CN108672492A - 一种生物刺激修复石油污染土壤有机肥营养体系的构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物刺激修复石油污染土壤有机肥营养体系的构建方法，该方法步骤如下：通过对7种有机肥进行基本理化性质测定分析，初步筛选出最优的2种有机肥鸡粪和牛粪来构建有机肥营养体系。将该有机肥营养体系以5%质量比投加入石油烃污染土壤，可改善土壤环境，提高土著微生物活性，进而通过有机肥生物刺激方式加速石油烃污染物的降解。相比于其他物理、化学修复方式，本发明原料来源广泛、廉价易得，又是一种多功能型肥料，不仅可以提高修复效率，还可改良土壤，达到双重修复效果。

Description

一种生物刺激修复石油污染土壤有机肥营养体系的构建方法

技术领域

本发明涉及土壤修复技术领域，具体涉及一种生物刺激修复石油污染土壤的有机肥营养体系的构建方法。

背景技术

石油的生产、使用、运输等过程中，以各种方式排放到土壤环境中，危害人类活动和自然环境。国内外每年大约有成百乃至上千万吨石油进入自然环境，主要以发生泄漏、事故、废弃物污染、空气污染等多种办法进入土壤，引起土壤石油污染。这些污染物在土壤环境中，通过改变土壤的孔径、碳氮磷比等途径来破坏土壤环境。土壤的石油污染危害程度已经发展到必须及时进行治理的阶段。

物理和化学修复方法在治理土壤石油污染的过程中，由于成本高、二次污染等问题逐渐退出历史的舞台。而生物修复方法正是凭借着操作、成本、效果、环保、亲民、等方面的优势逐渐变成研究者追捧的热点。生物修复技术大致包括动植物修复和微生物修复等修复技术，其中微生物修复以其独特的魅力独占了研究热点，而微生物修复的左右手：一个是生物强化，另一个则是生物刺激。生物刺激是当前微生物修复领域研究的一种重要方法。生物刺激法是指通过采取添加营养物质、电子受体、生物通气等手段刺激石油污染土壤中的土著菌激活并加速其生长增殖，增强土著菌降解石油烃的能力，从而达到修复污染土壤的目的。生物刺激的方法中，考虑到土著微生物激活后的生长增殖与新陈代谢活动对营养物质的需求、实际应用的成本以及操作的可行性问题，添加营养物质是其中最常见、应用最广泛的方法。在石油污染土壤中，氮磷含量低，碳含量高，营养比例出现失衡，从而阻碍了微生物的生长增值活动，影响修复效果。然而土壤中营养物质也需要保持恰当的比例，其中某种元素含量过高或过低，都会阻碍微生物的生长增殖活动，因此添加的营养物质也需要保持一定的营养比例。

添加的营养物质又可以分为无机、有机营养2种。无机营养添加法固然也能修复土壤，然而无机营养物质在土壤中存在易流失，易富营养化，易造成二次污染，过量之后pH值过高，微生物生长增殖受阻等缺点，发展受到一定的限制。因此将研究的重点转移到有机营养物质的添加。

作为有机营养物质之一的有机肥来源于动植物，是被丢弃的宝物，用途广泛，是目前较为全面的肥料。有机肥俗称农家肥，但是又不同于农家肥，有机肥无臭环保，便宜又好用，主要包括禽畜粪便以及工农业、生活垃圾等。有机肥富含有机物和多种营养元素，可改良土壤，改善土壤理化状况，增强土壤的保肥供肥能力、达到增产等功效。因此选用廉价又易得的有机肥构建营养体系，通过生物刺激法修复石油污染土壤，将其变废为宝。不仅解决有机肥的资源化利用问题，又解决了石油污染土壤的修复问题，达到双重效果。

发明内容

有鉴于此，本发明其一提供了一种生物刺激修复石油污染土壤有机肥营养体系的构建方法，其二提供了基于上述构建方法建立得鸡粪、牛粪有机肥营养体系，其三给出了上述构建方法得到的有机肥营养体系的应用方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明之一是提供一种生物刺激修复石油污染土壤有机肥营养体系的构建方法，包括以下步骤：

1）初步选用多种有机肥，并测定其各自理化性质；所述有机肥包括禽畜粪便以及腐殖酸；

2）将上述多种有机肥分别单独施加入石油污染土壤中，通过生物刺激修复方式，考察一段时间后各有机肥对石油烃去除效果；

3）选择其中效果较好的至少两种有机肥，以若干个不同混合比例初试混合，构建有机肥营养体系，并投加入石油污染土壤中，通过生物刺激修复方式，考察一段时间后石油烃修复效果，得到优选的混合比例区间；

4）在上述优选的混合比例区间内，将上述至少两种有机肥以若干个不同混合比例终试混合，构建有机肥营养体系，投加入石油污染土壤中，通过生物刺激修复方式，考察一段时间后石油烃修复效果，从而确定最佳的有机肥混合比例。

进一步的，所述步骤1）禽畜粪便包括鸡粪、牛粪、猪粪、羊粪、鸭粪和马粪；所述多种有机肥测定的理化性质包括有机质、全氮、总磷、速效磷、水解氮。

进一步的，所述步骤3）所述有机肥选择其中效果较好的两种有机肥。

进一步的，所述步骤2）、3）、4）考察的时间均为30d；所述步骤2）、3）、4）中石油烃修复效果考察采用超声萃取-紫外分光光度法测定剩余石油烃含量，进而计算出降解率。

进一步的，所述步骤1）中的多种有机肥需经过高温发酵、灭菌、除臭处理，且风干后破碎过40-80目筛备用。

进一步的，所述步骤2）、3）、4）中的石油污染污染土壤在投入有机肥前需进行如下处理：翻动至松散，过2mm筛，并调节土壤C、N、P比为100:（5-15）:1；所述生物刺激修复采用花盆修复实验，且修复过程中采用减重法调节各个花盆中的含水率，使之保持在15-30%；同时控制pH为7.0-7.5、温度为25-35℃；每2-3天翻土一次。

进一步的，所述土壤C、N、P比调节用的氮源为硝酸钠，磷源为磷酸氢二钾；即通过加入无机盐调节N、P与C（来源于石油烃）的比例。

本发明之二是提供一种应用上述构建方法得到的有机肥营养体系，所述有机肥营养体系包括鸡粪和牛粪，二者质量比为2:1-4:1。

进一步优选的，所述鸡粪和牛粪质量比为2.8:1。

本发明之三是提供一种上述有机肥营养体系在石油烃污染土壤的生物刺激修复中的应用，即将所述有机肥营养体系，以5%的质量比投加入石油污染土壤中修复30-60天即可。

本发明中石油烃修复效果考察采用超声萃取-紫外分光光度法测定剩余石油烃含量，进而计算出降解率，计算公式如下：

式中：η为降解率，%；C1为处理后剩余原油含量，mg/L；C0为处理前体系中的原油含量，mg/L。

与现有技术相比，本发明具有下述优点：

1.本发明以有机农家肥作为原材料，是一种绿色的多功能型肥料，廉价易得、营养丰富，可实现废弃生物质资源综合利用；

2.本发明以有机肥构建营养体系可应用于修复石油污染土壤，能够满足土著微生物激活后的生长增殖与新陈代谢活动对营养物质的需求，进而提高石油烃降解率，增强修复效果。

3.采用鸡粪、牛粪构建有机肥营养体系生物刺激加速石油污染土壤中有机物降解的技术方案，采用营养物质丰富且具有保肥供肥功效的鸡粪和牛粪作为有机肥，将两者以不同比例混合，大大促进有机污染物的降解，提高污染物修复效率。

4.本发明构建的有机肥营养体系可应用于修复石油污染土壤，对石油烃去除效率高，无二次污染，可改善土壤环境，增加土壤养分。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明中7种有机肥的理化性质测定结果图；

图2为本发明中7种有机肥单独修复石油污染土壤30d后石油烃降解结果图；

图3为鸡粪、牛粪以不同初试比例混合后修复30d后石油污染土壤石油烃降解结果图；

图4为鸡粪、牛粪以不同终试比例混合后修复30d后石油污染土壤石油烃降解结果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

将经过高温发酵、灭菌、除臭等措施7种有机肥鸡粪、牛粪、猪粪、羊粪、鸭粪、马粪和腐殖酸风干风干处理后破碎，过40-80目筛备用。分别测定其基本理化性质，包括有机质、全氮、全磷、速效磷、水解氮含量。

其中，基本理化性质测定方法如下：

有机质采用重铬酸钾容量法-稀释热法；全氮含量采用凯氏定氮法；总磷含量采用碱熔-钼锑抗分光光度法；速效磷含量采用NaHCO₃浸提-钼锑抗比色法；水解氮含量采用碱解-扩散法测定。

并且结合附图1可以看出，腐殖酸中有机质含量最高，为384.59 g∙kg^-1；牛粪中全氮含量最高，为37.34 g∙kg^-1；鸡粪中总磷和速效磷含量最高，分别为32.81 g∙kg^-1，821.29mg ∙kg^-1； 牛粪中水解氮最高为363.09 mg ∙kg^-1，总体来看，鸡粪和牛粪较其它有机肥营养物质丰富。

实施例2

以胜利油田石油污染土壤为实验用土，将土样压碎翻动至松散，风干后过2mm筛，即去除较大杂质后用于花盆修复实验，并调节土壤C、N、P比为100:（5-15）:1,修复过程中采用减重法调节各个花盆中的含水率，使之保持在15-30%。、pH为7.0-7.5、温度为25-35℃、每2-3天翻土一次。

将实施例1中7种有机肥以5%质量比单独投加入石油污染土壤中，修复30d后，利用超声萃取-紫外分光光度法测定土壤中剩余石油烃含量。

其中，采用超声萃取-紫外分光光度法于225nm波长下测定剩余石油烃含量，而计算出降解率，计算公式如下：

式中：η为降解率，%；C1为处理后剩余原油含量，mg/L；C0为处理前体系中的原油含量，mg/L。

经过30d修复后，鸡粪、牛粪、猪粪、羊粪、鸭粪、马粪和腐殖酸分别对石油烃降解率为34.94%，36.88%，27.32%，24.89%，21.03%，28.91%和25.46%。

并且结合附图2可以看出，鸡粪和牛粪组对石油烃降解率较高，相较于猪粪、羊粪、鸭粪、马粪和腐殖酸，降解效果有很大的提升，降解性能优异。

实施例3

将实施例2中降解石油烃效果较好的鸡粪和牛粪以不同初试质量比1:5、1:4、1:3、1:2、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1混合，应用于石油烃污染土壤的修复。

实验用土与实施例2中一致，土壤中剩余石油烃含量的测定方法与实施例2中相同。

经过30d修复后，鸡粪和牛粪不同质量比对石油烃降解率分别为30.01%，33.76%，32.04%，23.98%，31.98%，38.33%，39.27%，38.96%，34.09%，其中2:1-4:1区间内修复效果较好。

并且结合附图3可以看出，相较于混合比例1:5、1:4、1:3、1:2、1:1、5:1，其中2:1、3:1、4:1降解效果较好，降解性能优异。

实施例4

将实施例3中降解效果较好的鸡粪、牛粪初试混合比例2:1、3:1、4:1细分为2.2:1、2.4:1、2.6:1、2.8:1、3.0:1、3.2:1、3.4:1、3.6:1、3.8:1，应用于石油烃污染土壤的修复。

实验用土与实施例2中一致，土壤中剩余石油烃含量的测定方法与实施例2中相同。

经过30d修复后，不同质量比对石油烃降解率分别为38.95%，39.11%，39.87%，43.98%，42.01%，41.37%，42.33%，39.46%，40.52%，其中质量比为2.8:1时修复效果较好。

并且结合附图4可以看出，鸡粪和牛粪质量比为2.8:1时相较于混合比例为2.2:1、2.4:1、2.6:1、3.0:1、3.2:1、3.4:1、3.6:1、3.8:1降解效果较好，降解性能优异。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种生物刺激修复石油污染土壤有机肥营养体系的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）初步选用多种有机肥，并测定其各自理化性质；所述有机肥包括禽畜粪便以及腐殖酸；

2）将上述多种有机肥分别单独施加入石油污染土壤中，通过生物刺激修复方式，考察一段时间后各有机肥对石油烃去除效果；

3）选择其中效果较好的至少两种有机肥，以若干个不同混合比例初试混合，构建有机肥营养体系，并投加入石油污染土壤中，通过生物刺激修复方式，考察一段时间后石油烃修复效果，得到优选的混合比例区间；

4）在上述优选的混合比例区间内，将上述至少两种有机肥以若干个不同混合比例终试混合，构建有机肥营养体系，投加入石油污染土壤中，通过生物刺激修复方式，考察一段时间后石油烃修复效果，从而确定最佳的有机肥混合比例。

2.根据权利要求1所述的生物刺激修复石油污染土壤有机肥营养体系的构建方法，其特征在于，所述步骤1）禽畜粪便包括鸡粪、牛粪、猪粪、羊粪、鸭粪和马粪；所述多种有机肥测定的理化性质包括有机质、全氮、总磷、速效磷、水解氮。

3.根据权利要求1所述的生物刺激修复石油污染土壤有机肥营养体系的构建方法，其特征在于，所述步骤3）所述有机肥选择其中效果较好的两种有机肥。

4.根据权利要求1所述的生物刺激修复石油污染土壤有机肥营养体系的构建方法，其特征在于，所述步骤2）、3）、4）中考察的时间均为30d；所述步骤2）、3）、4）中石油烃修复效果考察采用超声萃取-紫外分光光度法测定剩余石油烃含量，进而计算出降解率。

5.根据权利要求1所述的生物刺激修复石油污染土壤有机肥营养体系的构建方法，其特征在于，所述步骤1）中的多种有机肥需经过高温发酵、灭菌、除臭处理，且风干后破碎过40-80目筛备用。

6.根据权利要求1所述的生物刺激修复石油污染土壤有机肥营养体系的构建方法，其特征在于，所述步骤2）、3）、4）中的石油污染污染土壤在投入有机肥前需进行如下处理：翻动至松散，过2mm筛，并调节土壤C、N、P比为100:（5-15）:1；所述生物刺激修复采用花盆修复实验，且修复过程中采用减重法调节各个花盆中的含水率，使之保持在15-30%；同时控制pH为7.0-7.5、温度为25-35℃；每2-3天翻土一次。

7.根据权利要求6所述的生物刺激修复石油污染土壤有机肥营养体系的构建方法，其特征在于，所述土壤C、N、P比调节用的氮源为硝酸钠，磷源为磷酸氢二钾。

8.应用权利要求1-7任一项权利要求所述构建方法得到的有机肥营养体系，其特征在于：所述有机肥营养体系包括鸡粪和牛粪，二者质量比为2:1-4:1。

9.根据权利要求8所述的有机肥营养体系，其特征在于：所述鸡粪和牛粪质量比为2.8:1。

10.权利要求8、9任一项所述有机肥营养体系在石油烃污染土壤的生物刺激修复中的应用，其特征在于：将所述有机肥营养体系，以5%的质量比投加入石油污染土壤中修复30-60天即可。