本发明涉及一种利用物理方法和生物方法联合作用提高石油污染土壤使用效率的方法，具体地说是一种利用芒草、生物炭和养猪废水提高石油污染土壤利用率的方法。
背景技术：
在石油开发、运输、贮藏和加工等过程中因石油的跑冒滴漏等原因进入到土壤环境当中，造成土壤的石油污染。石油类污染物进入土壤环境中后，破坏土壤原有结构，致使土壤通透性降低，同时影响了土壤中营养元素的比例协调，进而影响土壤中微生物生存和植物的生长，造成土地资源浪费。
技术实现要素：
针对目前石油污染土壤利用率不高的问题，本发明提供了一种简单易行、高效、废弃物资源化利用的石油污染土壤使用方法: 一种利用芒草、生物炭和养猪废水提高石油污染土壤利用率的方法。
本发明的目的主要通过以下技术方案来实现：
一种利用芒草、生物炭和养猪废水提高石油污染土壤利用率的方法，采用以下步骤：
(1) 原料预处理：
收集农田内剩余的玉米秸秆、水稻秸秆，选择平整、干燥的地面，将玉米秸秆和水稻秸秆晾干，备用；
(2) 生物炭材料的制备：
将晾干的玉米秸秆用切割机截成段，将水稻秸秆一部分截成段，另一部分粉碎；将上述准备好的原料置于坩埚中，密封后在气氛箱式炉中进行炭化，在300℃缺氧裂解3 h，制备得到生物炭；
(3) 复合材料的制备：
将玉米秸秆生物炭和水稻秸秆生物炭以质量比1׃1的比例混合，得复合材料；
(4) 复合材料与养猪废水的混合：
准备好底部密封的箱体，加入养猪废水，将复合材料浸泡入养猪废水12h，混匀待用；
(5) 将采集到的石油污染土壤进行预处理后，放入统一规格的培养箱内，以风干土壤为基准，加入浸泡后混匀的复合材料，向加入复合材料后的土壤中喷洒养猪废水，同时翻搅；
(6) 将芒草种子用培养皿水培，膨胀出芽后待播种，土壤处理60d后，将膨胀出芽后的芒草种子播种到培养箱内，在播种前，将培养箱内土壤翻搅松土，播种后覆土1.0cm，喷洒自来水保持湿润；同时设置对照组，将未经过前期处理的土壤同样播种膨胀出芽的芒草种子，后续操作与处理组相同；芒草播种4个月后，测定芒草存活率、生物量及土壤中总石油烃含量变化。
本发明具有如下优点：
1、与现有技术相比，本发明制备得到的复合生物炭材料包括粉末状、小颗粒和中等粒径长度的生物炭，而非单一形状和大小的材料，能够在不同程度上改善石油污染土壤的通透性。本发明还利用了养猪废水富含N、P营养元素的特性，能够补充植物生长所必需的营养。同时利用生物炭的疏松多孔等特征，浸泡后的混合材料能够将富含N、P营养元素的养猪废水充分带入到石油污染土壤中，有效调节土壤中的C׃N׃P。经过上述处理，石油污染土壤的透气性、蓄水性和营养元素的比例都得到有效改善，为植物生长提供条件。芒草具有发达的根系，与其他植物相比，在石油污染土壤中生长能力更强，通过生物炭和养猪废水处理后，土壤性质有所改善，芒草的生长状况更佳。芒草作为多年生能源植物，生物量大，燃烧充分，可用于发电、供热，能够提供更多能量。
2、在处理效果方面具有很强可行性。
不同粒径生物炭混合养猪废水加入到石油污染土壤后，经过水分调节和翻搅，在60d内对土壤结构、孔隙度、N、P等都起到了调节作用，种植芒草4个月后，与对照组相比，植株的存活率、生物量有显著提高，分别提高56.3%和42.7。通过对照组和处理组的总石油烃含量比较可得，处理组总石油烃含量降低了45.38，生物炭、养猪废水和芒草的联合处理对石油污染土壤中总石油烃起到减少作用。
3、易于操作。本发明操作方便，针对石油污染土壤利用率提高的方法简单，在石油污染土壤中加入混合养猪废水的生物炭，定期浇水和翻搅后种植芒草，保持水分适度即可。
4、无二次污染。本发明在添加玉米秸秆、水稻秸秆生物炭和养猪废水来改善石油污染土壤性质的基础上种植芒草，所添加物质不含其他化学物质，不会对土壤造成二次污染。
5、该技术的成本较低，利用生物炭混合养猪废水及种植芒草来提高石油污染土壤的利用率，与其他方法相比，既经济适用，又可大面积推广应用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。
实施例1
一种利用芒草、生物炭和养猪废水提高石油污染土壤利用率的方法，采用以下步骤：
(1) 原料预处理:
收集农田内剩余的玉米秸秆、水稻秸秆，选择平整、干燥的地面，将玉米秸秆和水稻秸秆晾干，备用；
(2) 生物炭材料的制备:
将晾干的玉米秸秆用切割机截成0.5cm和1cm长的段，将水稻秸秆一部分截成0.5cm长的段，另一部分粉碎，过40目筛，；0.5cm和1cm长的玉米秸秆按质量比1׃1混合，0.5cm长和过40目筛的水稻秸秆粉末按质量比1׃1混合。将上述准备好的原料置于坩埚中，密封后在气氛箱式炉中进行炭化，在300℃缺氧裂解3 h，制备得到生物炭；
(3) 复合材料的制备：
将玉米秸秆生物炭和水稻秸秆生物炭以质量比1׃1的比例混合，得复合材料；
(4) 复合材料与养猪废水的混合：
准备好底部密封的箱体，加入养猪废水，将复合材料浸泡入养猪废水12h，混匀待用；
(5) 将采集到的石油污染土壤进行预处理后，放入统一规格的培养箱内，培养箱箱体大小为60cm ×40cm ×40cm。以风干土壤为基准，加入浸泡后混匀的复合材料，向加入复合材料后的土壤中喷洒养猪废水，同时翻搅；按重量百分含量计，复合材料添加至风干土壤中的比例按生物炭干重计算为5%～8%。每隔3天翻搅土壤一次，每隔6天用养猪废水补充水分，并保持土壤水分含量为50%～60%。
(6) 将芒草种子用培养皿水培，膨胀出芽后待播种，土壤处理60d后，将膨胀出芽后的芒草种子播种到培养箱内，在播种前，将培养箱内土壤翻搅松土，播种后覆土1.0cm，喷洒自来水保持湿润；同时设置对照组，将未经过前期处理的土壤同样播种膨胀出芽的芒草种子，后续操作与处理组相同；芒草播种4个月后，测定芒草存活率、生物量及土壤中总石油烃含量变化；所述的步骤（6）中培养箱内芒草出芽后，每周补充一次水分，每月补充养猪废水一次，保持培养箱内水分含量为50%～60%。
实施例2
一种利用芒草、生物炭和养猪废水提高石油污染土壤利用率的方法，采用以下步骤：
(1) 原料预处理:
收集农田内剩余的玉米秸秆、水稻秸秆，选择平整、干燥的地面，将玉米秸秆和水稻秸秆晾干，备用。
(2) 生物炭材料的制备:
将晾干的玉米秸秆用切割机截成0.5cm、1cm长的段，将水稻秸秆截成0.5cm长的段，另一部分粉碎，过40目筛。将上述准备好的原料置于坩埚中，密封后在气氛箱式炉中进行炭化，在300℃缺氧裂解3 h，制备得到生物炭。
(3) 复合材料的制备
将不同粒径长度的玉米秸秆生物炭和水稻秸秆生物炭分别以质量比1׃1的比例混合。
(4) 复合材料与养猪废水的混合
准备好底部密封的箱体，加入养猪废水，将混合好的生物炭材料浸泡12h，混匀待用。
(5) 将采集到的石油污染土壤进行预处理后，放入统一规格的培养箱内（箱体大小为60cm ×40cm ×40cm），以20kg风干土壤为基准，重量百分含量计，加入5%～8%的浸泡后混匀的不同粒径生物炭材料 (按生物炭干重计算)，向加入混合材料后的土壤中喷洒养猪废水，同时翻搅，调节培养箱内水分含量为50%～60%。每隔3天翻搅土壤一次，每隔6天用养猪废水补充水分。
(6) 将芒草种子用培养皿水培，膨胀出芽后待播种。土壤处理60d后，将膨胀出芽后的芒草种子播种到培养箱内，在播种前，将培养箱内土壤翻搅松土。播种后覆土1.0cm，喷洒自来水保持湿润。同时设置对照组，将未经过前期处理的土壤同样播种膨胀出芽的芒草种子，后续操作与处理组相同。芒草出芽后，每周补充一次水分，每月补充养猪废水一次，保持培养箱内水分含量为50%～60%。芒草播种4个月后，测定芒草存活率、生物量及土壤中总石油烃含量变化。
步骤（3）中所述的不同粒径长度的玉米秸秆生物炭和水稻秸秆生物炭分别为0.5cm和1cm长的玉米秸秆和0.5cm长、过40目筛的水稻秸秆粉末在300℃缺氧裂解3 h条件下制备的生物炭。
步骤（5）中加入5%～8%的浸泡后混匀的生物炭材料，其中5%～8%是以生物炭干重计算。每隔3天翻搅土壤一次，每隔6天用养猪废水补充水分，并保持土壤水分含量为50%～60%。
步骤（6）中播种到培养箱中的芒草种子先用培养皿进行水培，调节温度，待种子膨胀出芽后选择长势一致的带芽种子播种到对照组和处理组培养箱中。
步骤（6）中培养箱内芒草出芽后，每周补充一次水分，每月补充养猪废水一次，保持培养箱内水分含量为50%～60%。
(7) 不同粒径生物炭混合养猪废水加入到石油污染土壤后，经过水分调节和翻搅，在60d内对土壤结构、孔隙度、N、P等都起到了调节作用，种植芒草4个月后，与对照组相比，植株的存活率、生物量有显著提高，分别提高56.3%和42.7。
实施例3
一种利用芒草、生物炭和养猪废水提高石油污染土壤利用率的方法，采用以下步骤：
(1) 原料预处理:
收集农田内剩余的玉米秸秆、水稻秸秆，选择平整、干燥的地面，将玉米秸秆和水稻秸秆晾干，备用。
(2) 生物炭材料的制备:
将晾干的玉米秸秆用切割机截成0.5cm、1cm长的段，将水稻秸秆截成0.5cm长的段，另一部分粉碎，过40目筛。将上述准备好的原料置于坩埚中，密封后在气氛箱式炉中进行炭化，在300℃缺氧裂解3 h，制备得到生物炭。
(3) 复合材料的制备
将不同粒径长度的玉米秸秆生物炭和水稻秸秆生物炭分别以质量比1׃1的比例混合。
(4) 复合材料与养猪废水的混合
准备好底部密封的箱体，加入养猪废水，将混合好的生物炭材料浸泡12h，混匀待用。
(5) 将采集到的石油污染土壤进行预处理后，放入统一规格的培养箱内（箱体大小为60cm ×40cm ×40cm），以20kg风干土壤为基准，重量百分含量计，加入5%～8%的浸泡后混匀的不同粒径生物炭材料 (按生物炭干重计算)，向加入混合材料后的土壤中喷洒养猪废水，同时翻搅，调节培养箱内水分含量为50%～60%。每隔3天翻搅土壤一次，每隔6天用养猪废水补充水分。
(6) 将芒草种子用培养皿水培，膨胀出芽后待播种。土壤处理60d后，将膨胀出芽后的芒草种子播种到培养箱内，在播种前，将培养箱内土壤翻搅松土。播种后覆土1.0cm，喷洒自来水保持湿润。同时设置对照组，将未经过前期处理的土壤同样播种膨胀出芽的芒草种子，后续操作与处理组相同。芒草出芽后，每周补充一次水分，每月补充养猪废水一次，保持培养箱内水分含量为50%～60%。芒草播种4个月后，测定芒草存活率、生物量及土壤中总石油烃含量变化。
步骤（3）中所述的不同粒径长度的玉米秸秆生物炭和水稻秸秆生物炭分别为0.5cm和1cm长的玉米秸秆和0.5cm长、过40目筛的水稻秸秆粉末在300℃缺氧裂解3 h条件下制备的生物炭。
步骤（5）中加入5%～8%的浸泡后混匀的生物炭材料，其中5%～8%是以生物炭干重计算。每隔3天翻搅土壤一次，每隔6天用养猪废水补充水分，并保持土壤水分含量为50%～60%。
步骤（6）中播种到培养箱中的芒草种子先用培养皿进行水培，调节温度，待种子膨胀出芽后选择长势一致的带芽种子播种到对照组和处理组培养箱中。
步骤（6）中培养箱内芒草出芽后，每周补充一次水分，每月补充养猪废水一次，保持培养箱内水分含量为50%～60%。
(7) 不同粒径生物炭混合养猪废水加入到石油污染土壤后，经过水分调节和翻搅，在60d后播种芒草，种植芒草4个月后，测定土壤中总石油烃含量，与对照组相比，处理组总石油烃含量降低了45.38，生物炭、养猪废水和芒草的联合处理对石油污染土壤中总石油烃起到减少作用。
生物炭是一种具有疏松多孔结构的物质，能够改善石油污染土壤的通透性和蓄水性能，为石油污染土壤的有效利用提供基础。芒草具有发达的根系，抗逆性较强，能够在环境条件较差的环境生长。芒草生物量大，作为一种能源植物，能够提供更多的能量，价值性较强。因此，在利用生物炭等材料改善石油污染土壤性质的基础上种植芒草，既实现了废弃物的资源化利用，又进一步提高了污染土壤的使用效率。