一种有机固体废弃物为原料的土壤修复剂、其制备方法和用途

技术领域

本发明属于土壤修复技术领域，具体涉及一种有机固体废弃物为原料的土壤修复剂制备方法和用途。

背景技术

餐厨垃圾是餐饮垃圾和厨余垃圾的统称，餐饮垃圾是指饭店、食堂等餐饮场，所产生的饮食剩余物以及在食品的制作、加工过程中产生的肉类、果蔬类、油类、面类等废弃物;厨余垃圾是指家庭日常生活中产生的容易腐烂的有机垃圾，包括烹饪过程中产生的食物边角料、日常生活中产生的瓜果皮和剩菜剩饭等。餐厨垃圾中含有的大量易被微生物降解的有机质，同时其富含氮、磷、钾等营养元素，是一种宝贵的可再生资源，然而餐厨垃圾还存在高含水率、极易腐烂发臭等性质，容易滋生病原微生物，若处理不当则会污染空气和土壤，影响人们的生活，危害人们的身体健康。因此，餐厨垃圾无害化、资源化处理是建设资源节约与环境友好型社会的必然要求。目前城市生活垃圾的处理方式主要有填埋和焚烧两种，然而这些餐厨垃圾的处理方式都存在不足之处，最主要的没有将生活垃圾中的有机固体废弃物资源化利用。厌氧消化不仅可以作为一种餐厨垃圾减量化、无害化的处理方法，还能产生清洁能源气体，沼气。然而与此同时，日益增多的厌氧消化工程产生了大量的厌氧消化残余物，即沼渣。沼渣的处置已成为制约厌氧消化工程发展的原因之一。沼渣中含有餐厨垃圾厌氧消化后残留的有机质，并且富含氮、磷、钾等营养元素和腐殖质，具有作为有机肥的潜力，但由于沼渣存在病原微生物、恶臭、高含水率等特点，并不适用于土地的直接利用。需要通过好氧堆肥后制作成有机肥料，好氧堆肥能够杀灭沼渣中的病原微生物,去除沼渣的恶臭,降低沼渣含水率，富集沼渣中的营养元素,从而达到无害化、资源化的目的。另一方面，自垃圾分类实施以来，厨余垃圾的处理成为了各大城市的一大难题。将厨余垃圾制备成厨余堆肥不仅可以实现垃圾的减量化更可以促进资源的循环利用有助于建设“无废城市”。厨余垃圾与传统有机堆肥的材料相比，厨余垃圾含有较少的重金属，这就保证了堆肥最终产品的安全性。比起其他废弃物往往含有更高的养分，尤其是氮和有机碳。这些特点均有助于提高餐厨垃圾堆肥在土壤改良方面的效果。

随着石油化工工业的快速发展，石油勘探、生产、储存、运输和泄漏事故造成的土壤污染越来越严重。石油污染会导致土壤中毒，导致土壤破坏和破坏，其毒素可通过作物进入食物链系统，最终直接危及人类。近年来，以微生物修复、植物修复和植物-微生物联合修复为代表的生物修复因其经济、彻底、环保等优点正成为石油污染土壤的主要修复方法。然而，生物修复在高浓度石油污染土壤中仍然存在微生物活性低、现场修复周期长等问题。通过生物刺激进一步提高生物活性是提高石油污染土壤生物修复能力的关键步骤。中国石油大学拥有的CN201810647739.X，提供了一种生物刺激修复石油污染土壤有机肥营养体系的构建方法，通过对7种有机肥进行基本理化性质测定分析，初步筛选出最优的2种有机肥鸡粪和牛粪来构建有机肥营养体系。将该有机肥营养体系以5%质量比投加入石油烃污染土壤，可改善土壤环境，提高土著微生物活性，进而通过有机肥生物刺激方式加速石油烃污染物的降解。中国石油化工股份有限公司所拥有的申请号为201911197508.4的中国专利申请，提供了一种石油污染土壤营养刺激联合固定化微生物原位修复方法，其利用土著微生物，通过外界改善土壤条件，促进土著菌增殖，达到修复土壤的目的。该方法涉及到营养体系构建、固定化微生物。是以特定的有机肥和土著菌作为土壤修复剂降解退役井场周围石油污染土壤中的石油烃，对石油污染土壤具有较好的修复效果。实验结果表明，在相同的实验条件下，鸡粪和牛粪复配质量比2.8：1，添加固定化微生物（10%）的土壤中，石油烃的降解率明显高于未添加的土壤，土壤肥力明显提高。与传统的原位修复和生物法相比，营养刺激联合固定化微生物修复退役井场石油污染土壤无二次污染，具有更加高效、更加绿色经济等优点。但上述方案均未涉及到厨余垃圾的应用和处理。本申请在于将城市餐厨垃圾通过好氧堆肥技术转化为土壤修复剂，用于石油污染土壤的修复，将其变废为宝。不仅解决了有机垃圾资源化的问题，也同时处理了环境污染问题，具有重要的意义。相关内容尚无文献公开。

发明内容

发明目的：为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种有机固体废弃物为原料的土壤修复剂、其制备方法和用途，利用有机垃圾制备修复石油污染土壤修复剂，利用城市垃圾中丰富的蛋白质、多糖等有机质，通过控制堆肥工艺，来优化腐殖酸形成的结构，从而提高微生物氧化石油烃的电子传递速率和酶活性，最终来达到增强土壤中石油的生物降解速率，实现石油污染土壤修复的作用。

为了解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：

一种有机固体废弃物为原料的土壤修复剂，是以有机固体废弃物和辅料按1 :1的比例混合均匀后，添加石油降解菌，经过高温好氧发酵后所得；

所述的有机固体废弃物含水率在65%左右（50w%～65w%），包括经部分破碎的厨余垃圾，以及部分餐厨垃圾经厌氧发酵15-20天后所得的沼渣；其中，沼渣经过厌氧发酵，含有具有丰富的氮、磷、钾营养素以及丰富的蛋白质、腐殖酸，有利于微生物的生长，从而更好的将固体废弃物腐殖化。而沼渣本身，微生物可用的碳源较少，这是它的缺点。因此，有机固体废弃物采用厨余垃圾和沼渣混合物，添加厨余垃圾可以提供腐熟微生物生长所需的碳源，弥补沼渣这个缺点，有利于最后的堆肥，得到富含腐殖酸的土壤修复剂。

所述的辅料为农作物秸秆，经破碎后使用。

沼渣、厨余垃圾和辅料的质量比为1～3 :1～3 :1。

上述有机固体废弃物为原料的土壤修复剂，用于石油污染土壤修复的用途。其原理是基于所得土壤修复剂中，含有高含量的芳香性和醌类的腐殖酸促进石油的降解而实现的，土壤修复剂的施用量为10g/kg～50g/kg，使用时将土壤修复剂按比例和石油污染土壤混合，每2-3天翻土一次，反应35天，定期加水保持土壤湿度在25%-30%，温度在20-35℃。

上述有机固体废弃物为原料的土壤修复剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）将部分厨余垃圾压榨破碎至粒径在1-6cm，含水率在65w%-75 w%；将部分餐厨垃圾厌氧发酵后，脱水至50w%-60 w%得到沼渣；将压榨破碎的厨余垃圾和沼渣混合，得到有机固体废弃物；

（2）将秸秆、木屑、园林垃圾，经破碎后作为辅料使用；

（3）将步骤（1）得到的有机固体废弃物和步骤（2）的辅料混合均匀，然后再加入腐熟菌剂，调节整体含水率在50w%～65w%，搅拌均匀；

腐熟菌剂添加量为有机固体废弃物和辅料整体质量的1‰～5‰；

（4）高温好氧发酵：堆体高度在0.5～1米，开始发酵，当温度升到55℃后，进行翻堆，每天翻堆一次，最终堆肥7～40天后；过筛：较佳地，发酵天数为28天；

（5）将高温好氧发酵后的物料过筛后得到土壤修复剂，测定土壤修复剂中腐殖酸性质，主要测定土壤修复剂提取液在紫外SUVA254、SUVA268、SUVA330和SUVA475中的吸光值，分别对应分芳香性、对苯醌、小分子醌、蒽醌和菲醌。

有益效果：本发明通过将有机垃圾进行高温好氧发酵，利用垃圾中丰富的蛋白质、多糖等易于利用的营养物质，通过调控发酵时间，得到富含腐殖酸的土壤修复剂。利用腐殖酸中的功能基团来促进微生物氧化石油烃中多环物质的速率，其中的营养成分来提高微生物的酶活性，在使得有机垃圾无害化、减量化的同时，打通其资源化的途径，在资源化有机垃圾的同时，达到去除污染物的目的，真正做到以废治废。

附图说明

图1 为不同堆肥时间产物的腐殖质变化曲线；

图2为不同堆肥时间产物对土壤中的石油烃降解效果图；

图3不同堆肥时间产物对石油烃土壤中脱氢酶活性影响；

图4为土壤修复剂不同添加量下石油烃生物降解的动力学方程 。

图5 为土壤修复剂不同添加量下对石油烃中不同组分降解的效果。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，实施例将有助于理解本发明，但是本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种有机固体废弃物为原料的土壤修复剂制备方法，包括以下步骤：

（1）有机固体废弃物为厨余垃圾，以及餐厨垃圾经厌氧发酵后的沼渣，其中厨余垃圾经压榨破碎后，粒径在2cm，含水率在70 w%。沼渣经脱水后60 w%。

（2）辅料：秸秆、木屑、园林垃圾，经破碎后作为辅料使用；

（3）将破碎后的厨余垃圾、脱水后的沼渣以及辅料按1 :1 :1比例混合均匀，然后再加入一定2‰的腐熟菌剂，调节含水率在65w%，堆体高度在0.5米；

（4）高温好氧发酵：搅拌均匀后开始发酵，当温度升到55℃后，进行翻堆，每天翻堆一次，最终堆肥分别0、7、14、21、28、35天后，获得土壤修复剂。

（5）过筛：将高温好氧发酵后的物料过1cm的筛网后得到土壤修复剂；

（6）测定土壤修复剂中腐殖酸性质，主要是紫外SUVA

实施例2

所述的石油土壤修复实验是在花盆中进行，土壤修复剂按50g/kg的比例和石油污染土壤混合后，每2-3天进行翻土一次，反应35天，定期加水保持土壤湿度在25%，温度在25℃。最终测定石油烃中在土壤的去除效率和相应的酶活性，并以不加土壤修复剂的作为对照组CK，其中石油烃初始浓度为15g/kg。

不同堆肥时间下的腐殖酸含量进行了测定，结果如图1所示。特定紫外吸光度值SUVA

在第35天（图2），在CK组的石油降解效率为41.13±0.05 %。而加入土壤修复剂的实验组，石油烃去除率都有所增加，0、7、14、21、28和35天堆肥组的石油降解效率，分别达到了55.66 ± 2.51%、59.81±0.01 %、60.51±1.63 %、75.52±0.76 %、79.82±1.03 %和62.48±1.47%，其中21和28天的去除率最高，而堆肥35天后，去除率反而下降。说明堆肥过程中腐殖酸结构，影响了石油烃的去除。

如图3所示，各实验组的脱氢酶活性被进一步的测定，可以看出CK组的脱氢酶活性不高，在初始时候为反应结束时只有52 IU/kg，并随着反应时间的进行，其脱氢酶活性不断的下降，而加入不同堆肥时间的土壤修复剂后，其脱氢酶活性都有不同程度的提高，并且在14天的时候，脱氢酶活性达到最高。其中堆肥21d，28d，35天的脱氢酶活性分别达到258±9IU/kg、244±2 IU/kg和237±8 IU/kg。而堆肥28d的脱氢酶活性，在反应7天的时候为171±2 IU/kg，要明显高于其他组。这可能是由于有机垃圾在堆肥28天的时候，存在更多的多酚类物质。在这些多酚类物质脱氢为醌类物质的过程中，会积累大量的脱氢酶。而这些脱氢酶利用降解土壤中的石油烃成分，从而提升了微生物降解土壤中石油烃的活性。

实施例3 土壤修复剂对石油烃的生物降解动力学的影响

表1不同试验组中TPH生物降解的动力学方程、速率常数和半衰期

如图4所示，用一阶动力学模型来预测不同剂量的土壤修复剂在污染土壤中的石油烃降解率。各组的动力学方程和35 d后的半衰期见表1。各组方程均有较高的相关系数（0.92＜R

实施例4 土壤修复剂对石油烃的生物降解动力学的影响

一般认为，长链碳氢化合物（C16-C23）和重质部分（>C23）的降解速度相对较慢，是由于其较高的疏水性导致微生物的生物利用率较低。添加土壤修复剂组后，其土壤中石油烃重馏分（C24-C39）和长链碳氢化合物（C16-C23）的降解率明显高于未添加土壤修复剂组，这些发现表明，土壤修复剂加入后有利于刺激微生物对石油烃污染土壤中的重组分（C24-C39）和长链碳氢化合物（C16-C23）的降解。此外，随着土壤修复剂用量的增加，土壤修复剂的加入可以提高微生物的活性，从而提高了各组对长链烃（C16-C23）和重质组分（C24-C39）的降解率。对于轻馏分（C10-C15），其降解率要低于重组分组的，但也是随着土壤修复剂用量的增加而增加。

综上所述，添加本发明所的土壤修复剂，会使得土壤中总石油烃降解率明显高于不添加土壤修复剂组。土壤修复剂可以促进土壤中微生物的活性，提高对长链碳氢化合物和重馏分的降解效率。当土壤修复剂用量为50g/kg时，与不添加土壤修复剂相比，CK组的生物降解率提高了35.7%。土壤修复剂可以提高长链碳氢化合物（C16-C23）和重质部分（C24-C39）的降解率，并提高微生物的活性，有利于加速土壤中石油烃的去除。

以上述本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，本领域的技术人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的更改、替换和变化等，均包含在本发明的保护范围之内。