CN106964640B - 一种调节石油污染土壤中碳氮磷比例的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种调节石油污染土壤中碳氮磷比例的方法；系在石油污染土壤中添加生物炭及生物质复合材料混合养猪废水，同时调节土壤水分含量，并适度翻搅土壤，提高石油污染土壤的N、P含量，同时达到调节石油污染土壤C׃N׃P的目的。具体地，以所述10kg风干土壤为基准，重量百分含量计，加入5%～8%的浸泡后混匀的生物炭和水稻秸秆絮状物混合材料，调节水分含量为50%～60%，定期补充水分并翻搅土壤。本发明通过土壤C׃N׃P比例的测定与计算，说明本方法有效的调节了石油污染土壤的C׃N׃P。同时，本发明实现了农业废弃物及养猪废水的资源化利用，简单易行且无二次污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种调节石油污染土壤碳氮磷比例的方法，具体地说是一种利用生物炭及生物质复合材料混合养猪废水调节石油污染土壤碳氮磷比例的方法。
背景技术
在石油勘探与开发过程中，钻井、井下作业和采油等环节以及井喷、泄漏等事故所导致的土壤污染现已成为国内外普遍关注的重要问题之一。石油类污染物进入土壤环境中后，一些强极性基团会与土壤中的有机质以及一些营养元素进行结合。例如腐殖质类、无机的氮和磷等相结合，限制了土壤中的硝化、反硝化和磷酸化作用。降低了土壤中可提供微生物和植物利用的有机质、氮、磷含量，降低了土壤中的碳氮磷的比例，严重影响了土壤的肥力。土壤中碳氮磷比例失调对微生物区系和微生物的群落结构影响较大，影响微生物数量及活性。土壤肥力是影响植物生长的关键因素，石油污染土壤中营养元素比例失调影响植物的生存和生长，甚至造成植物死亡。因此，有效的调节石油污染土壤中C、N、P等主要元素的比例对土壤中微生物和植物的生存及生长至关重要。
发明内容
本发明针对目前石油污染土壤C׃N׃P调节中存在的问题，提供了一种简单易行、高效、废弃物资源化利用的生物炭及生物质复合材料混合养猪废水调节石油污染土壤中C׃N׃P的方法。
本发明的采用以下步骤：
步骤(1) 原料预处理:
收集农田内剩余的玉米秸秆、水稻秸秆，选择平整、干燥的地面，将玉米秸秆和水稻秸秆晾干，备用；
步骤(2) 生物炭材料的制备:
将晾干的玉米秸秆用切割机截成段，将水稻秸秆截成段，另一部分粉碎；将上述准备好的原料置于坩埚中，密封后在气氛箱式炉中进行炭化，在300℃缺氧裂解3 h，制备得到生物炭；
步骤(3) 生物质材料制备:
将水稻秸秆用粉碎机粉碎成絮状，备用；
步骤(4) 复合材料的制备：
将玉米秸秆生物炭和水稻秸秆生物炭混合；将混合后的生物炭和水稻秸秆絮状物按质量比分别称好，备用；
步骤(5) 复合材料与养猪废水的混合：
准备好底部密封的箱体，加入养猪废水，将按质量比称好的水稻秸秆絮状物放入箱体内浸泡，24h后加入混合好的生物炭材料，浸泡12h，将浸泡后的生物炭和水稻秸秆絮状物搅匀，待用；
步骤(6) 将采集到的石油污染土壤进行预处理后，放入统一规格的培养箱内，以10kg风干土壤为基准，重量百分含量计，加入5%～8%的浸泡后混匀的生物炭和水稻秸秆絮状物混合材料，向加入混合材料后的土壤中喷洒养猪废水，同时翻搅，调节培养箱内水分含量为50%～60%。
所述的步骤2中，将晾干的玉米秸秆用切割机截成0.5cm、1cm长的段，将水稻秸秆截成0.5cm长的段，另一部分粉碎，过40目筛，截段和粉碎的比例为质量比1׃1。
所述的步骤4中，将玉米秸秆生物炭和水稻秸秆生物炭分别以质量比1׃1的比例混合；将混合后的生物炭和水稻秸秆絮状物按质量比1׃3的比例分别称好，备用。
所述的步骤6中，所述的浸泡后混匀的生物炭和水稻秸秆絮状物混合材料添加比例为5%～8% 是按生物炭和水稻秸秆絮状物干重计算。
所述的步骤6中，培养箱箱体大小为40cm ×30cm ×30cm。
所述的步骤（6）中，每隔3天翻搅土壤一次，每隔6天用养猪废水补充水分，并保持土壤水分含量为50%～60%。
本发明具有如下优点：
1、与现有技术相比，本发明制备得到的复合材料包括粉末状、小颗粒和中等粒径长度的生物炭与水稻秸秆絮状物的混合物，而非单一形状和大小的材料。本发明还利用了养猪废水富含N、P营养元素的特性，恰好弥补了石油污染土壤中高碳、低氮磷的缺点。同时利用生物炭和水稻秸秆絮状物自身的疏松多孔等特征，浸泡后的混合材料能够将富含N、P营养元素的养猪废水充分带入到石油污染土壤中，有效调节土壤中的C׃N׃P。添加混合材料后的土壤持水能力增强，在不断补充养猪废水的同时，提高了N、P在土壤中的停留时间和含有量。
2、在处理效果方面具有很强可行性。
不同粒径生物炭及水稻秸秆絮状物混合养猪废水加入到石油污染土壤后，经过水分调节和翻搅，在60d后，石油污染土壤中C׃N调整为10׃1～12׃1，C׃P调整为20׃1～24׃1，土壤中C׃N׃P调整为100׃10׃5～120׃10׃5。
3、易于操作。本发明操作方便，针对石油污染土壤C׃N׃P比例失调的改善方法简单，在石油污染土壤中加入生物炭及水稻秸秆絮状物混合养猪废水，并定期浇水和翻搅。
4、无二次污染。本发明通过添加玉米秸秆、水稻秸秆及两种原材料制备的生物炭、养猪废水来调节石油污染土壤的C׃N׃P，所添加物质不含其他化学物质，不会对土壤造成二次污染。
5、该技术的成本较低，生物炭及水稻秸秆絮状物混合养猪废水与其他方法相比，既经济适用，又可大面积推广应用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。
实施例1
一种调节石油污染土壤C׃N׃P的方法，采用以下步骤：
(1) 原料预处理:
收集农田内剩余的玉米秸秆、水稻秸秆，选择平整、干燥的地面，将玉米秸秆和水稻秸秆晾干，备用。
(2) 生物炭材料的制备：
将晾干的玉米秸秆用切割机截成0.5cm、1cm长的段，将水稻秸秆截成0.5cm长的段，另一部分粉碎，过40目筛。将上述准备好的原料置于坩埚中，密封后在气氛箱式炉中进行炭化，在300℃缺氧裂解3 h，制备得到生物炭。
(3) 生物质材料制备：
将水稻秸秆用粉碎机粉碎成絮状，备用。
(4) 复合材料的制备：
将不同粒径长度的玉米秸秆生物炭和水稻秸秆生物炭分别以质量比1׃1的比例混合。将混合后的生物炭和水稻秸秆絮状物按质量比1׃3的比例分别称好，备用。
(5) 复合材料与养猪废水的混合：
准备好底部密封的箱体，加入养猪废水，将按质量比1׃3的比例称好的水稻秸秆絮状物放入箱体内浸泡，24h后加入混合好的生物炭材料，浸泡12h，将浸泡后的生物炭和水稻秸秆絮状物搅匀，待用。
(6) 将采集到的石油污染土壤进行预处理后，放入统一规格的培养箱内（箱体大小为40cm ×30cm ×30cm），以10kg风干土壤为基准，重量百分含量计，加入5%～8%的浸泡后混匀的生物炭和水稻秸秆絮状物混合材料 (按生物炭和水稻秸秆絮状物干重计算)，向加入混合材料后的土壤中喷洒养猪废水，同时翻搅，调节培养箱内水分含量为50%～60%。每隔3天翻搅土壤一次，每隔6天用养猪废水补充水分。
步骤（4）中所述的不同粒径长度的玉米秸秆生物炭和水稻秸秆生物炭分别为0.5cm和1cm长的玉米秸秆和0.5cm长、过40目筛的水稻秸秆粉末在300℃缺氧裂解3 h条件下制备的生物炭。
步骤（5）中混合后的生物炭和水稻秸秆絮状物质量比为1׃3，水稻秸秆絮状物先放入养猪废水中浸泡24h，然后加入混合好的生物炭材料，浸泡12h，并将两者搅匀。
步骤（6）中加入5%～8%的浸泡后混匀的生物炭和水稻秸秆絮状物混合材料，其中5%～8%是以生物炭和水稻秸秆絮状物干重计算。每隔3天翻搅土壤一次，每隔6天用养猪废水补充水分，并保持土壤水分含量为50%～60%。
实施例2
一种调节石油污染土壤C׃N׃P的方法，采用以下步骤：
(1) 原料预处理：
收集农田内剩余的玉米秸秆、水稻秸秆，选择平整、干燥的地面，将玉米秸秆和水稻秸秆晾干，备用。
(2) 生物炭材料的制备：
将晾干的玉米秸秆用切割机截成0.5cm、1cm长的段，将水稻秸秆截成0.5cm长的段，另一部分粉碎，过40目筛。将上述准备好的原料置于坩埚中，密封后在气氛箱式炉中进行炭化，在300℃缺氧裂解3 h，制备得到生物炭。
(3) 生物质材料制备：
将水稻秸秆用粉碎机粉碎成絮状，备用。
(4) 复合材料的制备：
将不同粒径长度的玉米秸秆生物炭和水稻秸秆生物炭分别以质量比1׃1的比例混合。将混合后的生物炭和水稻秸秆絮状物按质量比1׃3的比例分别称好，备用。
(5) 复合材料与养猪废水的混合：
准备好底部密封的箱体，加入养猪废水，将按质量比1׃3的比例称好的水稻秸秆絮状物放入箱体内浸泡，24h后加入混合好的生物炭材料，浸泡12h，将浸泡后的生物炭和水稻秸秆絮状物搅匀，待用。
(6) 将采集到的石油污染土壤进行预处理后，放入统一规格的培养箱内（箱体大小为40cm ×30cm ×30cm），以10kg风干土壤为基准，重量百分含量计，加入5%的浸泡后混匀的生物炭和水稻秸秆絮状物混合材料，向加入混合材料后的土壤中喷洒养猪废水，同时翻搅，调节培养箱内水分含量为50%。每隔3天翻搅土壤一次，每隔6天用养猪废水补充水分。
步骤（4）中所述的不同粒径长度的玉米秸秆生物炭和水稻秸秆生物炭分别为0.5cm和1cm长的玉米秸秆和0.5cm长、过40目筛的水稻秸秆粉末在300℃缺氧裂解3 h条件下制备的生物炭。
步骤（5）中混合后的生物炭和水稻秸秆絮状物质量比为1׃3，水稻秸秆絮状物先放入养猪废水中浸泡24h，然后加入混合好的生物炭材料，浸泡12h，并将两者搅匀。
步骤（6）中加入5%的浸泡后混匀的生物炭和水稻秸秆絮状物混合材料，其中5%是以生物炭和水稻秸秆絮状物干重计算。每隔3天翻搅土壤一次，每隔6天用养猪废水补充水分，并保持土壤水分含量为50%。
(7) 不同粒径生物炭及水稻秸秆絮状物混合养猪废水加入到石油污染土壤后，经过水分调节和翻搅，在60d后，石油污染土壤中C׃N调整为12׃1，C׃P调整为24׃1，土壤中C׃N׃P调整为120׃10׃5。
实施例3
一种调节石油污染土壤C׃N׃P的方法，采用以下步骤：
(1) 原料预处理:
收集农田内剩余的玉米秸秆、水稻秸秆，选择平整、干燥的地面，将玉米秸秆和水稻秸秆晾干，备用。
(2) 生物炭材料的制备：
将晾干的玉米秸秆用切割机截成0.5cm、1cm长的段，将水稻秸秆截成0.5cm长的段，另一部分粉碎，过40目筛。将上述准备好的原料置于坩埚中，密封后在气氛箱式炉中进行炭化，在300℃缺氧裂解3 h，制备得到生物炭。
(3) 生物质材料制备：
将水稻秸秆用粉碎机粉碎成絮状，备用。
(4) 复合材料的制备：
将不同粒径长度的玉米秸秆生物炭和水稻秸秆生物炭分别以质量比1׃1的比例混合。将混合后的生物炭和水稻秸秆絮状物按质量比1׃3的比例分别称好，备用。
(5) 复合材料与养猪废水的混合：
准备好底部密封的箱体，加入养猪废水，将按质量比1׃3的比例称好的水稻秸秆絮状物放入箱体内浸泡，24h后加入混合好的生物炭材料，浸泡12h，将浸泡后的生物炭和水稻秸秆絮状物搅匀，待用。
(6) 将采集到的石油污染土壤进行预处理后，放入统一规格的培养箱内（箱体大小为40cm ×30cm ×30cm），以10kg风干土壤为基准，重量百分含量计，加入8%的浸泡后混匀的生物炭和水稻秸秆絮状物混合材料，向加入混合材料后的土壤中喷洒养猪废水，同时翻搅，调节培养箱内水分含量为60%。每隔3天翻搅土壤一次，每隔6天用养猪废水补充水分。
步骤（4）中所述的不同粒径长度的玉米秸秆生物炭和水稻秸秆生物炭分别为0.5cm和1cm长的玉米秸秆和0.5cm长、过40目筛的水稻秸秆粉末在300℃缺氧裂解3 h条件下制备的生物炭。
步骤（5）中混合后的生物炭和水稻秸秆絮状物质量比为1׃3，水稻秸秆絮状物先放入养猪废水中浸泡24h，然后加入混合好的生物炭材料，浸泡12h，并将两者搅匀。
步骤（6）中加入8%的浸泡后混匀的生物炭和水稻秸秆絮状物混合材料，其中8%是以生物炭和水稻秸秆絮状物干重计算。每隔3天翻搅土壤一次，每隔6天用养猪废水补充水分，并保持土壤水分含量为60%。
(7) 不同粒径生物炭及水稻秸秆絮状物混合养猪废水加入到石油污染土壤后，经过水分调节和翻搅，在60d后，石油污染土壤中C׃N调整为10׃1，C׃P调整为20׃1，土壤中C׃N׃P调整为100׃10׃5。
Claims (2)
1.一种调节石油污染土壤中碳氮磷比例的方法，其特征在于，主要采用以下步骤：
（1）原料预处理：
收集农田内剩余的玉米秸秆、水稻秸秆，选择平整、干燥的地面，将玉米秸秆和水稻秸秆晾干，备用；
（2）生物炭材料的制备：
将晾干的玉米秸秆用切割机截成0.5cm、1cm长的段，将水稻秸秆的一部分截成0.5cm长的段，将水稻秸秆的另一部分粉碎，过40目筛；将上述准备好的原料置于坩埚中，密封后在气氛箱式炉中进行炭化，在300℃缺氧裂解3 h，制备得到生物炭；
（3）生物质材料制备：
将水稻秸秆用粉碎机粉碎成絮状，备用；
（4）复合材料的制备：
将不同粒径长度的玉米秸秆生物炭和水稻秸秆生物炭分别以质量比1׃1的比例混合；将混合后的生物炭和水稻秸秆絮状物按质量比1׃3的比例分别称好，备用；
所述的不同粒径长度的玉米秸秆生物炭和水稻秸秆生物炭分别为0.5cm和1cm长的玉米秸秆和0.5cm长、过40目筛的水稻秸秆粉末在300℃缺氧裂解3 h条件下制备的生物炭；
（5）复合材料与养猪废水的混合：
准备好底部密封的箱体，加入养猪废水，将按质量比1׃3的比例称好的水稻秸秆絮状物放入箱体内浸泡，24h后加入混合后的生物炭材料，浸泡12h，将浸泡后的生物炭和水稻秸秆絮状物搅匀，待用；混合后的生物炭和水稻秸秆絮状物的质量比为1׃3；
（6）将采集到的石油污染土壤进行预处理后，放入统一规格的培养箱内，箱体大小为40cm ×30cm ×30cm，以10kg风干土壤为基准，重量百分含量计，加入5%的浸泡后混匀的生物炭和水稻秸秆絮状物混合材料，其中5%是以生物炭和水稻秸秆絮状物干重计算；向加入混合材料后的土壤中喷洒养猪废水，同时翻搅，调节培养箱内水分含量为50%；每隔3天翻搅土壤一次，每隔6天用养猪废水补充水分；
（7）不同粒径生物炭及水稻秸秆絮状物混合养猪废水加入到石油污染土壤后，经过水分调节和翻搅，在60d后，石油污染土壤中碳氮比调整为12:1，碳磷比调整为24:1，土壤中碳氮磷比例调整为120:10:5。
2.一种调节石油污染土壤中碳氮磷比例的方法，其特征在于，主要采用以下步骤：
（1）原料预处理：
收集农田内剩余的玉米秸秆、水稻秸秆，选择平整、干燥的地面，将玉米秸秆和水稻秸秆晾干，备用；
（2）生物炭材料的制备：
将晾干的玉米秸秆用切割机截成0.5cm、1cm长的段，将水稻秸秆的一部分截成0.5cm长的段，将水稻秸秆的另一部分粉碎，过40目筛；将上述准备好的原料置于坩埚中，密封后在气氛箱式炉中进行炭化，在300℃缺氧裂解3 h，制备得到生物炭；
（3）生物质材料制备：
将水稻秸秆用粉碎机粉碎成絮状，备用；
（4）复合材料的制备：
将不同粒径长度的玉米秸秆生物炭和水稻秸秆生物炭分别以质量比1：1的比例混合；将混合后的生物炭和水稻秸秆絮状物按质量比1：3的比例分别称好，备用；
所述的不同粒径长度的玉米秸秆生物炭和水稻秸秆生物炭分别为0.5cm和1cm长的玉米秸秆和0.5cm长、过40目筛的水稻秸秆粉末在300℃缺氧裂解3 h条件下制备的生物炭；
（5）复合材料与养猪废水的混合：
准备好底部密封的箱体，加入养猪废水，将按质量比1：3的比例称好的水稻秸秆絮状物放入箱体内浸泡，24h后加入混合后的生物炭材料，浸泡12h，将浸泡后的生物炭和水稻秸秆絮状物搅匀，待用；混合后的生物炭和水稻秸秆絮状物的质量比为1׃3；
（6）将采集到的石油污染土壤进行预处理后，放入统一规格的培养箱内，箱体大小为40cm ×30cm ×30cm，以10kg风干土壤为基准，重量百分含量计，加入8%的浸泡后混匀的生物炭和水稻秸秆絮状物混合材料，其中8%是以生物炭和水稻秸秆絮状物干重计算，向加入混合材料后的土壤中喷洒养猪废水，同时翻搅，调节培养箱内水分含量为60%；每隔3天翻搅土壤一次，每隔6天用养猪废水补充水分；
(7) 不同粒径生物炭及水稻秸秆絮状物混合养猪废水加入到石油污染土壤后，经过水分调节和翻搅，在60d后，石油污染土壤中碳氮比调整为10：1，碳磷比调整为20：1，土壤碳氮磷比例调整为100：10：5。
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