CN107502370A - 一种复合土壤改良剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合土壤改良剂的制备方法，制备方法包括以下步骤：首先以生物残体为原料，通过碳化处理和富磷处理制得富磷生物焦，然后利用复合菌种对中药药渣进行发酵制成生物腐殖酸，最后将富磷生物焦与生物腐殖酸在常温下混合均匀后制得复合土壤改良剂。本发明提供的复合土壤改良剂，具有成本低廉、工艺便于控制、环境相容性好等优点，值得在土壤改良中大面积推广应用。

Description

一种复合土壤改良剂的制备方法
技术领域
本发明涉及土壤改良技术领域，具体地说是涉及一种由富磷生物焦和生物腐植酸复合而成的土壤改良剂的制备方法。
背景技术
由于工业化和城市化的发展，我国重金属的生产量和消费量已显著增加，从而导致了重金属污染日趋严重，重金属的土壤污染危害尤为突出。广东省韶关市仁化重金属污染比较严重，曾经发生儿童血铅超标，给广东生态环境的平衡，带来了重大的影响，因此治理重金属土壤污染已经成为环保工作的首要任务。
土壤作为生态圈的重要组成部分，是人类赖以生存的最基本物质基础之一，又是各种污染物的主要藏纳地。在世界各地，污染土壤的面积不断扩大，尤其在我国随着工农生产和乡村城市化建设的发展，土壤污染迅速蔓延，污染程度也逐渐加剧。据报道，全国受污染的土地面积已占耕地面积的1/5，总面积超过2000万公顷。土壤污染，特别是重金属在蔬菜、粮食中的积累，将处于食物链顶端的人类置于危险之地。而且重金属污染物在土壤中移动性差、滞留时间长、不易被微生物降解，尤为严重的是重金属在土壤系统中的污染过程中具有隐蔽性、长期性和不可逆转性等特性。因此重金属污染土壤的危害给环境、人类生存和经济发展带来巨大影响。其有效治理已经成为国内外环境科学研究的重要热点。
生物焦以其原材料来源广泛、具有资源可再生性、生产成本低、生态安全、无二次污染等优点，被视为土壤改良及受环境污染修复等方面最具有潜力的环境功能性材料。然而，仅仅通过简单的热解处理所制备的生物焦，其空隙结构及表面化学特性在吸附、固定重金属方面的表现并不突出。
生物有机质可以吸附和固定土壤中的重金属离子，其中水溶性腐殖酸是用于治理土壤重金属污染的主要有机质之一。但是市面上的腐殖酸多由矿物成分制成，存在矿化程度高、不易溶于水等缺点。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术中的缺点和不足之处，提供一种复合土壤改良剂的制备方法。
本发明的技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种复合土壤改良剂的制备方法，包括以下具体步骤：
(1)将生物残体经干燥、粉碎后置于混合气体为氮气和二氧化碳的热解炉里，按设定升温速率5-20℃/min升温至预设温度400-900℃后，经过高温裂解制得生物焦，然后将生物焦与含磷化合物溶液按质量比1:1～1:5，浸渍4-8h后脱水干燥，制得富磷生物焦；
(2)将中药药渣粉碎，通过30-50目筛后放入混料机中，加入中药药渣质量6-8％的复合菌种、加入适量水、控制混合料的含水量45-55％，在室温下搅拌均匀后倒入发酵槽中进行发酵，在25-30℃条件下，恒温发酵25-30天，结束发酵后，将发酵产物放入低温真空干燥箱中进行干燥，然后粉碎通过80目筛，制得生物腐植酸；
(3)将(1)中制得的富磷生物焦和(2)中制得的生物腐植酸在常温下混合均匀，即可制得复合土壤改良剂。
一种复合土壤改良剂的制备方法，步骤(1)中所述的热解炉里混合气体中二氧化碳的体积浓度为5-45％。
一种复合土壤改良剂的制备方法，步骤(1)中所述的生物残体为农业类废弃物、林业类废弃物、藻类、污泥、生活垃圾中的一种或几种的混合物。
一种复合土壤改良剂的制备方法，步骤(1)中所述的含磷化合物溶液为(NH4)2HPO4溶液、H3PO4溶液、KH2PO4溶液、K3PO4溶液、(NH4)3PO4溶液、KH2PO4溶液、NH4H2PO4溶液中的一种或几种的混合溶液，其中，磷酸根离子浓度为1-10mol/L。
一种复合土壤改良剂的制备方法，步骤(1)中所述的生物残体干燥后与步骤(2)中所述的中药药渣的质量比5:1～1:5。
一种复合土壤改良剂的制备方法，步骤(2)中所述的复合菌种是指黄孢原毛平革菌、木霉菌、链霉菌、芽孢杆菌、酵母菌的混合菌种，且有效活菌总数≧120亿/克，黄孢原毛平革菌、木霉菌、链霉菌、芽孢杆菌、酵母菌的添加量分别占复合菌种的10-30％、10-40％、10-25％、25-50％、5-15％。
本发明另一目的是：复合土壤改良剂在降低土壤Cr、Ni、Zn、Co、Hg重金属含量中的应用。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、将生物残体制成富磷生物焦，结合了含磷化合物在修复重金属污染土壤方面的优势和生物焦多孔性及环境相容性好的优点，将具有固定重金属的含磷官能团转移到多孔结构的生物焦表面，增强了生物焦吸附固定重金属的能力。
2、将黄孢原毛平革菌、木霉菌、链霉菌、芽孢杆菌与酵母菌复配，对中药药渣中的木质素、纤维素具有较强的分解能力，成为复合菌种生长的碳源，通过恒温发酵，得到富含黄腐酸、大量活体益生菌群、有机质、氨基酸的生物腐殖酸。
3、通过一系列工艺步骤将富磷生物焦与生物腐殖酸复合制成的土壤改良剂，具有一定的水溶性，可以沉淀和吸附土壤中的重金属离子，通过离子交换达到土壤改良的目的。
4、本发明提供的复合土壤改良剂，具有成本低廉、工艺便于控制、环境相容性好等优点，值得在土壤改良中大面积推广应用。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的实质，下面结合实施例对本发明的内容作进一步说明，但不能视为对本发明的限制，以下所述仅用于解释本发明，对于不偏离本发明精神和原则所做的修改、替换或改进，均属于本发明要求保护的范围。
实施例一
(1)将农业类废弃物、林业类废弃物、污泥分别烘干后混合在一起粉碎，然后称取50kg置于混合气体为氮气和二氧化碳(二氧化碳的体积浓度30％)的热解炉里，按设定升温速率10℃/min升温至预设温度600℃后，经过高温裂解制得生物焦，然后将生物焦与(NH4)3PO4溶液(磷酸根离子浓度6mol/L)按质量比1:2的比例混合后，浸渍5h后脱水干燥，制得富磷生物焦；
(2)将50kg中药药渣粉碎，通过50目筛后放入混料机中，加入黄孢原毛平革菌0.85kg、木霉菌0.45kg、链霉菌0.65kg、芽孢杆菌1kg、酵母菌0.35kg、加入25kg水，在室温下搅拌均匀后倒入发酵槽中进行发酵，在27℃条件下，恒温发酵30天，结束发酵后，将发酵产物放入低温真空干燥箱中进行干燥，然后粉碎通过80目筛，制得生物腐植酸；
(3)将(1)中制得的富磷生物焦和(2)中制得的生物腐植酸在常温下混合均匀，制得复合土壤改良剂A。
农业废弃物是指在整个农业生产过程中被丢弃的有机类物质，主要包括：农林业生产过程中产生的植物残余类废弃物，畜牧渔业生产过程中产生的动物类残余废弃物，农业加工过程中产生的加工类残余废弃物和农村城镇生活垃圾等。
林业类废弃物指农林作物收获和加工过程中所产生的废弃物资和垃圾。
中药药渣主要采用中药制药厂废弃药渣。
实施例二
(1)将农业类废弃物、林业类废弃物、生活垃圾、藻类分别烘干后混合在一起粉碎，然后称取40kg置于混合气体为氮气和二氧化碳(二氧化碳的体积浓度25％)的热解炉里，按设定升温速率15℃/min升温至预设温度800℃后，经过高温裂解制得生物焦，然后将生物焦与KH2PO4溶液(磷酸根离子浓度8mol/L)按质量比1:3的比例混合后，浸渍6h后脱水干燥，制得富磷生物焦；
(2)将60kg中药药渣粉碎，通过50目筛后放入混料机中，加入黄孢原毛平革菌0.95kg、木霉菌0.55kg、链霉菌0.85kg、芽孢杆菌1.15kg、酵母菌0.45kg、加入30kg水，在室温下搅拌均匀后倒入发酵槽中进行发酵，在28℃条件下，恒温发酵28天，结束发酵后，将发酵产物放入低温真空干燥箱中进行干燥，然后粉碎通过80目筛，制得生物腐植酸；
(3)将(1)中制得的富磷生物焦和(2)中制得的生物腐植酸在常温下混合均匀，制得复合土壤改良剂B。
实施例三
将本发明实施例一中制备得到的复合土壤改良剂A和实施例二中制得复合土壤改良剂B按每1kg含重金属土壤施用50g，进行土壤改良试验。本发明在广东省韶关市仁化重金属污染土壤作了实验。
表1本发明制得的复合土壤改良剂土壤改良试验结果
由表1可见，施用本发明制得的复合土壤改良剂A和复合土壤改良剂B后，土壤中的Cr、Ni、Zn、Co、Hg等重金属含量均有了明显的下降，下降率均在60％以上。可见，通过本发明提供的制备方法制得的复合土壤改良剂施用后可明显降低土壤中重金属的含量，值得在土壤改良中大面积推广应用。

Claims (8)

1.一种复合土壤改良剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将生物残体经干燥、粉碎后置于混合气体为氮气和二氧化碳的热解炉里，按设定升温速率5-20℃/min升温至预设温度400-900℃后，经过高温裂解制得生物焦，然后将生物焦与含磷化合物溶液按质量比1:1～1:5，浸渍4-8h后脱水干燥，制得富磷生物焦；
(2)将中药药渣粉碎，通过30-50目筛后放入混料机中，加入中药药渣质量6-8％的复合菌种、加入适量水、控制混合料的含水量45-55％，在室温下搅拌均匀后倒入发酵槽中进行发酵，在25-30℃条件下，恒温发酵25-30天，结束发酵后，将发酵产物放入低温真空干燥箱中进行干燥，然后粉碎通过80目筛，制得生物腐植酸；
(3)将(1)中制得的富磷生物焦和(2)中制得的生物腐植酸在常温下混合均匀，即可制得复合土壤改良剂。
2.根据权利要求1所述的一种复合土壤改良剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的热解炉里混合气体中二氧化碳的体积浓度为5-45％。
3.根据权利要求1所述的一种复合土壤改良剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的生物残体为农业类废弃物、林业类废弃物、藻类、污泥、生活垃圾中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种复合土壤改良剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的含磷化合物溶液为(NH4)2HPO4溶液、H3PO4溶液、KH2PO4溶液、K3PO4溶液、(NH4)3PO4溶液、KH2PO4溶液、NH4H2PO4溶液中的一种或几种的混合溶液，其中，磷酸根离子浓度为1-10mol/L。
5.根据权利要求1所述的一种复合土壤改良剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的生物残体干燥后与步骤(2)中所述的中药药渣的质量比5:1～1:5。
6.根据权利要求1所述的一种复合土壤改良剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的复合菌种是指黄孢原毛平革菌、木霉菌、链霉菌、芽孢杆菌、酵母菌的混合菌种，且有效活菌总数≧120亿/克。
7.根据权利要求6所述的一种复合土壤改良剂的制备方法，其特征在于，所述的黄孢原毛平革菌、木霉菌、链霉菌、芽孢杆菌、酵母菌，添加量分别占复合菌种的10-30％、10-40％、10-25％、25-50％、5-15％。
8.一种权利要求1所述的复合土壤改良剂在降低土壤Cr、Ni、Zn、Co、Hg重金属含量中的应用。
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