CN113319110B - 一种酒精废醪液喷淋修复重金属污染土壤及增肥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种酒精废醪液喷淋修复重金属污染土壤及增肥的方法，所述方法利用富含多种有机成分的酒精废醪液通过喷淋方式改良重金属污染土壤，其步骤包括酒精废醪液与土壤的喷淋处理，固态厌氧发酵处理及土壤pH值调节处理。本发明方法操作及工艺流程简单，实用价值高，成本低，充分利用了固体废弃物，实现了废弃物资源化利用，解决了酒精废醪液的环境污染问题，达到了以废治废的目的，同时有效的脱除了土壤中的重金属并为土壤提供肥力，防止害虫侵蚀，实现了土壤化及植被复垦。
Description
技术领域
本发明属于土壤改良技术领域，具体涉及一种利用酒精废醪液喷淋修复重金属污染土壤及增加肥力的方法。
背景技术
糖蜜酒精废醪液是由糖厂制蔗糖副产品糖蜜经发酵得到的，每生产一吨酒精就会产生13~15吨废醪液，是蔗糖工业最严重的排污源之一。它是污染物浓度较高的酸性有机废水，处理投资大、难度高、直接排放会造成水体富营养化而且破坏水体生态平衡。同时，废醪液中含有大量的蛋白质、脂肪、糖类、纤维素等有机物，也有较多的N、P、K、有机质和氨基酸等营养物质，可改变土壤的理化性质，提高土壤肥力，促进农作物生长，可作为较好的肥料。目前国内外对废醪液的处理方式主要为农灌法、发酵法、PSB生化法和燃烧法等，其中农灌法可增加土壤肥力，是一种资源化利用的方法且能节约处理成本。
土壤修复技术包括物理修复、化学修复和生物修复，其中化学淋洗法是去除重金属污染较有效方法之一。传统的土壤淋洗剂一般为有机/无机酸淋洗剂、络合淋洗剂、表面活性剂等，其成本较高，用酒精废醪液替代传统的有机酸淋洗剂具有可行性，经济成本低，且能充分利用固体废弃物，达到以废治废的目的。
CN 102503594 A公开了一种利用糖厂酒精废醪液生产高浓度有机肥料的方法。此方法操作简单、废醪液处理成本低，不会产生二次污染，但所用的蒸发器需8~24小时清洗一次，增加了运行成本。为此，研制开发一种制糖副产物既能淋洗重金属污染土壤又能增加土壤肥力的土壤改良剂是极其重要的。本发明不仅工艺及操作简单，节省成本，还能以废治废，实现废弃物资源化利用，解决废醪液的处理难点，减少环境容量，避免环境污染。
发明内容
本发明在于提供一种酒精废醪液喷淋修复重金属污染土壤及增肥的方法。
本发明是这样实现的，包括以下步骤：
S1、就地挖取部分受重金属污染的土壤，取样深度为0~20cm，土样经自然风干后，剔除土壤中的杂物、砾石，再过2mm的尼龙筛，得到待处理土壤；
S2、回收糖厂产生的酒精废醪液，将酒精废醪液直接喷洒到待处理土壤中，使待处理土壤与酒精废醪液实现固液分离，待处理土壤通过酒精废醪液淋洗实现脱毒；
S3、向S2步骤脱毒后的土壤中加入蔗糖分解酶，用薄膜密封进行固态厌氧发酵反应；
S4、向S3步骤反应后的土壤中加入碱性物质，混合搅拌均匀，调节pH值在6.5~7.5之间，并将土壤自然阴干，即可。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1、本发明采用糖厂副产品酒精废醪液作为酸性淋洗剂可以有效淋洗出土壤中的重金属，降低土壤重金属并改变土壤的理化性质，酒精废醪液中的废渣可进行固态厌氧发酵反应，提高土壤肥力，既实现了土壤污染修复，又达到了以废治废目的。
2、本发明由于酒精废醪液中的糖分过高易导致土壤板结，因此加入蔗糖分解酶可使糖分分解为葡萄糖等，在土壤微生物的作用下，为植物生长提供营养物质。
3、本发明工艺简单，所用原料为制糖工业中的废弃物，实现了资源化利用且成本低、减少了企业排工业废水的经济负担，为制糖企业带来一定的经济效益。
附图说明
图1为本发明的装置示意图。
图中：1-进料器，2-喷淋装置，3-重金属污染土壤，4-翻转搅拌器，5-孔隙板，6-淋洗液承接装置，7-分解酶进料器，8-发酵桶，9-碱性物质进料器，10-搅拌装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换，均落入本发明保护范围。
本发明酒精废醪液喷淋修复重金属污染土壤增加肥力的方法，包括以下步骤：
S1、就地挖取部分受重金属污染的土壤，取样深度为0~20cm，土样经自然风干后，剔除土壤中的杂物、砾石，再过2mm的尼龙筛，得到待处理土壤；
S2、回收糖厂产生的酒精废醪液，将酒精废醪液直接喷洒到待处理土壤中，使待处理土壤与酒精废醪液实现固液分离，待处理土壤通过酒精废醪液淋洗实现脱毒；
S3、向S2步骤脱毒后的土壤中加入蔗糖分解酶，用薄膜密封进行固态厌氧发酵反应；
S4、向S3步骤反应后的土壤中加入碱性物质，混合搅拌均匀，调节pH值在6.5~7.5之间，并将土壤自然阴干，即可。
优选地，所述的废渣主要是木薯皮、甘蔗渣、根茎的一种或多种粗纤维。
优选地，S2步骤酒精废醪液与土壤的液固比为1：10~60，喷淋流速为5mL·min-1。
优选地，S3步骤中蔗糖分解酶为蔗糖合成酶、细胞质转化酶、液泡转化酶、细胞壁转化酶其中的一种或多种。
优选地，S3步骤中固态发酵反应中的蔗糖分解酶、废渣、淋洗后的土壤按质量比1~2：0.1~1：1搅拌均匀。
优选地，S3步骤中的固态厌氧发酵反应是在直径为35cm，高40cm的塑料桶，并再加封高阻隔性薄膜，确保严格厌氧环境。发酵温度为25~30℃，发酵时间为20~25天。
优选地，S4步骤中碱性物质为熟石灰、硅酸钙、硅酸钙镁和碳酸钙其中的一种或多种，投加量为25g/kg。
优选地，S4步骤中自然阴干后的土壤水分不少于20%。
一种酒精废醪液喷淋法修复重金属污染土壤及增肥的装置，包括进料器1，喷淋装置2，淋洗液承接装置6，分解酶进料器7，发酵桶8，碱性物质进料器9，搅拌装置10，所述进料器1连接喷淋装置2上部设置的喷淋头，所述喷淋装置2下部依次设置有翻转搅拌器4和孔隙板5，所述分解酶进料器7设置在发酵桶8上，所述碱性物质进料器9设置在搅拌装置10上，所述喷淋装置2底部下方连接淋洗液承接装置6。
本装置的工作原理和工作过程：本发明利用酒精废醪液的滤液作为土壤淋洗剂与受重金属污染土壤中的重金属作用，形成溶解性的重金属离子或金属络合物，从而使重金属污染的土壤能降低毒性，以减少对环境的危害。本发明装置酒精废醪液经进料器1进入到喷淋装置2，通过喷淋头喷洒到喷淋装置内的重金属污染土壤3上，另装置内设有翻转搅拌器4，可使重金属污染土壤3与酒精废醪液充分混合均匀，再通过孔隙板5使重金属污染土壤3与酒精废醪液分离，并用淋洗液承接桶6收集混合完成后的废液，同时淋洗后的土壤（其中含有酒精废醪液中的固体废渣）与蔗糖分解酶在发酵桶8进行固态厌氧发酵处理，发酵处理完成后，通过碱性物质进料器9加入碱性物质，使发酵完成的土壤再与碱性物质共同进入搅拌装置10中，充分混合均匀，即完成了重金属污染土壤脱毒增肥。
下面结合实施例1~实施例8，对本发明作进一步说明。
实施例1
酒精废醪液喷淋修复重金属污染土壤及增肥的方法，包括以下步骤：
S1、就地挖取部分受重金属污染的土壤，取样深度为0~20cm，土样经自然风干后，剔除土壤中的杂物、砾石，再过2mm的尼龙筛，得到待处理土壤；
S2、回收糖厂产生的酒精废醪液，酒精废醪液与S1步骤中的待处理土壤按液固比1：10，淋洗流速为5mL·min-1，直接喷洒到待处理土壤中，使待处理土壤与酒精废醪液实现固液分离，待处理土壤通过酒精废醪液淋洗实现脱毒；
S3、向S2步骤脱毒后的土壤中加入蔗糖分解酶、废渣、淋洗后的土壤按质量比1：0.1：1，用薄膜密封进行固态厌氧发酵反应；
S4、向S3步骤反应后的土壤中加入碱性物质，投加量为25g/kg，混合搅拌均匀，调节pH值在6.5~7.5之间，并将土壤自然阴干，土壤水分不少于20%，即可。
实施例2
S1、就地挖取部分受重金属污染的土壤，取样深度为0~20cm，土样经自然风干后，剔除土壤中的杂物、砾石，再过2mm的尼龙筛，得到待处理土壤；
S2、回收糖厂产生的酒精废醪液，酒精废醪液与S1步骤中的待处理土壤按液固比1：20，淋洗流速为5mL·min-1，直接喷洒到待处理土壤中，使待处理土壤与酒精废醪液实现固液分离，待处理土壤通过酒精废醪液淋洗实现脱毒；
S3、向S2步骤脱毒后的土壤中加入蔗糖分解酶、废渣、淋洗后的土壤按质量比1：0.2：1，用薄膜密封进行固态厌氧发酵反应；
S4、向S3步骤反应后的土壤中加入碱性物质，投加量为25g/kg，混合搅拌均匀，调节pH值在6.5~7.5之间，并将土壤自然阴干，土壤水分不少于20%，即可。
实施例3
S1、就地挖取部分受重金属污染的土壤，取样深度为0~20cm，土样经自然风干后，剔除土壤中的杂物、砾石，再过2mm的尼龙筛，得到待处理土壤；
S2、回收糖厂产生的酒精废醪液，酒精废醪液与S1步骤中的待处理土壤按液固比1：30，淋洗流速为5mL·min-1，直接喷洒到待处理土壤中，使待处理土壤与酒精废醪液实现固液分离，待处理土壤通过酒精废醪液淋洗实现脱毒；
S3、向S2步骤脱毒后的土壤中加入蔗糖分解酶、废渣、淋洗后的土壤按质量比1.2：0.3：1，用薄膜密封进行固态厌氧发酵反应；
S4、向S3步骤反应后的土壤中加入碱性物质，投加量为25g/kg，混合搅拌均匀，调节pH值在6.5~7.5之间，并将土壤自然阴干，土壤水分不少于20%，即可。
实施例4
S1、就地挖取部分受重金属污染的土壤，取样深度为0~20cm，土样经自然风干后，剔除土壤中的杂物、砾石，再过2mm的尼龙筛，得到待处理土壤；
S2、回收糖厂产生的酒精废醪液，酒精废醪液与S1步骤中的待处理土壤按液固比1：40，淋洗流速为5mL·min-1，直接喷洒到待处理土壤中，使待处理土壤与酒精废醪液实现固液分离，待处理土壤通过酒精废醪液淋洗实现脱毒；
S3、向S2步骤脱毒后的土壤中加入蔗糖分解酶、废渣、淋洗后的土壤按质量比1.4：0.4：1，用薄膜密封进行固态厌氧发酵反应；
S4、向S3步骤反应后的土壤中加入碱性物质，投加量为25g/kg，混合搅拌均匀，调节pH值在6.5~7.5之间，并将土壤自然阴干，土壤水分不少于20%，即可。
实施例5
S1、就地挖取部分受重金属污染的土壤，取样深度为0~20cm，土样经自然风干后，剔除土壤中的杂物、砾石，再过2mm的尼龙筛，得到待处理土壤；
S2、回收糖厂产生的酒精废醪液，酒精废醪液与S1步骤中的待处理土壤按液固比1：50，淋洗流速为5mL·min-1，直接喷洒到待处理土壤中，使待处理土壤与酒精废醪液实现固液分离，待处理土壤通过酒精废醪液淋洗实现脱毒；
S3、向S2步骤脱毒后的土壤中加入蔗糖分解酶、废渣、淋洗后的土壤按质量比1.6：0.5：1，用薄膜密封进行固态厌氧发酵反应；
S4、向S3步骤反应后的土壤中加入碱性物质，投加量为25g/kg，混合搅拌均匀，调节pH值在6.5~7.5之间，并将土壤自然阴干，土壤水分不少于20%，即可。
实施例6
S1、就地挖取部分受重金属污染的土壤，取样深度为0~20cm，土样经自然风干后，剔除土壤中的杂物、砾石，再过2mm的尼龙筛，得到待处理土壤；
S2、回收糖厂产生的酒精废醪液，酒精废醪液与S1步骤中的待处理土壤按液固比1：60，淋洗流速为5mL·min-1，直接喷洒到待处理土壤中，使待处理土壤与酒精废醪液实现固液分离，待处理土壤通过酒精废醪液淋洗实现脱毒；
S3、向S2步骤脱毒后的土壤中加入蔗糖分解酶、废渣、淋洗后的土壤按质量比1.8：0.6：1，用薄膜密封进行固态厌氧发酵反应；
S4、向S3步骤反应后的土壤中加入碱性物质，投加量为25g/kg，混合搅拌均匀，调节pH值在6.5~7.5之间，并将土壤自然阴干，土壤水分不少于20%，即可。
实施例7
S1、就地挖取部分受重金属污染的土壤，取样深度为0~20cm，土样经自然风干后，剔除土壤中的杂物、砾石，再过2mm的尼龙筛，得到待处理土壤；
S2、回收糖厂产生的酒精废醪液，酒精废醪液与S1步骤中的待处理土壤按液固比1：60，淋洗流速为5mL·min-1，直接喷洒到待处理土壤中，使待处理土壤与酒精废醪液实现固液分离，待处理土壤通过酒精废醪液淋洗实现脱毒；
S3、向S2步骤脱毒后的土壤中加入蔗糖分解酶、废渣、淋洗后的土壤按质量比2：0.8：1，用薄膜密封进行固态厌氧发酵反应；
S4、向S3步骤反应后的土壤中加入碱性物质，投加量为25g/kg，混合搅拌均匀，调节pH值在6.5~7.5之间，并将土壤自然阴干，土壤水分不少于20%，即可。
实施例8
S1、就地挖取部分受重金属污染的土壤，取样深度为0~20cm，土样经自然风干后，剔除土壤中的杂物、砾石，再过2mm的尼龙筛，得到待处理土壤；
S2、回收糖厂产生的酒精废醪液，酒精废醪液与S1步骤中的待处理土壤按液固比1：60，淋洗流速为5mL·min-1，直接喷洒到待处理土壤中，使待处理土壤与酒精废醪液实现固液分离，待处理土壤通过酒精废醪液淋洗实现脱毒；
S3、向S2步骤脱毒后的土壤中加入蔗糖分解酶、废渣、淋洗后的土壤按质量比2：1：1，用薄膜密封进行固态厌氧发酵反应；
S4、向S3步骤反应后的土壤中加入碱性物质，投加量为25g/kg，混合搅拌均匀，调节pH值在6.5~7.5之间，并将土壤自然阴干，土壤水分不少于20%，即可。
实施例9：酒精废醪液修复重金属污染土壤效果
按实施例1~实施例8的酒精废醪液喷淋修复重金属污染土壤及增肥的方法
按常规方法对每一组实施例的土壤重金属去除效果、改良后土壤肥力效果以及改良后土壤对植株的影响。结果见表1、表2；
表1 土壤重金属去除效果
表2 改良后土壤肥力效果
由表1、表2可知，本发明采用酒精废醪液喷淋修复重金属污染土壤，其重金属去除率最高可达80%左右。本发明还能降低土壤容重，增加土壤肥力，提高有机质含量，为农田重金属污染土壤回田提供依据。
Claims (8)
1.一种酒精废醪液喷淋修复重金属污染土壤及增肥的方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、就地挖取部分受重金属污染的土壤，取样深度为0~20cm，土样经自然风干后，剔除土壤中的杂物、砾石，再过2mm的尼龙筛，得到待处理土壤；
S2、回收糖厂产生的酒精废醪液，将酒精废醪液直接喷洒到待处理土壤中，使待处理土壤与酒精废醪液实现固液分离，待处理土壤通过酒精废醪液淋洗实现脱毒；
S3、向S2步骤脱毒后的土壤中加入蔗糖分解酶，用薄膜密封进行固态厌氧发酵反应；所述固态厌氧发酵反应是在直径为35cm，高40cm的塑料桶，并再加封高阻隔性薄膜，确保严格厌氧环境；发酵温度为25~35℃，发酵时间为20~25天；
S4、向S3步骤反应后的土壤中加入碱性物质，混合搅拌均匀，调节pH值在6.5~7.5之间，并将土壤自然阴干，即可。
2.根据权利要求1所述的酒精废醪液喷淋修复重金属污染土壤及增肥的方法，其特征在于S2步骤中所述酒精废醪液的pH值在4.0~4.8之间，COD在100000~130000mg/L，BOD为57000~67000mg/L，SS为10.8~82.4mg/L。
3.根据权利要求1所述的酒精废醪液喷淋修复重金属污染土壤及增肥的方法，其特征在于S2步骤土壤与酒精废醪液的液固比为1：10~60，喷淋流速为5mL·min-1。
4.根据权利要求1所述的酒精废醪液喷淋修复重金属污染土壤及增肥的方法，其特征在于S3步骤中蔗糖分解酶为蔗糖合成酶、细胞质转化酶、液泡转化酶、细胞壁转化酶其中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的酒精废醪液喷淋修复重金属污染土壤及增肥的方法，其特征在于所述酒精废醪液中包含有废渣，所述废渣主要是木薯皮、甘蔗渣、根茎的一种或多种粗纤维；所述S3步骤中固态厌氧发酵反应中的蔗糖分解酶、废渣、淋洗后的土壤按质量比1~2：0.1~1：1搅拌均匀。
6.根据权利要求1所述的酒精废醪液喷淋修复重金属污染土壤及增肥的方法，其特征在于S4步骤中碱性物质为熟石灰、硅酸钙、硅酸钙镁和碳酸钙其中的一种或多种，投加量为25g/kg。
7.根据权利要求1所述的酒精废醪液喷淋修复重金属污染土壤及增肥的方法，其特征在于S4步骤中自然阴干后的土壤水分不少于20%。
8.一种根据权利要求1-7任一所述的酒精废醪液喷淋修复重金属污染土壤及增肥的装置，其特征在于包括进料器（1），喷淋装置（2），淋洗液承接装置（6），分解酶进料器（7），发酵桶（8），碱性物质进料器（9），搅拌装置（10），所述进料器（1）连接喷淋装置（2）上部设置的喷淋头，所述喷淋装置（2）下部依次设置有翻转搅拌器（4）和孔隙板（5），所述分解酶进料器（7）设置在发酵桶（8）上，所述碱性物质进料器（9）设置在搅拌装置（10）上，所述喷淋装置（2）底部下方连接淋洗液承接装置（6）。
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