申请日2017.02.24
公开(公告)日2017.07.21
IPC分类号B09C1/10; C12N1/20; C12N1/14; C12N1/16; C09K17/16; C12R1/07; C12R1/645; C12R1/66; C12R1/80; C12R1/40; C12R1/05; C12R1/125; C12R1/38; C12R1/01; C12R1/265; C12R1/06; C12R1/20; C12R1/02; C12R1/04; C12R1/145; C09K101/00
摘要
本发明提供一种有机物污泥土壤修复剂、制备方法及其在污泥消纳中的应用，所采用的技术方案是：对城市污水污泥前期处理，用微生物进行无害化处理。经过试验使用污泥修复剂1～6个月后，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。同时发酵产物可以酸化板结的盐碱土地，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。
权利要求书
1.一种有机物污泥土壤修复剂的制备方法，其特征在于所述的制备方法包括如下步骤：1)污泥原料预处理;2)复合微生物菌剂的制备;3)复合微生物菌剂的发酵;4)有机物降解细菌群制备。
2.如权利要求1所述的制备方法，其中，污泥预处理为：
城市生活污水处理厂产生的生活污泥在晾晒场堆放、晾晒10～15天，可适当添加生物除臭剂。初步减少臭味，机器脱水并使含水量从75%左右降低至40%以下。
向上述干燥处理后的污泥中添加辅料，将上述各组分混合均匀后用粉碎机或破碎机破碎，过筛网，制成粒径不过10mm的污泥小粒，备用。
所述辅料的作用为：调节污泥的含水量、透气性、阳离子交换量或可以增加污泥的腐殖酸含量。为了提高发酵效率，所述辅料与所述污泥的质量份数比可以为辅料∶污泥=1∶20～100;
所述辅料可以为粉碎后的秸秆、麦秸、果渣、豆渣、稻糠、页岩、草炭、锯末、椰糠或木薯渣中的一种或任意组合。其中，秸秆、麦秸、果渣、豆渣、稻糠可以提供碳源和氮源;锯末、木薯渣或椰糠可以调节污泥的含水量和透气性，页岩可以调节污泥的阳离子交换量，草炭增加污泥的腐殖酸含量和调节污泥的阳离子交换量。例如可以选自：质量份数比为秸秆：页岩∶草炭∶锯末=(1-1.5)∶(1-1.5)∶1∶(1-1.5);豆渣：页岩∶草炭∶椰糠=1：(1-1.5)∶1∶(1-1.5);果汁厂果渣下脚料：页岩∶草炭∶木薯渣=(1-1.5)∶(1-1.5)∶1∶(1-1.5)等。
3.如权利要求1所述的制备方法，其中，复合微生物菌剂的制备为：
(1)制备复合微生物液体制剂：本发明的这种高效降解有机废物的复合微生物制剂，含有嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)、嗜热毁丝霉(Myceliophthorathermophila)、炭黑曲霉(Aspergillus carbonarius)、白腐菌(Phanerochaetechrysosporium)、异生青霉(Penicillium diversum)、恶臭假单胞菌(Pseudomonosputida)、粪产碱菌(Alcaligenes faecalis)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)和苏云金芽孢杆菌(Bacillus)，在所述的复合微生物制剂中，所述的嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillusstearothermophilus)的菌数占总菌数的百分比为10-25%、所述的嗜热毁丝霉(Myceliophthora thermophila)的菌数占总菌数的百分比为10-20%、所述的炭黑曲霉(Aspergillus carbonarius)的菌数占总菌数的百分比为5-10%，所述的白腐菌(Phanerochaete chrysosporium)的菌数占总菌数的百分比为10-20%，所述的异生青霉(Penicillium diversum)的菌数占总菌数的百分比为5-15%，所述的恶臭假单胞菌(Pseudomonos putida)的菌数占总菌数的百分比为10-20%，所述的粪产碱菌(Alcaligenes faecalis)的菌数占总菌数的百分比为5-15%，所述的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)的菌数占总菌数的百分比为10-20%，所述的苏云金芽孢杆菌(Bacillus)的菌数占总菌数的百分比为10-20%，利用常规生物学方法将其制备成种子液;
本发明中所采用的上述菌种为本领域的常规菌种，可以从市场上购买，或者从中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC)和美国菌种保藏中心(ATCC)购买。
(2)将复合微生物液体制剂吸附于沸石粉、秸秆、豆粕、果渣、草炭等任选的组成的有机混合物中，即得;优选的，各组分的重量份是：复合微生物液体制剂2-4份，秸秆10-60份或沸石粉40-60份或豆粕30-50份或果渣5-15份或草炭10-15份;具体吸附材料与复合微生物液体制剂的比例可以根据具体的要求和目的进行调节。
4.如权利要求1所述的制备方法，其中，复合微生物菌剂的发酵为：
向预处理后的污泥原料中接入步骤2)中获得的复合微生物菌剂，采用混料机翻拌，将复合微生物菌剂与预处理后的原料按重量比1：100～1000的比例混合均匀;
同时接入营养盐溶液，营养盐溶液的接入量为5-50g/1000kg污泥，所述营养盐溶液每升包括(NH4)2SO4，1～15g;KH2PO4，1-5g;K2HPO4·3H2O，1-5g;CaCl2，0.01～0.1g;FeSO4，0.1～1mg;酵母粉，1～15g;MgCl2·6H2O，1-1.5g;半胱氨酸，0.1～5g;
将上述各种物质混合搅拌均匀;然后将配好的污泥运到发酵车间，进行堆肥发酵;
发酵车间的温度为常温(25-35℃)，污泥发酵2天后温度达到50℃以上，并维持50℃以上3天，往后每隔3天翻一次堆，共发酵14天，污泥基本腐熟，臭味消失，温度降到40℃以下，水分含量降到35%以下。
5.如权利要求1所述的制备方法，其中，有机物降解细菌群制备为：
(1)制备有机物降解细菌群：所述有机物降解细菌群含有降解菌群，醋酸菌群，硅酸菌群，其中，
降解菌群为市售降解大分子的菌剂，选自：Ideonella sakaiensis菌群、施氏假单胞菌(保藏号为CGMCC No.1738)、法氏柠檬酸杆菌(CCTCC NO：M208004)、芽孢杆菌属(Bacillus)，产碱菌属(Acaligenes)，黄杆菌属(Flavobacterium)，节细菌属(Arthrobacter)，微球菌(Micrococcus)等;
醋酸菌群为市售醋酸菌剂，选自不动杆菌属、俊片菌属、紫色杆菌属、双枝菌、乳酸菌、芽胞杆菌、醋酸菌、放线菌、酵母菌、梭菌属等;
硅酸菌群为市售硅酸盐菌剂，选自枯草芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌等，
本发明中所采用的上述菌种为本领域的常规菌种，可以从市场上购买，或者从中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC)和美国菌种保藏中心(ATCC)购买。
所述有机物降解细菌群中降解菌群占总量的50～80%，醋酸菌群占总量的20～40%，硅酸菌群占总量的30～50%。
具体制备方法为：
为先将降解菌群，醋酸菌群，硅酸菌群利用常规生物学手段分别制备成相应的种子液，在微生物发酵罐系统中加入适量市售的LB发酵液或常规发酵液，经液态恒温25-30℃发酵3～5天后，按比例混合。
(2)菌种固化
以麦麸、秸秆等材料作为微生物的附着载体，将步骤(1)中的培养液按照重量比1:10～20接种到附着载体上，翻拌均匀后的物料堆成圆锥形堆体，并对堆体通以自然风，发酵4～10天后自然风干，形成粉末状物质。
6.一种有机物污泥土壤修复剂，其特征在于所述的有机物污泥土壤修复剂由权利要求1-5之一的方法制备获得。
7.一种有机物污泥土壤修复剂的应用，所述应用是指：
使用前，用温度10-40℃温水将有机物降解细菌群激活并保存在水中，形成生物降解菌液，通常的比例是1Kg的菌种，用8-10升的水来激活，需要浸泡0.5-2.0小时;
将80～100重量份的经步骤(3)发酵后的污泥、40～50重量份的活化的有机物降解细菌群搅拌均匀，将该混合物均匀铺撒喷洒于有机物污染的土壤中，翻耕土壤使混合物与污染的土壤充分混合;厚度为30厘米，面积为100平方米的处理面积，需要投加使用固体粉末状有机物降解细菌1公斤～2公斤，经步骤(3)发酵后的污泥200公斤～500公斤。对于污染严重的土壤，可以根据具体的要求，按照比例增加用量。
同时，增补水分并进行土壤的翻耕曝氧，在进行土壤的原位生物修复时，修复土壤的厚度应控制在30厘米以内，并在接种后的一个月内，平均一周翻耕土壤一次;随后两周翻耕一次，并随时加水以保持土壤的含水率在30%以上，其中加入的水不应含有杀菌剂成分。
8.一种污泥消纳的方法，所述方法为使用权利要求6所述的有机物污泥土壤修复剂进行污泥消纳。
说明书
一种有机物污泥土壤修复剂、制备方法及其在污泥消纳中的应用
技术领域
本发明涉及一种有机物污泥土壤修复剂，具体为一种利用微生物处理污泥制备有机物土壤修复剂的方法、获得的有机物污泥土壤修复剂，及其在污泥消纳中的应用。
背景技术
有毒有机物引起的污染近年来造成的危害尤为严重，而且不少有机物属于致癌、致畸、致突变的三致物质。据美国相关资料显示，各种水体中已检验出的2211种有机化合物中，有117种被认为或被怀疑为致癌物。在美国环保局(EPA)规定的优先控制的污染物中，有机化合物占总数的88%，这些有机化合物均属于有毒有机物。有毒有机物主要包括各种有机农药、有机颜料和染料、芳香胺以及多环芳烃等，其主要来源是焦化、染料、农药、医药、塑料合成等有机化工废水。这些有毒有机污染物大多具有较大的分子和较复杂的结构，不易生物降解，在生物处理和自然环境中均不易去除，因而由有毒有机物引起的污染受到国家、环保专家和广大人们的关注。进入20世纪80年代以来，随着工业化及全球化的发展，有毒有机物的生产中心由欧美向亚洲等劳动力便宜、经济欠发达的发展中国家转移，中国首当其冲成为此类耗水量大、污染严重的工业企业的转移中心。而我国对此类废水的处理率极低，这些废水多数未经处理或简单处理后直接排放，污染了人类赖以生存的天然水体，危害了人体健康，导致了环境污染和生态破坏越来越严重。
对于目前我国城市污泥处理的方法中，固定发酵槽翻抛式堆肥是应用较为广泛的工艺。它具有固定资产投资少，设备运行费用低，易于配套等优点，虽然存在发酵周期长，占地面积大，处理效率低等缺点，但由于城市污水处理厂一般建在郊外，用地问题并不突出，因此这一堆肥方法还在继续发挥着它的优势。在固定发酵槽翻抛式堆肥工艺中，需要用木屑、秸秆粉、稻壳等作为调理剂，它能起到吸水、蓬松、疏氧的作用。但在堆肥的过程中因自身发生腐解，塌落，不能够自始至终起到支撑、疏氧作用。因此仅用木屑、秸秆粉、稻壳等组成的调理剂只能起到短暂的作用，在堆肥的中后期逐渐丧失调理功能;从而影响污泥堆肥的处理效果，延长堆肥时间，加大污泥处理成本，进而影响污泥资源化循环利用。
土壤是人类赖以生存的基础资源，是地球生态系统物质、能量交换与循环的重要场所。土壤一旦受到污染，对环境的影响是持续且不可逆转的。土壤环境质量及生态安全是可持续性发展的重要保证，随着工农业发展，我国土壤环境日益恶化，土壤资源承受了越来越大的压力，目前我国受重金属污染的耕地面积近2000万公顷，约占耕地总面积的1/5。受矿区污染土地达200万公顷，石油污染土地约500万公顷，固体废弃物堆放污染约5万公顷，“工业三废”污染耕地近1000万公顷，污水灌溉的农田面积达330多万公顷。土壤污染使全国农业粮食减产已超过1300万吨，因农药和有机物污染，放射性污染，病原菌污染等其他类型的污染所导致的经济损失难以估计。由于污染，土壤的营养功能、净化功能、缓冲功能和有机体的支持功能正在丧失，迫切需要修复和治理。深入开展污染土壤发生过程与调控、污染土壤修复的研究与应用，紧紧把握住污染土壤修复技术创新的方向，直接关系到我国的生态安全。
发明内容
污泥有机物污染土壤修复剂为了克服现有污泥消纳的困难，本发明污泥有机物污染土壤修复剂不仅解决了污泥处置问题，而且变废为宝，把污泥变成土壤修复剂，能修复有机物污染的土地。
本发明污泥有机物污染土壤修复剂解决其技术问题，所采用的技术方案是：对城市污水污泥前期重金属处理，再脱水处理使其含水量在40%左右，污泥的主要成分是有机物适合培养细菌群。用嗜热细菌对有机物分解同时可以有效杀死病菌成分。混合培育的Ideonella sakaiensis菌群，醋酸菌群，高效降解细菌群和硅酸菌群植入。细菌群生命力强大再次清除有害细菌体。合成的高效降解菌群组，在使用过程中持续产生氧化剂，通过高级氧化途径，快速降解有机类污染物，同时改良土质，促进水分氧气输移和污染物传质，强化生物降解。同时负载的高效降解菌群，是针对不同有机污染物(如汽油、柴油、原油等)通过筛选、分离、富集、优化配比制成，其不同系列适用于塑料、汽油、柴油、原油等污染物的降解，具有针对性强，群落功能稳定的特点。与传统修复剂相比，具有氧化效率高、应用方便、安全性好的特点。
生物联合作用，快速实现污染物的毒性降低和总量去除。与其它技术相比去除效率高、修复时间基本是6到10个月，基本不破坏土壤基质、处理成本低等优点。适用于处理有机污染物。可进行原位或异位等多种方式修复。
污泥有机污染土壤修复剂：分解--溶解-吸附-综合-转换的过程，有机物污泥适合培养做Ideonella sakaiensis菌群和高效降解细菌群培养的基础材料。培养的高效细菌群降解有机污染物。经过试验使用污泥修复剂180天后，中轻度有机物污染的土壤有机污染物含量低于国际标准规定，符合中国国家土壤标准。同时产生部分酸质可以酸化板结的盐碱土地。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。
本发明目的之一是提供一种有机物污泥土壤修复剂，所述有机物污泥土壤修复剂的制备方法为;
1、污泥预处理
城市生活污水处理厂产生的生活污泥在晾晒场堆放、晾晒10～15天，可适当添加生物除臭剂。初步减少臭味，机器脱水并使含水量从75%左右降低至40%以下。
向上述干燥处理后的污泥中添加辅料，将上述各组分混合均匀后用粉碎机或破碎机破碎，过筛网，制成粒径不过10mm的污泥小粒，备用。
所述辅料的作用为：调节污泥的含水量、透气性、阳离子交换量或可以增加污泥的腐殖酸含量。为了提高发酵效率，所述辅料与所述污泥的质量份数比可以为辅料∶污泥=1∶20～100;
所述辅料可以为粉碎后的秸秆、麦秸、果渣、豆渣、稻糠、页岩、草炭、锯末、椰糠或木薯渣中的一种或任意组合。其中，秸秆、麦秸、果渣、豆渣、稻糠可以提供碳源和氮源;锯末、木薯渣或椰糠可以调节污泥的含水量和透气性，页岩可以调节污泥的阳离子交换量，草炭增加污泥的腐殖酸含量和调节污泥的阳离子交换量。例如可以选自：质量份数比为秸秆：页岩∶草炭∶锯末=(1-1.5)∶(1-1.5)∶1∶(1-1.5);豆渣：页岩∶草炭∶椰糠=1：(1-1.5)∶1∶(1-1.5);果汁厂果渣下脚料：页岩∶草炭∶木薯渣=(1-1.5)∶(1-1.5)∶1∶(1-1.5)等。
2、复合微生物菌剂的制备
(1)制备复合微生物液体制剂：本发明的这种高效降解有机废物的复合微生物制剂，含有嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)、嗜热毁丝霉(Myceliophthora thermophila)、炭黑曲霉(Aspergillus carbonarius)、白腐菌(Phanerochaete chrysosporium)、异生青霉(Penicillium diversum)、恶臭假单胞菌(Pseudomonos putida)、粪产碱菌(Alcaligenes faecalis)、枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)和苏云金芽孢杆菌(Bacillus)，在所述的复合微生物制剂中，所述的嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)的菌数占总菌数的百分比为10-25%、所述的嗜热毁丝霉(Myceliophthora thermophila)的菌数占总菌数的百分比为10-20%、所述的炭黑曲霉(Aspergillus carbonarius)的菌数占总菌数的百分比为5-10%，所述的白腐菌(Phanerochaete chrysosporium)的菌数占总菌数的百分比为10-20%，所述的异生青霉(Penicillium diversum)的菌数占总菌数的百分比为5-15%，所述的恶臭假单胞菌(Pseudomonos putida)的菌数占总菌数的百分比为10-20%，所述的粪产碱菌(Alcaligenes faecalis)的菌数占总菌数的百分比为5-15%，所述的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)的菌数占总菌数的百分比为10-20%，所述的苏云金芽孢杆菌(Bacillus)的菌数占总菌数的百分比为10-20%，利用常规生物学方法将其制备成种子液;
本发明中所采用的上述菌种为本领域的常规菌种，可以从市场上购买，或者从中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC)和美国菌种保藏中心(ATCC)购买。
(2)将复合微生物液体制剂吸附于沸石粉、秸秆、豆粕、果渣、草炭等任选的组成的有机混合物中，即得;优选的，各组分的重量份是：复合微生物液体制剂2-4份，秸秆10-60份或沸石粉40-60份或豆粕30-50份或果渣5-15份或草炭10-15份;具体吸附材料与复合微生物液体制剂的比例可以根据具体的要求和目的进行调节。
3、复合微生物菌剂的发酵
向预处理后的污泥原料中接入步骤2)中获得的复合微生物菌剂，采用混料机翻拌，将复合微生物菌剂与预处理后的原料按重量比1：100～1000的比例混合均匀;
同时接入营养盐溶液，营养盐溶液的接入量为5-50g/1000kg污泥，所述营养盐溶液每升包括(NH4)2SO4，1～15g;KH2PO4，1-5g;K2HPO4·3H2O，1-5g;CaCl2，0.01～0.1g;FeSO4，0.1～1mg;酵母粉，1～15g;MgCl2·6H2O，1-1.5g;半胱氨酸，0.1～5g;
将上述各种物质混合搅拌均匀;然后将配好的污泥运到发酵车间，进行堆肥发酵;
发酵车间的温度为常温(25-35℃)，污泥发酵2天后温度达到50℃以上，并维持50℃以上3天，往后每隔3天翻一次堆，共发酵14天，污泥基本腐熟，臭味消失，温度降到40℃以下，水分含量降到35%以下。
4、有机物降解细菌群制备
(1)制备有机物降解细菌群：所述有机物降解细菌群含有降解菌群，醋酸菌群，硅酸菌群，其中，
降解菌群为市售降解大分子的菌剂，选自：Ideonella sakaiensis菌群、施氏假单胞菌(保藏号为CGMCC No.1738)、法氏柠檬酸杆菌(CCTCC NO：M208004)、芽孢杆菌属(Bacillus)，产碱菌属(Acaligenes)，黄杆菌属(Flavobacterium)，节细菌属(Arthrobacter)，微球菌(Micrococcus)等;
醋酸菌群为市售醋酸菌剂，选自不动杆菌属、俊片菌属、紫色杆菌属、双枝菌、乳酸菌、芽胞杆菌、醋酸菌、放线菌、酵母菌、梭菌属等;
硅酸菌群为市售硅酸盐菌剂，选自枯草芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌等，
本发明中所采用的上述菌种为本领域的常规菌种，可以从市场上购买，或者从中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC)和美国菌种保藏中心(ATCC)购买。
所述有机物降解细菌群中降解菌群占总量的50～80%，醋酸菌群占总量的20～40%，硅酸菌群占总量的30～50%。
具体制备方法为：
为先将降解菌群，醋酸菌群，硅酸菌群利用常规生物学手段分别制备成相应的种子液，在微生物发酵罐系统中加入适量市售的LB发酵液或常规发酵液，经液态恒温25-30℃发酵3～5天后，按比例混合。
(2)菌种固化
以麦麸、秸秆等材料作为微生物的附着载体，将步骤(1)中的培养液按照重量比1:10～20接种到附着载体上，翻拌均匀后的物料堆成圆锥形堆体，并对堆体通以自然风，发酵4～10天后自然风干，形成粉末状物质。
使用前，用温度10-40℃温水将有机物降解细菌群激活并保存在水中，形成生物降解菌液，通常的比例是1Kg的菌种，用8-10升的水来激活，需要浸泡0.5-2.0小时。
本发明同时提供一种有机物污泥土壤修复剂在污泥消纳中的应用，具体为：
将80～100重量份的经步骤(3)发酵后的污泥、40～50重量份的活化的有机物降解细菌群搅拌均匀，将该混合物均匀铺撒喷洒于有机物污染的土壤中，翻耕土壤使混合物与污染的土壤充分混合;厚度为30厘米，面积为100平方米的处理面积，需要投加使用固体粉末状有机物降解细菌1公斤～2公斤，经步骤(3)发酵后的污泥200公斤～500公斤。对于污染严重的土壤，可以根据具体的要求，按照比例增加用量。
同时，增补水分并进行土壤的翻耕曝氧，在进行土壤的原位生物修复时，修复土壤的厚度应控制在30厘米以内，并在接种后的一个月内，平均一周翻耕土壤一次;随后两周翻耕一次，并随时加水以保持土壤的含水率在30%以上，其中加入的水不应含有杀菌剂成分。
本发明制备获得的土壤修复剂的有益效果是：
1、本发明采用麦麸、秸秆等固化高效大分子降解菌，将降解菌株固化在多孔疏松材料上，并干化使微生物以休眠状态存在，在使用时，只需用温水将微生物激活即可获得所需要的具有活性的微生物。解决了微生物的长期存储的问题，同时，麦麸、秸秆等材料在后续的土壤修复过程中还可以为微生物提供良好的透气性和有效的碳源。
2、本发明微生物土壤修复剂将有益微生物施入土壤中，优化土壤微生物区系，改善土壤物理性状，修复板结退化的土壤，增强土壤生物活性，调节作物代谢;促进作物生长，并降解和转化土壤中的污染物，抑制土传病害;增强作物抗逆性、提高产量、改善品质、生态环保。
3、针对有机物污染土壤容易板结成块形成部分厌氧环境的现状，将广泛应用于盐碱地的改良治理，具有改善土壤的特性，使其变得更加蓬松不易板结的土壤改良剂引入生物修复技术中，增加了土壤的透气性，为微生物的降解反应创造良好的环境，同时，添加了各种养份，特别是含有少量微生物生长所需要的氨基酸形成了该种生物表面活性剂，使其还具有增进微生的活性，促进微生物的生长的功效。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的污泥土壤修复剂、制备方法及其在污泥消纳中的应用进行详细描述。本实验中用到的污泥的各项技术指标的测量方法均按照中华人民共和国农业行业标准(NY884-2004)进行。