CN103864542A - 采用禽畜粪便为原料的土壤修复剂、制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种土壤修复剂，具体是涉及到一种采用禽畜粪便为原料的土壤修复剂、制备方法和用途，所述土壤修复剂由以下步骤制成，混合生物碳、禽畜粪便和土壤，得到堆肥原料；将堆肥原料进行堆肥处理，得到所述土壤修复剂。本发明的土壤修复剂的修复效果好、无毒副作用、能修复多种污染和复合污染，本发明的制备土壤修复剂的方法，工艺简单、成本低，本发明的土壤修复剂，既高效修复了污染土壤，又实现了生物质资源特别是禽畜粪便的资源化利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种土壤修复剂，具体是涉及到一种采用禽畜粪便为原料的土壤修复剂、制备方法和用途。
背景技术
土壤是难以再生的自然资源，是人类生产活动的重要基础。目前，我国土壤污染的形势比较严峻，包括重金属污染、有机物污染等。土壤污染导致的农产品的安全问题不容忽视：土壤污染能降低作物产量和质量，还通过食物链的传递和富集作用危害人类健康。为了修复污染土壤，近些年世界各国特别是发达国家都投入了巨大的人力、物力和财力进行土壤修复研究，并取得了一定的进展。
污染土壤修复一般是通过转移、吸附、转化和降解土壤中的污染物，使其浓度降低到可以接受的水平，或将有毒有害物质转化为无毒无害的物质。目前，主要修复方法包括物理分离法、溶液淋漓法、固定转化法、电动力法、萃取法、氧化法、还原法、土壤修复剂法及生物修复法等。但这些技术不同程度的存在成本高、修复污染单一、修复效果有待提高等一种或几种不足。
我国的畜禽养殖方式正逐步向集约化养殖转变，该方式具有便于管理及成本控制的优点，但也容易集中产生大量的畜禽粪便。畜禽粪便本身是一种生物质资源，但如果处置不当将会给当地的环境造成很大影响。现有成熟的处理技术主要包括沼气技术和堆肥技术。
堆肥修复土壤金属污染研究进展，应用与环境生物学报，2008，14 (6): 898~904，公开了陈同斌等在两种土壤中施加垃圾堆肥后，旱地土壤中水溶态铬的分配系数下降了26.01%，淹水土壤则下降了31.47%。
生物碳对土壤中镉的影响研究，农业科技与装备，第1期总第223期，公开了由于生物碳具有碳量高和多孔的特性，因此可提高储水蓄养的能力，能够保护土壤中的微生物。土壤经过生物碳处理后，土壤中镉形态分布发生了显著的变化：交换态镉含量从83%降到了68%以下，碳酸盐结合态含量从不到11%上升到了15%，铁锰氧化结合态含量从2%上升到9%，有机态含量从3%上升到9%，但是生物碳对土壤中重金属离子的去除效率显然还不能满足实际的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种采用禽畜粪便为原料的土壤修复剂、制备方法和用途，所述土壤修复剂用于去除土壤中重金属离子和/或有机污染物（特别是多环芳烃物质），去除率较高。
本发明的采用禽畜粪便为原料的土壤修复剂，由以下步骤制成，混合生物碳、禽畜粪便和土壤，得到堆肥原料；将堆肥原料进行堆肥处理，得到所述土壤修复剂。
所述堆肥原料中，所述生物碳和禽畜粪便的重量比为0.75～1.25。
所述堆肥原料的C/N比为25～35:1。
所述生物碳的制备方法为，在缺氧条件下热解生物质材料，得到生物碳，将生物碳粉碎成粒径小于1mm的粉末。
所述生物质材料为秸秆、树木枝叶、禽畜粪便或活性污泥。当使用活性污泥制成生物碳时，得到的生物碳去除重金属物质。
所述堆肥处理的过程中，控制含水率为50～60%。
本发明还提供一种采用禽畜粪便为原料的土壤修复剂的制备方法，包括如下步骤，混合生物碳、禽畜粪便和土壤，得到堆肥原料；将堆肥原料进行堆肥处理，得到所述土壤修复剂。
堆肥处理的时间为20～40天。
本发明还提供一种采用禽畜粪便为原料的土壤修复剂在修复污染土壤中的用途。本发明的土壤修复剂对土壤进行原位修复，或者作为土壤调理剂。本发明所述土壤修复剂用于去除土壤中重金属离子和/或有机污染物，有机污染物特别是指多环芳烃物质。
所述土壤修复剂的添加量为污染土壤干重的0.5～20%。当本发明的土壤修复剂对土壤进行原位修复时，土壤修复剂的添加量为污染土壤干重的2～20%；当本发明的土壤修复剂作为土壤调理剂时，土壤修复剂的添加量为污染土壤干重的0.5～3%。
本发明的有益效果是，本发明的土壤修复剂比普通堆肥产品或生物碳对土壤中重金属离子和有机污染物（特别是多环芳烃物质）去除率高的原因在于：堆肥微生物改良了生物碳结构，提高了生物碳的吸附效率，将增加生物碳的污染修复效率；同时，生物碳促进了禽畜粪便的堆肥，增强了堆肥微生物的活性，将增加堆肥微生物的污染修复效率。另外，本发明的土壤修复剂实现了生物碳和堆肥产品的联合修复。
本发明的采用禽畜粪便为原料的土壤修复剂的修复效果好、无毒副作用、能修复多种污染和复合污染。本发明的制备土壤修复剂的方法，工艺简单、成本低，本发明的土壤修复剂，既高效修复了污染土壤，又实现了生物质资源特别是禽畜粪便的资源化利用。
具体实施方式
实施例1
首先，在缺氧条件下热解鸡粪制备生物碳，并粉碎（粒径小于1mm）；然后，将生物碳和猪粪按质量比1/1的比例混合，添加适量土壤以控制混合料C/N为30，得到堆肥原料；最后，将堆肥原料置于堆肥场所进行堆肥处理，堆肥期间，适时调节含水率使含水率保持在50%~60%，每天翻堆一次以避免局部厌氧，堆肥过程持续30天，直到堆肥原料形成腐殖物质，即为土壤修复剂。
实施例2
将本发明制备的土壤修复剂（实施例1得到的土壤修复剂）按拟修复土壤干重的5%用量投加到重金属（以镉为例）和有机污染物（以芘为例）污染的土壤中， 供试土壤性质如表1所示，及时翻耕，一个月后再次翻耕。
表1：供试土壤性质
| pH | 有机质(%) | 全氮(g/kg) | 全磷 (g/kg) | 阳离子交换量(cmol/kg) | 总镉(mg/kg) | 可提取态镉(mg/kg) | 芘(mg/kg) |
| 6.1 | 11.54 | 2.19 | 0.30 | 19.07 | 0.12 | 0.04 | 172.68 |
实施例3
按照实施例2中本发明的土壤修复剂对土壤进行修复实验。表2为本发明的土壤修复剂和一般修复剂对可提取态镉和芘的去除率对照表，一般修复剂包括普通堆肥产品、生物碳及普通堆肥产品和生物碳混合修复剂（普通堆肥产品和生物碳等比例混合），本对照试验中普通堆肥产品的生产控制条件及其他实验条件与本发明土壤修复剂相同。两个月后取样测定分析可提取态镉和芘的去除率，记录数据如表2（单位：%）。
表2：本发明的土壤修复剂和一般修复剂对可提取态镉和芘的去除率对照表
| 普通堆肥产品 | 生物碳 | 普通堆肥产品和生物碳混合修复剂 | 本发明土壤修复剂 | |
| 可提取态镉 | 30 | 30 | 32 | 52 |
| 芘 | 82 | 85 | 89 | 94 |
表2中的普通堆肥产品为猪粪堆肥产品，生物碳为在缺氧条件下热解鸡粪制备得到的生物碳。
从表2中的普通堆肥产品和生物碳混合修复剂相对于普通堆肥产品或生物碳对重金属离子（可提取态镉）的去除率变化，可以知道普通堆肥产品和生物碳对去除土壤中重金属离子的加成效果较低。
本发明通过混合生物碳、禽畜粪便和土壤，以用作堆肥原料，从表2中可以看出，本发明的土壤修复剂对污染物质的去除率非常高，明显高于普通堆肥、生物碳以及普通堆肥产品和生物碳混合修复剂的去除率。
实施例4
将本发明制备的土壤修复剂（实施例1得到的土壤修复剂）按拟调理土壤干重的1%用量投加到供试土壤中，供试土壤性质如实施例2中表1所示，及时翻耕，一个月后再次翻耕。两个月后取样测定分析土壤理化性质，记录数据如表3所述。
表3 本发明的土壤修复剂作为土壤调理剂使用后的土壤理化性质
| pH | 有机质(%) | 阳离子交换量(cmol/kg) |
| 7.1 | 19.12 | 27.43 |
对比表1和表3的pH、有机质及阳离子交换量，可以发现本发明的土壤修复剂作为土壤调理剂使用时，土壤理化性质明显改良，改良效果好。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种采用禽畜粪便为原料的土壤修复剂，其特征是，由以下步骤制成，混合生物碳、禽畜粪便和土壤，得到堆肥原料；将堆肥原料进行堆肥处理，得到所述土壤修复剂。
2.如权利要求1所述的土壤修复剂，其特征是，所述堆肥原料中，所述生物碳和禽畜粪便的重量比为0.75～1.25:1。
3.如权利要求1或2所述的土壤修复剂，其特征是，所述堆肥原料的C/N比为25～35:1。
4.如权利要求1或2所述的土壤修复剂，其特征是，所述生物碳的制备方法为，在缺氧条件下热解生物质材料，得到生物碳，将生物碳粉碎成粒径小于1mm的粉末。
5.如权利要求1或2所述的土壤修复剂，其特征是，所述生物质材料为秸秆、树木枝叶、禽畜粪便或活性污泥，当使用活性污泥制成生物碳时，得到的生物碳去除重金属物质。
6.如权利要求1或2所述的土壤修复剂，其特征是，所述堆肥处理的过程中，控制含水率为50～60%。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的土壤修复剂的制备方法，其特征是，混合生物碳、禽畜粪便和土壤，得到堆肥原料；将堆肥原料进行堆肥处理，得到所述土壤修复剂。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征是，堆肥处理的时间为20～40天。
9.一种如权利要求1-6任一项的土壤修复剂或者权利要求7-8任一项的制备方法得到的土壤修复剂在修复污染土壤中的用途。
10.如权利要求9所述的用途，其特征是，所述土壤修复剂对土壤进行原位修复时，土壤修复剂的添加量为污染土壤干重的2～20%；所述土壤修复剂作为土壤调理剂时，土壤修复剂的添加量为污染土壤干重的0.5～3%。
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