CN108863669A - 一种园林废弃物生物质炭修复剂及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种园林废弃物生物质炭修复剂及应用,包括以下步骤：S1、园林废弃物生物质炭修复剂包括以下重量份的原料：生物质炭40‑100份，硫酸亚铁20‑50份，氧化钙15‑30份，硅藻土10‑20份；S2、将上述原料按照重量比例通过搅拌机混合均匀，制成生物质炭修复剂；S3、将生物质炭修复剂用于土壤调理和土壤中石油类有机物的修复，不仅可以有效改善酸性土壤、提高土壤透气性，降低土壤容重，增强土壤肥水渗透力，还可通过吸附作用使土壤中的石油类有机物固定在生物质炭等原料内，从而降低这些有机污染物在土壤中的化学活性和毒性，大幅度降低植物对有机类污染物的吸收。

Description

一种园林废弃物生物质炭修复剂及应用

技术领域

本发明涉及生物质炭应用技术领域，尤其涉及一种园林废弃物生物质炭修复剂及应用。

背景技术

近年来，伴随着城市生态建设的不断加快，园林面积大幅增加，因此带来了大量的城市绿色植物的废弃物，对于这些固体废物处置通常采取填埋和焚烧的方式，然而我国每年的作物秸秆会达到8亿多吨，随着城市填埋场地的紧缺和对固体废弃物资源化利用意识的加强，园林废弃物的回收利用，不仅大大地减少了资源的浪费，还缓解了固废对土壤和大气的环境污染，达到经济环保双赢局面。活性炭在土壤改良和修复方面有广泛的应用，但是优质活性炭的原材料价格比较高，这促使了活性炭替代材料的开发利用。园林废弃物进行生物质炭的制备，这是对固体废弃物减量化和资源化有效的利用途径，同时应用在土壤治理方面的使用方法有待开发。大量研究发现，生物质炭施入土壤生态系统后，可以改善土壤结构，提高土壤的有机质含量、有效氮磷钾含量，对土壤酶有刺激作用，生物质炭可通过改变土壤物理、化学和生物特性，进而可以提高农作物产量。

土壤pH过高导致土壤碱化，过低土壤酸化，而酸化会造成土壤质量和肥力下降，对植物生长产生严重危害，生物质炭作为改良剂在改变土壤酸碱度方面有着潜在价值。有研究表明，土壤酸碱度与生物质炭含量正相关，生物质炭施入土壤中可以提高土壤的pH，随着生物质炭的增加，土壤pH逐渐增大。生物质炭呈弱碱性、具有较大的比表面积和孔隙分布等特点，可以吸附养分离子并有效提升土壤肥力，为多种微生物提供适宜的生存环境。磷对植物生长发育、产量等有着重要意义，同时还是水体富营养化的关键因素之一，土壤缺乏磷肥往往出现土壤质量劣变，导致土壤肥力下降，而生物质炭自身的磷含量较高，将其添加到贫瘠土壤地区可增加土壤中磷含量，进而满足作物对磷肥的需求提高肥料利用率。

土壤酶是是评价土壤质量与健康的重要手段和指标，生物质炭可以吸附反应底物，进而有利于促进酶促反应从而升高土壤酶活性，周震峰等通过向土壤中添加不同量的生物炭，研究其对土壤酶活性的影响，研究结果发现添加生物质炭对土壤蔗糖酶和脲酶活性有显著的促进作用，尤其是高水平生物质炭添加量的促进作用明显高于中低水平添加量；生物炭对土壤过氧化氢酶活性的影响表现为前期抑制后期促进，其促进作用弱于蔗糖酶和脲酶，中低水平的生物炭添加量对过氧化氢酶的促进作用明显高于高水平添加量。

生物质炭可促进土壤中污染物的生物降解。Bushnaf等人研究结果显示，尽管添加生物质炭后被吸附的石油烃污染物增加，但支链、环状以及分支烷烃的迅速降解加快了整体石油烃的降解速率。Chen 等研究发现，土壤中多环芳烃的迁移被生物炭激活。Denyes等人在 PCBs浓度高达3.1μg/g的污染场地添加不同质量比的生物质炭，对PCBs的生物可利用性和植物有效性进行了研究。结果表明，添加了生物质炭后，该污染场地的地上生物量和蠕虫存活率升高。在土壤中施加生物质炭可以减少有机污染物的生物有效性，减少其进入食物链的几率。因此，我们提出了一种园林废弃物生物质炭修复剂及应用用于解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种园林废弃物生物质炭修复剂在土壤改良和修复方面的用途，本发明使用的园林废弃物生物质炭修复剂在土壤改良和石油污染修复方面的效果明显，可以带来良好的社会经济效益和推广应用的价值。

一种园林废弃物生物质炭修复剂及应用，包括如下步骤：

S1、园林废弃物生物质炭修复剂包括以下重量份的原料：生物质炭40-100份，硫酸亚铁20-50份，氧化钙15-30份，硅藻土10-20 份；

S2、将上述原料按照重量比例通过搅拌机混合均匀，制成生物质炭修复剂；

S3、将生物质炭修复剂用于土壤调理和土壤中石油类有机物的修复。

优选的，所述生物质炭是由园林草本废弃物在550℃-650℃高温缺氧条件下加热2h-3h炭化得到，且园林草本废弃物高温裂解时加入占园林草本废弃物重量百分比1％-3％的硫酸亚铁。

优选的，所述硫酸亚铁为工业农业级烘干七水硫酸亚铁，氧化钙为工业级氧化钙，硅藻土细度在325目-500目，pH值中性，吸油率 135％。

本发明的有益效果是：本发明原料选用比表面积大、孔隙结构发达、富含多种有机官能团、对土壤的酸度有调理作用，能提高土壤养分含量、具有较强有机物吸附能力的生物质炭，并在此基础上，配以硫酸亚铁、硅藻土、氧化钙这几种原料，不仅可以有效改善酸性土壤、提高土壤透气性，降低土壤容重，增强土壤肥水渗透力，还可通过吸附作用使土壤中的石油类有机物固定在生物质炭等原料内，从而降低这些有机污染物在土壤中的化学活性和毒性，大幅度降低植物对有机类污染物的吸收。同时，本发明的原料含有钙硅等微量元素，可以提高作物的抗病性、刺激作物生长，从而增加产量。

附图说明

图1是园林废弃物生物质炭修复剂施用对土壤pH的影响图；

图2是园林废弃物生物质炭修复剂施用对土壤有效磷影响图；

图3是园林废弃物生物质炭修复剂施用对土壤脲酶活性影响图；

图4是园林废弃物生物质炭修复剂施用对石油污染土壤总石油烃降解率影响图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。

实施例1

一种园林废弃物生物质炭修复剂及应用，包括如下步骤：

S1、园林废弃物生物质炭修复剂包括以下重量份的原料：生物质炭80份，硫酸亚铁40份，氧化钙20份，硅藻土10份；

S2、将上述原料按照重量比例通过搅拌机混合均匀，制成生物质炭修复剂；

S3、将生物质炭修复剂用于土壤调理和土壤中石油类有机物的修复。

生物质炭是由园林草本废弃物在550℃-650℃高温缺氧条件下加热2h-3h炭化得到。特别地园林废弃物高温裂解时加入占园林废弃物重量百分比1％-3％的硫酸亚铁。该生物质炭比表面积大，孔隙结构好，结构疏松。生物质炭通过本身具有大量碱性物质及羟基、羧基等有机官能团可以通过络合、吸附等机制有效实现土壤中有机物的固定和转化，降低有机物的活性和浓度。

硫酸亚铁为工业农业级烘干七水硫酸亚铁，氧化钙为工业级氧化钙，硅藻土细度在325目-500目，pH值中性、无毒、吸附性能强、容重轻，吸油率135％，在土壤中能起到保温、疏松土质、延长药效、肥效时间、改良土壤，助长农作物生长效果。

将园林废弃物生物质炭修复剂在土壤中作为基肥的方式以重量比2％和4％的量分别添加到需要调理的土壤中，实施例过程中土壤中的含水量保持在最大持水量80％。分别在开始试验、试验30天和试验60天进行土壤采样。采集时取300kg土样装入自封袋中带回实验室风干、过筛保存。分别测定土壤pH、有效磷、脲酶。土壤pH值采用pH计测定，土壤的有效磷含量采用NaHCO₃浸提—钼锑抗分光光度法测定，土壤脲酶采用靛酚蓝比色测定。

通过试验，园林废弃物生物质炭修复剂对土壤pH的影响如图1 所示，图1中小写字母a、b、c表示差异显著(p<0.05)，T1表示添加2％生物质炭修复剂土壤，T2表示添加4％生物质炭修复剂土壤，测得的数据进行数据显著性分析得出p<0.01时差异极显著。土样经过 30天修复后添加了2％生物质炭修复剂的pH测定值为7.53，与0天对比明显增加了0.98，添加4％生物质炭修复剂的pH测定值为7.62，与0天相比增加了1.04；在修复60天后添加2％和4％的生物质炭修复剂的pH与0天相比分别增长了18.6％和22.1％。

园林废弃物生物质炭修复剂对土壤有效磷的影响如图2所示，图 2中小写字母a、b、c表示差异显著(p<0.05)，CK表示未添加修复剂土壤，T1表示添加2％生物质炭修复剂土壤，T2表示添加4％生物质炭修复剂土壤，测得的数据进行数据显著性分析得出p<0.05且 p>0.01时不同处理对土壤有效磷影响显著。土壤样品在修复30天后测定其有效磷含量变化，结果显示添加2％的生物质炭修复剂处理的土壤样品中有效磷含量为0.396mg/kg，与CK相比有效磷含量增加了 0.189mg/kg，添加4％的生物质炭修复剂处理过的土样中有效磷含量为0.424mg/kg，与CK相比增加0.217mg/kg；修复60天后2％生物质炭修复剂的添加量有效磷含量为0.493mg/kg，与CK相比增加了 0.289mg/kg，4％的生物质炭修复剂添加量有效磷含量为0.615mg/kg，与空白对照CK相比增加了0.411mg/kg。

园林废弃物生物质炭修复剂对土壤脲酶的影响如图3所示，图3 中，注：图中小写字母a、b、c表示差异显著(p<0.01)，CK表示未添加修复剂土壤，T1表示添加2％生物质炭修复剂土壤，T2表示添加 4％生物质炭修复剂土壤，测得的数据进行数据显著性分析得出p<0.01 时不同处理对土壤脲酶活性影响极显著。随着生物质炭修复剂的添加，土壤脲酶含量逐渐增大，添加2％的生物质炭修复剂处理的土壤脲酶值在时间尺度上呈现先减小后增大的趋势，减少的幅度较小，添加4％的生物质炭修复剂随着时间的增长，土壤脲酶含量不断增加，在修复30天后增长较为明显，与CK相比土壤脲酶含量增长了39.87％。

实施例2

园林废弃物生物质炭修复剂包括以下重量份的原料：

一种园林废弃物生物质炭修复剂及应用，包括如下步骤：

S1、园林废弃物生物质炭修复剂包括以下重量份的原料：生物质炭70份，硫酸亚铁45份，氧化钙20份，硅藻土15份；

S2、将上述原料按照重量比例通过搅拌机混合均匀，制成生物质炭修复剂；

S3、将生物质炭修复剂用于土壤调理和土壤中石油类有机物的修复。

生物质炭是由园林草本废弃物在550℃-650℃高温缺氧条件下加热2h-3h炭化得到。该生物质炭比表面积大，孔隙结构好，结构疏松。生物质炭通过本身具有大量碱性物质及羟基、羧基等有机官能团可以通过络合、吸附等机制有效实现土壤中有机物的固定和转化，降低有机物的活性和浓度。

硫酸亚铁为工业农业级烘干七水硫酸亚铁，氧化钙为工业级氧化钙，硅藻土细度在325目-500目，pH值中性、无毒、吸附性能强、容重轻，吸油率135％，在土壤中能起到保温、疏松土质、延长药效、肥效时间、改良土壤，助长农作物生长效果。

将园林废弃物生物质炭修复剂在土壤中作为基肥的方式以重量比4％的量添加到需要调理的土壤中，土壤中添加重量比为2％的脱水原油，实施例过程中土壤中的含水量保持在最大持水量80％。分别在开始试验、试验30天和试验60天进行土壤采样。采集时取300kg土样装入自封袋中带回实验室风干、过筛保存。分别测定土壤有效磷、过氧化氢酶和总石油烃含量。土壤有效磷含量采用NaHCO₃浸提—钼锑抗分光光度法测定，土壤过氧化氢酶采用高锰酸钾滴定法测定、总石油烃含量采用重量法测定。

经过试验，土壤空白的有效磷含量平稳，而石油污染的土壤的有效磷含量呈上升的趋势。在0天时，石油污染的土壤有效磷含量最低，添加BC的石油污染的土壤含量最高，这部分磷来源于生物质炭修复剂。30天时，添加生物质炭修复剂的石油污染的土壤有效磷升高 2.8％。60天时，添加生物质炭修复剂的石油污染的土壤有效磷升高 27.78％。

经过试验，添加园林废弃物生物质炭修复剂的石油污染的土壤过氧化氢酶活性上升，而未添加修复剂土壤空白的酶活性下降。30天时，空白土壤过氧化氢酶活性下降12.62％，石油污染的土壤过氧化氢酶活性下降7.17％，添加4％生物质炭修复剂石油污染的土壤过氧化氢酶活性下降14.85％。60天时添加4％生物质炭修复剂的石油污染的土壤过氧化氢酶活性上升27.5％。

如图4为园林废弃物生物质炭修复剂施用对石油污染土壤总石油烃降解率影响图，图4中T20表示未添加修复剂石油污染土壤，T21 表示添加2％生物质炭修复剂石油污染土壤，T22表示添加4％生物质炭修复剂石油污染土壤，石油污染添加4％生物质炭修复剂修复区TPH 去除率最高，达到92.27％。可以看出，在4％生物质炭修复剂修复条件下，TPH去除率比空白对照高27.83％。说明在此条件下对土壤中的石油去除作用加强。

园林废弃物生物质炭基本理化性质如表1：

表1园林废弃物生物质炭的基本理化性质

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种园林废弃物生物质炭修复剂及应用，其特征在于，包括以下步骤：

S1、园林废弃物生物质炭修复剂包括以下重量份的原料：生物质炭40-100份，硫酸亚铁20-50份，氧化钙15-30份，硅藻土10-20份；

S2、将上述原料按照重量比例通过搅拌机混合均匀，制成生物质炭修复剂；

S3、将生物质炭修复剂用于土壤调理和土壤中石油类有机物的修复。

2.根据权利要求1所述的一种园林废弃物生物质炭修复剂及应用，其特征在于，所述生物质炭是由园林草本废弃物在550℃-650℃高温缺氧条件下加热2h-3h炭化得到，且园林草本废弃物高温裂解时加入占园林草本废弃物重量百分比1％-3％的硫酸亚铁。

3.根据权利要求1所述的一种园林废弃物生物质炭修复剂及应用，其特征在于，所述硫酸亚铁为工业农业级烘干七水硫酸亚铁，氧化钙为工业级氧化钙，硅藻土细度在325目-500目，pH值中性，吸油率135％。