CN109530414B - 一种利用堆肥腐殖酸修复土壤重金属的方法 - Google Patents

一种利用堆肥腐殖酸修复土壤重金属的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用堆肥腐殖酸修复土壤重金属的方法。该方法，包括如下步骤：(1)土壤修复剂的制备：土壤修复剂包括一次土壤修复剂和二次土壤修复剂，所述的一次土壤修复剂，包括生物炭和堆肥腐殖酸，二次土壤修复剂包括石灰，硅酸盐和铝硅酸盐；(2)土壤修复方法：将步骤(1)中一次土壤修复剂施用到土壤中，使一次土壤修复剂与土壤均匀接触，待一次土壤修复剂施用若干天后，施用二次土壤修复剂，使二次土壤修复剂与土壤均匀接触，二次土壤修复剂施用完成后，采取喷水养护。本发明的堆肥腐殖酸来自于堆肥产品，能够促进有机固体废弃物的资源化利用，该方法可以用于土壤的原位修复，操作简单，费用相对较低。

Description

一种利用堆肥腐殖酸修复土壤重金属的方法
技术领域：
本发明属于土壤重金属污染治理领域，具体涉及一种利用堆肥腐殖酸修复土壤重金属的方法。
背景技术：
土壤中重金属来源广泛，首先农业方面，利用重金属超标的水源进行灌溉、施用含有重金属超标的有机肥会使土壤受到污染；在工业方面，矿物的开采冶炼及加工过程，会释放一些重金属到环境中，这些重金属有些直接进入土壤，有些进入大气或者水体中，而后通过自然沉降、降水等过程最终污染土壤；另外城市生产生活过程中也会产生重金属污染，如生活垃圾填埋过程产生的含有重金属的渗滤液，交通运输过程排放含铅的汽车尾气。
土壤中重金属的处理技术主要有土壤淋洗技术、电动修复技术、微生物修复技术、固化-稳定化技术等。其中淋洗技术容易造成污染范围扩散并产生二次污染，电动修复技术只适用于小范围的区域且不适于酸性条件，微生物修复技术效率低，不能修复重污染土壤。而固化-稳定化技术是将污染物在污染介质中固定，使其处于长期稳定状态，可有效的用于土壤重金属污染的快速控制修复，对同时处理多种重金属复合污染及重度污染的土壤具有明显的优势，另外固化-稳定化技术可对重金属污染的土壤进行原位修复，具有一定的商用价值。
发明内容：
本发明的目的是提供一种利用堆肥腐殖酸修复土壤重金属的方法，堆肥腐殖酸来自于堆肥产品，能够促进有机固体废弃物的资源化利用，该方法可以用于土壤的原位修复，操作简单，费用相对较低。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
本发明的目的是提出一种利用堆肥腐殖酸修复土壤重金属的方法，包括如下步骤：
(1)土壤修复剂的制备：所述的土壤修复剂包括一次土壤修复剂和二次土壤修复剂，所述的一次土壤修复剂，以质量份数计，包括生物炭80～100份，堆肥腐殖酸50～80份，所述的二次土壤修复剂，以质量份数计，包括石灰80～100份，硅酸盐20～30份，铝硅酸盐5～15份；
(2)土壤修复方法：将步骤(1)中所述的一次土壤修复剂施用到土壤中，使一次土壤修复剂与土壤均匀接触，一次土壤修复剂施用量为1500～2000Kg/hm2，待一次土壤修复剂施用2～3天后，施用步骤(1)中所述的二次土壤修复剂，使二次土壤修复剂与土壤均匀接触，二次土壤修复剂施用量为1500～2500Kg/hm2，二次土壤修复剂施用完成后，立即采取喷水养护，保持土壤湿度在90％以上，喷水养护的养护周期在20天以上。
土壤修复时，通过机耕方式施用一次土壤修复剂或二次土壤修复剂，机耕设备配有螺旋搅拌器，保证一次土壤修复剂或二次土壤修复剂与污染物紧密均匀接触。
优选地，步骤(1)所述的堆肥腐殖酸由如下步骤制备得到：
S1.堆肥：将有机固体废弃物粉碎至粒径≤8mm，混合形成堆肥物料，所述的堆肥物料满足C/N比值为(25～35):1，将复合生物菌剂喷淋于所述的堆肥物料上，使经过复合生物菌剂喷淋后的堆肥物料的含水率为55％～65％，30℃以上进行堆肥处理，得到腐熟堆肥；
S2.堆肥腐殖酸的提取：利用酸碱浸提法，在腐熟堆肥中提取堆肥腐殖酸。
S1中根据堆肥腐熟度指标变化情况，判断堆肥腐熟情况，确定堆肥完成时间，复合生物菌剂可以提高堆肥微生物丰度、缩短堆肥时间、提高堆肥品质。
进一步地，S1将复合生物菌剂溶于水喷淋在所述的堆肥物料中的具体步骤为：将复合生物菌剂溶于水喷淋于所述的堆肥物料上，所述的复合生物菌剂和堆肥物料的质量比为(1～3):1000，所述的复合生物菌剂为芽孢杆菌和嗜热杆菌，所述的芽孢杆菌和嗜热杆菌的质量比为1：1。
进一步地，S2利用酸碱浸提法，在腐熟堆肥中提取堆肥腐殖酸，具体步骤为：在腐熟堆肥中加入质量分数为2％的氢氟酸，室温下震荡，震荡速度150～180rpm，震荡时间16～24h，腐熟堆肥和氢氟酸的质量体积比为2:3g/mL；震荡完成后，离心机离心，离心速度6000～8000rpm，离心去除上清液，保留残留物，在得到的残留物中加入0.1M NaOH溶液，残留物和NaOH溶液质量体积比为2:3g/mL，室温下震荡，震荡速度150～180rpm，震荡时间16～24h；震荡完成后，离心机离心，离心速度6000～8000rpm，离心收集上清液，重复离心操作3～4次，收集上清液，在得到的上清液中加入HCl溶液，调节上清液的pH＜2，静置，离心收集沉淀，获得堆肥腐殖酸。
优选地，步骤(2)中的所述的一次土壤修复剂的施用气温为15℃-25℃，所述的二次土壤修复剂的施用气温为15℃-25℃。
优选地，所述的有机固体废弃物包括N含量高的有机固体废弃物和C含量高的有机固体废弃物，N含量高的有机固体废弃物为畜禽粪便和/或餐厨垃圾，C含量高的有机固体废弃物为园林垃圾和/或农作物秸秆。有机固体废弃物为畜禽粪便+园林垃圾、畜禽粪便+农作物秸秆、餐厨垃圾+园林垃圾、餐厨垃圾+农作物秸秆、畜禽粪便+餐厨垃圾+园林垃圾、畜禽粪便+餐厨垃圾+农作物秸秆、畜禽粪便+园林垃圾+农作物秸秆、餐厨垃圾+园林垃圾+农作物秸秆或者畜禽粪便+餐厨垃圾+园林垃圾+农作物秸秆。
本发明的有益效果在于：
1、本方法可以用于土壤的原位修复，操作简单，费用相对较低。
2、一次土壤修复剂和二次土壤修复剂稳定性强，不容易被微生物降解，具有长期稳定性，综合效益较好。
3、一次土壤修复剂和二次土壤修复剂不存在次生污染，具有环境安全性。
4、本方法中的堆肥腐殖酸来自于堆肥产品，能够促进有机固体废弃物的资源化利用。
具体实施方式：
以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
实施例1：
一种利用堆肥腐殖酸修复土壤重金属的方法，包括以下步骤：
(1)将园林垃圾粉碎，粒径粉碎到≤8mm，添加干化的餐厨垃圾得到堆肥物料，调节堆肥物料的C/N为25；
(2)将含有芽孢杆菌、嗜热杆菌的复合生物菌剂溶于水中，按照复合生物菌剂与堆肥物料质量比1:1000的比例喷淋于堆肥物料上，调节堆肥物料含水率为55％；
(3)将上述经复合生物菌剂喷淋后的堆肥物料放置于具有动力的发酵装置中，进行均匀混合并堆肥，发酵过程中保持物料温度在30℃以上，堆肥35天，检测堆肥腐熟度指标，发现已腐熟，得到腐熟堆肥；
(4)提取堆肥腐殖酸，利用酸碱浸提法提取腐熟堆肥中的腐殖酸，具体步骤为：
在100g腐熟堆肥中加入质量分数为2％氢氟酸(HF)150mL，室温下震荡，震荡速度150rpm，震荡时间16h；震荡完成后，离心机离心，离心速度6000rpm，去除上清液，保留残留物；将收集到的残留物加入150mL NaOH溶液，NaOH溶液浓度0.1M，残留物和NaOH溶液质量体积比为2:3g/mL，室温下震荡，震荡速度150rpm，震荡时间16h；震荡完成后，离心机离心，离心速度6000rpm，收集上清液，去除残留物，此处操作重复4次，收集上清液；将收集到的上清液加入HCl溶液，HCl溶液浓度2M，调节pH＜2，静置24h，离心收集沉淀，获得堆肥腐殖酸，腐殖酸元素分析见表1；
(5)配置土壤修复剂：以质量份数计，一次土壤修复剂包含生物炭80份，堆肥腐殖酸50份，二次修复剂包含石灰80份，硅酸钙20份，铝硅酸盐钙5份；
(6)一次土壤修复剂施用：通过机耕方式将一次土壤修复剂施用到污染土壤中，机耕设备配有螺旋搅拌器，保证修复剂与污染物紧密均匀接触。一次土壤修复剂施用量为1500Kg/hm2；
(7)二次土壤修复剂施用：一次土壤修复剂施用完3天后，通过机耕方式施用二次土壤修复剂，机耕设备配有螺旋搅拌器，保证修复剂与污染物紧密均匀接触，二次土壤修复剂施用量为1500Kg/hm2；
(8)二次土壤修复剂施用完成后，立即采取喷水养护，保持土壤湿度在90％以上，喷水养护周期20天。
养护周期结束后，土壤中有效态Cu下降了61.2％，有效态Zn下降了52.3％，有效态Cd下降了48.3％。
对比例1：
与实施例1相同，不同之处在于：将一次土壤修复剂和二次土壤修复剂同时加入。养护周期结束后，土壤中有效态Cu下降了55.2％，有效态Zn下降了55.3％，有效态Cd下降了45.3％。一次土壤修复剂和二次土壤修复剂的分别加入，能够使土壤中有效态重金属下降幅度变大。
实施例2：
一种利用堆肥腐殖酸修复土壤重金属的方法，包括以下步骤：
(1)将农作物秸秆，粒径粉碎到≤8mm，添加畜禽垃圾中，得到堆肥物料，调节堆肥物料的C/N为35；
(2)将含有芽孢杆菌、嗜热杆菌的复合生物菌剂溶于水中，按照复合生物菌剂与堆肥物料质量比2:1000的比例喷淋于堆肥物料上，调节堆肥物料含水率为65％；
(3)将上述经复合生物菌剂喷淋后的堆肥物料放置于具有动力的发酵装置中，进行均匀混合并堆肥，发酵过程中保持物料温度在30℃以上，堆肥40天，检测堆肥腐熟度指标，发现已腐熟，得到腐熟堆肥；
(4)提取堆肥腐殖酸，利用酸碱浸提法提取腐熟堆肥中的腐殖酸，具体步骤为：
在100g腐熟堆肥中加入质量分数为2％氢氟酸(HF)150mL，室温下震荡，震荡速度170rpm，震荡时间20h；震荡完成后，离心机离心，离心速度7000rpm，去除上清液，保留残留物；将收集到的残留物加入150mL NaOH溶液，NaOH溶液浓度0.1M，残留物和NaOH溶液质量体积比为2:3g/mL，室温下震荡，震荡速度160rpm，震荡时间20h；震荡完成后，离心机离心，离心速度7000rpm收集上清液，去除残留物，此处操作重复3～4次，收集上清液；将收集到的上清液加入HCl溶液，溶液浓度2M，调节pH＜2，静置24h，离心收集沉淀，获得堆肥腐殖酸，堆肥腐殖酸元素分析见表1；
(5)配置土壤修复剂：以质量份数计，一次土壤修复剂包含生物炭100份，堆肥腐殖酸50份，二次土壤修复剂包含石灰100份，硅酸钙20份，铝硅酸钙5份；
(6)一次土壤修复剂施用：通过机耕方式将一次土壤修复剂施用到污染土壤中，机耕设备配有螺旋搅拌器，保证修复剂与污染物紧密均匀接触，一次土壤修复剂施用量为2000Kg/hm2；
(7)二次土壤修复剂施用：一次土壤修复剂施用完2天后，通过机耕方式施用二次土壤修复剂，机耕设备配有螺旋搅拌器，保证二次土壤修复剂与污染物紧密均匀接触，二次土壤修复剂施用量为2500Kg/hm2；
(8)二次土壤修复剂施用完成后，立即采取喷水养护，保持土壤湿度在90％以上，养护周期28天。
养护周期结束后，土壤中有效态Cu下降了66.7％，有效态Zn下降了52.8％，有效态Cd下降了49.6％。
实施例3：
一种利用堆肥腐殖酸修复土壤重金属的方法，包括以下步骤：
(1)将园林垃圾粉碎，粒径粉碎到≤8mm，添加干化的餐厨垃圾，畜禽垃圾，得到堆肥物料，调节堆肥物料的C/N为30；
(2)将含有芽孢杆菌、嗜热杆菌的复合生物菌剂溶于水中，按照复合生物菌剂与堆肥物料质量比3:1000的比例喷淋于堆肥物料上，调节堆肥物料含水率为60％；
(3)将上述经复合生物菌剂喷淋后的堆肥物料放置于具有动力的发酵装置中，进行均匀混合并堆肥，发酵过程中保持物料温度在30℃以上，堆肥38天，检测堆肥腐熟度指标，发现已腐熟，得到腐熟堆肥；
(4)提取堆肥腐殖酸，利用酸碱浸提法提取腐熟堆肥中的腐殖酸，具体步骤为：
在100g腐熟堆肥中加入质量分数为2％氢氟酸(HF)150mL，室温下震荡，震荡速度180rpm，震荡时间24h；震荡完成后，离心机离心，离心速度8000rpm，去除上清液，保留残留物；将收集到的残留物加入150mL NaOH溶液，NaOH溶液浓度0.1M，残留物和NaOH溶液质量体积比为2:3g/mL，室温下震荡，震荡速度180rpm，震荡时间24h；震荡完成后，离心机离心，离心速度8000rpm，收集上清液，去除残留物，此处操作重复3～4次，收集上清液；将收集到的上清液加入HCl溶液，溶液浓度2M，调节pH＜2，静置24h，离心收集沉淀，获得堆肥腐殖酸，堆肥腐殖酸元素分析见表1；
(5)配置土壤修复剂：以质量份数计，一次土壤修复剂包含生物炭90份，堆肥腐殖酸80份，二次土壤修复剂包含石灰90份，硅酸钙30份，铝硅酸钙15份；
(6)一次土壤修复剂施用：通过机耕方式将一次土壤修复剂施用到污染土壤中，机耕设备配有螺旋搅拌器，保证一次土壤修复剂与污染物紧密均匀接触，一次土壤修复剂施用量为1750Kg/hm2；
(7)二次土壤修复剂施用：一次土壤修复剂施用完2天后，通过机耕方式施用二次土壤修复剂，机耕设备配有螺旋搅拌器，保证二次土壤修复剂与污染物紧密均匀接触，二次土壤修复剂施用量为2000Kg/hm2；
(8)二次土壤修复剂施用完成后，立即采取喷水养护，保持土壤湿度在90％以上，养护周期30天。
养护周期结束后，土壤中有效态Cu下降了64.8％，有效态Zn下降了53.5％，有效态Cd下降了51.0％。
表1实施例有机固体废弃物堆肥产生的腐殖酸的元素分析
Figure BDA0001860153480000091
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化等均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种利用堆肥腐殖酸修复土壤重金属的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)土壤修复剂的制备：所述的土壤修复剂包括一次土壤修复剂和二次土壤修复剂，所述的一次土壤修复剂，以质量份数计，包括生物炭80～100份，堆肥腐殖酸50～80份，所述的二次土壤修复剂，以质量份数计，包括石灰80～100份，硅酸盐20～30份，铝硅酸盐5～15份；
(2)土壤修复方法：将步骤(1)中所述的一次土壤修复剂施用到土壤中，使一次土壤修复剂与土壤均匀接触，一次土壤修复剂施用量为1500～2000Kg/hm2，待一次土壤修复剂施用2～3天后，施用步骤(1)中所述的二次土壤修复剂，使二次土壤修复剂与土壤均匀接触，二次土壤修复剂施用量为1500～2500Kg/hm2，二次土壤修复剂施用完成后，立即采取喷水养护，保持土壤湿度在90％以上，喷水养护的养护周期在20天以上；
步骤(1)所述的堆肥腐殖酸由如下步骤制备得到：
S1.堆肥：将有机固体废弃物混合形成堆肥物料，所述的堆肥物料满足C/N比值为(25～35):1，将复合生物菌剂溶于水喷淋于所述的堆肥物料上，所述的复合生物菌剂和堆肥物料的质量比为(1～3):1000，所述的复合生物菌剂为芽孢杆菌和嗜热杆菌，所述的芽孢杆菌和嗜热杆菌的质量比为1：1，使经过复合生物菌剂喷淋后的堆肥物料的含水率为55％～65％，30℃以上进行堆肥处理，得到腐熟堆肥；
S2.堆肥腐殖酸的提取：利用酸碱浸提法，在腐熟堆肥中提取堆肥腐殖酸。
2.根据权利要求1所述的利用堆肥腐殖酸修复土壤重金属的方法，其特征在于，S2利用酸碱浸提法，在腐熟堆肥中提取堆肥腐殖酸，具体步骤为：在腐熟堆肥中加入质量分数为2％的氢氟酸，室温下震荡16～24h，腐熟堆肥和氢氟酸的质量体积比为2:3g/mL；震荡完成后，离心去除上清液，收集残留物，在得到的残留物中加入0.1M NaOH溶液，残留物和NaOH溶液质量体积比为2:3g/mL，震荡16～24h；震荡完成后，离心收集上清液，重复离心操作若干次，收集上清液，在得到的上清液中加入HCl溶液，调节上清液的pH＜2，静置，离心收集沉淀，获得堆肥腐殖酸。
3.根据权利要求1所述的利用堆肥腐殖酸修复土壤重金属的方法，其特征在于，步骤(2)中的所述的一次土壤修复剂的施用气温为15℃-25℃，所述的二次土壤修复剂的施用气温为15℃-25℃。
4.根据权利要求1所述的利用堆肥腐殖酸修复土壤重金属的方法，其特征在于，所述的有机固体废弃物包括N含量高的有机固体废弃物和C含量高的有机固体废弃物，N含量高的有机固体废弃物为畜禽粪便和/或餐厨垃圾，C含量高的有机固体废弃物为园林垃圾和/或农作物秸秆。
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