一种固化剂联合微生物修复畜禽粪便污染土壤的方法
阅读：745发布：2020-05-08
专利汇可以提供一种固化剂联合微生物修复畜禽粪便污染土壤的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 固化 剂联合微 生物 修复 畜禽 粪便 污染 土壤 的方法，该方法是在畜禽粪便污染土壤底部铺设防渗膜，并将结 块 土壤捣碎；再添加固化剂，混合均匀后，加 水 ，静置处理，再在畜禽粪便污染土壤区域四周设置引水沟，并在引水沟底部铺设防渗膜，采用水淋洗后，将复合 微生物 菌剂均匀投入畜禽粪便污染土壤中，并喷洒微生物生长剂 营养液 ，翻耕，混合均匀，养护。该方法能够同时解决畜禽粪便造成的氮磷、有机物、重金属、病原菌、抗生素及氮、磷、 钾 等污染问题，具有修复时间短，修复效果显著的优点。，下面是一种固化剂联合微生物修复畜禽粪便污染土壤的方法专利的具体信息内容。
1.一种固化剂联合微生物修复畜禽粪便污染土壤的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)在畜禽粪便污染土壤底部铺设防渗膜，并将结块土壤捣碎；
2)在畜禽粪便污染土壤中添加固化剂，混合均匀；所述固化剂包括矿渣、碱性激发剂及表面活性剂；
3)在畜禽粪便污染土壤中加入水，静置处理；
4)在畜禽粪便污染土壤区域四周设置引水沟，并在引水沟底部铺设防渗膜；
5)采用水对畜禽粪便污染土壤进行淋洗；
6)将复合微生物菌剂均匀投入畜禽粪便污染土壤中，并喷洒微生物生长剂营养液，翻耕，混合均匀，养护；所述复合微生物菌剂包括硝化菌、反硝化菌、聚磷菌、四环素降解菌和乳酸菌。
2.根据权利要求1所述的一种固化剂联合微生物修复畜禽粪便污染土壤的方法，其特征在于：在畜禽粪便污染土壤底部0.3～0.5米深处铺设防渗膜。
3.根据权利要求1所述的一种固化剂联合微生物修复畜禽粪便污染土壤的方法，其特征在于：所述固化剂由矿渣、碱性激发剂及表面活性剂按质量比为：78～85：10～25：0.01～
0.15组成。
4.根据权利要求3所述的一种固化剂联合微生物修复畜禽粪便污染土壤的方法，其特征在于：
所述矿渣包括粒化高炉矿渣；
所述表面活性剂包括三乙醇胺、亚硫酸盐纸浆废液、醋酸钠、木质磺酸钠、木质磺酸钙中至少一种，或者三乙醇胺、亚硫酸盐纸浆废液、醋酸钠、木质磺酸钠、木质磺酸钙中至少一种与尿素组合；
所述碱性激发剂包括Na2CO3、NaOH、Na2SO4、KAl(SO4)2·6H2O中至少一种，或者包括Na2CO3、NaOH、Na2SO4、KAl(SO4)2·6H2O中至少一种与水泥熟料组合。
5.根据权利要求1或3所述的一种固化剂联合微生物修复畜禽粪便污染土壤的方法，其特征在于：所述固化剂在畜禽粪便污染土壤中的添加质量百分比含量为10％～15％。
6.根据权利要求1所述的一种固化剂联合微生物修复畜禽粪便污染土壤的方法，其特征在于：在畜禽粪便污染土壤中加入水，使其含水量为35％～50％，静置处理10～15天。
7.根据权利要求1所述的一种固化剂联合微生物修复畜禽粪便污染土壤的方法，其特征在于：所述复合微生物菌剂由硝化菌、反硝化菌、聚磷菌、四环素降解菌、乳酸菌按质量比为0.5～1.5：1～3：1～3：0.5～1.5：0.5～1.5组成。
8.根据权利要求1所述的一种固化剂联合微生物修复畜禽粪便污染土壤的方法，其特征在于：复合微生物菌剂和固化剂在畜禽粪便污染土壤中的添加质量比例为5～100：1～
200。
9.根据权利要求1所述的一种固化剂联合微生物修复畜禽粪便污染土壤的方法，其特征在于：养护时间为4～7天。
一种固化剂联合微生物修复畜禽粪便污染土壤的方法
技术领域
背景技术
[0002] 随着现代畜禽业规模化集约化发展，我国每年畜禽粪便资源量已达38亿吨，尽管部分规模化养殖场通过堆肥和沼气发酵等方式对畜禽粪便进行处理，但综合利用率较低，仅有60％。近年来，随着禽畜养殖业不断壮大发展，禽畜养殖已成为该市农民增收、农村发展，建设新农村的重要产业。基于畜禽数量基数大的实际情况下，不少养殖场并没有建设与之相匹配的污染物处理设施，或是存在设施运转不顺畅的情况，这都会使得大量未经处理的畜禽粪便随意丢弃或堆放。粪便直接和土壤接触，使得某些药物、重金属、抗生素和激素在土壤中不断蓄积，破坏土壤营养性能，对生长在土壤中的微生物群落、植物和人类身体健康造成极为不利的影响。高浓度污水进入土壤中还会堵塞土壤孔隙，使土壤透气、透水性下降及板结、盐化，造成土壤质量降低，甚至导致农作物减产和死亡。目前，不少地区对禽畜养殖业进行了整改，畜禽被禁养后遗留了大面积的畜禽粪便复合污染地块，该类地块若得不到有效修复，会进而影响地下水及周边环境，危害人们的健康，且难以被二次利用。因此，寻找高效便捷的技术处理畜禽粪便并修复被畜禽粪便污染的地块成为了亟待解决的问题。
[0003] 针对畜禽粪便的处理处置问题，前期有不少研究人员采用湿式厌氧发酵处理工艺来利用畜禽粪便产沼气，但该项技术经常会出现一些难以解决的问题，如需要对原料进行冗长的预处理，过滤玻璃、塑料等异物，干粪便加水稀释，否则会对设备造成极大损耗，产生的大量沼液也会对环境造成二次污染，且具有成本高的缺点。针对畜禽粪便造成的土壤污染(包括：氮磷、有机污染、重金属污染、病原菌污染、抗生素及氮、磷、钾)等问题。有不少研究人员利用微生物-植物联合修复技术对污染土壤进行修复，但修复时间较长，且修复植物的后期处置问题难以解决。
[0004] 土壤污染的修复一般有物理、化学和生物修复等方法，其中生物修复是最有效、安全、廉价和环保的方法。利用生物修复方法能有效去除污染土壤中高浓度氮磷、有机物、重金属、抗生素和环境激素等复合污染。而畜禽粪便造成的土壤主要污染物包括氮磷、有机污染、重金属污染、病原菌污染、抗生素及氮、磷、钾等污染，与生物修复方法涵盖的修复范围吻合。此外，畜禽粪便对土壤营养盐元素的含量影响较大，具有一定的表层富集现象，各养殖场土壤表层营养盐污染物浓度极高，但垂向浓度急速减小，一般至土壤深度60cm左右浓度接近天然状态，这为生物修复提供了可能。因此，选择生物修复方法修复畜禽粪便污染场地是最适合、有效的方法。关于微生物修复污染土壤的报道很多，发达国家于20世纪80年代就开展了这方面的研究，1991年3月在美国召开了第一届原位与就地生物修复国际会议。我国在20世纪90年代也已开始这方面的研究工作。通过利用微生物的硝化和反硝化过程实现土壤和地下水等脱氮除磷，该主要途径已成为当今土壤含氮磷有机物处理研究的热点之一。经过近20年的不断研究，微生物修复技术已被应用于各类有机污染场地，但单使用微生物修复技术除去土壤中全部的污染物仍有局限。
发明内容
[0005] 针对现有技术中畜禽粪便污染土壤修复过程存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种利用固化剂和微生物联合修复畜禽粪便污染土壤的方法，该方法能够同时解决畜禽粪便造成的氮磷、有机物、重金属、病原菌、抗生素及氮、磷、钾等污染问题，具有修复时间短，修复效果显著的优点。
[0006] 为了实现上述技术目的，本发明提供了一种固化剂联合微生物修复畜禽粪便污染土壤的方法，其包括以下步骤：
[0007] 1)在畜禽粪便污染土壤底部铺设防渗膜，并将结块土壤捣碎；
[0009] 3)在畜禽粪便污染土壤中加入水，静置处理；
[0010] 4)在畜禽粪便污染土壤区域四周设置引水沟，并在引水沟底部铺设防渗膜；
[0011] 5)采用水对畜禽粪便污染土壤进行淋洗；
[0013] 优选的方案，在畜禽粪便污染土壤底部0.3～0.5米深处铺设防渗膜。防渗膜如高密度聚乙烯膜，具有很好的防水、防腐等性能，且无毒、无味、无臭。
[0014] 优选的方案，所述固化剂由矿渣、碱性激发剂及表面活性剂按质量比为：78～85：10～25：0.01～0.15组成。
[0016] 优选的方案，所述表面活性剂包括三乙醇胺、亚硫酸盐纸浆废液、醋酸钠、木质磺酸钠、木质磺酸钙中至少一种，或者三乙醇胺、亚硫酸盐纸浆废液、醋酸钠、木质磺酸钠、木质磺酸钙中至少一种与尿素组合。表面活性剂主要是通过吸附在矿渣颗粒表面，防止颗粒之间凝聚和结团，同时可以使矿渣颗粒分散，有利于碱性激发剂充分分散在矿渣颗粒表面，更好地作用于矿渣。
[0017] 优选的方案，所述碱性激发剂包括Na2CO3、NaOH、Na2SO4、KAl(SO4)2·6H2O中至少一种，或者包括Na2CO3、NaOH、Na2SO4、KAl(SO4)2·6H2O中至少一种与水泥熟料组合。碱性激发4-
剂可有效地破坏矿渣中的玻璃体结构，使其结构疏松，使矿渣玻璃体中的[SO4] 阴离子解聚形成沸石、水云母、低碱度水化硅酸钙等。
剂可有效地破坏矿渣中的玻璃体结构，使其结构疏松，使矿渣玻璃体中的[SO4] 阴离子解聚形成沸石、水云母、低碱度水化硅酸钙等。
[0018] 优选的方案，所述固化剂在畜禽粪便污染土壤中的添加质量百分比含量为10％～15％。
[0019] 优选的方案，在畜禽粪便污染土壤中加入适量的水，使其含水量为35％～50％，静置处理10～15天。通过加水养护更有利于固化剂与土壤更好的拌和在一起。
[0020] 优选的方案，所述复合微生物菌剂由硝化菌、反硝化菌、聚磷菌、四环素降解菌、乳酸菌按质量比为0.5～1.5：1～3：1～3：0.5～1.5：0.5～1.5组成。最优选为按质量比1:2:2:1:1组成。本发明技术方案针对畜禽粪便污染土壤的污染物组成特点，优选五种微生物组合使用，能够彻底实现畜禽粪便污染土壤中各种污染物的彻底分解，且各种微生物之间可以很好地共存于畜禽粪便污染土壤中，并不会相互抑制。如硝化反硝化菌可降解氮、聚磷菌可降解磷、四环素降解菌可降解抗生素、乳酸菌具有很强的杀菌能力，能有效抑制有害微生物的活动和有机物的急剧腐败分解，能够分解在常态下不易分解的木质素和纤维素，并使有机物发酵分解，乳酸菌还能够抑制连作障碍产生的致病菌增殖。将这几种微生物组合在一起能更全面的覆盖到畜禽污染土壤中可能出现的污染元素，尽可能都被降解，且各种微生物之间能够形成很好的共存优势种群。
[0021] 优选的方案，复合微生物菌剂和固化剂在畜禽粪便污染土壤中的添加质量比例为5～100：1～200。
[0022] 优选的方案，养护时间为4～7天。
[0024] 本发明的畜禽粪便污染土壤主要污染物包括氮磷、有机污染、重金属污染、病原菌污染、抗生素及氮、磷、钾等。
[0025] 本发明通过在畜禽粪便污染土壤底部铺设防渗膜以防止修复药剂作用于深层未被畜禽粪便污染的土壤，减少药剂的耗量。将结块土壤捣碎，可以有利于发挥固化剂的作用。
[0026] 本发明设置的引水沟主要用于淋洗液的收集。
[0027] 本发明通过在畜禽粪便污染土壤中优选加入特殊的固化剂，通过添加固化剂主要起到以下作用，能够固化稳定畜禽粪便污染土壤中的重金属离子，不但使得重金属离子得到有效固定，而且可以避免重金属离子在后续微生物菌剂对有机质分解过程的干扰，因为部分微生物容易受重金属离子抑制活性，从而降低对有机质的分解效率。
[0028] 本发明的淋洗过程主要是将未被固化剂固定的少量重金属离子淋洗出来，减少残留金属离子对微生物活性的抑制作用。
[0029] 本发明的复合微生物菌剂的制备：
[0030] S1：优选硝化菌、反硝化菌、聚磷菌、四环素降解菌、乳酸菌分别接种于不同的扩大培养基，培养湿度为20～30％，培养温度为33～35℃下扩大培养5～7天；
[0032] 用于培养反硝化菌的扩大培养基：KNO3药剂72g、KH2PO4药剂100g、MgSO4·7H2O药剂100g、琥珀酸钠280g、蒸馏水10L；121℃、灭菌20min；
[0033] 用于培养聚磷菌的扩大培养基：CH3COONa药剂20g、K2HPO4药剂0.25g、NH4C1药剂3.05g、MgSO4·7H2O药剂0.91g、CaC12·2H2O药剂0.25g、PIPES缓冲液85g、微量元素20mL、蒸馏水5L；pH调至8.5左右、121℃、灭菌20min；
[0034] 用于培养四环素降解菌的扩大培养基：马铃薯(去皮)200g、葡萄糖20g、硫胺素10g、琼脂15g、蒸馏水10L；121℃、灭菌20min；
[0036] S2：混合培养：将S1中所得到的各菌种培养物均匀混合，采用混合培养基，按S1中的扩大培养的湿度和温度条件，培养24小时，按硝化菌、反硝化菌、聚磷菌、四环素降解菌、乳酸菌重量之比1：2：2：1：1混合，得到混合培养物；
[0037] S3：发酵培养：将S2中所得的混合培养物、适量的水及少量作物秸秆混合均匀后输入搅拌机，待发酵温度升至35℃，搅拌一次，之后每间隔20～24h间歇式搅拌一次，以保持发酵温度在33～35℃，持续发酵4～6天，得到混合发酵产物，将混合发酵产物输出搅拌机，低温干燥至含水量10～15％，得到复合微生物菌剂。
[0038] 相对现有技术，本发明技术方案带来的有益技术效果：
[0039] 本发明技术方案能有效解决畜禽养殖业场地土壤污染中主要污染元素的问题，能够同时降解畜禽粪便污染土壤中氮磷、有机物、重金属、病原菌、抗生素及氮、磷、钾等污染物。
[0040] 本发明技术方案通过优先使用固化剂将土壤中的重金属包覆住，能为后续使用微生物降解有机污染物避免重金属引起的干扰提供好的前提，且同时使用硝化菌、反硝化菌、聚磷菌、四环素降解菌、乳酸菌混合组成微生物菌群，能有效降解污染土壤中较全面的有机污染物，利用本发明的技术处理后的畜禽污染土壤中BOD5、CODCr、TP、NH3-N、SS、抗生素去除率分别可达到90％、90％、85％、85％、90％、90％。
[0041] 本发明的技术方案操作简单，无需对畜禽粪便污染土壤进行特殊处理，修复时间短，效率高，有利于大规模推广应用。
具体实施方式
[0043] 实施例1
[0044] 1.复合微生物菌剂的制备方法：
[0045] S1：优选硝化菌、反硝化菌、聚磷菌、四环素降解菌、乳酸菌分别接种于不同的扩大培养基，培养湿度为25％，培养温度为35℃下扩大培养6天；硝化菌、反硝化菌、聚磷菌、四环素降解菌、乳酸菌等菌种为商品化菌种，为直接购买产品。
[0046] 用于培养硝化菌的扩大培养基：马铃薯(去皮)200g、蛋白胨5g、白糖10g、葡萄糖10g、混合无机盐10g、琼脂20g、蒸馏水10L；pH调至8.5左右、121℃、灭菌20min；
[0047] 用于培养反硝化菌的扩大培养基：KNO3药剂72g、KH2PO4药剂100g、MgSO4·7H2O药剂100g、琥珀酸钠280g、蒸馏水10L；121℃、灭菌20min；
[0048] 用于培养聚磷菌的扩大培养基：CH3COONa药剂20g、K2HPO4药剂0.25g、NH4C1药剂3.05g、MgSO4·7H2O药剂0.91g、CaC12·2H2O药剂0.25g、PIPES缓冲液85g、微量元素20mL、蒸馏水5L；pH调至8.5左右、121℃、灭菌20min；
[0049] 用于培养四环素降解菌的扩大培养基：马铃薯(去皮)200g、葡萄糖20g、硫胺素10g、琼脂15g、蒸馏水10L；121℃、灭菌20min；
[0050] 用于培养乳酸菌的扩大培养基：大豆蛋白胨50g、牛肉膏粉50g、酵母粉50g、葡萄糖200g、乳糖200g、碳酸钙100g、琼脂140g、中性红0.5g、蒸馏水5L；pH调至6.0左右。
[0051] S2：混合培养：将S1中所得到的各菌种培养物均匀混合，采用混合培养基，按S1中的扩大培养的湿度和温度条件，培养24小时，按硝化菌、反硝化菌、聚磷菌、四环素降解菌、乳酸菌重量之比1：2：2：1：1混合，得到混合培养物；
[0052] S3：发酵培养：将S2中所得的混合培养物、水及磨成粉的秸秆按照物料比4:40:1的比例混合均匀后输入搅拌机，待发酵温度升至35℃，搅拌一次，之后每间隔22h间歇式搅拌一次，以保持发酵温度在33℃，持续发酵5天，得到混合发酵产物，将混合发酵产物输出搅拌机，低温干燥至含水量12％，得到复合微生物菌剂。
[0053] 2.畜禽粪便污染土壤修复方法如下：
[0054] S1：在畜禽粪便污染土壤0.4米深处铺设聚乙烯防渗膜，并将结块土壤捣碎；
[0055] S2：在畜禽粪便污染土壤中均匀添加其质量12％的固化剂(由细磨GB203粒化高炉矿渣、NaOH及三乙醇胺按质量比为：80：20：0.01组成)混合均匀，得到混合体系；
[0056] S3：向所述混合体系中加入水，使所述混合体系和含水量为40％，静置时间为12天；
[0057] S4：在畜禽粪便污染土壤的周边挖一条引水沟，在引水沟的底部铺设聚乙烯防渗膜；
[0058] S5：使用水对土壤进行淋洗4次；
[0059] S6：将步骤1所得微生物菌剂以均匀撒布水冲施的方式投入土壤中(微生物菌剂占土壤质量的10％)，并喷洒微生物生长剂营养液(水1000ml，葡萄糖20g，NaCl 5g，MgSO4·7H2O 0.5g，K2HPO4 0.5g，豆芽汁10ml)，翻耕土壤，使微生物菌剂、微生物生长剂营养液和土壤混合均匀，养护6天。
[0060] 修复前的主要有机污染物浓度:氨氮420mg/L、总磷50mg/L、BOD5 1200mg/L、CODCr 3500mg/L、粪大肠杆菌15000个/L等；
[0061] 重金属污染物浓度：Cr、Ni、Cu和Pb的浓度分别为72、42、91和20mg/kg，[0062] 修复后的主要污染物浓度：氨氮60mg/L、总磷7.5mg/L、BOD5 105mg/L、CODCr 315mg/L、粪大肠杆菌9655个/L等；
[0063] 重金属污染物浓度：相比修复前，Cr、Ni、Cu和Pb的浓度分别降低85％、75％、78％和92％。
[0064] 实施例2
[0065] 与实施例1相比，只有S2中硝化菌、反硝化菌、聚磷菌、四环素降解菌、乳酸菌重量之比有所改变，变成1:1:2:1:1，得到混合培养物；其余步骤一致，修复后的土壤总磷浓度为9.5mg/L，相比实施例1效果较差。说明，菌群之间的重量比是影响降解效果的重要因素之一。
[0066] 实施例3
[0067] 与实施例1相比，只有畜禽粪便污染土壤修复方法S2中固化剂的质量不同：在畜禽粪便污染土壤中均匀添加其质量6％的固化剂混合均匀。
[0068] 修复后的土壤中重金属污染物浓度相比修复前，Cr、Ni、Cu和Pb的浓度分别降低75％、68％、70％和80％。说明，固化剂添加的质量浓度是影响重金属污染物浓度的重要因素。
[0069] 实施例4
[0070] 与实施例1相比，只有畜禽粪便污染土壤修复方法中污染土壤、水与固化剂组成的混合体系的静置时间不同：静置时间为6天。
[0071] 修复后的土壤中重金属污染物浓度相比修复前，Cr、Ni、Cu和Pb的浓度分别降低72％、62％、65％和76％。说明，静置时间太短会影响固化剂对重金属的固化稳定化的效果，但时间太长，会让土壤变得硬化，因此静置时间是影响重金属浓度的重要因素。
[0072] 对比实施例1
[0073] 与实施1不同的是复合微生物菌剂缺少了聚磷菌，样品和步骤都一样，修复后的土壤中总磷浓度为30mg/L；说明聚磷菌对总磷起到了关键的降解作用。
[0074] 对比实施例2
[0075] 与实施1不同的是复合微生物菌剂缺少了硝化反硝化菌群，样品和步骤都一样，修复后的土壤中氨氮浓度为400mg/L；说明硝化反硝化菌群对氨氮具有强有效的降解作用。
[0076] 对比实施例3
[0077] 与实施1不同的是复合微生物菌剂缺少了乳酸菌，样品和步骤都一样，修复后的土壤中修复后的主要污染物浓度：氨氮100mg/L、总磷10.5mg/L、BOD5150mg/L、CODCr 450mg/L、粪大肠杆菌14000个/L等；说明乳酸菌对粪大肠杆菌等致病菌的影响最大，对氨氮、总磷、BOD5、CODCr等有机物的分解具有抑制作用。
[0078] 对比实施例4
[0079] 与实施例1相比，未添加固化剂进行前期处理，直接用微生物菌群对污染土壤进行修复。修复方法如下：
[0080] S1：在畜禽粪便污染土壤0.4米深处铺设聚乙烯防渗膜，并将结块土壤捣碎；
[0081] S2：向所述混合体系中加入水，使所述混合体系和含水量为40％，静置时间为12天；
[0082] S3：在畜禽粪便污染土壤的周边挖一条引水沟，在引水沟的底部铺设聚乙烯防渗膜；
[0083] S4：使用水对土壤进行淋洗4次；
[0084] S5：将所得微生物菌剂以均匀撒布水冲施的方式投入土壤中(微生物菌剂占土壤质量的10％)，并喷洒微生物生长剂营养液(水1000ml，葡萄糖20g，NaCl5g，MgSO4·7H2O 0.5g，K2HPO4 0.5g，豆芽汁10ml)，翻耕土壤，使微生物菌剂、微生物生长剂营养液和土壤混合均匀，养护6天。
[0085] 修复后的土壤中重金属浓度未改变，且有机污染物的浓度相比添加了固化剂处理后的高一些，氨氮80mg/L、总磷7.9mg/L、BOD5 143mg/L、CODCr 368mg/L、粪大肠杆菌9880个/L等。虽然污染物浓度都能满足《畜禽养殖业污染物排放标准》的限值，但去除率低于实施例1。验证了本发明，在用微生物法处理畜禽粪便污染土壤前先用固化剂处理一下重金属的干扰，更有利于去除土壤中的污染物。
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