CN104876759B - 一种土壤修复颗粒及其制备和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种土壤修复颗粒及其制备和使用方法，所述土壤修复颗粒是利用植物类有机物料添加辅料经灭菌与活化处理，通过二次生物发酵过程而制成的生物有机颗粒，将其加入重金属污染土壤中，其组分能够使所述土壤中的重金属与之结合而被固定，降低重金属对所述植物的集中而直接的毒害，同时可减少或避免重金属淋溶、渗滤等污染地下水源，然后在所述土壤繁殖重金属积累植物，在微生物协同作用下，所述颗粒缓慢降解为小分子结构，并携带所结合的重金属元素，作为营养被所述植物逐渐吸收贮存，所述颗粒能够改良土壤，提高肥力，使积累植物得以生存繁殖并快速生长，加大对重金属的吸收贮存量，可数倍提高植物修复效率，缩短修复周期，本技术发明无二次污染，确保生态环境安全。

Description

一种土壤修复颗粒及其制备和使用方法

技术领域

本发明涉及土壤修复技术领域，特别涉及一种土壤修复颗粒及其制备和使用方法。

背景技术

土壤污染种类很多，危害严重，尤其是重金属土壤污染，具有隐蔽性、长期性、富集性、不可降解性等特点，一旦形成很难清除，对生态系统和人体健康均造成严重危害。

重金属污染土壤修复现状：目前世界上常用物理、化学和生物修复方法，其中物理和化学修复法，虽然见效较快，但工程量大，成本高，往往改变了土壤的理化性质，降低土壤的肥力，并有可能造成二次污染。

在生物修复方法中，植物修复法是目前研究较多，也是最具发展前景的方法。

植物修复法是通过植物发达的根系，从土壤中提取并累积重金属的过程，来移除土壤中的重金属，这当中主要依靠一些可耐受高量重金属的植物物种，即重金属积累植物。

重金属积累植物，它们一般在自然状态下生长的速度比较缓慢，生物量小，大多为野生植物，有自己的适应地域界限，另外，受重金属污染的土壤，重金属会抑制土壤微生物正常繁殖，使土壤微生态环境遭到破坏，肥力严重下降，不利于植物生长，因此常规植物修复，一般是修复进度缓慢，修复周期长。

在实践中，复杂的土壤环境和植物适应性之间的矛盾，往往会限制修复效率，甚至无法实现植物修复功能。因此必须采取先进的技术方案来实现和加强植物修复功能，即保证积累植物成活繁殖，并有效促进所选修复植物快速生长，提高生物量，加大重金属的吸收贮存量，从而缩短修复时间和周期，提高修复效率，为解决上述问题提供了本技术发明。

发明内容

本发明提供了一种土壤修复颗粒及其制备和使用方法。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案，其包含以下步骤。

第一步、制备土壤修复颗粒：

所述土壤修复颗粒制备方法，包括以下步骤：

A、备料：选择一种或多种植物类的有机物料粉碎，作为备用物料，特征在于，所述植物类的有机物料，包括植物体的根、茎、叶、花、果、实所有部份及其加工后的产物；

B、制作培养基：将所述备用物料中添加辅料，按每100 kg加辅料：蛋白粉8kg、维生素10g、骨粉2kg、葡萄糖2 kg、硫酸镁（MgSO₄）0.5 kg、磷酸二氢钾（KH₂PO₄ ）0.75 kg、磷酸氢二钾（K₂HPO₄ ）0.75 kg，在搅拌中喷淋洁净水，均匀湿透，调整水分为60%左右，然后室温起始发酵，料温达到55～60℃时翻料散热，继续发酵，如此反复3～5次，物料颜色均匀变深质地柔软即可停止发酵，转入高压灭菌锅灭菌，灭菌后的物料降至室温，从而得到培养基；

C、接种发酵：将所述培养基，转入发酵床，接种一种或几种真菌菌种，接种量为所述培养基干基的1～10%（重量百分比），培养15～30天，菌体发育成熟，将所述培养基连同所述菌体一同收集、烘干、粉碎，从而得到培养基料，贮存备用，特征在于，所述真菌菌种包括各类蕈类、霉菌和酵母；

D、培养基料再次发酵：向所述培养基料里同时缓慢等量加入0.5mol/L的苛性钾（KOH）和2mol/L的氨（NH₃·H₂O）二种溶液，不断翻拌，当PH值达到10～12时，停止加入，密封保持室温反应24～72小时后，添加10～20%饼粕粉、8～10%玉米粉混合发酵，调PH值至7～7.5，起始温度保持20℃以上，采用兼氧发酵，10～15天后结束发酵，从而制得所述的土壤修复颗粒，特征在于，所述颗粒是足够多的原子和分子的聚合体，包括大颗粒、中颗粒、微颗粒、浆液颗粒或他们的混合体。

第二步、将土壤修复颗粒加入到含有一种或多种重金属污染土壤：

可以通过任何便利的方式将所述的颗粒加入到所述土壤。本发明优选的，将所述颗粒均匀加入到土壤表层，可以通过翻耕靶地来实现均匀混合，从而使所述的重金属污染被所述的颗粒结合并暂时固定，所述颗粒其组份中的分子中具有大量的阴离子基团，含有两个或更多供电子基团，且同时与一个重金属中心离子形成结合环，成环作用会使结合物比组成和结构相近的非结合配位化合物的稳定性高出很多，所述颗粒对土壤中的金属离子具有极强的捕捉能力和分散效果。能与Hg²⁺ 、 Pb²⁺ 、 Cd²⁺ 、Sn²⁺ 、 Pd²⁺ 、Cu²⁺ 、 Al³⁺ 、Co²⁺ 、 Zn²⁺ 、 Tl³⁺ 、 、 In³⁺ 、Cr³⁺、 Th⁴⁺ 、 Be²⁺ 、 Sc³⁺ 等多种多价金属离子在相当宽的pH值范围内发生结合作用，使重金属离子形成较稳定的有机结合而解毒。同时可减少或避免重金属淋溶、渗滤等污染地下水源。由于所述的重金属污染被所述颗粒结合并暂时固定，从而缓解重金属对植物毒害压力，使所述植物生理活动受到一定程度的保护，因此得以生存和快速繁育。

第三步、在所述土壤上繁殖植物：

所述植物其中包括：所述土壤中优选的自然生长出来的本地植物，其次是人工引进的外来植物物种，根据达尔文的进化理论，从生物与环境相互作用的观点出发，认为生物的变异、遗传和自然选择作用能导致生物的适应性改变，说明生物的变异一定是沿着适应环境的方向改变的，虽然用于所述土壤繁殖的植物可以是任何适合的类型，但本发明优先选择所属植物对于所述土壤位置来说是本地生的。世界上具有金属富集性的天然植物不断被发现，尤其在污染的土壤上也能发现他们踪影，因此可以通过选择生长在污染土壤上的，对本污染重金属种类具有特别高的耐受的植物，来优化本发明所述的方法，在本发明所述的方法中可以使用一种或多种重金属积累植物品种混合种植。只是在必要时引种外来物种，当然了这或多或少存在着对本地生态潜在风险。

其中所述植物选自重金属积累植物、重金属超积累植物。

其中包括：酸模叶料、龙葵、反枝苋、野艾蒿、柳叶刺蓼、籽粒苋、茼麻、向日葵、玉米、高粱等。

由于所述土壤修复颗粒加入所述土壤，随着所述颗粒不断降解和缓慢释放，其携带所结合的重金属作为营养成分逐步被植物通过根部吸收并从根部向地上部运转，另外，所述颗粒加入土壤后，能够使土壤中有益微生物如放线菌数量数十倍的增长，促进除重金属之外的其他的土壤有机污染物的降解，改善壤微生态环境，形成良好的土壤团粒结构，改良土壤，恢复地力，提高肥力，有效促进所述植物快速生长，增大生物量，加大重金属的吸收贮存量，从而缩短修复时间和周期。

第四步、采收所述植物：

所述植物成熟后，连同根部一起收获，打包集中运往处理厂集中处理，对所述土壤进行重金属含量检测，如果没有达到目标值，要继续按照本方法进行修复（继续循环加入所述颗粒种植收获所述植物），直到所述土壤重金属含量值达到允许范围内，结束修复，恢复其正常用途。

第五步、重金属积累植物固化处理：

将所述植物切段（长3-4cm）加入蒸球，处理温度130～140℃,时间2.0～3.0小时,亚硫酸铵用量8～12％,采用氢氧化钠用量3～4％为缓冲剂进行化学处理,挤压过滤，使纤维与浆液分离（纤维洗涤后用于造纸）。此时浆液中含有大量的重金属，把浆液与粘土、粉煤灰混合，制成砖坯，装入焙烧，窑经1000-1200℃烧制成砖，所述重金属被化合固定，溶出率及其微小，不会造成二次污染。

本发明所使用的术语“重金属污染土壤”指由重金属元素或其化合物造成的土壤环境污染。因人类活动导致土壤环境中的重金属含量增加，超出正常范围，并导致土壤环境质量恶化。

本发明所使用的术语“土壤修复”是指为了减少或消除土壤重金属污染采用科学方法使其恢复原有的重金属正常范围的过程。修复的对象可以是任何已知的重金属，

本发明所使用的术语“重金属”是指在标准状况下单质密度大于45g/立方厘米的金属元素，

常见的重金属元素有镉（Cd)、汞(Hg)、银(Ag)、铜(Cu)、钡(Ba)、铅(Pb) 铬（Cr）、锰（Mn）、锌（Zn）、砷(As) 、铊(Tl).等。

具体实施例

为更好的理解本发明的技术方案，下面详细描述本发明提供的实施例

本发明实施例提供一种土壤修复颗粒及其制备和使用方法，其包括步骤。

第一步、制备土壤修复颗粒：包括以下步骤

A、备料：选择新鲜玉米芯晾干粉碎，作为备用物料；

B、制作培养基：将所述备用物料中添加辅料，按每100 kg加辅料：蛋白粉8kg、维生素10g、骨粉2kg、葡萄糖2 kg、硫酸镁（MgSO₄）0.5 kg、磷酸二氢钾（KH₂PO₄ ）0.75 kg、磷酸氢二钾（K₂HPO₄ ）0.75 kg，在搅拌中喷淋洁净水，均匀湿透，调整水分为60%左右，然后室温起始发酵，料温达到55℃时翻料散热，继续发酵，如此反复3次，物料颜色均匀变深质地柔软即可停止发酵，转入高压灭菌锅灭菌，灭菌后的物料降至室温，从而得到培养基；

C、接种发酵：将所述培养基，转入发酵床，接种草腐菌菌种，接种量为所述培养基干基的12%（重量百分比），培养15天，菌体发酵成熟，将所述培养基连同所述草腐菌菌体一同收集、烘干、粉碎，从而得到培养基料，贮存备用；

D、培养基料再次发酵：向所述培养基料里同时缓慢等量加入0.5mol/L的苛性钾（KOH）和2mol/L的氨（NH₃·H₂O）二种溶液，不断翻拌，当PH值达到12时，停止加入，密封保持室温反应72小时后，调PH值7～7.5，添加10%饼粕粉、8%玉米粉混合发酵，起始温度保持20℃以上，采用兼氧发酵，15天后结束发酵，从而制得所述的土壤修复颗粒，干基总计8000 kg。

第二步、在需要修复的重金属污染土壤加入所述颗粒：

2011年春季，选择哈尔滨市香坊区向阳乡某化工厂附近已知被Pb污染的耕地，污染状况：检测值120.6mg/kg ，属于中度污染的农田，面积为1000平方米，因污染而停止农作物种植，已废弃一年，仍有野生植物生长，因此适用于本发明技术方案，

将所述颗粒均匀施入所述的土壤，施入量为每666.7平方米1000公斤（干基），然后整地翻耕、混合、起垄（行距90cm），适量浇水，使所述土壤的重金属与土壤修复颗粒充分结合。

第三步、繁殖重金属积累植物

用于所述土壤繁殖的植物可以是任何适合的类型，本次优选植物对于所述土壤位置来说是本地生的。假如所述颗粒后生长出苋菜、龙葵、酸模等野生植物，因此针对污染耕地的金属种类，选择他们作为重金属铅的积累植物，来优化本发明所述的方法，在本发明所述的方法中可以使用一种或多种重金属积累植物品种。本次修复使用了苋菜、龙葵、酸模叶蓼三种本地生野生植物。根据幼苗分布情况进行了移栽和补种，使累积植物均匀分布，铲除其他不选植物。进行正常田间施肥管理，秋天种子成熟自然落地后，将所述植物连根收获，打包运送到指定处理厂。

第四步、植物固化处理

将所述富集植物切段（长3-4cm）加入蒸球，处理温度140℃,时间3.0小时,亚硫酸铵用量8％,采用氢氧化钠用量3％为缓冲剂进行化学处理后,挤压过滤，使纤维与浆液分离（纤维洗涤后用于造纸）。此时浆液中含有大量的重金属，把浆液与粘土、粉煤灰混合，制成空心砖坯，装入焙烧窑1100度烧制成砖。经检测重金属被固定溶出率几乎为零；

2012年和2013年连续2年重复使用上述技术方法继续修复,2013年秋收获后，测得重金属铅含量指标小于目标值见（附表1），即修复成功，修复速度与空白对照相比提高了3倍多，修复全过程安全可靠，低成本易操作，没有造成二次污染。原地修复对生态环境不带来任何潜在风险。

检测结果（附表1），

以上对本发明实施例所提供的土壤修复颗粒的制备及使用方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

本发明优点和积极效果在于，所述土壤修复颗粒是利用植物类有机物料经多次微生物发酵而制成的生物颗粒，无毒无害，加入到所述重金属污染土壤后，其组分能够使所述重金属与之结合而被固定，从而降低重金属对所述植物的集中而直接的毒害，还能减少或避免所述重金属淋溶、渗透而污染地下水源，在土壤微生物协同作用下，所属颗粒不断缓慢降解释放于土壤，同时携带所结合的重金属元素，被植物逐渐吸收，另外，还能够使土壤中有益微生物（如放线菌）数量数十倍的增长，促进除重金属之外的其他的土壤有机污染物的降解，改善土壤微生态环境，形成良好的土壤团粒结构，改良土壤，恢复地力，提高肥力，保证所述植物得以生存繁殖和快速生长，加大对重金属的吸收贮存量，缩短植物土壤修复周期，提高修复效率。所述土壤修复颗粒的研制成功能够更好地实现重金属污染土壤植物修复功能，并切确实保证生态环境安全，其推广应用将会对保护人类生存环境作出较大贡献。

Claims (1)

1.一种土壤修复颗粒的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)选择植物类有机物料晾干粉碎，作为备用物料、(2)将所述备用物料中添加辅料，按每100kg添加蛋白粉8kg、骨粉2kg、维生素10g、葡萄糖2kg、硫酸镁(MgSO₄)0.5kg、磷酸二氢钾(KH₂PO₄)0.75kg、磷酸氢二钾(K₂HPO₄)0.75kg，在搅拌中喷淋洁净水，均匀湿透，调整水分为60％，然后室温起始发酵，料温达到55℃时翻料散热，继续发酵，如此反复3次，物料颜色均匀变深质地柔软即可停止发酵，转入高压灭菌锅灭菌，灭菌后的物料降至室温，从而得到培养基、(3)将所述培养基转入发酵床，接种草腐菌菌种，接种量为所述培养基干基的12％(重量百分比)，培养15天，菌体发酵成熟，将所述培养基连同所述草腐菌菌体一同收集、烘干、粉碎，从而得到培养基料，贮存备用、(4)向所述培养基料里同时缓慢等量加入0.5mol/L的苛性钾(KOH)和2mol/L的氨(NH₃·H₂O)二种溶液，不断翻拌，当pH值达到12时，停止加入，密封保持室温反应72小时后，调pH值7～7.5，添加10％饼粕粉、8％玉米粉混合发酵，起始温度保持20℃以上，采用兼氧发酵，15天后结束发酵，从而制得所述的土壤修复颗粒。