一种土壤修复改良方法技术

本发明专利技术提供了一种土壤修复改良方法，包括利用生物表面活性剂调控巴氏芽孢杆菌诱导矿化产物生物碳酸钙的晶相，使其由方解石转变为球霰石。利用制备生物碳酸钙后的滤液与磷酸活化后的生物炭、氧化镁等制备生物炭/磷酸铵镁复合材料，然后将生物碳酸钙和生物炭/磷酸铵镁复合材料先后施加到受有害金属元素污染的矿区周边土壤中。本发明专利技术工艺简单、成本低、无二次污染，兼具修复和改良重金属/稀土元素污染矿区周边土壤的作用。矿区周边土壤的作用。矿区周边土壤的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种土壤修复改良方法


[0001]本专利技术属于土壤修复改良领域，具体涉及一种土壤修复和改良方法。

技术介绍

[0002]矿产资源是人类生存和发展的重要物质基础，但在其开采利用过程中会对环境带来了较为严重的负面影响。主要表现为：采矿废水和选矿废液的直接排放，以及废石和尾矿矿渣的堆放和淋滤，导致矿区周边土壤积累大量的有害金属元素，威胁动植物和人类健康的同时导致土壤严重退化、作物减产，因此寻求一种有效修复和改良矿区周边受污染土壤的技术迫在眉睫。
[0003]目前矿区有害金属元素污染土壤的修复方法主要有材料稳定化技术、植物修复技术、微生物修复技术等。因西北地区干旱少雨，土壤贫瘠且盐碱化严重，使得植物修复难以在该地区推广应用。吸附材料稳定化技术和微生物改良技术具有成本低、绿色无污染的优势，在该地区土壤修复改良中展现了较好的应用前景。
[0004]微生物诱导碳酸盐沉积(microbially induced carbonate precipitation，MICP)技术因兼具稳定化和微生物修复的双重作用，是近年来土壤修复领域的研究热点，其原理是通过微生物产生的脲酶水解尿素，改变体系的酸碱度，产生碳酸盐离子，然后在钙源存在时发生CaCO3沉淀，其形成的矿化产物碳酸钙(CaCO3)可通过吸附、沉淀转化和释放碳酸根离子三种机理稳定污染土壤中的有害金属，有效降低有害金属在土壤中的迁移性。因巴氏芽孢杆菌相比于其他菌株具有更高的脲酶活性，因此，MICP技术使用的主要菌种是巴氏芽孢杆菌。在该技术的土壤修复应用中，目前主要应用方法是将菌剂、尿素和氯化钙直接添加至土壤中，因钙离子与土壤中的金属离子具体较强的离子交换性，因此，直接添加氯化钙会增加土壤中有害金属元素的解吸，此外，尿素分解产生的氨会与铜离子形成络合物，增强其迁移性，过多的氨也会逸散到空气中造成二次污染，使得该技术在土壤修复应用中大大受限。
[0005]而且，MICP技术诱导产物为方解石型碳酸钙。球霰石和方解石属于碳酸钙晶体的不同晶相，相比于方解石，球霰石往往具有中空或多孔结构，微纳米的颗粒尺寸，以及具有较高的亲水性、比表面积和生物兼容性，添加到土壤中对有害金属元素具有更强的吸附稳定性能。因此，有必要开发调控巴氏芽孢杆菌诱导产生碳酸钙晶型由方解石转变为球霰石的方法。
[0006]此外，在矿区周边土壤往往存在土壤退化严重和土壤贫瘠的问题，以致植被恢复受限，粮食作物减产。在解决土壤退化的方法中，改良剂的添加是修复退化土壤、快速改善土壤环境的有效举措之一。但向土壤中添加单一的材料往往不具备实现双重或多重的修复改良效果，需要添加多种材料才能达到目的。生物炭作为一种土壤修复改良剂被广泛应用在重金属污染土壤的修复和改良中，但因生物炭会提高土壤pH，以致难以在西北地区的碱性土壤推广应用。磷酸铵镁作为一种肥料，添加到土壤中可提高土壤的肥力，促进植物的生长。基于上述，本专利技术的思路是采用MICP技术诱导产生碳酸钙，通过添加生物表面活性剂来
调控其晶型，使其由方解石转变为球霰石，通过过滤分离获得生物碳酸钙。在此基础上，采用磷酸活化生物质制备多孔生物炭，提高其吸附性能的同时中和其表面碱性，然后添加至MICP滤液中，通过添加氧化镁来合成磷酸铵镁，将分离后的生物碳酸钙、生物炭/磷酸铵镁复合材料添加到土壤中，控制有害金属元素迁移的同时达到增加土壤酶活性和增肥(可为土壤提供C、N、P源)的目的。

技术实现思路

[0007]为解决上述现有技术中的问题，本专利技术提供了一种土壤修复改良方法，包括以下步骤：
[0008](1)将巴氏芽孢杆菌接种至经过高压灭菌的培养基中，然后加入灭菌后的生物表面活性剂、氯化钙、尿素，经一定温度和转速的摇床培养，过滤得到沉淀物和滤液，将所述沉淀物烘干、研磨后获得生物碳酸钙；
[0009](2)将秸秆制成的秸秆粉末与磷酸溶液均匀混合进行活化处理，混合物在一定热解温度的管式炉中进行热解后，将热解产物加入到步骤(1)的所述滤液中，并用氧化镁调节pH值，充分混合搅拌反应后过滤获得生物炭/磷酸铵镁复合材料；
[0010](3)将所述生物碳酸钙施加到土壤中，然后搅拌均匀所述土壤；
[0011](4)将所述生物炭/磷酸铵镁复合材料施加到所述土壤中，再次搅拌均匀所述土壤；
[0012](5)每间隔一段时间搅拌所述土壤，重复搅拌多次。
[0013]作为优选方案，所述培养基成分为：糖蜜15g/L、份蛋白胨10g/L、氯化钠10g/L、磷酸氢二钾0.5g/L。
[0014]作为优选方案，所述生物表面活性剂为槐糖脂或鼠李糖脂或海藻糖脂,浓度为1～2
×
10
‑3mol/L。
[0015]作为优选方案，所述磷酸溶液的浓度为40％～60％；热解温度为600℃～800℃。
[0016]作为优选方案，所述秸秆包括葵花秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆中的一种或多种。
[0017]作为优选方案，所述时间为5～10天，所述步骤重复搅拌次数为3～5次。
[0018]由此，本专利技术的土壤改良方法至少具有如下有益效果：
[0019]1、本专利技术将生物表面活性剂应用于微生物诱导碳酸盐沉积技术，使得巴氏芽孢杆菌的主要产物变为球霰石的同时，还增加了CaCO3中有机组分的含量，形成无机—有机杂化结构，绿色环保、无二次污染，而且生物表面活性剂有丰富的官能团，掺杂在碳酸钙中可增强其对有害金属元素的吸附性。本专利技术的生物碳酸钙制备方法工艺简单、可原位钝化土壤有害金属元素，对土壤的修复力强，其持效时间强。
[0020]2、本专利技术将单独制备的生物碳酸钙应用于土壤修复，既避免了现有技术在土壤中直接添加微生物、尿素和氯化钙时，氯化钙和尿素水解产生的氨等造成的问题，又使得利用尿素水解产生的氨制备生物炭/磷酸铵镁复合材料成为可能，提高资源利用率、节约成本。
[0021]3、本专利技术将磷酸活化后的生物炭、生物碳酸钙阶段产生的滤液以及氧化镁铵一定比例进行混合反应，制备出生物炭负载磷酸铵镁复合材料，具有以下突出优点：(1)利用制备生物碳酸钙后剩下的滤液中的氨为磷酸铵镁的制备提供氨离子，提高了对氨的利用、降低了成本；(2)利用了磷酸活化生物质制备多孔生物炭，增加生物炭的空隙结构，使其具有
更好的吸附效果，并能更好的改善土壤结构，提高土壤水肥利用效率；(3)磷酸活化生物质后转变为热法磷酸，作为磷酸铵镁的磷源，提高了对磷酸的利用、降低了成本，且节省了混合生物炭和磷酸铵镁的步骤。
附图说明
[0022]图1a为化学合成碳酸钙。
[0023]图1b为根据本专利技术的土壤改良方法添加槐糖脂制备的生物碳酸钙。
[0024]图2a为根据本专利技术的土壤改良方法未添加生物表面活性剂制备的生物碳酸钙SEM图。
[0025]图2b为根据本专利技术的土壤改良方法添加槐糖脂制备的生物碳酸钙SEM图。
[0026]图2c为根据本专利技术的土壤改良方法添加鼠李糖脂制备的生物碳酸钙SEM图。
[0027]图3为根据本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种土壤修复改良方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将巴氏芽孢杆菌接种至经过高压灭菌的培养基中，然后加入灭菌后的生物表面活性剂、氯化钙、尿素，经一定温度和转速的摇床培养，过滤得到沉淀物和滤液，将所述沉淀物烘干、研磨后获得生物碳酸钙；(2)将秸秆制成的秸秆粉末与磷酸溶液均匀混合进行活化处理，混合物在一定热解温度的管式炉中进行热解后，将热解产物加入到步骤(1)的所述滤液中，并用氧化镁调节pH值，充分混合搅拌反应后过滤获得生物炭/磷酸铵镁复合材料；(3)将所述生物碳酸钙施加到土壤中，然后搅拌均匀所述土壤；(4)将所述生物炭/磷酸铵镁复合材料施加到所述土壤中，再次搅拌均匀所述土壤；(5)每间隔一段时间搅拌所述土壤，重复搅拌多次。2.根据权利要求1所述的土壤修复改良方法，其特征在于，所述培...

【专利技术属性】
技术研发人员：王维大，王哲，郑春丽，程俊丽，姜庆宏，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：