CN115637155A - 一种用于改良盐碱地的生物碳***调理模块及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于环境污染治理技术领域的一种用于改良盐碱地的生物碳***调理模块及制备方法。该生物碳***调理模块由生物炭煅烧核心、外层水滑石结构、高效离子交换层、耐盐生物量负载物、生物半透膜、当地土壤填料、多孔培养板构成；模块包含了多套对小孔生物炭的处理控制，能够自主调理污染发生地高盐物质，流程化地对生物炭进行高效处理，可大量地用于改善高盐污染下的底层岩层渗漏污染，中层盐碱污染囤积，表层土壤、‑动植物物的复苏沃化生态***，以及上层。进而扩大高盐物质的去除效率，也具有稳定生态***的作用。该方法高效利用多种处理方式协同作用，增强去除效率，提高处理能力，且流程简单，工艺方便，***可调节性强，可模块化的进行调整，易于推广使用。
Description
技术领域
本发明属于环境污染治理技术领域，特别涉及一种用于改良盐碱地的生物碳***调理模块及制备方法。
背景技术
土壤中的盐分是作物生长必需的营养物质，但当土壤的含盐量高过0.1％,作物就会因为受到盐分的胁迫而被抑制生长。通常，我们将土壤含盐量超过0.1％的抑制植物生长的土地称为盐碱地。盐碱地按含盐量可分为轻度、中度和重度，一般轻度盐碱地的土壤含盐量为0.1-0.3％,中度盐碱地的土壤含盐量为0.3-0.6％,重度盐碱地的土壤含盐量为>0.6％。目前，治理盐碱地的方法主要有四种：物理改良、化学改良、生物改良和水利改良，其共同存在的问题是：未实现从土壤中提取盐分，只是改变了盐分的迁移规律，因此，治理效果差且反复，治理周期长，资金投入大并且会消耗大量水资源；以往通过深耕、灌排、淡水淋洗的方式降低盐碱地的盐含量，该种方式操作筒单，但改良效果差且易反复；单纯化学改良盐碱地的方法，通过盐碱地改良剂来隔离盐分以保护作物根系，该方法虽然可提高作物的成活率，但由于改良剂成份复杂，对生态环境的影响很大，且由于需要持续投入，成本较高。单纯以生物的方式改良盐碱地的方法，通过种植耐盐植物吸收盐分降低土壤含盐量，但耐盐植物育种周期较长且地域适应性差；以水利的方式改良盐碱地的方法，通过暗管或排盐池的水利方式降低土壤含盐量，此种方法投入成本高且需常年维护。上述四种改良方式均以大量消耗淡水资源为基础，而盐碱地治理区的水资源均为盐碱水，必须从其他地区调入淡水资源，从而加剧了我国淡水资源分配的矛盾。因此为克服现有处理效果易反复，改良剂成份复杂，对生态影响大，成本较高，用料复杂，周期较长，适应力低的问题。本发明提供一种用于改良盐碱地的生物碳***调理模块，通过以低消耗，直接简易的处理手段，实现多维度，多阶段的复合式处理过程，在保证去除效率的同时能够较好的解决上述的弊端，且易于制作与改装，原料简单易得，具有广泛的适用性。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于改良盐碱地的生物碳***调理模块及制备方法，其特征在于，所述用于改良盐碱地的生物碳***调理模块由生物炭煅烧核心1、外层水滑石结构2、高效离子交换层3、耐盐生物量负载物4、生物半透膜5、当地土壤填料6、多孔培养板7构成；其中在平行放置的多孔培养板7的两端固定生物半透膜5组成调理模块壳，在调理模块壳内填充当地土壤填料6；生物炭煅烧核心1由外层水滑石结构2包围，耐盐生物量负载物4分布在生物炭煅烧核心1***及分布在外层水滑石结构2中
所述耐盐生物量负载物由耐盐植物种子与耐盐微生物结合而成。
一种用于改良盐碱地的生物碳***调理模块的制备方法，其特征在于，按照如下步骤进行：
a、生物质废料在经由600℃高温绝氧煅烧4个小时后研磨成生物炭煅烧核心1；
b、将生物炭煅烧核心1与活性金属氢氧化物以2：3的比例混合后于80℃烘干24小时，其后在400℃绝氧煅烧2个小时以形成包围生物炭煅烧核心1的外层水滑石结构2；
c、将被外层水滑石结构2包围的生物炭煅烧核心1浸泡于硫酸钙和/或氯化镁的金属溶液中，在80℃烘干24小时后，形成外层高效离子交换层3以固定吸引而来的氯化钠、硝酸钠；
d、将耐盐微生物与耐盐植物种子附着在外层高效离子交换层3之间形成耐盐生物量负载物4，不仅为耐盐微生物与耐盐植物的生长提供肥力与电子交换能，同时可将吸引来自当地土壤填料6中的高盐离子，并固定于有机物体内，以最终实现去除高盐离子；
e、处于对当地生态***的保护以及进一步复苏的考虑，将包含生物炭煅烧核心1，外层水滑石结构2，高效离子交换层3，与耐盐生物量负载物4的融合进当地土壤中，形成当地土壤填料6，及制备成生物碳***调理模块；用于当地生态环境中，改良了盐碱地；不仅能帮助生物炭及其复合***在当地生态环境中的处理效果，也能帮助训练当地土壤中的本地微生物、植物和昆虫；帮助其恢复其生态***的活力。
本发明的有益效果：本发明改善了以往通过深耕、灌排、淡水淋洗以及盐碱地改良剂化学的方式来降低盐碱地的盐含量的方法；单纯以生物的方式改良盐碱地的方法和以水利的方式改良盐碱地的四种改良方式；用料简单可得，处理方式方便易行，对设备与技术要求不高，同时能耗极低。生物炭本是一种能够提高动植物存活效率，提升土壤肥力，降低土壤盐碱性的一种生物友好物质，该***不仅能帮助生物炭及其复合***在当地生态环境中的处理效果，也能帮助训练当地土壤中的本地微生物，植物，昆虫等，帮助其恢复其生态***的活力。本发明不仅能在有毒污染物的干扰下维持良好的除盐能力，同时能够对污染***的污染物进行去除，且效果显著，是得以实现农业废物减量化和资源化的有效手段，具有广阔的市场前景
附图说明
图1为一种用于对盐碱地改良的生物碳***调理模块示意图；
图中，生物炭煅烧核心1、外层水滑石结构2、高效离子交换层3、耐盐生物量负载物4、生物半透膜5、当地土壤填料6、多孔培养板7。
具体实施方式
本发明提供一种用于改良盐碱地的生物碳***调理模块及制备方法，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，所述用于改良盐碱地的生物碳***调理模块由生物炭煅烧核心1、外层水滑石结构2、高效离子交换层3、耐盐生物量负载物4、生物半透膜5、当地土壤填料6、多孔培养板7构成；其中在平行放置的多孔培养板7的两端固定生物半透膜5组成调理模块壳，在调理模块壳内填充当地土壤填料6；生物炭煅烧核心1由外层水滑石结构2包围，耐盐生物量负载物4分布在生物炭煅烧核心1***及分布在外层水滑石结构2中；所述耐盐生物量负载物由耐盐植物种子与耐盐微生物结合而成。
一种用于改良盐碱地的生物碳***调理模块的制备方法，按照如下步骤进行：
a、生物质废料在经由600℃高温绝氧煅烧4个小时后研磨成生物炭煅烧核心1；
b、将生物炭煅烧核心1与活性金属氢氧化物以2：3的比例混合后于80℃烘干24小时，其后在400℃绝氧煅烧2个小时以形成包围生物炭煅烧核心1的外层水滑石结构2；
c、将被外层水滑石结构2包围的生物炭煅烧核心1浸泡于硫酸钙和/或氯化镁的金属溶液中，在80℃烘干24小时后，形成外层高效离子交换层3以固定吸引而来的氯化钠、硝酸钠；
d、将耐盐微生物与耐盐植物种子附着在外层高效离子交换层3之间形成耐盐生物量负载物4，不仅为耐盐微生物与耐盐植物的生长提供肥力与电子交换能，同时可将吸引来自当地土壤填料6中的高盐离子，并固定于有机物体内，以最终实现去除高盐离子；
e、处于对当地生态***的保护以及进一步复苏的考虑，将包含生物炭煅烧核心1，外层水滑石结构2，高效离子交换层3，与耐盐生物量负载物4的融合进当地土壤中，形成当地土壤填料6，及制备成生物碳***调理模块；用于当地生态环境中，改良了盐碱地；不仅能帮助生物炭及其复合***在当地生态环境中的处理效果，也能帮助训练当地土壤中的本地微生物、植物和昆虫；帮助其恢复其生态***的活力。
实施例1，标准对照实验
以秸秆作为生物炭原材料，粉碎呈颗粒状，其颗粒分别过100目和60目的筛床，选取粒径大于60目的秸秆粉末烧制成多孔生物炭颗粒基质。加入活性金属氢氧化物形成外层水滑石结构2、同时外层包裹高效离子交换层；由耐盐植物种子与耐盐微生物结合而成的耐盐生物量负载物4与最外层高效离子交换层3结合，投入于当地土壤填料6中，由多孔培养板7压合而成。将装置放入孤立环境，投入电导率为15ds/m的高盐溶液，每过7天提取一次未施加生物炭***的电导率和植物高度，植物存活率等多项指标，每次取样时间相同，当过去90天后，并持续出现4组电导率无显著变化时，将装置关闭，清空***，查看各组件以及生物炭的状态以及设备的运行情况。结果显示，生物炭***中的耐盐植物存活率为74.6％，电导率减为5ds/m,且由于生态***的作用，***中微生物种群以及活力比对照组要高。
实施例2，污染干扰实验
以秸秆作为生物炭原材料，粉碎呈颗粒状，其颗粒分别过100目和60目的筛床，选取粒径大于60目的秸秆粉末烧制成多孔生物炭颗粒基质。加入活性金属氢氧化物形成外层水滑石结构2、同时外层包裹高效离子交换层；由耐盐植物种子与耐盐微生物结合而成的耐盐生物量负载物4与最外层高效离子交换层3结合，投入于当地土壤填料6中，由多孔培养板7压合而成。将装置放入孤立环境，投入电导率为15ds/m的高盐溶液，同时添加四溴双酚A，多环芳烃等污染物质。每过7天提取一次未施加生物炭***的电导率和植物高度，植物存活率等多项指标，每次取样时间相同，当过去90天后，并持续出现4组电导率无显著变化时，将装置关闭，清空***，查看各组件以及生物炭的状态以及设备的运行情况。该设备的去除效果显示，尽管最初微生物种群与数目较未受有机物污染的样本低，但在经过30天后，该***所测出的电导率以及微生物活性基本一致，最终盐分去除率为73.4％，相应污染物的去除中，多环芳烃去除率为88.5％，四溴双酚A去除率为96.3％。可见本发明不仅能在有毒污染物的干扰下维持良好的除盐能力，同时能够对污染***的污染物进行去除，且效果显著，是得以实现农业废物减量化和资源化的有效手段，具有广阔的市场前景。
本发明用料简单可得，处理方式方便易行，对设备与技术要求不高，同时能耗极低。生物炭本是一种能够提高动植物存活效率，提升土壤肥力，降低土壤盐碱性的一种生物友好物质，然而它的表面电负性仅仅能吸引正电性离子，却难以将其固定去除。而在添加常用化工试剂如钙镁试剂后，复合生物炭***得以通过离子交换，电荷转移，生物干涉等行为实现多维度，多阶段的复合式处理过程，在保证去除效率的同时能够较好的解决单个***所带来的弊端；且该***不仅为耐盐微生物与耐盐植物的生长提供肥力与电子交换能，同时可将吸引-固定而来的高盐离子固定于有机物体内，以最终实现去除。该***不仅能帮助生物炭及其复合***在当地生态环境中的处理效果，也能帮助训练当地土壤中的本地微生物，植物，昆虫等，帮助其恢复其生态***的活力。
Claims (3)
1.一种用于改良盐碱地的生物碳***调理模块，其特征在于，所述用于改良盐碱地的生物碳***调理模块由生物炭煅烧核心(1)、外层水滑石结构(2)、高效离子交换层(3)、耐盐生物量负载物(4)、生物半透膜(5)、当地土壤填料(6)、多孔培养板(7)构成；其中在平行放置的多孔培养板(7)的两端固定生物半透膜(5)组成调理模块壳，在调理模块壳内填充当地土壤填料(6)；生物炭煅烧核心(1)由外层水滑石结构(2)包围，耐盐生物量负载物(4)分布在生物炭煅烧核心(1)***，分布在外层水滑石结构(2)中。
2.根据权利要求1所述的用于改良盐碱地的生物碳***调理模块，其特征在于，所述耐盐生物量负载物由耐盐植物种子与耐盐微生物结合而成。
3.一种用于改良盐碱地的生物碳***调理模块的制备方法，其特征在于，其特征在于，按照如下步骤进行：
a、生物质废料在经由600℃高温绝氧煅烧4个小时后研磨成生物炭煅烧核心(1)；
b、将生物炭煅烧核心(1)与活性金属氢氧化物以2：3的比例混合后于80℃烘干24小时，其后在400℃绝氧煅烧2个小时以形成包围生物炭煅烧核心(1)的外层水滑石结构(2)；
c、将被外层水滑石结构(2)包围的生物炭煅烧核心(1)浸泡于硫酸钙和/或氯化镁的金属溶液中，在80℃烘干24小时后，形成外层高效离子交换层(3)，以固定吸引来的氯化钠、硝酸钠；
d、将耐盐微生物与耐盐植物种子附着在外层高效离子交换层(3)之间形成耐盐生物量负载物(4)，不仅为耐盐微生物与耐盐植物的生长提供肥力与电子交换能，同时可将吸引来自当地土壤填料(6)中的高盐离子，并固定于有机物体内，以最终实现去除高盐离子；
e、处于对当地生态***的保护以及进一步复苏的考虑，将包含生物炭煅烧核心(1)，外层水滑石结构(2)，高效离子交换层(3)，与耐盐生物量负载物(4的融合进当地土壤中，形成当地土壤填料(6)，及制备成生物碳***调理模块；用于当地生态环境中，改良了盐碱地；不仅能帮助生物炭及其复合***在当地生态环境中的处理效果，也能帮助训练当地土壤中的本地微生物、植物和昆虫；帮助其恢复其生态***的活力。
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