基于蓝藻、污泥与生物炭的土壤修复材料一站式制备方法

技术领域

本发明涉及一种基于蓝藻、污泥与生物炭的土壤修复材料一站式制备方法，属于生物污染和土壤治理领域。

背景技术

传统的改善土壤的方法，往往只注重对地表植被的种植，通常对地表土壤进行施肥灌溉处理来改善地表植被环境，忽视了最根本的对土壤质地的改善。

沼渣肥养分含量高，含有丰富的有机物质和腐殖酸，具有改良土壤的作用，适宜作底肥。长期施用沼渣肥能使土壤疏松、肥力增加、通透良好、不板结。但应注意，未腐熟的沼渣会与农作物争夺土壤中的氧气，影响种子的根系发育，有时会出现幼苗的枯黄，生产上，应将其堆沤腐熟后使用，其效果更佳。沼渣由于富含有机质等，因此沼渣好氧堆肥生产生物肥料渐渐成为沼渣处理的一种主要趋势。但由于国内关于沼渣的收集没有形成一定规模，沼渣分散处置的情况比较多见，分散处置导致其规模较小，每天的处理量较小，资源化利用效率很低，运行成本很高。

现有对蓝藻处理的技术大多数有以下几种：

利用生物处理法对蓝藻中的MC-LR进行处理：三级生物接触氧化工艺、生物膜降解、序批式生物膜反应器等等。虽然生物处理法具有成本低、操作方便、易于管理、效果较好等优点，但是其缺点也是十分明显的，如反应时间较长，微生物降解效果不易调控，调整运行参数耗时较长等问题都难以有效的解决。

利用物理法对蓝藻中的MC-LR进行处理：机械除藻法、气浮法、膜过滤法及吸附法等等。而其中的机械除藻法、气浮法以及膜过滤法都是将蓝藻细胞从水体中完整去除来达到去除MC-LR的目的，但对于后续的藻泥的处理是一个很大的问题，吸附法主要利用的活性炭发达的微孔构造和巨大的比表面积的特性来进行吸附，但其也存在一些问题，如竞争吸附的影响有时为保证MC-LR的去除率，活性炭的使用量远高出水处理中的常规使用量(1–100mg/L)；且活性炭使用周期短，会大大增加水处理成本；此外MC-LR吸附到活性炭上的机制也不明确，有可能被活性炭表面的生物膜降解，也有可能会再次释放到水体中重新引发水质污染。

利用一般氧化法对蓝藻中的MC-LR进行处理：ClO

利用高级氧化法对蓝藻中的MC-LR进行处理：TiO

将蓝藻不经任何处理直接施入土壤，但因为蓝藻中的微囊藻毒素会污染土壤，而且蓝藻还会释放出臭味，对周围环境造成很大的污染，所以，这种处理技术现在基本不用了。

将蓝藻经发酵后施入土壤，这种蓝藻处理技术可以降低土壤污染，但是相应的蓝藻所需的发酵时间比较长，成本也会比较高。

将蓝藻脱水、干化制成藻粉后，以固体肥料的形式输入土壤，但植物对其的吸收利用速度不如液体肥料，由于是固体肥料，所以很有可能在某个地点施肥过多，导致施肥不均匀。

发明内容

针对现有技术的不足之处，提供一种基于蓝藻、污泥与生物炭的土壤修复材料一站式制备方法，其方法简单，修复效果好，有机污染物转化为废料治理突然，具有广泛的实用性。

发明目的：本发明的土壤修复方法，将水体中的蓝藻进行水力空化破壁设备进行处理，从而有效杀死蓝藻以及其附带的微生物，同时去除蓝藻中的微囊藻毒素，而且还能够去除蓝藻产生的臭味，生成含有丰富的N、P元素蓝藻液，将蓝藻液作为生物质肥料运输至缺乏N、P元素成分的区域作为肥料使用；使用前对区域地表土的微量成分进行检测，缺乏氮元素则在该区域地表土中扩繁固氮菌，从而利用固氮菌进行固氮处理，缺乏钾元素则补充含钾元素的灌溉水，缺乏的磷元素通过浇灌蓝藻液混合水来增加磷元素含量，或者通过从蓝藻液中提取磷元素制成生物化肥使用；

一种基于蓝藻、污泥与生物炭的土壤修复材料一站式制备方法，其步骤如下：

制备蓝藻液：

根据当地风向在下风向的藻类水华富集区岸边构建固定收藻设施；然后通过水泵将富藻水提升到水力空化破壁装置，对蓝藻进行破壁处理，最终得到破壁蓝藻液，破壁过程杀死蓝藻中夹杂的大量的微生物大幅的降低蓝藻的含水率而且还可以有效的去除蓝藻中的微囊藻毒素以及蓝藻所产生的臭味，使蓝藻液富含磷元素；

收集沼渣给入费炉进行高温热分解：

将沼渣给入费炉进行脱水生成污泥，然后再进行降解；脱水污泥在温度200-350℃下进行初级降解，通过释放CO

混合蓝藻液和生物炭：

将经过水力空化破壁后的蓝藻液喷淋在有沼渣制成的生物碳上，由于生物炭具有表面积大、表面结构空隙发达以及丰富的表面活性官能团等特性，因此蓝藻液中有利于植物生长发育的营养元素被吸附在生物炭表面，之后将喷淋过蓝藻液的生物碳与经过水力空化作用处理过的喷水织机污泥进行混合，制作成为一种基于蓝藻、喷水织机污泥与生物炭的土壤修复材料。

进一步，污泥热解过程中，加热在150℃-400℃的初始阶段，所有的可生物降解有机物都发生了挥发，加热在400℃-550℃时，不可生物降解有机物也发生了挥发；沼渣热解制得的生物炭质量因工艺参数、热解方式(慢热、快热)、沼渣质量、压力、吸附剂粒径以及加热速度的不同而不同，最终由马费炉进行高温分解制备成生物炭。

进一步，经过水力空化作用处理过的喷水织机污泥的制备过程：将喷水织机污泥给入水力空化装置处理，空化温度为线性升温到60℃并持续240s，降低8％-15％的污泥含水率，同时消杀喷水织机污泥中包含的细菌、寄生虫、病毒细胞：当空化发生温度为50～55℃时,细菌数量迅速减少；当空化发生温度达为60℃时,时间大于240s，杀菌率为100％。

进一步，固定收藻设施为：设置在藻类富集区睡眠上设置的橡胶浮体和不透水的尼龙布制成的浮式围栏，浮式围栏在水下呈喇叭口形，并在喇叭口底部设有吸藻槽，对蓝藻进行收集。

进一步，收集经过喷淋生物炭之后流出的水力空化破壁蓝藻液，将收集到水力空化破壁蓝藻液进一步的回流到水力空化装置中与待水利空化的新给入的蓝藻混合，继续进行水力空化，从而使污水不外排，达到循环再利用的目的。

进一步，土壤修复材料喷洒改良前的土壤性质TN为440-460mg/kg，TP为330-350mg/kg,pH为8.5-9.5，SOC为3-4g/kg，C/N为7.8-8.5进行改良，改良后的土壤性质：TN为2200-2500mg/kg，TP为1200-1600mg/kg,pH为7.3-7.7，SOC为20-25g/kg，C/N为6.5-7.2。

有益效果：①通过水力空化破壁设备杀死大多数的微生物并破坏其细胞壁，并大幅度的降低蓝藻含水率及提高蓝藻的可生化降解性；②通过水力空化破壁处理后的蓝藻，不仅可以有效的去除蓝藻中的微囊藻毒素，而且还能够去除蓝藻产生的臭味；③将经过水力空化破壁处理后的破壁蓝藻液，含有丰富的N、P元素，而磷元素是以矿物循环为主，一旦磷元素进入湖泊、河流之后就无法去除，所以只有对蓝藻进行异位处理，将其运输到所在流域之外，才能够有效的去除该流域中磷元素的含量。而我国西北地区表土肥力不足，缺乏氮、磷、钾等微生物和植物生长发育的营养元素，其中的氮、钾元素的缺乏都比较容易解决，缺乏氮元素可以对固氮菌进行扩繁，从而利用固氮菌进行固氮处理从而解决缺乏氮元素的问题，缺乏钾元素，则因钾可溶于水，所以可以跟随水流进入土壤来解决缺乏氮元素的问题，而缺乏的磷元素我们就可以将蓝藻中含有大量的磷元素在此进行异位处理，既解决了蓝藻爆发流域中磷含量过多的问题，又解决了西北地区土壤缺乏磷元素的问题；④可以将具有恶臭气味的沼渣制备成为生物炭，不仅可以作为植物生长发育所需营养元素的吸附剂，而且也将恶臭沼渣进行了资源化处理；⑤将喷水织机污泥进行水力空化处理，从而能够有效的去除喷水织机污泥中的全氟化合物，最终剩下细粒状的矿物质，为下一步的土壤修复材料的制备提供了材料，也对喷水织机污泥进行了资源化处理。⑥水力空化破壁处理后的蓝藻液与喷水织机污泥和生物炭结合制备一种土壤修复材料，改善土壤条件，为植物的生长发育提供条件，从而达到蓝藻资源化利用的目的。

附图说明

图1是本发明基于蓝藻、污泥与生物炭的土壤修复材料一站式制备方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步说明：

如图1所示，本发明的基于蓝藻、污泥与生物炭的土壤修复材料一站式制备方法：

①通过水力空化破壁设备杀死大多数的微生物并破坏其细胞壁，并大幅度的降低蓝藻含水率及提高蓝藻的可生化降解性；

②通过水力空化破壁处理后的蓝藻，不仅可以有效的去除蓝藻中的微囊藻毒素，而且还能够去除蓝藻产生的臭味；

③将经过水力空化破壁处理后的破壁蓝藻液，含有丰富的N、P元素，而磷元素在环境中是以矿物循环为主，一旦磷元素进入湖泊、河流之后就无法去除，所以只有对蓝藻进行异位处理，将其运输到所在流域之外，才能够有效的去除该流域中磷元素的含量。而我国西北地区表土肥力不足，缺乏氮、磷、钾等微生物和植物生长发育的营养元素，其中的氮、钾元素的缺乏都比较容易解决，缺乏氮元素可以对固氮菌进行扩繁，从而利用固氮菌进行固氮处理，缺乏钾元素，因为钾可溶于水，所以可以随水流进入土壤，而缺乏的磷元素我们就可以将蓝藻中含有大量的磷元素在此进行异位处理，既解决了蓝藻爆发流域中磷含量过多的问题，又解决了西北地区土壤缺乏磷元素的问题；

④可以将具有恶臭气味的沼渣制备成为生物炭，不仅可以作为植物生长发育所需营养元素的吸附剂，而且也将恶臭沼渣进行了资源化处理；

⑤将喷水织机污泥进行水力空化处理，从而能够有效的去除喷水织机污泥中的全氟化合物，最终剩下细粒状的矿物质，为下一步的土壤修复材料的制备提供了材料，也对喷水织机污泥进行了资源化处理。

⑥水力空化破壁处理后的蓝藻液与喷水织机污泥和生物炭结合制备一种土壤修复材料，改善土壤条件，为植物的生长发育提供条件，从而达到蓝藻资源化利用的目的。。

实施例一、

本发明的基于蓝藻、喷水织机污泥与生物炭的土壤修复材料制备方法，步骤为：

首先根据当地风向，在下风向的藻类水华富集区岸边构建固定收藻设施。为获得较高浓度的富藻水，于藻类富集区拉一条用橡胶浮体和不透水的尼龙布制成的浮式围栏，使蓝藻水华按风向自然涌入集藻围栏内。在集藻围栏圈成的喇叭口形集藻区底端设置一个吸藻槽(或盘)，对蓝藻进行收集。

其次通过水泵将富藻水提升到水力空化破壁装置，对蓝藻进行破壁处理，最终得到破壁蓝藻，水力空化破壁效率可达到90％以上，可降低8％-15％的含水率，由于经过水力空化处理后的蓝藻，不仅能够杀死大量的微生物、大幅的降低蓝藻的含水率而且还可以有效的去除蓝藻中的微囊藻毒素以及蓝藻所产生的臭味，并可以提供大量的磷元素，所以可以对破壁后的蓝藻进行资源化处理。

将沼渣进行收集然后通过马费炉进行高温热分解，首先在平均温度200℃下脱水，然后释放水，然后降解。在初始阶段，脱水污泥在平均温度200-350℃下进行初级降解，通过释放CO

然后将经过水力空化破壁后的蓝藻液喷淋在有沼渣制成的生物碳上，由于生物炭具有表面积大、表面结构空隙发达以及丰富的表面活性官能团等特性，所以可以将蓝藻中对于植物生长发育有促进作用的营养元素如：氮、磷等被吸附在生物炭表面，接着将经过水力空化破壁蓝藻喷淋过的生物炭与经过水力空化作用处理过的喷水织机污泥进行混合，最终加工制作成为一种基于蓝藻、喷水织机污泥与生物炭的土壤修复材料。喷水织机污泥经过水力空化装置之后，可降低8％-15％的污泥含水率，能够消杀各类细菌、寄生虫、病毒细胞：当空化发生温度为50～55℃时,细菌数量迅速减少；当空化发生温度达为60℃时,杀菌率为100％。并且随着空化时间的增加(0～240s)，细菌的数量呈线性减少；当空化时间大于240s，杀菌率为100％。对于经过喷淋生物炭之后的水力空化破壁蓝藻液，我们将其收集起来，并进一步的回流到水力空化装置中与收集到的蓝藻混合，继续进行水力空化，然后经过水力空化破壁后的液体再次喷淋到生物碳上，从而使系统中的污水不外排，达到循环再利用的目的。

最终被制成的土壤修复材料可以用于改良西北地区土壤的团聚体结构，改善土壤的功能，最终达到提高土壤肥力，为生物的生长发育提供良好的生长条件的作用。改良前的土壤性质TN为440-460mg/kg，TP为330-350mg/kg,pH为8.5-9.5，SOC为3-4g/kg，C/N为7.8-8.5。改良后的土壤性质：TN为2200-2500mg/kg，TP为1200-1600mg/kg,pH为7.3-7.7，SOC为20-25g/kg，C/N为6.5-7.2。