CN114260308B - 一种用于有机氯农药污染土壤场地的修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了本发明公开一种用于有机氯农药污染场地的修复方法：1)超高温发酵料的制备；2)对有机氯农药污染场地污染土壤的修复。具体通过超高温腐熟料为功能微生物菌群载体，辅以一定有机物料为补充碳源，将其和污染土壤混合堆肥，通过调节微生物生长和代谢最佳条件，促进各种酶和代谢产物的产生，利用好氧堆肥的优势，促进好氧微生物对有机氯农药等有机污染物的有效降解。本发明可以实现污染土壤和超高温腐熟料的混合超高温共堆肥，不仅可有效降解土壤中残留的有机氯农药污染物和极端高温杀死污染土壤中的病原菌与害虫卵，而且还增加土壤中有机质的含量，实现了污染土壤的再利用。

Description

一种用于有机氯农药污染土壤场地的修复方法

技术领域

本发明涉及一种用于有机氯农药污染土壤场地的修复方法，属于土壤修复技术领域，尤其涉及有机污染的异位生物修复技术领域。

背景技术

有机氯农药(OCPs)是一种典型的持久性有机污染物(POPs)，我国曾作为广泛生产和使用农药的农业大国之一，在农药的生产和流通环节不可避免地会导致场地的污染。随着我国双减政策的施行，大批农药生产和使用企业被停产或搬迁，留下了大量受到有机氯农药污染的场地，如若不能及时处理，残留在土壤中的有机氯农药会通过挥发、扩散等方式在大气、地表水和地下水中相互迁移和转换，并最终通过生物富集的方式进入食物链，进而威胁到生态系统和人类健康。因此，开展土壤中有机氯农药污染场地的修复方法和相关研究是当前国内外的研究热点。

超高温好氧堆肥是一种不依赖外部加热，利用堆体中内源土著微生物或外源接种的超嗜热菌，降解堆体中有机物并产生热量，使堆体温度超过80℃，且持续时间超过5d的过程。由于堆肥过程本质上是有机物腐殖化、矿质化的一个过程，因此，在此过程中必然会伴随着持久性有机物的转化和分解，而超高温堆肥正是以高效有机物降解效率，使得堆体的温度高于普通堆肥20℃以上并稳定运行，在加快堆体有机组分降解效率的同时，又提高了堆体的无害化程度。

残留在土壤中的有机氯农药，在环境中具有稳定性强、难降解以及残留时间长的顽固特点，现有的有机污染土壤修复方式成本高且处理效率低。因此，本申请提出一种利用超高温堆肥方式来降解污染土壤中有机氯农药的方法，不仅可以降低土壤中有机污染物浓度，而且还可以增加土壤中的有机质的含量。当前，利用超高温堆肥技术手段来修复有机氯农药污染场地土壤的相关研究鲜有报道，因此，开发一种超高温堆肥技术来降解污染土壤是本技术领域技术人员关注的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种能有效降解土壤中残留的有机氯农药污染物和极端高温杀死污染土壤中的病原菌与害虫卵，而且还增加土壤中有机质的含量，实现了污染土壤再利用的用于有机氯农药污染土壤场地的修复方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于有机氯农药污染土壤场地的修复方法，步骤如下：

S1:超高温腐熟料制备：以畜禽粪便等废弃物为发酵原料，添加调理剂来调节堆体C/N比和水分含量，并接种EM菌剂以及极端嗜热菌株和功能菌株并充分混匀到堆体中，进行超高温好氧发酵；

S2:超高温好氧发酵的温度采用80℃以上，在高温腐熟期，每7至10天翻堆一次，高温腐熟35天以上，获得含水率小于35％的物料作为超高温腐熟料；

S3：有机氯农药污染场地污染土壤的修复-将污染土壤挖出并收集，以(20～5):1为比例将污染土壤和超高温腐熟料混合，调节堆体含水率至50～60％，添加一定比例的辅料使得堆体C/N至20～25并充分混合，期间每周翻堆一次，直到堆体温度下降至室温，认为堆肥结束，即修复结束，将发酵完成土壤再平铺回原地。

优选地，所述步骤S1中畜禽粪便采用猪粪、羊粪或牛粪中的一种或几种。

优选地，所述步骤S1中调理剂采用秸秆、稻壳、锯末、花生壳等植物类有机废弃物，且都应粉碎处理。

优选地，所述步骤S1中应按总物料鲜重的0.01％～0.1％接种EM菌剂、极端嗜热菌和功能性菌株混合菌剂。

优选地，所述EM菌剂应包含解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、酵母菌、木霉菌放线菌、枯草芽孢杆菌中的一种或几种。

优选地，所述极端嗜热菌和功能性菌株采用嗜热栖热菌(Thermusthermophilus)、高温放线菌(Thermoactinomycetaceae)、伪诺卡氏菌(Pseudonocardiaceae)、类诺卡氏菌(Nocardioidaceae)、Thermomicrobiaceae、高温单胞菌(thermomonosporaceae)和Bacillus thermantarcticus中的至少一种；

优选地，所述极端嗜热菌和功能性性菌剂中的极端嗜热菌株和功能性菌剂的有效活菌数分别不低于1×109CFU/g。

优选地，所述步骤S1中堆肥采用持续通风处理；所述通风速率设置为0.01～0.3L·min-1·kg-1；堆肥过程中每周要翻堆一次。

优选地，所述S3步骤中根据污染程度，将污染土壤进行分区分割治理，根据污染土壤量及污染程度准备所需腐熟料用量，以(20～5):1为比例将污染土壤和超高温腐熟料混合，调节堆体含水率至50～60％。

优选地，所述步骤S3中有机氯农药污染场地土壤有机氯农药采用六六六(HCH)、滴滴涕(DDT)、六氯苯(HCB)；所述污染土壤应按0～20cm、20～40cm、40～60cm分层挖出修复。

与现有技术相比，本发明的效益是：

1、本发明提供的一种用超高温好氧堆肥技术来修复有机氯农药污染土壤的方法，适用于轻中度有机氯农药污染土壤，该方法利用超高温堆肥过程中嗜热菌和功能菌在超高温环境下的高效互作的协同效应，对有机污染物进行快速降解和转化，从而达到去除污染土壤中有机氯农药污染物、增加土壤中有机质含量的目的。

2、所培养的菌种种群成分复杂，对自然界耐受力强，在场地修复过程中容易形成优势菌种，从而可以加快处理效率，且所利用的菌群为自然界固有微生物菌群，因此不会造成生物二次污染。

3、该方法操作简单、易操作，处理成本低，有利于大规模使用，具有极好的应用前景。

本发明针对有机氯污染土壤中残留的有机氯农药毒性强、结构稳定、降解缓慢以及现有方法成本高且降解效率低的现状，本发明提出了一种超高温好氧堆肥的方法来处理土壤中有机氯农药污染物的方法，该方法可有效降低土壤中有机氯农药的含量，同时还能提高修复土壤中有机质的含量。

本发明公开一种用于有机氯农药污染场地的修复方法，从两个方面进行修复首先是超高温发酵料的制备；然后对有机氯农药污染场地污染土壤的修复。具体通过超高温腐熟料为功能微生物菌群载体，辅以一定有机物料为补充碳源，将其和污染土壤混合堆肥，通过调节微生物生长和代谢最佳条件，促进各种酶和代谢产物的产生，利用好氧堆肥的优势，促进好氧微生物对有机氯农药等有机污染物的有效降解。本发明可以实现污染土壤和超高温腐熟料的混合超高温共堆肥，不仅可有效降解土壤中残留的有机氯农药污染物和极端高温杀死污染土壤中的病原菌与害虫卵，而且还增加土壤中有机质的含量，实现了污染土壤的再利用。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，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。

本发明公开了一种用于有机氯农药污染土壤场地的修复方法，该方法包括以下步骤：

S1:超高温腐熟料制备：以畜禽粪便等废弃物为发酵原料，辅以粉碎后的秸秆、稻壳、锯末、花生壳等植物类有机废弃物为调理剂，混匀后，调节堆体原料的C/N至20～25，水分含量为50％～60％，之后接种EM菌剂以及极端嗜热菌株和功能菌株并充分混匀到堆体。

S2:将多孔聚四氯乙烯管埋入堆体底部通气供氧，每周翻堆一次，物料在微生物作用下被氧化分解，推动堆体温度迅速上升至80℃以上，并持续5天以上，保证整个高温腐熟过程在35天以上，在温度开始下降，且含水率下降到35％前后，认为堆肥即将结束，当温度接近环境温度，此时堆料已经成为超高温腐熟料。

S3:有机氯农药污染场地污染土壤的修复：将污染土壤挖出并收集，以(20～5):1为比例将污染土壤和超高温腐熟料混合，调节堆体含水率至50～60％，添加一定比例的辅料使得堆体C/N至20～25并充分混合，期间每周翻堆一次，直到堆体温度下降至室温，认为堆肥结束，即修复结束，将发酵完成土壤再平铺回原地。

进一步，步骤S1中畜禽粪便为猪粪、羊粪或牛粪中的一种或几种。

进一步，步骤S1中农业废弃物调理剂要用粉碎机提前磨碎成粉末状。

进一步，步骤S1中EM菌剂应包含解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、酵母菌、木霉菌放线菌、枯草芽孢杆菌中的一种或几种；

进一步，步骤S1中极端嗜热菌和功能性菌株为嗜热栖热菌(Thermusthermophilus)、高温放线菌(Thermoactinomycetaceae)、伪诺卡氏菌(Pseudonocardiaceae)、类诺卡氏菌(Nocardioidaceae)、Thermomicrobiaceae、高温单胞菌(thermomonosporaceae)和Bacillus thermantarcticus中的至少一种。

进一步，步骤S1中EM菌剂和极端嗜热菌和功能性混合菌剂中有效活菌数不低于1×109CFU/g；

更进一步，所述极端嗜热菌和功能性性菌剂中的极端嗜热菌株和功能性菌剂的有效活菌数分别不低于5×108CFU/g、8×108CFU/g

进一步，按总物料鲜重的0.01％～0.1％接种EM菌剂、极端嗜热菌和功能性菌株混合菌剂；

进一步，所述堆肥通风频率设置为持续通风；

更进一步，所述通风速率设置为0.01～0.3L·min-1·kg-1。

进一步，所述污染场地土层按污染深度，分别取0～20cm；20～40cm，40～60cm进行分层堆积处理；

更进一步，所述有机氯农药污染场地土壤为15～20cm的土壤；

这些步骤为有机氯农药的降解提供了最佳条件，在这些条件共同作用下加速了有机氯农药的降解，提高了其降解效率，达到污染场地的修复目的。

为进一步补充说明本发明的效果，下面列举一些具体实施案例。下列下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适范围内的选择，而并非要限定于下文示例的具体数据。若无特别指明，实例中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

实施例1

第一步，超高温腐熟料的制备：

以牛粪为发酵原料，辅以粉碎后的秸秆粉为调理剂，混匀后，调节堆体原料的C/N至22，水分含量为55％，并接种EM菌剂以及极端嗜热菌株和功能菌株到堆体，之后充分混匀堆体，为确保后续堆肥过程能够顺利进行，将混合好的堆肥物料建堆发酵，堆成3m高和2m宽的条垛式堆肥，将多孔聚四氯乙烯管埋入堆体底部持续通气供氧，每周翻堆一次，物料在微生物作用下被氧化分解，推动堆体温度迅速上升至80℃以上，并持续5天以上，通过超过80℃以上的高温，进一步灭杀物料中的有害菌和虫卵，同时快速降解堆体中的各有机组分和促进堆体的腐殖化进程，经过42天的发酵之后，在温度开始下降并接近环境温度，且含水率下降到35％以下，认为堆肥即将结束，即得到超高温腐熟料。

第二步，有机氯农药污染场地土壤修复：

某废弃有机氯农药生产旧址，土壤中有机氯农药含量在38.93mg/kg，属轻度污染水平，将污染场地分割成5m*5m的修复小区，并将地表0～20cm深的土壤挖出后，同超高温腐熟料以6:1比例混合，并辅助添加秸秆粉末调节C/N至20，同时调节水分为50％，然后再堆体底部埋下曝气管充分曝气，通风速率设置为0.08L·min-1·kg-1以保证堆体内氧气充足，满足好氧嗜热菌的生存需求，堆体温度能上升至80℃以上并维持了10天，每周翻堆一次，直到堆体温度下降至室温，42天后堆肥结束，将发酵完成土壤再平铺回原地，检测土壤中有机氯农药的含量为1.93mg/kg，降解率达到95％以上。

实施例2

某有机氯农药轻度污染农田，土壤中有机氯农药经检测其含量为873.44μg/kg，取超高温腐熟料与污染土壤以1:10比例充分混合，并辅以稻壳粉调节堆体C/N至22，并保持含水率不低于60％，然后再堆体底部埋下曝气管持续曝气，通风速率设置为0.2L·min-1·kg-1，以保证堆体内氧气充足，满足好氧嗜热菌的生存需求，堆体温度能上升至83℃以上并维持了18天，每周翻堆一次，42天后堆肥结束，将发酵完成土壤再平铺回原地，检测土壤中有机氯农药的含量为104.82μg/kg，降解率达到83.88％。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

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 (7)

1.一种用于有机氯农药污染土壤场地的修复方法，该方法包括以下步骤：1）超高温腐熟料的制备，以畜禽粪便为发酵原料，添加一定比例的调理剂来调节堆体C/N比和水分含量，按一定比例接种EM菌剂、极端嗜热和功能性混合菌，并充分混匀至堆体中，进行超高温好氧发酵，温度达80℃以上，在高温腐熟期，每7-10天翻堆一次，高温腐熟35天以上，获得含水率小于35%的物料作为超高温腐熟料；2）有机氯农药污染场地污染土壤的修复，根据污染程度，将污染土壤进行分区分割治理，根据污染土壤量及污染程度准备所需腐熟料用量，以（20~5）:1为比例将污染土壤和超高温腐熟料混合，调节堆体含水率至50~60%，添加一定比例的辅料使得堆体C/N至20~25并充分混合，期间每周翻堆一次，直到堆体温度下降至室温，堆肥结束；将修复完成的土壤再平铺回原场地；所述极端嗜热和功能性混合菌应包括嗜热栖热菌（Thermus thermophilus）、Bacillus thermantarcticus、Thermomicrobiaceae、高温放线菌（Thermoactinomycetaceae）、伪诺卡氏菌（Pseudonocardiaceae）、类诺卡氏菌（Nocardioidaceae）、高温单胞菌（thermomonosporaceae）。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1）畜禽粪便为猪粪、羊粪或牛粪中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1）调理剂为秸秆、稻壳、锯末、花生壳植物类有机废弃物，且都应粉碎处理。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1）应按总物料鲜重的0.01%~0.1%接种EM菌剂、极端嗜热和功能性混合菌剂。

5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述极端嗜热和功能性混合菌剂中的极端嗜热菌株和功能性菌株的有效活菌数分别不低于5×10⁸ CFU/g、8×10⁸ CFU/g。

6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2）中堆肥采用持续通风处理；通风速率设置为0.01~0.3 L·min^-1·kg^-1，堆肥过程中每周要翻堆一次。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2）有机氯农药污染场地土壤有机氯农药为六六六（HCH）、滴滴涕（DDT）、六氯苯（HCB），所述污染土壤应按0~20cm、20~40cm、40~60cm分层挖出修复，修复后土壤应再平铺回原场地。