师陈志群认为，由于农药、化肥和工业导致的土壤污染，我国粮食每年因此减产100亿公斤。环保部门估算，全国每年因重金属污染的粮食高达1200万吨，造成的直接经济损失超过200亿元。2-2：重金属病开始出现，人们身体健康和农业可持续发展构成严重威胁：汞、镉、铅、铬、砷五种重金属被称为重金属的“五毒”，对人有致命的危害。苏州环境科学研究所所长杨积德说“这些污染严重影响儿童发育，使人致病、致癌，危及人体生命健康。”上世纪70年代，日本曾出现“骨痛病”，是镉对人类生活环境的污染而引起的，影响面很广，受害者众多，所以被公认为是“公害病”。潘根兴教授在全国各地市场上进行的调查也显示，约有10%的大米存在重金属镉超标。他说：“这些镉米对自产自食的农民来说无疑是致命的风险。”令人担忧的是，一些“骨痛病”初期症状已开始在我国南方部分地区出现“土壤污染导致的疾病将严重威胁人类健康和农业可持续发展，最终危害中华民族的子孙未来。”2-3：反思与行动:土壤污染如隐形“杀手”，难以察觉却可能直接危害人体健康，特别是重金属在蔬菜、粮食中的累积，将处于食物链顶端的人类置于危险境地，甚至产生环境报复。“土壤污染的加剧原因有天灾，但更多是人祸，不科学的发展是环境恶化的主要原因。”南京农业大学教授潘根兴认为，土壤污染主要一来自矿山采冶、工业“三废”、污灌、固废堆放等，基本上都属于人为因素，表明近年来的产业发展模式亟待反思。当前，令人忧心的是各地以追求GDP为核心的政绩观，不科学的产业发展模式和大量违法排污、超量排污。记者在调研中发现，一些地方发展心切，抱着“宁愿毒死也要GDP”的心态，有意无意地忽视环境保护，导致“引进企业就是引进污染，发展经济就是破坏环境”的恶果。面对企业违法排污，一些地方政府成为企业的保护伞，通过变通政策打擦边球，甚至开绿灯，最终大事化小，小事化了。保护环境不被污染，是各级政府的法定职责。污染事件暴露了各地环保意识薄弱，政府监督缺失，是整个社会的耻辱。“不断发生的污染事件告诉人们，缺乏对自然环境的敬畏与呵护，对公共利益和公众生命漠不关心，暴露出企业环境意识薄弱和地方政府责任缺失。”江苏省小康发展研究中心主任、江苏省委党校教授冯治指出，必须反思高歌猛进的产业发展模式，真正落实转变发展方式的政策，实现社会经济可持续发展。综上所述，土壤的严重污染，毒土的迅猛增加已经是直接影响到全社会的各个方面了，必须迅速的进行积极行动设法解决这个迫在眉睫的严重问题。三、使用甘肃凹凸棒粘土为主要载体的毒土修复剂：我们在这里提出利用甘肃凹凸棒矿石粉末为主要成分的“毒土修复剂”来修复毒土，使之能够在人工干预下尽快的恢复到正常状态是利国利民的一个好技术方案。由于对于土壤污染程度及污染性质的认识不同，经查阅关于土壤改良、土壤调整的专利大约有900多个，所持观点都没有“毒土”的概念，只是认为土壤不正常了，想当然的加入一些化学物质（包括一些有机物质）希望以简单的化学酸碱中和方式进行改良，其实这是因为对土壤污染的严重性的认识不足，所以这些方法、工艺和专利技术都不能够从根本上解决问题，实际上土壤已经被毒化成为“毒土”，已经没有任何希望进行简单的化学调整或者是微调进行自动修复了，必须根据毒土的性质进行完全环保型的人工干预，以一种暂新的思路对毒土进行修复。这是一种在被污染的土壤中加入以甘肃凹凸棒粘土为主要载体的方法，利用甘肃凹凸棒粘土的优良的环保特性和强大的吸附性能，这方面包括物理比表面积大本身吸附性能好、化学性能呈现负电荷性能，能够与重金属离子在分子层面的吸附固化作用，再加上我们的配方工艺，加入能够分解有毒物质的有益菌群的存活繁衍、在物理、化学、生物酶分解的作用下，使中毒严重的“毒土”恢复，并且使这种转化、修复功能可以长期继续下去，逐步的恢复和活化，经过几年时间恢复到正常状态。经过对土壤团粒结构的重新组合、物理、化学性质的大幅度改善，微生物及酶的逐步分解作用，达到脱毒、活化、生物分解方式的改造，这样历经3-5年甚至是更长的修复时间才能够逐步的对“毒土”逐步进行脱毒、活化、复原的修复治理。下面介绍本技术核心及主要技术方案。:3-1：本技术的主要内容就是设计配制了一种“毒土修复剂”及工艺方法，可以逐步的对被重金属离子及多种化学物质污染和过度使用化肥、农药而造成的毒土进行脱毒、活化、复原为正常的土壤，其作用原理下面逐一介绍。3-2：:甘肃凹凸棒石粘土粉末的作用：本技术主要利用的矿物质是产自甘肃省的凹凸棒粘土，通常称为凹凸棒、凹凸棒粘土、凹凸棒石的矿物，此矿物的地质学名称为坡缕石或坡缕缟石（Palygorskite），为一种结晶质水合镁铝硅酸盐矿物。是一种层链状结构的富含水分子的镁铝硅酸盐粘土矿物。其分子式为：(Mg，Al，Fe)5Si8O20(HO)2(OH2)4．4H2O，化学成分为：SiO256.96%；(Mg，Al，Fe)O23.83%；H2O19.21%，其本身的物理学结构是比表面积特别巨大，也就是说在这种凹凸棒石粉末的颗粒物的表面和内部存在大量的纳米级的空隙，特性相似于活性炭，有极强的物理吸附特性。另外由于是富含水（此种水分呈微小的水分子状态储存在纳米级的空隙中）分子的团粒结构所以在化学电荷结构本身呈现负离子的电荷特性，因此对呈现正离子电荷特性的重金属离子就拥有强大的吸附性能，在土壤中重金属离子在水循环的作用下与凹凸棒石粉末互相吸附成中性电荷的稳定的中性离子团，也就是重金属离子进入到凹凸棒石中不再出来，极不容易被植物吸收，因此有吸附重金属离子的强大作用。从2013年开始，甘肃欣庆环保科技公司的李庆国及其团队使用以凹凸棒作为主要成分的有机肥，在湖南益阳的稻田进行实验，历经3年，使原先镉超标的稻谷镉含量大幅度降低，低于国家标准（原先超标为0.28mg/kg,国家标准0.20mg/kg,使用凹凸棒有机肥后达0.16mg/kg）就说明了此种现象。此矿物在我国地质学上又称为二类稀土，已经在各个领域中广泛使用，特别是我国甘肃省境内所储藏和生产的凹凸棒矿物，本身就是一种极干净的矿物质，可以不经任何处理，粉碎后作为饲料添加剂喂养各种畜禽，无毒、无害且富含21种维生素，当地的居民也知道在腹泻时用开水冲服一些凹凸棒石粉末就可以治好，由此可见凹凸棒的环保作用。见附件2：参考文献：《不同产地凹凸棒粘土理化性质及其对复合保水剂性能影响研究》使用这种天然形成的非金属矿物是最简单的利用自然物质的先进的技术方式，通过收集对凹凸棒石研究的文献可以知道，在环境保护领域已经体现了良好的特性，对气体、液体、土壤都有良好的修复作用，对重金属离子也有强烈的电荷吸附作用，因此我们选择这种甘肃省所储藏量巨大的环保型凹凸棒土作为基础材料进行毒土的修复，在土壤被严重污染的情况下利用这种天然的矿物质进行毒土的修复，在这个领域是一个实用性、先进性都特别好的发明。见附件3：参考文献：《凹凸棒土在环境保护中的应用进展》《凹凸棒土应用于重金属离子吸附剂的研究》另外，这种稀土矿物质在我们甘肃省已经探明的储量占全球储量的90%，还有未探明储量，估计达10亿吨以上，拥有丰富的储藏量，这就为广泛利用打下了坚实的基础，可以说是建立在巨大数量的自然产物的基础上，具有确实的实用性条件，因为数量巨大、开采容易，所以大规模的开采利用成本极低，具有其它物质不可比拟的实用性，大规模使用可以保证充足的来源，对于我国毒土的巨大数量可以保证百年之内的供应量，这也就奠定了我们的这种毒土修复剂有切实的实用基础。见附件4：参考文献：《甘肃凹凸棒黏土储量世界第一》凹凸棒石粉末在修复剂中起到吸附重金属离子、提供微生物繁衍的场合、利用微生物产生的酶转化毒土的有毒物质，修复毒土的有机质的特别重要的作用，所以在修复剂中占有很大的比重，我们的工艺配制中占80-90%左右。3-2：毒土修复剂的成分和作用（略）四：毒土修复剂的使用：配制好的毒土修复剂的使用方法有两个方面，一是农业方面（农业方面配方与建筑地层不同这里不再赘述），主要介绍建筑地层的毒土处理：建筑地层的毒土根据污染的深度和范围进行处理，如：深度为10米，范围是50X50米，将这个地层空间的污染毒土全部挖出（一般施工有地下室的建筑都挖到超过10米的深度了），将“毒土修复剂”按照10%-20%（即1份修复剂配5份原土均匀混合即可，然后回填夯实就可以了，这种回填夯实的土质中的污染物会被修复剂吸附、固化。如果施工地址地下水较高时，可以在回填的最底层和回填范围的外围使用纯“毒土修复剂”做一个1-3米厚的隔离层，这个隔离层可以使原地层中的污染物不会再扩散和进入回填土中。建立一个测试反馈指导系统，具体操作方