CN105198568B - 一种基于藻泥合成人工土壤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于藻泥合成工土壤的方法。本发明包括藻泥、粉煤灰、秸秆、pH调节剂、缓冲剂、螯合物、微生物制剂，其中藻泥的质量百分比5‑10％、粉煤灰的质量百分比为80‑90％、秸秆的质量百分比为5‑10％、在一吨的藻泥、粉煤灰、秸秆的混合物中加入pH调节剂0.01‑1000g、缓冲剂0.01‑1000g、螯合物0.01‑500g、微生物制剂0.05‑500g。本发明克服了蓝藻脱水浓缩效率低、脱毒工艺复杂、资源化利用率低等缺陷。本发明利用粉煤灰与蓝藻混合、研磨，使蓝藻水分迅速进入粉煤灰，然后进行露天陈化、稳定化。蓝藻中的大量有机物发生腐殖化作用，促进人工土团粒结构形成，部分有机物发生矿质化作用，分解释放多种养分，且利用藻泥生产人工土的做法经济性更好、可操作性更强。

Description

一种基于藻泥合成人工土壤的方法

技术领域

本发明涉及一种以藻泥为主要原料合成人工土壤的技术，属于环境治理领域，特别涉及一种基于藻泥合成工土壤的方法。

背景技术

近年来，湖泊富营养化已经成为全球性的水污染问题，根据联合国环境规划署(UNCD)的一项调查表明，在全球范围内30％-40％的湖泊和水库遭受不同程度的富营养化的影响。目前在我国131个主要湖中，已达富营养程度的湖泊有67个，占51.2％。在39个代表性水库中，达富营养程度旳有12座，占30％。在五大淡水湖中，太湖、洪泽湖、巢湖已达富营养程度，鄱阳湖、洞庭湖也正处于向富营养过渡。对蓝藻暴发最有效处理方式是机械或人造打捞，据统计仅2007年太湖累计打捞蓝藻18万t，蓝藻水华进行机械打捞、脱水，并最终形成含水量＜92％的藻泥。目前，藻泥大多采用围池堆积的方式存放在山坳等地，由于打捞的蓝藻数量巨大，不仅要占用大量山林土地，而且堆积在野外的蓝藻在自然雨水的冲刷等条件下容易通过渗漏、径流重新回到太湖水域造成二次污染。因此，如何处置藻泥成为重要而紧迫的现实问题。

蓝藻含有丰富的蛋白质及氮、磷(含氮量达8-10％；含磷量为0.7％左右)等营养物质，将其进行高价值利用、开发，不仅使蓝藻打捞工作可以无后顾之忧地持续进行，而且可使蓝藻利用成为有利可图的新型环保产业。目前国内外针对藻泥利用的研究主要有制备饲料用氨基酸添加剂、提取藻蓝蛋白、提取胞外多糖、制有机肥、作生物柴油、厌氧发酵生产沼气等。在诸多的蓝藻资源化利用措施中，由于蛋白提取、添加剂、促长剂等处理途径都存在处理成本过高的问题而不能实现大量蓝藻的及时处理。

在本发明作出之前，目前蓝藻利用主要是作为生物质能源材料、生物肥料原料、微生物培养原料、提取生物活性物质等，但存在蓝藻脱水浓缩效率低、脱毒工艺复杂、需要固定厂房及蓝藻贮存池与专门设备、资源化利用率低等问题。特别是蓝藻爆发时间集中，只有能满足短时间、大强度处理处置与资源化利用的方式才能较好地避免爆发期蓝藻打捞之后来不及处理处置而需要堆积贮存，不仅占用土地，而且因腐烂发臭和重新进入水体引起二次污染的问题。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述缺陷，研制一种基于藻泥合成人工土壤的方法。

本发明的技术方案是：

一种基于藻泥合成人工土壤，其主要技术特征在于包括藻泥、粉煤灰、秸秆、pH调节剂、缓冲剂、螯合物、微生物制剂，其中藻泥的质量百分比5-10％、粉煤灰的质量百分比为80-90％、秸秆的质量百分比为5-10％、在一吨的藻泥、粉煤灰、秸秆的混合物中加入pH调节剂0.01-1000g、缓冲剂0.01-1000g、螯合物0.01-500g、微生物制剂0.05-500g。

本发明的另一技术方案是：

一种基于藻泥合成人工土壤的方法，其主要技术特征在于步骤：

(1)将藻泥、粉煤灰、秸秆按照权利要求1中的配方量进行混合，并用力挤压、揉搓，混合均匀；

(2)将步骤(1)中得到的混合物中加入配方量的pH调节剂，在适宜条件下(温度15-80℃、含水率在40％以上、pH在6-9、C/N比控制在25-32之间，并且适时的翻堆，保证充足的氧气量)进行发酵，发酵天数在30天以上；

(3)在步骤(2)得到的混合物中，将缓冲剂、螯合物、微生物制剂按照权利要求1中的配方量进行混合，并混合均匀，陈化稳定30天以上；

(4)使混合物的含水率达到20-40％之间，磨细过筛，形成与成熟土壤理、化、生性质相似的人工土壤。

本发明利用粉煤灰与蓝藻混合、研磨，使蓝藻水分迅速进入粉煤灰，然后进行露天陈化、稳定化。蓝藻中的大量有机物发生腐殖化作用，促进人工土团粒结构形成，部分有机物发生矿质化作用，分解释放多种养分。人工土良好结构和适宜养分的形成，为作物生长提供良好的生活因子。利用藻泥生产人工土壤不受季节、数量、场地限制，不用建设专门的厂房和固定的生产线。与其他利用方式相比，利用藻泥生产人工土的做法经济性更好、可操作性更强。

本发明与现有技术相比还具有以下有益效果：

(1)人工土壤的机械组成与成熟土壤相似。藻泥的含水率一般为60-90％，其颗粒的大小大部分处于粘粒范围内，粉煤灰根据其粒径分为一级粉煤灰、二级粉煤灰、三级粉煤灰和炉渣，其处于粉粒和砂粒之间。因此，可以按照成熟土壤中性质最优良的壤土的粒径组成进行两种材料配比，搭建人工土壤的机械组成结构，使人工土壤的机械组成处于砂壤土-壤土范围内，保证人工土壤的保水、透气性。

(2)人工土壤的养分组成与成熟土壤相似。藻泥中含有丰富的有机质、氮、磷等养分，也含有少量矿质养分元素，而粉煤灰作为一种完全燃烧后产物，其有机养分含量较少，而矿质养分的含量较多，尤其是金属元素和类金属元素。因此，两种材料在养分组成上可以互补，分别充当成熟土壤中的有机成分和矿质成分，使人工土壤中具有成熟土壤所具有的基本骨架与养分条件。

(3)人工土壤的微生物较成熟土壤更为丰富。在人工土壤的配制过程中加入了一定量的微生物制剂，其菌剂中含有多种好氧微生物，而粉煤灰作为一种多孔性材料，为微生物的繁殖提供巨大的比表面积。因此，人工土壤中微生物的种类、数量都类似于天然的成熟土壤。

(4)人工土壤的配制过程中可有效克服藻泥含水率大的不利影响。藻泥的含水率一般较高，将其进行脱水和晾晒均大大增加藻泥利用的成本和效率。在进行人工土壤生产的技术中，秸秆和粉煤灰均可吸收藻泥中的水分，使混合物的含水率处于有利于微生物发酵与陈化、稳定化的适宜含水率范围。利用各种材料的优势，不添加额外的工序，使人工土壤的配制保持在合适的含水率条件下进行，可以有效降低人工土壤的生产成本。

(5)人工土壤具有成熟土壤的缓冲性能。在人工土壤的配制过程中，添加了一定量的缓冲剂，缓冲剂的种类主要为乙酸铵，因此在人工土壤的使用中能够有效的抵抗外界环境的冲击，保持其合适的酸碱度、氧化还原电位、阳离子交换量等指标条件，实现人工土壤的稳定性。

(6)人工土壤的有毒物质危害性显著降低。藻泥中一般含有大量的藻毒素，藻毒素释放到水体中可对水体中的其他生物造成危害。在人工土壤的配制中添加粉煤灰和一定量的螯合剂、微生物，可使藻泥中的藻毒素得到有效的固定和分解，降低生物可利用性，减少藻毒素进入食物链，威胁人类健康。

(7)加强固体废弃物的资源化利用。藻泥、粉煤灰和秸秆等是富营养化河流、发电厂和农业生产所产生的废弃物，近年来关于藻泥、粉煤灰和秸秆的资源化利用途径在不同学科领域虽然有不少的研究，但是其资源化利用水平与国外相差甚远，且利用途径中的消纳能力也受到制约。本发明将三种废弃物综合起来利用，不仅能提供三种废弃物新的利用途径，而且能大量消纳三种废弃物，提供了其有效资源化利用的去向。

本发明中，利用藻泥生产的人工土壤能够有效克服这一瓶颈，人工土壤的性质不会因为原来的批次、季节、地域产生较大的差异，其通过原料配比与发酵、陈化与稳定化，使人工土壤的应用效果始终保持优良。同时，藻泥是一种容重较大的物质，通过三种原料的适当配比，可使人工土壤具有成熟土壤相似的容重，能够较好地固定植物根系，增加人工土壤的持水透气性，协调好植物生长过程中所需的水、肥、气、热等环境因子，能够很好地克服基质发明的弊端。。

人工土壤是一种人工合成的，具有成熟土壤性质和功能的材料。人工土壤的合成可以根据人们意愿和用途进行配制，使其实现成熟土壤所具有的功能。目前，人工土壤广泛应用于农业、市政绿化、屋顶绿化、矿山修复等领域。成熟土壤的形成需要上百年甚至更长的时间，是一种不可再生资源。近年来，由于土地资源的日益紧张，对成熟土壤的需求量也越来越大，因此找到一种与成熟土壤性质相似、能够替代成熟土壤的人工土壤日益重要。基于藻泥为主要材料的人工土壤的配制能够有效解决成熟土壤消耗的问题，且实现固体废弃物的资源化利用途径，减少因藻泥等废弃物随意堆积引起的环境问题。

具体实施方式

本发明的技术思路是：

本发明将藻泥作为一种人工土壤的原材料加以利用。成熟土壤的形成需要上百年甚至更长的时间，是一种不可再生资源。近年来，由于土地资源的日益紧张，对成熟土壤的需求量也越来越大，因此找到一种与成熟土壤性质相似、能够替代成熟土壤的人工土壤日益重要。基于藻泥为主要材料的人工土壤的配制能够在一定程度上有效解决成熟土壤消耗过快的问题，且实现固体废弃物的资源化利用途径，减少因废弃物随意堆积引起的环境问题。本发明在特殊废弃物资源化利用技术上有重大突破，创新性明显。

本发明中利用藻泥、粉煤灰、秸秆、pH调节剂、缓冲剂、螯合剂、微生物制剂等材料，研制一种集物理学性质、化学性质和生物学性质与成熟土壤相似的人工土壤。

其可行性表现在以下几个方面：

(1)理论上可行

人工土壤的配制严格按照成熟土壤的物理学、化学、生物学性质进行配比，并经过一定条件下的发酵、陈化与稳定化，使最终的产物具有成熟砂壤土-壤土的机械组成、养分含量(有机养分和矿质养分)、缓冲性能(抵抗因外界环境变化而造成性质的改变)、微生物组成(微生物多样性)，且粉煤灰和螯合剂的加入有效减少重金属污染较为严重的部分特殊藻泥的危害，使人工土壤成为一种安全环保的新材料。因此，这些性质的实现在理论上是可行的。

(2)实践上可行

针对人工土壤的研究已经进行了前期的实验室试验，在试验过程中，材料来源广泛，主要是利用废弃物资源，制作工艺简单，无需提供相对较多的动力因子。在经过两个月的发酵、陈化、稳定后，通过种植黑麦草植物已经验证了人工土壤的效果，黑麦草长势情况优于对照(普通土壤)，根系长势也显著好于对照，人工土壤的效果已经得到初步的验证。在大规模的试验中，藻泥、粉煤灰和秸秆材料廉价亦得，生产设备、发酵条件均易满足，因此在生产实践过程中也是可行的。

下面具体说明本发明。

基于藻泥合成人工土壤，其特征在于包括藻泥、粉煤灰、秸秆、pH调节剂、缓冲剂、螯合物、微生物制剂，其中藻泥的质量百分比5-10％、粉煤灰的质量百分比为80-90％、秸秆的质量百分比为5-10％、在一吨的藻泥、粉煤灰、秸秆的混合物中加入pH调节剂0.01-1000g、缓冲剂0.01-1000g、螯合物0.01-500g、微生物制剂0.05-500g。

基于藻泥合成人造土壤的方法，包括如下步骤：

(1)将藻泥、粉煤灰、秸秆按照权利要求1中的配方量进行混合，并用力挤压、揉搓，混合均匀，陈化稳定30天以上；

(2)在步骤(1)得到的混合物中加入配方量的pH调节剂，在适宜条件下(温度15-80℃、含水率在40％以上、pH在6-9、C/N比控制在25-32之间，并且适时的翻堆，保证充足的氧气量)进行发酵，发酵天数在30天以上；

(3)在步骤(2)得到的混合物中，将缓冲剂、螯合物、微生物制剂按照权利要求1中的配方量进行混合，并混合均匀，陈化稳定30天以上；

(4)使混合物的含水率达到20-40％之间，破碎过筛，形成与成熟土壤理、化、生性质相似的人造土壤。

进而，使人造土壤的机械组成在砂壤土-壤土的机械组成范围内。

实施例1：

藻泥的质量百分比5％、粉煤灰的质量百分比为85％、秸秆的质量百分比为10％，在一吨的上述三种材料的混合物中加入pH调节剂100g、缓冲剂100g、螯合物50g、微生物制剂200g。

实施例2：

藻泥的质量百分比10％、粉煤灰的质量百分比为85％、秸秆的质量百分比为5％，在一吨的上述三种材料的混合物中加入pH调节剂100g、缓冲剂100g、螯合物50g、微生物制剂200g。

实施例3：

藻泥的质量百分比7.5％、粉煤灰的质量百分比为85％、秸秆的质量百分比7.5％，在一吨的上述三种材料的混合物中加入pH调节剂100g、缓冲剂100g、螯合物50g、微生物制剂200g。

实施举例：

1、材料与方法

1.1试验材料

供试粉煤灰取自扬州华电发电厂，秸秆取自扬州大学实验农场小麦秸秆，粉碎过3毫米孔径筛，陈化藻泥取自太湖东南岸吴江区七都镇，抽湿干燥备用。供试作物为“苏州青”小白菜。

1.2试验设计

试验采用室内模拟培养方式进行。试验设四个处理，以扬州大学实验农场小麦田耕层0-20厘米土壤为对照(CK)，其余三种处理是：(1)陈化藻泥∶粉煤灰∶秸秆(按质量计算)分别为5∶85∶10、7.5∶85∶7.5、10∶85∶5(分别用T1、T2、T3表示)，在每吨混合物中加入pH调节剂100g、缓冲剂100g、螯合物50g、微生物制剂200g，充分混合，置于塑料周转箱内，维持土壤含水量在20％～40％，在室温条件下连续培养60天。取对照及处理人工土2000毫升于塑料周转箱中，于10月25日播种，各处理重复3次。每盆播种小白菜种子100粒，保持各处理、重复土壤水分一致，置于日光下进行培养。于播种后7天和10天观测种子发芽情况，于30天后采收，对小白菜进行部分生长生理指标的测定。

1.3测定项目与方法

1.3.1植物生物量

小白菜生长30天后，采样后用称重法测量地上部鲜重。

1.3.2叶片叶绿素含量

小白菜生长30天后，取0.5g新鲜叶片，放入50ml比色管，加50ml 95％乙醇40℃恒温处理24h后，测定665nm、649nm、470nm波长处的吸光度，计算叶绿素含量。

1.3.3叶片氮、磷、钾含量

小白菜生长30天后，称取一定量的叶片鲜样，采用浓硫酸-双氧水消煮，待测液分别采用靛酚蓝比色法、钼黄比色法和火焰光度计法测定全氮、全磷和全钾含量。叶片硝态氮含量采用紫外分光光度法测定。

2、结果与分析

2.1不同配比人工土对小青菜出苗与生长的影响

不同配比人工土壤对小青菜种子发芽率与地上部鲜重产量的影响结果如表1所示。从表中数据可以看出，小白菜在三个人工土处理的出苗率和产量情况均优于对照，并以处理2为最佳。

表1小青菜在不同配比人工土壤上的发芽率与产量

2.2不同配比人工土对小白菜叶片养分及叶绿素含量的影响

不同配比人工土壤对小白菜叶片养分及叶绿素含量的影响结果如表2所示。从表中数据可以看出，除了全磷含量外，三种配比人工土壤上小白菜体内养分含量及叶绿素含量均明显高于对照土壤。

表2不同配比人工土壤上小白菜叶片养分及叶绿素含量

Claims (1)

1.一种基于藻泥合成人工土壤的方法，其特征在于：

原料包括藻泥、粉煤灰、秸秆、pH调节剂、缓冲剂、螯合物、微生物制剂，其中藻泥的质量百分比5-10％、粉煤灰的质量百分比为80-90％、秸秆的质量百分比为5-10％，在一吨的藻泥、粉煤灰、秸秆的混合物中加入pH调节剂0.01-1000g、缓冲剂0.01-1000g、螯合物0.01-500g、微生物制剂0.05-500g；

其步骤如下：

(1)将藻泥、粉煤灰、秸秆按照上述配方量进行混合，并用力挤压、揉搓，混合均匀；

(2)将步骤(1)中得到的混合物中加入配方量的pH调节剂，在适宜条件下即温度15-80℃、含水率在40％以上、pH在6-9、C/N比控制在25-32之间，并且适时的翻堆，保证充足的氧气量进行发酵，发酵天数在30天以上；

(3)在步骤(2)得到的混合物中，将缓冲剂、螯合物、微生物制剂按照配方量进行混合，并混合均匀，陈化稳定30天以上；

(4)使混合物的含水率达到20-40％之间，破碎过筛，形成与成熟土壤理、化、生性质相似的人工土壤。