CN109794501B

CN109794501B - 一种利用石油烃污染土壤制备配生土的方法

Info

Publication number: CN109794501B
Application number: CN201910190417.1A
Authority: CN
Inventors: 陈平; 梁晶; 伍海兵; 张浪; 张青青; 何小丽; 徐冰; 朱清
Original assignee: Shanghai Academy of Landscape Architecture Science and Planning
Current assignee: Shanghai Academy of Landscape Architecture Science and Planning
Priority date: 2019-03-13
Filing date: 2019-03-13
Publication date: 2021-04-16
Anticipated expiration: 2039-03-13
Also published as: CN109794501A

Abstract

本发明公开了一种利用石油烃污染土壤制备配生土的方法。该方法包括如下步骤：石油烃污染土壤经干燥、粉碎后，200~400℃限氧热解1~5小时，冷却至室温，得到表面含有大量炭类物质的类生物炭质土壤热解产物；将草炭，腐殖酸，蛭石，有机湿垃圾堆肥，珍珠岩，膨润土，麦饭石，微生物复合菌剂与之混合，充分搅拌，即可得到配生土。本发明就地取材，利用低温限氧热解技术，去除石油烃污染土壤中的有毒有害物质，同时保留了大部分的土壤有机炭和营养成分，并且在土壤表面增加了炭状物质包裹，提升了土壤肥力。该方法克服了传统石油烃污染土壤修复技术投入大，耗时长，见效慢等特点，具有制备工艺简单易行、效果好，成本低等优点。

Description

一种利用石油烃污染土壤制备配生土的方法

技术领域

本发明涉及污染土壤制备配生土领域，具体涉及一种利用石油烃污染土壤制备配生土的方法。

背景技术

全国第一次土壤污染调查公报显示，全国土壤污染总超标率为16.1％，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为11.2％、2.3％、1.5％和1.1％。机械油含有的石油烃类物质造成的场地污染已成为国内典型场地污染之一。

石油烃是目前环境中广泛存在的有机污染物之一，包括汽油、煤油、柴油、润滑油、石蜡和沥青等，是多种烃类(正烷烃、支链烷烃、环烷烃、芳烃)和少量其它有机物，如硫化物、氮化物、环烷酸类等的混合物。在石油的开采、加工和利用过程中，越来越多的石油可能会进入土壤环境和海洋，造成环境污染。

石油烃类物质的长链部分因其分子质量大，结构紧密，所以其乳化性能较低。同时较强的疏水性，使其在土壤中有很强的滞留性。这将对土壤结构及土壤微生物和植物的生存环境，造成严重影响，还可能通过食物链传递到动物和人体内，影响其肝、肾等器官的正常功能，甚至引起癌变。部分迁移性强的石油烃(如苯、甲苯、二甲苯等)进入土壤后会随土壤水分到达地下含水层，从而污染地下水。部分挥发性强的石油烃进入土壤后会向空气挥发扩散，从而影响空气质量，进而影响人体健康。

石油烃污染土壤的修复方法很多，如光催化法、土壤气相抽提法、热解吸法、化学氧化法、淋滤冲洗法、植物、微生物修复等，其中热解吸作为常用技术被国内外广泛应用，它可以快速去除超过99％的总石油烃，包括顽固的高分子量碳氢化合物。但是高温热解吸(600-1200℃)需要消耗大量能源，且破坏了土壤结构，丧失了大部分土壤肥力。

经文献检索发现，中国专利“一种利用亚临界水萃取修复石油烃污染土壤的方法CN104117531B”，“一种采用植物修复重度石油烃污染的土壤的方法CN105665438B”，这些石油烃污染土壤的修复技术仍存在投入大，成本高，耗时长，见效慢等部分问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用石油烃污染土壤制备配生土的方法。通过快速低廉的技术手段，将修复的石油烃污染土壤与改良材料结合，以满足植物生长的通气性、透水性以及各种营养需求。

本发明技术方案：

一种利用石油烃污染土壤制备配生土的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一、将石油烃污染土壤干燥、粉碎；

步骤二、将步骤一所得的粉碎物，限氧热解，冷却至室温，得类生物炭质土壤热解产物；

所述低温热解得到的土壤石油烃含量大大减低，同时具有类似生物炭的性质，具有的较高的比表面积，丰富的孔隙结构和表面官能团，能有效提高土壤容重，加强土壤持水透气的能力。

步骤三、将类生物炭质土壤热解产物，微生物复合菌剂与改良基质混合，充分搅拌，即可得到配生土。

所述粉碎后的石油烃污染土壤粒径为2～5cm。

所述限氧热解的温度为200～400℃，热解时间为1～5小时。

所述改良基质为草炭、腐殖酸、有机湿垃圾堆肥、蛭石、珍珠岩、膨润土、麦饭石中的一种或者几种充分混合。

所述的改良基质为经低温限氧制备的土壤提供了更多的空隙，使石油烃污染的表层与微生物能直接接触，提供了较大的接触面积。

所述微生物复合菌剂中菌种为假单胞菌、铜绿色假单胞菌、无色杆菌、芽孢杆菌、黄杆菌、日本假黄单胞菌、食烷烃戈登氏菌、友好戈登氏菌和赤红球菌、固氮菌、木霉、曲霉中的一种或多种的混合，所述的混合菌液浓度为10⁶～10⁸cfu/ml。

所述微生物发酵液的添加量为类生物炭质土壤热解产物体积的2～5％。

所述改良基质占类生物炭质土壤热解产物体积的1/5-1/2。

在石油烃的微生物降解过程中，微生物分泌的酶对石油烃的降解起重要的催化作用，使石油烃降解过程中，脱氢酶能够促进石油烃活化氢原子而实现石油烃的氧化。脱氢酶活性与石油污染物中石油烃降解有良好的相关性。

本发明的具有如下有益效果：

本发明克服了物理化学石油烃污染土壤修复技术投入大，耗时长，植物微生物修复石油烃污染土壤见效慢等特点，具有制备工艺简单易行、效果好，见效快，成本低等优点，易于大规模工厂化生产。

本发明的技术方案通过低温(200～400℃)限氧热解技术，可以将复杂的高分子量烃类物质石油烃，热解为易于被土壤利用的低分子量烃类物质，降低约40-60％的能源消耗，减少设备的投入成本，保留了土壤肥力，降低高温热解可能产生的多环芳烃等有毒有害物质，同时在土壤表面增加了炭状物质包裹。该炭状物质类似于生物炭的结构，具有丰富的空隙结构、较大的比表面积和大量表面负电荷以及电荷密度。这些特性使得低温限氧热解土壤得到的产物作为配生土的原料，可以改善土壤结构和理化性质，降低环境污染，增加土壤持留养分的能力，提高作物产量。

附图说明

图1为复配工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实例对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例1

本实施例的一种利用石油烃污染土壤制备配生土流程如图1所示，具体步骤如下：(1)石油烃污染土壤的处理：采样城市焦化厂附件土壤，干燥，自然风干，过筛后，80％以上粒径<2cm。

(2)炭状土壤热解产物的制备：将干燥，粉碎后的石油烃污染土壤，放入密闭仪器，自制坩埚，马弗炉400℃热解3h，冷却至室温，得类生物炭质土壤热解产物。

(3)复合菌剂的制备：选择芽孢杆菌，假单胞菌，无色杆菌，友好戈登氏菌，木霉混合配制，其体积配比为1:1:1:1:1。

(4)配生土的制备：将混合好的复合菌剂，接入液体培养基进行活化；取5ml接入装有500ml培养基的三角瓶中，摇瓶培养，制成种子培养基，进入发酵罐扩大培养，菌液浓度为10⁸cfu/ml。将发酵液与炭状土壤热解产物充分混合，发酵液的添加量为土壤体积的3％。将类生物炭质土壤热解产物，腐殖酸，蛭石、膨润土以质量比15:3:1:1充分混合。

(5)检测石油烃污染土壤和配生土中石油烃的含量，分别为7642.1mg/kg和8.5mg/kg；

(6)利用配生土种植黑麦草，农田土壤作为空白对照，石油烃污染土壤作为对照，40天后测量株高和干重；结果如表1所示：

表1

注：空白对照采于农田土壤，石油烃含量检测小于10mg/kg。

由表1可知，添加配生土的黑麦草株高比空白对照增加了42.1％，比石油烃污染土壤增加了189.3％，比类生物炭质土壤热解产物增加了84.1％。

添加配生土的黑麦草干重比空白对照增加了34.5％，比石油烃污染土壤增加了282.0％，比类生物炭质土壤热解产物增加了136.6％。

实施例2

本实施例的一种利用石油烃污染土壤制备配生土流程如图1所示，具体步骤如下：

(1)石油烃污染土壤的处理：采样城市焦化厂附近被石油烃污染的土壤，干燥，自然风干，过筛后，80％以上粒径<3cm。

(2)炭状土壤热解产物的制备：将干燥，粉碎后的石油烃污染土壤，放入密闭仪器，自制坩埚，马弗炉380℃热解4h，冷却至室温，得类生物炭质土壤热解产物。

(3)复合菌剂的制备：选择铜绿色假单胞菌，芽孢杆菌，食烷烃戈登氏菌，赤红球菌，木霉菌混合配制，其重量配比为2:2:1:1:1。

(4)配生土的制备：配生土的制备：将混合好的降解菌，接入液体培养基进行活化；取5ml接入装有500ml培养基的三角瓶中，摇瓶培养，制成种子培养基，进入发酵罐扩大培养，菌液浓度为10⁸cfu/ml。将发酵液与炭状土壤热解产物充分混合，发酵液的添加量为土壤体积的4％。将类生物炭质土壤热解产物，草炭，蛭石，有机湿垃圾堆肥，珍珠岩按质量比12:2:1:2:1充分混合。

(5)检测石油烃污染土壤和配生土中石油烃的含量，分别为6865.9mg/kg和8.1mg/kg

(6)利用配生土种植黑麦草，石油烃污染土壤作为对照，40天后测量株高和干重；结果如表2所示：

表2

注：空白对照采于农田土壤，石油烃含量检测小于10mg/kg

由表2可知，添加配生土的黑麦草株高比空白对照增加了43.3％，比石油烃污染土壤增加了214.6％，比类生物炭质土壤热解产物增加了103.1％。

添加配生土的黑麦草干重比空白对照增加了33.4％，比石油烃污染土壤增加了109.5％，比类生物炭质土壤热解产物增加了154.9％。

以上内容是结合具体的实施例对本发明的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的专业技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的替换，都应视为属于本发明的专利保护范围。

Claims

1.一种利用石油烃污染土壤制备配生土的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一、将石油烃污染土壤干燥、粉碎；

步骤二、将步骤一所得的粉碎物，限氧热解，冷却至室温，得类生物炭质土壤热解产物，所述限氧热解的温度为300～400℃，热解时间为1~5小时；

步骤三、将石油烃降解菌剂与所述类生物炭质土壤热解产物充分混合，所述石油烃降解菌剂中菌种为假单胞菌、铜绿色假单胞菌、无色杆菌、芽孢杆菌、黄杆菌、日本假黄单胞菌、食烷烃戈登氏菌、友好戈登氏菌、赤红球菌、固氮菌、木霉、曲霉中的一种或多种的混合，混合菌液浓度为10⁶～10⁸cfu/ml；

步骤四、将经微生物菌剂处理后的类生物炭质土壤热解产物，与改良基质混合，充分搅拌，即可得到配生土，所述改良基质为草炭、腐殖酸、有机湿垃圾堆肥、蛭石、珍珠岩、膨润土、麦饭石中的一种或者几种充分混合。

2.根据权利要求1所述的利用石油烃污染土壤制备配生土的方法，其特征在于：所述粉碎后的石油烃污染土壤粒径为2~5cm。

3.根据权利要求1所述的利用石油烃污染土壤制备配生土的方法，其特征在于：所述改良基质占经微生物菌剂处理后的类生物炭质土壤热解产物体积的1/5-1/2。