生物质结合农艺调控的吸附固载与去除技术研发项目简介
一、项目名称
生物质结合农艺调控的吸附固载与去除技术研发
项目主持人：潘波
二、项目类型
国家重点研发计划项目
获批经费：342万元
三、项目简介
研究意义：我国耕地土壤重金属点位严重超标，对农产品安全与人体健康均已构成严重威胁。目前重金属污染修复技术主要是土壤钝化和植物提取，前者不能将重金属从土壤中去除，留有隐患，而后者存在周期长、效率低等不足，因此在我国人多地少的国情下，迫切需要研发将重金属从耕地土壤中高效去除的技术。研发重金属固载材料，将耕地中的重金属富集，通过创新的磁移除技术，将负载了重金属的固载材料从土壤中移除，从而达到去除重金属的目的。在此基础上，通过耦合农艺措施和重金属固载-去除技术，实现重金属污染耕地土壤高效修复。本研究以期为我国耕地重金属去除提供理论指导和实践参考及实施“土十条”提供有力的技术保障。
研究结果：本研究以重金属污染农田为对象，研究生物质结合农艺调控措施对重金属的固载与去除效果机制。通过磁性材料添加量、反应时间、土壤环境条件等研究材料对重金属的固载与去除效果机制，阐明磁性材料对重金属的固载机制及其影响因素。在此基础上，通过批量吸附实验以探讨磁性生物炭施 入对农田氮素的影响机制。考察铁改性蛋壳-玉米棒生物炭阻控水稻吸收镉砷、提升水稻产量的作用机制，并进一步将铁 改性生物炭联合水分管理模式筛选出最优的联合修复模式。 结合大田和盆栽试验阐释了“螯合磁移除”技术的实际应用 效果及其对土壤理化性质的影响。从农艺措施角度出发，以 天然碳酸盐岩（SRC）和炭基有机肥为对象，研究了其对土壤重金属镉的钝化效果，结果表明这些钝化剂既能提供作物 生长所需养分又能够降低重金属镉的生物有效性。在此基础上进行大田试验，试验区土壤中有效态镉含量降低50.4%～55.5%。
社会经济价值：本课题实施期内完成了以生物质为基础的重金属去除材料的研发。通过市场调研分析，与目前市场同类型重金属钝化/稳定材料相比，本课题所研发的材料具有磁性、易移除及固碳等优点，同时实现了重金属的移除及土壤改良作用。但因磁性生物炭商品化生产所产生的废液导致环保压力增加，且大田中回收率相对较低等问题。因此，本课题未对磁性生物炭进行商品化生产及大田试验示范。
课题实施期内已完成“炭基材料磁移除结合农艺措施技术”示范推广。经大田试验证明该技术可以显著降低农田稻米和小白菜镉含量，稻米镉含量平均值为0.02 mg/kg，达到国家含量标准；小白菜镉含量降低11.9%～15.3%；土壤有效态镉含量降低50.4%～55.5%。该技术可应用于中轻度镉污染农田，技术的应用，能提升当地重金属污染农田的安全利用能力，保障农田农产品安全，具有较好的经济、社会和环境效益，可在同类地区推广运用。同时，课题实施期内已完成新建年产2000吨生物炭生产线1条。该生产线采用自主研发的2台外热式螺旋炭化炉（产量为300公斤/时，炭化温度为500～700 °C），并利用炭化过程产生的热量为热源，且生产工艺路线为上料-烘干-炭化-冷却-出料-磨粉。按生物炭售价2000元/吨核算，该生产线所生产的生物炭产品年收益为400万元。
此外，课题实施期内课题负责人潘波获国家杰出青年基金项目、科技部中青年科技创新人才以及云南省“万人计划”科技领军人才专项；吴敏获得云南省“万人计划”青年拔尖人才专项；培养研究生6人；发表科技论文11篇，其中SCI 论文6篇，中文核心论文5篇；开发农田重金属吸附固载去除技术 2 项，申请技术标准2项；重金属固载/去除材料5种；申请发明专利 9项，其中授权1项；建设生产线1条；获得产品商标1项；试验区土壤中有效态镉含量降低50.4%～55.5%。
