一种重金属污泥土壤修复剂及其制备方法与流程

2021-02-02 20:02:49|

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本发明属于土壤修复技术领域，涉及一种土壤修复剂，具体涉及一种重金属污泥土壤修复剂及其制备方法。

背景技术：

众所周知，重金属污染不像其它类型的污染可以通过生物降解和生物链的循环而减弱或者消失。重金属污染极易在生物链中富集放大，长久存在于生物体内。且重金属的毒性较大，对人类的生存健康和环境安全造成了严重的影响。在土壤中常见的有毒重金属离子主要包括zn²⁺、cu²⁺、ni²⁺、hg²⁺、cd²⁺、pb²⁺、cr³⁺和cr⁶⁺。

公告号为cn100534651c的中国专利提供了一种以剩余活性污泥为原料的重金属污染土壤修复剂及其提取方法和其修复重金属污染土壤的方法，涉及重金属污染土壤修复剂及其制备方法和其修复重金属污染土壤的方法。解决了目前重金属污染土壤修复方法存在成本高、易造成二次污染和操作复杂的问题。重金属污染土壤修复剂由多糖、蛋白质、核酸、磷酸、氨基酸、腐殖酸化合物、糖醛酸和细胞生命循环所需有机物组成，成本高，对重金属的去除率低，特别是对六价铬的去除效果不明显。

申请号为cn201710120266.3的中国专利提供了一种重金属污泥土壤修复剂、制备方法及其在污泥消纳中的应用，所采用的技术方案是：对城市污泥前期处理，用嗜热细菌对有机物分解，接入重金属处理微生物。经过试验使用污泥修复剂后，土壤的各种污染物的比例有效去除率达到95%以上符合国家标准。同时硫酸质可以原位修复重金属土地，还是很好的有机肥，有益于农业生产减少化学试剂的使用和化肥的使用，从源头杜绝了污染源和二次污染。

综上所述，现有的重金属污泥土壤修复剂主要存在以下主要缺陷：（1）对重金属的去除率不高；（2）改良后的土壤种植作物，产量低，营养成分低。针对上述情况，本发明的发明人在多年实践中，对现有的重金属污泥土壤修复剂进行了研究和试验总结，付出了众多创造性劳动，研发出一种重金属污泥土壤修复剂及其制备方法。

技术实现要素：

本发明针对以上不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种重金属污泥土壤修复剂及其制备方法。本发明可以实现以下发明目的：

（1）本发明的重金属污泥土壤修复剂，对土壤的改良作用显著，对重金属的去除率高；

（2）采用经本发明的重金属污泥土壤修复剂修复后的土壤种植农作物，产量高，重金属含量低，营养成分高。

为解决上述技术问题，采用以下技术方案：

本发明的一种重金属污泥土壤修复剂的制备方法，所述制备方法，包括：矿渣微球的制备，所述矿渣微球的制备，将原料于985-1200℃高温膨化、熔融1-3h后，以35-38℃/min的速率骤冷至400℃，再以15-18℃/min的速率骤冷至常温。

以下是本发明较优选的技术方案/实施方式：

所得到的矿渣微球，粒度1-10mm，比表面积为550-800m²/kg，流动度为185-225mm。

所述方法，还包括复合微生物菌的制备、酶解预混。

所述酶解预混，将复合酶投入豆粕粉、腐殖质和厨余泔水浆的混合物中以30-80rad/min的速度缓慢搅拌，温度控制在20-30℃。

所述复合微生物菌的制备，复合微生物菌的有效活菌数14-18亿/克。

一种重金属污泥土壤修复剂，所述一种重金属污泥土壤修复剂，包括矿渣粉、浆粕污水污泥、蚯蚓粪、元明粉、复合微生物菌、豆粕粉、复合酶、厨余泔水浆、化学改良剂、腐殖质和聚丙烯酰胺。

所述一种重金属污泥土壤修复剂，按照重量份包括矿渣粉85-130份、浆粕污水污泥50-80份、蚯蚓粪20-40份、元明粉5-10份、复合微生物菌5-12份、豆粕粉15-20份、复合酶5-20份、厨余泔水浆50-80份、化学改良剂45-75份、腐殖质1-20份和聚丙烯酰胺1-30份。

所述矿渣粉，粒度1-10mm，比表面积为550-800m²/kg，流动度为185-225mm；

所述浆粕污水污泥，为浆粕废污水经芬顿反应后的出水加30-32%的液碱调节ph在6.8-7之间，鼓风曝气后泥水分离得沉淀，经浓缩、板框压滤后的污泥，含水率20-50%。

所述复合微生物菌，包括胶冻样类芽孢杆菌、嗜冷芽孢八叠球菌、麦斯塔脱硫杆菌、植物乳杆菌、产朊假丝酵母菌、固氮红细菌，质量比为6-10:5-10:5:3-6:10-12:1。

所述厨余泔水浆，含水率30-55%，干物质中纤维素占30-50%，蛋白占35-40%，消化能为3.5-6.0kcal/kg。

本发明的一种重金属污泥土壤修复剂，包括矿渣粉、浆粕污水污泥、蚯蚓粪、元明粉、复合微生物菌、豆粕粉、复合酶、厨余泔水浆、化学改良剂、腐殖质和聚丙烯酰胺。所述重金属污泥土壤修复剂，按照重量份，包括：矿渣粉85-130份、浆粕污水污泥50-80份、蚯蚓粪20-40份、元明粉5-10份、复合微生物菌5-12份、豆粕粉15-20份、复合酶5-20份、厨余泔水浆50-80份、化学改良剂45-75份、腐殖质1-20份和聚丙烯酰胺1-30份。

所述矿渣粉，粒度1-10mm，比表面积为550-800m²/kg，流动度为185-225mm；

所述浆粕污水污泥，为浆粕废污水经芬顿反应后的出水加30-32%的液碱调节ph在6.8-7之间，鼓风曝气后泥水分离得沉淀，经浓缩、板框压滤后的污泥，含水率20-50%；

所述复合微生物菌，胶冻样类芽孢杆菌paenibacillusmucilaginosus保藏号cgmcc1.3714、嗜冷芽孢八叠球菌sporosarcinapsychrophila保藏号cgmcc1.3605、麦斯塔脱硫杆菌desulfomicrobiummacestii保藏号cgmcc1.3477、植物乳杆菌lactobacillusplantarum保藏号cgmcc1.12974、产朊假丝酵母candidautilis保藏号cgmcc2.3047、固氮红细菌rhodobacterazotoformans保藏号cgmcc1.5023；胶冻样类芽孢杆菌、嗜冷芽孢八叠球菌、麦斯塔脱硫杆菌、植物乳杆菌、产朊假丝酵母菌、固氮红细菌的质量比例为6-10:5-10:5:3-6:10-12:1；以上菌种均来自市售。

所述复合微生物菌的有效活菌数10-18亿/克；

所述复合酶，胰蛋白酶3500-8000u/g，纤维素酶35000-50000u/g，脂肪酶2000-6000u/g；

所述厨余泔水浆，含水率30-55%，干物质中蛋白占35-40%，纤维素占30-50%，消化能为3.5-6.0kcal/kg；

所述化学改良剂，总钾12.0-15.0%，氨态氮7.5-10.2%，尿素态氮25.5-30.0%，硝态氮6.5-15.2%，螯合铁0-0.5%，螯合锰0.01-0.5%，螯合锌0.03-0.7%；

本发明的一种重金属污泥土壤修复剂的制备方法，包括：矿渣微球的制备、复合微生物菌的制备、酶解预混、混合。具体包括以下步骤：

（1）矿渣微球的制备

按照的比例称取原料矿渣粉85-130份、浆粕污水污泥50-80份、蚯蚓粪20-40份、元明粉5-10份，将上述原料混合均匀，于985-1200℃高温膨化、熔融1-3h后，以35-38℃/min的速率骤冷至400℃，再以15-18℃/min的速率骤冷至常温，收集矿渣微球。

所得到的矿渣微球，粒度1-10mm，比表面积为550-800m²/kg，流动度为185-225mm。

（2）复合微生物菌的制备

将市售胶冻样类芽孢杆菌、嗜冷芽孢八叠球菌、麦斯塔脱硫杆菌、植物乳杆菌、产朊假丝酵母菌、固氮红细菌按照比例称取准备好，再按胶冻样类芽孢杆菌、嗜冷芽孢八叠球菌、麦斯塔脱硫杆菌、植物乳杆菌、产朊假丝酵母菌、固氮红细菌的顺序依次均匀混合，即制成复合微生物菌。

所述复合微生物菌的有效活菌数14-18亿/克。

（3）酶解预混

按照的比例称取原料豆粕粉15-20份、复合酶5-20份、腐殖质1-20份、厨余泔水浆50-80份，将复合酶投入豆粕粉、腐殖质和厨余泔水浆的混合物中以30-80rad/min的速度缓慢搅拌，温度控制在20-30℃，得到酶解预混液。

（4）混合

将上述复合微生物菌加入矿渣微球中，以3000-4000rad/min的速度快速搅拌，混合均匀，此时复合微生物菌中的各菌种均匀的进入矿渣微球中，然后加入酶解预混液，以30-80rad/min的速度缓慢搅拌，依次加入化学改良剂45-75份和聚丙烯酰胺1-30份，以110-120rad/min的速度缓慢搅拌，低温晾干即得本发明的重金属污泥土壤修复剂。

本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有以下优点：

（1）本发明得到的重金属污泥土壤修复剂对土壤的改良作用显著，对重金属的去除率高：

对pb²⁺和zn²⁺的总去除率为86.8-92.4%；

对cr³⁺的去除率为84.8-87.1%；

对cr⁶⁺的去除率为77.4-81.5%；

（2）采用经本发明的重金属污泥土壤修复剂修复后的土壤种植水稻，得到的稻米产量高，重金属含量低，营养成分高：

水稻亩产量为1344-1541kg；

重金属（铅锌铬）含量0-0.01μg；

稻米营养成分分析，赖氨酸含量369-382mg，维生素e含量1.45-1.66mg，烟酸含量2.15-2.35mg。

本发明的重金属污泥土壤修复剂，解决了现有的重金属污泥土壤修复剂对cr⁶⁺去除效果差的技术问题。

具体实施方式

实施例1一种重金属污泥土壤修复剂及其制备方法

本发明的一种重金属污泥土壤修复剂，包括矿渣粉、浆粕污水污泥、蚯蚓粪、元明粉、复合微生物菌、豆粕粉、复合酶、厨余泔水浆、化学改良剂、腐殖质和聚丙烯酰胺。在本实施例中，所述重金属污泥土壤修复剂，按照重量份，包括：矿渣粉85份、浆粕污水污泥80份、蚯蚓粪20份、元明粉10份、复合微生物菌5份、豆粕粉20份、复合酶5份、厨余泔水浆80份、化学改良剂45份、腐殖质20份和聚丙烯酰胺10份。

所述矿渣粉，粒度1-10mm，比表面积为750-800m²/kg，流动度为205-225mm；

所述浆粕污水污泥，为浆粕废污水经芬顿反应后的出水加32%的液碱调节ph在7之间，鼓风曝气后泥水分离得沉淀，经浓缩、板框压滤后的污泥，含水率35%；

所述复合微生物菌，胶冻样类芽孢杆菌paenibacillusmucilaginosus保藏号cgmcc1.3714、嗜冷芽孢八叠球菌sporosarcinapsychrophila保藏号cgmcc1.3605的、麦斯塔脱硫杆菌desulfomicrobiummacestii保藏号cgmcc1.3477、植物乳杆菌lactobacillusplantarum保藏号cgmcc1.12974、产朊假丝酵母candidautilis保藏号cgmcc2.3047、固氮红细菌rhodobacterazotoformans保藏号cgmcc1.5023；胶冻样类芽孢杆菌、嗜冷芽孢八叠球菌、麦斯塔脱硫杆菌、植物乳杆菌、产朊假丝酵母菌、固氮红细菌的质量比例为6:10:5:3:12:1；以上菌种均来自市售。

所述复合微生物菌的有效活菌数13.8亿/克；

所述复合酶，胰蛋白酶4500u/g，纤维素酶45000u/g，脂肪酶5000u/g；

所述厨余泔水浆，含水率48%，干物质中蛋白占36.8%，纤维素占46.5%，消化能为5.7kcal/kg；

所述化学改良剂，总钾12.0%，氨态氮10.2%，尿素态氮25.5%，硝态氮15.2%，螯合铁0.01%，螯合锰0.5%，螯合锌0.03%。

本发明的一种重金属污泥土壤修复剂的制备方法，包括：矿渣微球的制备、复合微生物菌的制备、酶解预混、混合。具体包括以下步骤：

（1）矿渣微球的制备

按照的比例称取原料矿渣粉、浆粕污水污泥、蚯蚓粪、元明粉，将上述原料混合均匀，于1150℃高温膨化、熔融1h后，以38℃/min的速率骤冷至400℃，再以15℃/min的速率骤冷至常温，收集矿渣微球。

（2）复合微生物菌的制备

将市售胶冻样类芽孢杆菌、嗜冷芽孢八叠球菌、麦斯塔脱硫杆菌、植物乳杆菌、产朊假丝酵母菌、固氮红细菌按照配方比例称取准备好，再按胶冻样类芽孢杆菌、嗜冷芽孢八叠球菌、麦斯塔脱硫杆菌、植物乳杆菌、产朊假丝酵母菌、固氮红细菌的顺序依次均匀混合，即制成复合微生物菌。

（3）酶解预混

按照的比例称取原料豆粕粉、复合酶、腐殖质、厨余泔水浆，将复合酶投入豆粕粉、腐殖质和厨余泔水浆的混合物中以80rad/min的速度缓慢搅拌，温度控制在20℃，得到酶解预混液。

（4）混合

按照的比例将上述复合微生物菌加入矿渣微球中，以4000rad/min的速度快速搅拌，混合均匀，此时复合微生物菌中的各菌种均匀的进入矿渣微球中，然后加入酶解预混液，以30rad/min的速度缓慢搅拌，依次加入化学改良剂和聚丙烯酰胺，以120rad/min的速度缓慢搅拌，低温晾干即得本发明的重金属污泥土壤修复剂。

实施例2一种重金属污泥土壤修复剂及其制备方法

本发明的一种重金属污泥土壤修复剂，包括矿渣粉、浆粕污水污泥、蚯蚓粪、元明粉、复合微生物菌、豆粕粉、复合酶、厨余泔水浆、化学改良剂、腐殖质和聚丙烯酰胺。在本实施例中，所述重金属污泥土壤修复剂，按照重量份，包括：矿渣粉100份、浆粕污水污泥60份、蚯蚓粪30份、元明粉8份、复合微生物菌9份、豆粕粉18份、复合酶10份、厨余泔水浆60份、化学改良剂65份、腐殖质12份和聚丙烯酰胺15份。

所述矿渣粉，粒度1-10mm，比表面积为750-800m²/kg，流动度为205-225mm；

所述浆粕污水污泥，为浆粕废污水经芬顿反应后的出水加31%的液碱调节ph在6.9之间，鼓风曝气后泥水分离得沉淀，经浓缩、板框压滤后的污泥，含水率35%；

所述复合微生物菌的有效活菌数16.8亿/克；

所述复合酶，胰蛋白酶8000u/g，纤维素酶46000u/g，脂肪酶5000u/g；

所述厨余泔水浆，含水率48.5%，干物质中蛋白占38%，纤维素占40%，消化能为4.5kcal/kg；

所述化学改良剂，总钾13.0%，氨态氮8.8%，尿素态氮28.5%，硝态氮12.2%，螯合铁0.4%，螯合锰0.45%，螯合锌0.32%。

本发明的一种重金属污泥土壤修复剂的制备方法，包括：矿渣微球的制备、复合微生物菌的制备、酶解预混、混合。具体包括以下步骤：

（1）矿渣微球的制备

按照的比例称取原料矿渣粉、浆粕污水污泥、蚯蚓粪、元明粉，将上述原料混合均匀，于1100℃高温膨化、熔融2h后，以36℃/min的速率骤冷至400℃，再以16℃/min的速率骤冷至常温，收集矿渣微球。

（2）复合微生物菌的制备

（3）酶解预混

按照的比例称取原料豆粕粉、复合酶、腐殖质、厨余泔水浆，将复合酶投入豆粕粉、腐殖质和厨余泔水浆的混合物中以50rad/min的速度缓慢搅拌，温度控制在25℃，得到酶解预混液。

（4）混合

按照的比例将上述复合微生物菌加入矿渣微球中，以3500rad/min的速度快速搅拌，混合均匀，此时复合微生物菌中的各菌种均匀的进入矿渣微球中，然后加入酶解预混液，以55rad/min的速度缓慢搅拌，依次加入化学改良剂和聚丙烯酰胺，以115rad/min的速度缓慢搅拌，低温晾干即得本发明的重金属污泥土壤修复剂。

实施例3一种重金属污泥土壤修复剂及其制备方法

本发明的一种重金属污泥土壤修复剂，包括矿渣粉、浆粕污水污泥、蚯蚓粪、元明粉、复合微生物菌、豆粕粉、复合酶、厨余泔水浆、化学改良剂、腐殖质和聚丙烯酰胺。在本实施例中，所述重金属污泥土壤修复剂，按照重量份，包括：矿渣粉130份、浆粕污水污泥50份、蚯蚓粪40份、元明粉5份、复合微生物菌12份、豆粕粉15份、复合酶20份、厨余泔水浆50份、化学改良剂75份、腐殖质1份和聚丙烯酰胺30份。

所述矿渣粉，粒度1-10mm，比表面积为770-800m²/kg，流动度为200-225mm；

所述浆粕污水污泥，为浆粕废污水经芬顿反应后的出水加32%的液碱调节ph在6.8之间，鼓风曝气后泥水分离得沉淀，经浓缩、板框压滤后的污泥，含水率50%；

所述复合微生物菌的有效活菌数17亿/克；

所述复合酶，胰蛋白酶7000u/g，纤维素酶35000u/g，脂肪酶6000u/g；

所述厨余泔水浆，含水率55%，干物质中蛋白占35%，纤维素占50%，消化能为3.5kcal/kg；

所述化学改良剂，总钾15.0%，氨态氮7.5%，尿素态氮30.0%，硝态氮6.5%，螯合铁0.5%，螯合锰0.01%，螯合锌0.7%。

本发明的一种重金属污泥土壤修复剂的制备方法，包括：矿渣微球的制备、复合微生物菌的制备、酶解预混、混合。具体包括以下步骤：

（1）矿渣微球的制备

按照的比例称取原料矿渣粉、浆粕污水污泥、蚯蚓粪、元明粉，将上述原料混合均匀，于990℃高温膨化、熔融3h后，以35℃/min的速率骤冷至400℃，再以18℃/min的速率骤冷至常温，收集矿渣微球。

（2）复合微生物菌的制备

（3）酶解预混

按照的比例称取原料豆粕粉、复合酶、腐殖质、厨余泔水浆，将复合酶投入豆粕粉、腐殖质和厨余泔水浆的混合物中以30rad/min的速度缓慢搅拌，温度控制在30℃，得到酶解预混液。

（4）混合

按照的比例将上述复合微生物菌加入矿渣微球中，以3000rad/min的速度快速搅拌，混合均匀，此时复合微生物菌中的各菌种均匀的进入矿渣微球中，然后加入酶解预混液，以80rad/min的速度缓慢搅拌，依次加入化学改良剂和聚丙烯酰胺，以110rad/min的速度缓慢搅拌，低温晾干即得本发明的重金属污泥土壤修复剂。

实施例4一种重金属污泥土壤修复剂的制备方法

本发明的一种重金属污泥土壤修复剂的制备方法，包括：矿渣微球的制备、复合微生物菌的制备、酶解预混、混合。具体包括以下步骤：

（1）矿渣微球的制备

所得到的矿渣微球，粒度1-10mm，比表面积为550-800m²/kg，流动度为185-225mm。

（2）复合微生物菌的制备

所述复合微生物菌的有效活菌数14-18亿/克。

（3）酶解预混

（4）混合

将本发明的重金属污泥土壤修复剂应用于受重金属污染的土壤，可以有效改善土壤，降低重金属含量，并能提高作物产量。采用该重金属污泥土壤修复剂喷洒后的土壤，种植一季水稻收割后，测土壤中重金属的浓度，并对所收获的一季稻营养成分进行分析，结果如下：

表1：

表2：

由上表可知，

（1）本发明得到的重金属污泥土壤修复剂对土壤的改良作用显著，对重金属的去除率高：

对pb²⁺和zn²⁺的去除率为86.8-92.4%；

对cr³⁺的去除率为84.8-87.1%；

对cr⁶⁺的去除率为77.4-81.5%；

（2）采用经本发明的重金属污泥土壤修复剂修复后的土壤种植水稻，得到的稻米产量高，重金属含量低，营养成分高：

水稻亩产量为1344-1541kg；

重金属（铅锌铬）含量0-0.01-μg；

稻米营养成分分析，赖氨酸含量369-382mg，维生素e含量1.45-1.66mg，烟酸含量2.15-2.35mg。

本发明的重金属污泥土壤修复剂，解决了现有的重金属污泥土壤修复剂对cr⁶⁺去除效果差的技术问题。

除非另有说明，本发明所采用的百分数均为重量百分数，本发明所述的比例，均为质量比例。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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