CN110724535B - 一种新型生态园林绿化土壤修复处理剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型生态园林绿化土壤修复处理剂，由以下重量份数的组分制成：改性腐殖酸20‑30份、市政污水处理厂活性污泥30‑50份、絮凝剂3‑5份、有机肥10‑15份、枯草芽孢杆菌发酵菌液10‑15份；改性腐殖酸由聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵改性后得到。本发明还提供了一种新型生态园林绿化土壤修复处理剂的制备方法。本发明的生态园林绿化土壤修复处理剂不仅能够修复土壤重金属污染，还能改善土壤理化性能，提高土壤肥力，具备广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于土壤调理技术领域，具体涉及一种新型生态园林绿化土壤修复处理剂及其制备方法。
背景技术
生态园林绿化土壤是园林植物生长的基础，对城市生态环境起到主要的调节作用，是城市生态系统的基础。随着城市化进程的加快，工业三废不断排放，生态园林绿化土壤在频繁的人为干扰下，性质逐渐发生变化，如营养贫瘠，污染严重，尤其是重金属污染严重等，且重金属污染物在土壤中具有长期性、隐蔽性和不可逆性，极大地影响了园林绿地质量和绿化效果。
常见的园林绿化土壤重金属污染修复方法有以下几种：1、采用生物方法除去土壤中重金属污染物；2、采用植物修复方法，将土壤中重金属污染物转移到植物上进行处理；3、改变重金属污染物的存在状态，以降低其在土壤环境中的迁移和生物有效性。上述方法各有优劣，第1种方法虽然安全、持效，但是功能单一，不能改善土壤理化性能；第2种方法周期长、处理效果慢；第3种方法成本低、易实施，近年来发展迅速，其主要是通过加入土壤修复剂来改变土壤的理化性质，即通过修复剂对土壤中重金属的吸附、络合、螯合或离子交换作用，改变重金属在土壤中的存在形态，从而降低其生物有效性和迁移性。由于现有修复剂的吸附络合能力有限，其对轻度污染土壤处理效果好，对中重度污染处理效果不是很理想，因此很有必要研发出新的生态园林绿化土壤修复处理剂，以使其对中重度重金属污染土壤具备很好的修复效果。
发明内容
本发明提供了一种新型生态园林绿化土壤修复处理剂，解决了现有技术中存在的问题。
本发明的第一个目的是提供一种新型生态园林绿化土壤修复处理剂，由以下重量份数的组分制成：改性腐殖酸20-30份、市政污水处理厂活性污泥30-50份、絮凝剂3-5份、有机肥10-15份、枯草芽孢杆菌发酵菌液10-15份；
所述改性腐殖酸由聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵改性后得到。
优选的，所述新型生态园林绿化土壤修复处理剂由以下重量份数的组分制成：改性腐殖酸25份、市政污水处理厂活性污泥40份、絮凝剂4份、有机肥15份、枯草芽孢杆菌发酵菌液15份。
优选的，所述市政污水处理厂活性污泥的含水量为28％。
优选的，所述絮凝剂为硫酸铁或氯化铁。
优选的，所述有机肥为腐熟鸡粪。
优选的，所述枯草芽孢杆菌发酵菌液中有效活菌数为1.0×107-1.0×108个/ml。
本发明的第二个目的是提供上述新型生态园林绿化土壤修复处理剂的制备方法，包括以下步骤：
S1，将聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵配制成质量浓度为10％的水溶液，得到聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵水溶液；
将腐殖酸与水按照1g：20ml的比例混合后超声分散，得到腐殖酸悬浊液；
将聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵水溶液与腐殖酸悬浊液混合后升温至60℃，然后在超声辅助下反应3h，将反应液过滤，干燥，得所述改性腐殖酸；
其中，聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵与腐殖酸的质量比为1：20-30；
S2，按重量份数称取改性腐殖酸20-30份、市政污水处理厂活性污泥30-50份、絮凝剂3-5份、有机肥10-15份、枯草芽孢杆菌发酵菌液10-15份；
S3，将S2中称取的市政污水处理厂活性污泥干燥后粉碎，得到污泥粉，将污泥粉在500℃下预活化1h，得预活化污泥；
将预活化污泥用稀酸溶液进行活化，得到改性污泥；
S4，将S2中称取的改性腐殖酸、絮凝剂、有机肥与S3中得到的改性污泥混合均匀后制粒，得到修复颗粒；
S5，将S2称量的枯草芽孢杆菌发酵菌液喷洒到S4的修复颗粒中，静置24h后晾干，即得到所述生态园林绿化土壤修复处理剂。
优选的，S1中超声功率为250W。
优选的，S3中稀酸为质量浓度为5％的稀硝酸。
优选的，新型生态园林绿化土壤修复处理剂的制备方法，所述枯草芽孢杆菌发酵菌液的制备方法如下：
制备枯草芽孢杆菌种子液，向PDA液体培养基中接种枯草芽孢杆菌种子液，混合均匀，然后在28℃下以200r/min振荡速度培养至对数末期，得到枯草芽孢杆菌发酵菌液。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1)本发明的配方中添加有改性腐殖酸，且改性腐殖酸是由腐殖酸经聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵改性后得到的，腐殖酸上带有很多的活性官能团，如羧基、羟基、酰胺基等，试验中发现，这些官能团对重金属离子如Pb2+、Cd2+等具备一定的吸附、络合、螯合及离子交换的能力，但仅仅依靠腐殖酸本身的吸附、络合、螯合及离子交换能力很难将土壤中重金属离子钝化到达标水平；为此，我们考虑对腐殖酸进行改性，以增强其吸附和络合能力；
聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵是一种凝聚力强的高分子化合物，其一方面能够与腐殖酸中的官能团相结合，得到三维网架结构的大分子，三维网架结构的大分子能够布满整个体系空间，对空间位置起到稳定作用，从而使土壤中的金属离子高效的吸附到三维网架结构的分子链上，进而增强腐殖酸的吸附络合作用，另一方面，聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵能够与土壤中的Ca2+、Mg2+离子发生络合反应，得到絮团，该絮团是一种絮凝剂，能够有选择性的吸附土壤中的重金属离子。
市政污水处理厂活性污泥是一种重金属含量低的废弃物，将其应用到本体系中不会引入重金属离子。同时，市政污水处理厂活性污泥具有结构蓬松，孔隙率高的特点，在对其进行高温改性和酸改性之后，空隙中的活化位点数目增多，能够高效结合配方中的其他原料，尤其是在将各原料制粒之后，各原料能够稳固的结合在活性污泥中，进而稳固的存在于土壤中，不易流失，从而增强各原料对重金属的处理效果。此外，活性污泥中的活性位点本身对重金属离子也有一定的吸附结合作用，从而强化改性腐殖酸的处理效果。
本发明中添加的絮凝剂能够进一步增强絮凝效果，有利于重金属离子的吸附。
2)腐殖酸本身是一种有机肥料，其和有机肥结合使用，能够增加土壤肥力，改善土壤理化性能；枯草芽孢杆菌固定负载在改性活性污泥中，能够改善土壤微生物菌群，活化土壤养份，提高肥效；同时还能改善土壤团粒结构，消除板结。
3)本发明的生态园林绿化土壤修复处理剂不仅能够修复土壤重金属污染，还能改善土壤理化性能，提高土壤肥力，具备广泛的应用前景。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
下述实施例中所用的枯草芽孢杆菌为中国农业微生物菌种保藏管理中心保藏编号为ACCC 11089的菌株，且枯草芽孢杆菌发酵菌液的制备方法如下：
制备枯草芽孢杆菌种子液，向PDA液体培养基中接种枯草芽孢杆菌种子液，混合均匀，然后在28℃下以200r/min振荡速度培养至对数末期，得到枯草芽孢杆菌发酵菌液。
实施例中枯草芽孢杆菌种子液是采用常规方法培养得到的，所用腐殖酸和黄腐酸，下述各实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
实施例1
一种新型生态园林绿化土壤修复处理剂，由以下重量份数的组分制成：改性腐殖酸25份、含水量为28％的市政污水处理厂活性污泥40份、硫酸铁4份、腐熟鸡粪15份、枯草芽孢杆菌发酵菌液15份；
其中，枯草芽孢杆菌发酵菌液中有效活菌数为1.0×107个/ml。
具体制备方法如下：
S1，将聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵配制成质量浓度为10％的水溶液，得到聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵水溶液；
将腐殖酸与水按照1g：20ml的比例混合后在250W的超声功率下超声分散，得到腐殖酸悬浊液；
将聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵水溶液与腐殖酸悬浊液混合后升温至60℃，然后在250W超声功率下超声辅助反应3h，将反应液过滤，干燥，得改性腐殖酸；
其中，聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵与腐殖酸的质量比为1：20；
S2，按重量份数称取改性腐殖酸25份、含水量为28％的市政污水处理厂活性污泥40份、硫酸铁4份、腐熟鸡粪15份、枯草芽孢杆菌发酵菌液15份；
S3，将S2中称取的市政污水处理厂活性污泥干燥后粉碎，得到污泥粉，将污泥粉在500℃下预活化1h，得预活化污泥；
将预活化污泥用质量浓度为5％的稀硝酸溶液进行活化，得到改性污泥；
S4，将S2中称取的改性腐殖酸、硫酸铁、腐熟鸡粪与S3中得到的改性污泥混合均匀后制粒，得到修复颗粒；
S5，将S2称量的枯草芽孢杆菌发酵菌液喷洒到S4的修复颗粒中，静置24h后晾干，即得到粒径为10mm的生态园林绿化土壤修复处理剂。
实施例2
一种新型生态园林绿化土壤修复处理剂，由以下重量份数的组分制成：改性腐殖酸20份、含水量为28％的市政污水处理厂活性污泥50份、氯化铁3份、腐熟鸡粪10份、枯草芽孢杆菌发酵菌液12份；
其中，枯草芽孢杆菌发酵菌液中有效活菌数为1.0×108个/ml；
具体制备方法如下：
S1，将聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵配制成质量浓度为10％的水溶液，得到聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵水溶液；
将腐殖酸与水按照1g：20ml的比例混合后在250W的超声功率下超声分散，得到腐殖酸悬浊液；
将聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵水溶液与腐殖酸悬浊液混合后升温至60℃，然后在250W超声功率下超声辅助反应3h，将反应液过滤，干燥，得改性腐殖酸；
其中，聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵与腐殖酸的质量比为1：30；
S2，按重量份数称取改性腐殖酸20份、含水量为28％的市政污水处理厂活性污泥50份、氯化铁3份、腐熟鸡粪10份、枯草芽孢杆菌发酵菌液12份；
S3，将S2中称取的市政污水处理厂活性污泥干燥后粉碎，得到污泥粉，将污泥粉在500℃下预活化1h，得预活化污泥；
将预活化污泥用质量浓度为5％的稀硝酸溶液进行活化，得到改性污泥；
S4，将S2中称取的改性腐殖酸、氯化铁、腐熟鸡粪与S3中得到的改性污泥混合均匀后制粒，得到修复颗粒；
S5，将S2称量的枯草芽孢杆菌发酵菌液喷洒到S4的修复颗粒中，静置24h后晾干，即得到粒径为10mm的生态园林绿化土壤修复处理剂。
实施例3
一种新型生态园林绿化土壤修复处理剂，由以下重量份数的组分制成：改性腐殖酸30份、含水量为28％的市政污水处理厂活性污泥30份、氯化铁5份、腐熟鸡粪12份、枯草芽孢杆菌发酵菌液10份；
其中，枯草芽孢杆菌发酵菌液中有效活菌数为1.0×107个/ml；
具体制备方法如下：
S1，将聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵配制成质量浓度为10％的水溶液，得到聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵水溶液；
将腐殖酸与水按照1g：20ml的比例混合后在250W的超声功率下超声分散，得到腐殖酸悬浊液；
将聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵水溶液与腐殖酸悬浊液混合后升温至60℃，然后在250W超声功率下超声辅助反应3h，将反应液过滤，干燥，得改性腐殖酸；
其中，聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵与腐殖酸的质量比为1：25；
S2，按重量份数称取改性腐殖酸30份、含水量为28％的市政污水处理厂活性污泥30份、氯化铁5份、腐熟鸡粪12份、枯草芽孢杆菌发酵菌液10份；
S3，将S2中称取的市政污水处理厂活性污泥干燥后粉碎，得到污泥粉，将污泥粉在500℃下预活化1h，得预活化污泥；
将预活化污泥用质量浓度为5％的稀硝酸溶液进行活化，得到改性污泥；
S4，将S2中称取的改性腐殖酸、氯化铁、腐熟鸡粪与S3中得到的改性污泥混合均匀后制粒，得到修复颗粒；
S5，将S2称量的枯草芽孢杆菌发酵菌液喷洒到S4的修复颗粒中，静置24h后晾干，即得到粒径为10mm的生态园林绿化土壤修复处理剂。
对比例1
一种新型生态园林绿化土壤修复处理剂，由以下重量份数的组分制成：含水量为28％的市政污水处理厂活性污泥40份、硫酸铁4份、腐熟鸡粪15份、枯草芽孢杆菌发酵菌液15份；
其中，枯草芽孢杆菌发酵菌液中有效活菌数为1.0×107个/ml。
具体制备方法如下：
S1，按重量份数称取含水量为28％的市政污水处理厂活性污泥40份、硫酸铁4份、腐熟鸡粪15份、枯草芽孢杆菌发酵菌液15份；
S2，将S1中称取的市政污水处理厂活性污泥干燥后粉碎，得到污泥粉，将污泥粉在500℃下预活化1h，得预活化污泥；
将预活化污泥用质量浓度为5％的稀硝酸溶液进行活化，得到改性污泥；
S3，将S1中称取的硫酸铁、腐熟鸡粪与S3中得到的改性污泥混合均匀后制粒，得到修复颗粒；
S4，将S1称量的枯草芽孢杆菌发酵菌液喷洒到S3的修复颗粒中，静置24h后晾干，即得到粒径为10mm的生态园林绿化土壤修复处理剂。
对比例2
一种新型生态园林绿化土壤修复处理剂，由以下重量份数的组分制成：腐殖酸25份、含水量为28％的市政污水处理厂活性污泥40份、硫酸铁4份、腐熟鸡粪15份、枯草芽孢杆菌发酵菌液15份；
其中，枯草芽孢杆菌发酵菌液中有效活菌数为1.0×107个/ml。
具体制备方法如下：
S1，按重量份数称取腐殖酸25份、含水量为28％的市政污水处理厂活性污泥40份、硫酸铁4份、腐熟鸡粪15份、枯草芽孢杆菌发酵菌液15份；
S2，将S1中称取的市政污水处理厂活性污泥干燥后粉碎，得到污泥粉，将污泥粉在500℃下预活化1h，得预活化污泥；
将预活化污泥用质量浓度为5％的稀硝酸溶液进行活化，得到改性污泥；
S3，将S1中称取的腐殖酸、硫酸铁、腐熟鸡粪与S3中得到的改性污泥混合均匀后制粒，得到修复颗粒；
S4，将S1称量的枯草芽孢杆菌发酵菌液喷洒到S4的修复颗粒中，静置24h后晾干，即得到粒径为10mm的生态园林绿化土壤修复处理剂。
对比例3
一种新型生态园林绿化土壤修复处理剂，由以下重量份数的组分制成：改性腐殖酸25份、硫酸铁4份、腐熟鸡粪15份、枯草芽孢杆菌发酵菌液15份；
其中，枯草芽孢杆菌发酵菌液中有效活菌数为1.0×107个/ml。
具体制备方法如下：
S1，将聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵配制成质量浓度为10％的水溶液，得到聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵水溶液；
将腐殖酸与水按照1g：20ml的比例混合后在250W的超声功率下超声分散，得到腐殖酸悬浊液；
将聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵水溶液与腐殖酸悬浊液混合后升温至60℃，然后在250W超声功率下超声辅助反应3h，将反应液过滤，干燥，得改性腐殖酸；
其中，聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵与腐殖酸的质量比为1：20；
S2，按重量份数称取改性腐殖酸25份、硫酸铁4份、腐熟鸡粪15份、枯草芽孢杆菌发酵菌液15份；
S3，将S2中称取的改性腐殖酸、硫酸铁、腐熟鸡粪混合均匀后制粒，得到修复颗粒；
S4，将S2称量的枯草芽孢杆菌发酵菌液喷洒到S3的修复颗粒中，静置24h后晾干，即得到粒径为10mm的生态园林绿化土壤修复处理剂。
对比例4
一种新型生态园林绿化土壤修复处理剂，由以下重量份数的组分制成：硫酸铁4份、腐熟鸡粪15份、枯草芽孢杆菌发酵菌液15份；
其中，枯草芽孢杆菌发酵菌液中有效活菌数为1.0×107个/ml。
具体制备方法如下：
S1，按重量份数称取硫酸铁4份、腐熟鸡粪15份、枯草芽孢杆菌发酵菌液15份；
S2，将S1中称取的硫酸铁、腐熟鸡粪混合均匀后制粒，得到修复颗粒；
S3，将S1称量的枯草芽孢杆菌发酵菌液喷洒到S4的修复颗粒中，静置24h后晾干，即得到粒径为10mm的生态园林绿化土壤修复处理剂。
实施例1-3和对比例1-4均制备出了生态园林绿化土壤修复处理剂。为了进一步说明本发明的效果，本发明将实施例1-3和对比例1-4制备出的生态园林绿化土壤修复处理剂施加到重金属污染土壤中，施加量为150kg/亩，30天后采样检测重金属离子的修复效果，具体见表1。
表1重金属修复效果
由表1可知，实施例1-3的生态园林绿化土壤修复处理剂对Pb、Cd、Cu、Hg的修复效果好于对比例1-4。
本发明还对生态园林绿化土壤修复处理剂对土壤理化性能改善效果的进行了检测，将本发明实施例1-3和对比例1-4制备出的生态园林绿化土壤修复处理剂施加到重金属污染土壤中，施加量为150kg/亩，半年后采集土壤样品检测土壤理化指标，具体见表2。
表2土壤理化性能
由表2可知，实施例1-3的生态园林绿化土壤修复处理剂对土壤理化性能的改善效果好于对比例1-4。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种生态园林绿化土壤修复处理剂，其特征在于，由以下重量份数的组分制成：改性腐殖酸20-30份、市政污水处理厂活性污泥30-50份、絮凝剂3-5份、有机肥10-15份、枯草芽孢杆菌发酵菌液10-15份；
所述改性腐殖酸由聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵改性后得到；
该所述的生态园林绿化土壤修复处理剂的制备方法，包括以下步骤：
S1，将聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵配制成质量浓度为10％的水溶液，得到聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵水溶液；
将腐殖酸与水按照1g：20ml的比例混合后超声分散，得到腐殖酸悬浊液；
将聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵水溶液与腐殖酸悬浊液混合后升温至60℃，然后在超声辅助下反应3h，将反应液过滤，干燥，得所述改性腐殖酸；
其中，聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵与腐殖酸的质量比为1：20-30；
S2，按重量份数称取改性腐殖酸20-30份、市政污水处理厂活性污泥30-50份、絮凝剂3-5份、有机肥10-15份、枯草芽孢杆菌发酵菌液10-15份；
S3，将S2中称取的市政污水处理厂活性污泥干燥后粉碎，得到污泥粉，将污泥粉在500℃下预活化1h，得预活化污泥；
将预活化污泥用稀酸溶液进行活化，得到改性污泥；
S4，将S2中称取的改性腐殖酸、絮凝剂、有机肥与S3中得到的改性污泥混合均匀后制粒，得到修复颗粒；
S5，将S2称量的枯草芽孢杆菌发酵菌液喷洒到S4的修复颗粒中，静置24h后晾干，即得到所述生态园林绿化土壤修复处理剂。
2.根据权利要求1所述的生态园林绿化土壤修复处理剂，其特征在于，由以下重量份数的组分制成：改性腐殖酸25份、市政污水处理厂活性污泥40份、絮凝剂4份、有机肥15份、枯草芽孢杆菌发酵菌液15份。
3.根据权利要求1或2所述的生态园林绿化土壤修复处理剂，其特征在于，所述市政污水处理厂活性污泥的含水量为28％。
4.根据权利要求1或2所述的生态园林绿化土壤修复处理剂，其特征在于，所述絮凝剂为硫酸铁或氯化铁。
5.根据权利要求1或2所述的生态园林绿化土壤修复处理剂，其特征在于，所述有机肥为腐熟鸡粪。
6.根据权利要求1或2所述的生态园林绿化土壤修复处理剂，其特征在于，所述枯草芽孢杆菌发酵菌液中有效活菌数为1.0×107-1.0×108个/ml。
7.根据权利要求1所述的生态园林绿化土壤修复处理剂，其特征在于，S1中超声功率为250W。
8.根据权利要求1所述的生态园林绿化土壤修复处理剂，其特征在于，S3中稀酸为质量浓度为5％的稀硝酸。
9.根据权利要求1所述的生态园林绿化土壤修复处理剂，其特征在于，所述枯草芽孢杆菌发酵菌液的制备方法如下：
制备枯草芽孢杆菌种子液，向PDA液体培养基中接种枯草芽孢杆菌种子液，混合均匀，然后在28℃下以200r/min振荡速度培养至对数末期，得到枯草芽孢杆菌发酵菌液。
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