一种恢复热脱附后土壤耕作性的方法
【专利摘要】本发明公开了一种恢复热脱附后土壤耕作性的方法，该方法的步骤是：1)利用热脱附系统产生的低温余热预热流态畜禽粪便；2)将热预后的流态畜禽粪便加入到经热脱附处理后的土壤中，混合均匀，得混合土壤体系A，将混合土壤体系A保温灭菌30?60min，得无菌混合土壤；3)利用无菌混合土壤余热预热下一批待处理的流态畜禽粪便；4)向自然冷却后的无菌混合土壤中加入水、秸秆粉末、复合微生物菌剂，搅拌均匀，得混合土壤体系B，将混合土壤体系B堆置，常温下发酵7?15天。该方法简单，成本低，能快速提高热脱附后土壤中的有机质含量、氮磷含量和含水率，恢复热脱附后土壤的肥力和含水量，从而恢复热脱附后土壤的耕作性。
【专利说明】
一种恢复热脱附后土壤耕作性的方法
技术领域
[0001]本发明属于环境保护与土壤修复技术领域，具体涉及一种恢复热脱附后土壤耕作性的方法，该方法可以提高和恢复通过高温热脱附法修复的有机污染土壤或汞污染土壤的耕作性能，同时实现对畜禽粪便的资源化处置。
【背景技术】
[0002]热脱附技术作为一种非燃烧技术，污染物处理范围宽、设备可移动、修复后土壤可再利用，特别是对含氯有机物，非氧化燃烧的处理方式可以避免二恶英的生成，广泛用于有机污染物污染土壤以及汞污染土壤的修复。
[0003]中国专利申请“汞污染土壤热脱附及汞回收方法及一体化设备”(申请号:201510294274.0)公开了一种汞污染土壤热脱附修复的方法。该方法的具体如下:将汞污染土壤破碎后加入氯盐和水，搅拌制成泥楽，用酸性水溶液调节泥楽pH到6.5-7.5，泥楽自然风干后进行破碎，将待处理土壤在150-300°C条件下进行热脱附，自然冷却下回收汞。然而，该方法对土壤进行150-300°C的加热后，必然会造成土壤有机质的大量流失，热脱附后的土壤耕作能力显著下降。
[0004]中国专利申请“两段式回转窑间接热脱附装置”(申请号:CN201510053096.2)公开了一种修复有机污染土壤或汞污染土壤的热脱附装置。该装置由进料斗、进料锁气器、上层回转窑干燥室、鼓风机、下层回转窑热解析室和出料斗等部分组成。该装置通过200-650°C的高温对土壤进行热解吸处理，对土壤余热利用后排放。然而，该方法采用的高达650°C的土壤热解吸条件几乎会将土壤有机质完全热解或挥发流失掉，造成热解吸后土壤的贫瘠，不再适宜进行种植。
[0005]热脱附法处理后的土壤即使在使用常用的余热回收后仍然含有较多的热量，任其在空气中自然冷却不符合我国节能减排的政策。而对土壤中的预热进行深度的余热回收需要增加装置，加大了热脱附处理的成本。此外，热脱附后的土壤为固态，采用常见的热交换方法难以达到较好的热交换效率。
[0006]目前，一方面，由于禽畜养殖业的飞速发展，禽畜粪便产生量正逐年提高，如果不加以处理和利用，将会对环境造成极大的污染。其实禽畜粪便是一类比较优质的有机肥，特别鸡粪，由于鸡摄入的饲料并没有完全消化吸收，约有40 % -70 %的营养物被排出体外，因此鸡粪在所有禽畜粪便当中养分是最高的。鸡粪含纯氮、磷(P2O5)、钾(K2O)约为1.63%、1.54%、0.85%。但是鸡粪中的寄生虫及其卵，以及传染性的一些病菌通阻碍了鸡粪的应用。而另一方面，我国的养鸡场每天都会产出大量的鸡粪，这些鸡粪多是含水率达70%甚至80%的湿鸡粪，需要经过烘干或高温发酵后才便于作为有机肥使用。然而发酵需要占用大量的场地，烘干需要消耗大量的能源，因而目前这些湿鸡粪的处置也是我国养鸡业的一个难题。
[0007]另一方面，秸杆露天焚烧在我国屡禁不止，然而秸杆还田却是一种十分生态环保的提高土壤肥力的方法，秸杆能增加土壤的碳源含量以及其它营养物质含量。
【发明内容】
[0008]为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种恢复热脱附后土壤耕作性的方法，该方法简单，成本低，能快速提高热脱附后土壤中的有机质含量、氮磷含量和含水率，恢复热脱附后土壤的肥力和含水量，从而恢复热脱附后土壤的耕作性。
[0009]实现本发明上述目的所采用的技术方案为:
[0010]一种恢复热脱附后土壤耕作性的方法，包括如下步骤:
[0011]I)利用热脱附系统产生的低温余热预热流态畜禽粪便，使流态畜禽粪便的温度上升至 50-80 °C;
[0012]2)经热脱附处理后的土壤仍具有200°C-650°C的温度，将热预后的流态畜禽粪便加入到经热脱附处理后的土壤中，热预后的流态畜禽粪便加入的质量为经热脱附处理后的土壤质量的5 % -25 %，混合均匀，得混合土壤体系A，混合土壤体系A仍具有150 °C-250 °C的温度，将混合土壤体系A保温灭菌30-60分钟，得无菌混合土壤，此时无菌混合土壤仍具有80°C_120°C的温度；
[0013]3)利用无菌混合土壤余热预热下一批待处理的流态畜禽粪便，使下一批待处理的流态畜禽粪便的温度上升至50°C-80°C，同时使无菌混合土壤的温度下降至50°C-80°C，再让无菌混合土壤自然冷却至40 °C以下；
[0014]4)向自然冷却后的无菌混合土壤中加入水、秸杆粉末和复合微生物菌剂，秸杆粉末加入的质量为无菌混合土壤质量的I %-5%，复合微生物菌剂加入的质量为无菌混合土壤质量的O Λ%-1%,搅拌均匀，得混合土壤体系B，混合土壤体系B的含水率为30 %~45% ,将混合土壤体系B堆置，自然发酵7-15天。
[0015]所述的流态畜禽粪便为鸡粪、猪粪和牛粪中的任意一种，或者任意几种的组合，流态畜禽粪便的含水率为70%-200%。
[0016]所述的秸杆粉末的长度为2cm以下。
[0017]步骤4)中，向自然冷却后的无菌混合土壤中加入的水为回收利用的水，由以下方法回收利用得到:将步骤I)中热预热流态畜禽粪便过程中产生的蒸汽，以及步骤2)中热预后的流态畜禽粪便与经热脱附处理后的土壤混合、保温杀菌过程中产生的蒸汽先收集，然后冷凝回收蒸汽中的水蒸汽，再将冷凝回收产生的尾气用活性炭吸附处理后排放。
[0018]所述的复合微生物菌剂由褐球固氮菌、巨大芽孢杆菌、植物乳杆菌、放线菌、酵母菌和红螺菌构成，揭球固氣菌(AzotobacferchroococcumBeijerick，ACCC 10002)、巨大芽抱杆菌(Bacillus megaterium，ACCC 10010或ACCC 10011)、植物乳杆菌(LactobacillusPI ant arum，CGMCCl.5 55或ACCC105 33或ACCC10644)、放线菌(Dactylosporangiumsp，ACCC4066 I )、酵母菌(Saccharomyces cerevisiae , ATCC204508 )、红螺菌(RhodospiriIlumsp,CGMCC 6869)的质量分数分别为5%_20%、10%-20%、5%_15%、10%-25%、10%-20%、5%-20%。
[0019]与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于:
[0020]I)本发明通过对热脱附后土壤的余热、畜禽粪便和秸杆进行综合利用，解决了当前热脱附处理后土壤肥力缺乏，无法耕作的问题，在不添加任何化肥的情况下将贫瘠的热脱附处理土壤转化为适宜耕作土壤，同时畜禽粪便和秸杆这两种物质也实现了资源化利用。
[0021]2)本发明采用流态畜禽粪便与固态的热脱附处理后的土壤进行热交换，大幅度提高了对热脱附处理后的土壤的余热的利用率，从而提高土壤修复工程的经济效益。
[0022]3)本发明方法不仅巧妙简单，成本低，而且实现了资源化利用和对环境的保护，适合大范围地推广应用。
【具体实施方式】
[0023]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
[0024]实施例1
[0025]I)利用热脱附系统产生的低温余热预热含水率为82%的流态鸡粪，使流态鸡粪的温度上升至63°C;
[0026]2)经热脱附处理后的土壤的温度为262°C，将63°C的流态畜禽粪便加入到经热脱附处理后的土壤中，63°C的流态畜禽粪便便加入的质量为经热脱附处理后的土壤质量的13%，混合均匀，得温度为186 °C的混合土壤体系A，将混合土壤体系A保温灭菌30分钟，得温度为116°C的无菌混合土壤，保温杀菌不仅能杀灭流态鸡粪便中的病原微生物，还能对混合土壤体系A进行干化；同时先收集该步骤中热预热流态畜禽粪便过程中产生的蒸汽，以及热预后的流态畜禽粪便与经热脱附处理后的土壤混合、保温杀菌过程中产生的蒸汽，然后冷凝回收蒸汽中的水蒸汽，再将冷凝回收产生的尾气用活性炭吸附处理后排放。
[0027]3)利用无菌混合土壤的余热预热下一批待处理的流态鸡粪20分钟，此时下一批待处理的流态畜禽粪便与无菌混合土壤的温度均达到69°C，再让无菌混合土壤自然冷却至39°C；
[0028]4)向自然冷却后的无菌混合土壤中加入步骤2)中冷凝回收的水、粉碎至长度为2cm的秸杆粉末、复合微生物菌剂，秸杆粉末加入的质量为无菌混合土壤质量的2%，复合微生物菌剂加入的质量为无菌混合土壤质量的0.5%，该复合微生物菌剂由褐球固氮菌、巨大芽孢杆菌、植物乳杆菌、放线菌、酵母菌和红螺菌构成，褐球固氮菌、巨大芽孢杆菌、植物乳杆菌、放线菌、酵母菌、红螺菌的质量分数分别为15%、12%、13%、22%、18%、20%，搅拌均匀，得混合土壤体系B，混合土壤体系B的含水率为30%，将混合土壤体系B堆置，常温(25±5°C)发酵10天。
[0029]经检测，发酵10天后，该土壤中有机质含量达到6.2%,总氮含量提高到95mg/Kg，磷(P2O5)含量提高至Ij 113mg/Kg钾(K2O)含量提高到186mg/Kg，已经非常适宜耕种农作物。
[0030]实施例2
[0031]I)利用热脱附系统产生的低温余热预热含水率为78%的流态鸡粪，使流态鸡粪的温度上升至57°C;
[0032]2)经热脱附处理后的土壤的温度为244 °C，将57°C的流态畜禽粪便加入到经热脱附处理后的土壤中，57°C的流态畜禽粪便加入的质量为经热脱附处理后的土壤质量的10%，混合均匀，得温度为171°C的混合土壤体系A，将混合土壤体系A保温灭菌30分钟，得温度为112°C的无菌混合土壤，保温杀菌不仅能杀灭流态鸡粪便中的病原微生物，还能对混合土壤体系A进行干化；同时先收集该步骤中热预热流态畜禽粪便过程中产生的蒸汽，以及热预后的流态畜禽粪便与经热脱附处理后的土壤混合、保温杀菌过程中产生的蒸汽，然后冷凝回收蒸汽中的水蒸汽，再将冷凝回收产生的尾气用活性炭吸附处理后排放。
[0033]3)利用无菌混合土壤的余热预热下一批待处理的流态鸡粪20分钟，此时下一批待处理的流态畜禽粪便的温度上升至55°C，无菌混合土壤的温度下降至66°C，再让无菌混合土壤自然冷却至38°C;
[0034]4)向自然冷却后的无菌混合土壤中加入步骤2)中冷凝回收的水、粉碎至长度为2cm的秸杆粉末、复合微生物菌剂，秸杆粉末加入的质量为无菌混合土壤质量的2%，复合微生物菌剂加入的质量为无菌混合土壤质量的0.5%，该复合微生物菌剂由褐球固氮菌、巨大芽孢杆菌、植物乳杆菌、放线菌、酵母菌和红螺菌构成，褐球固氮菌、巨大芽孢杆菌、植物乳杆菌、放线菌、酵母菌、红螺菌的质量分数分别为13%、12%、15%、22%、18%、20%，搅拌均匀，得混合土壤体系B，混合土壤体系B的含水率为30%，将混合土壤体系B堆置，常温(25±5°C)发酵11天。
[0035]经检测，发酵11天后，该土壤中有机质含量达到6.7%，总氮含量提高到102mg/Kg，磷(P2O5)含量提高到125mg/Kg钾(K2O)含量提高到174mg/Kg，已经非常适宜耕种农作物。
【主权项】
1.一种恢复热脱附后土壤耕作性的方法，其特征在于包括如下步骤: 1)利用热脱附系统产生的低温余热预热流态畜禽粪便，使流态畜禽粪便的温度上升至50-80 °C； 2)经热脱附处理后的土壤仍具有200°C-650°C的温度，将热预后的流态畜禽粪便加入到经热脱附处理后的土壤中，热预后的流态畜禽粪便加入的质量为经热脱附处理后的土壤质量的5%-25%，混合均匀，得混合土壤体系A，混合土壤体系A仍具有150°C-250°C的温度，将混合土壤体系A保温灭菌30-60分钟，得无菌混合土壤，此时无菌混合土壤仍具有80°C-120°C的温度； 3)利用无菌混合土壤余热预热下一批待处理的流态畜禽粪便，使下一批待处理的流态畜禽粪便的温度上升至50°C-80°C，同时使无菌混合土壤的温度下降至50°C-80°C，再让无菌混合土壤自然冷却至40 °C以下； 4)向自然冷却后的无菌混合土壤中加入水、秸杆粉末和复合微生物菌剂，秸杆粉末加入的质量为无菌混合土壤质量的I，复合微生物菌剂加入的质量为无菌混合土壤质量的0.1 % -1 %，搅拌均匀，得混合土壤体系B，混合土壤体系B的含水率为30 %~45%,将混合土壤体系B堆置，自然发酵7-15天。2.根据权利要求1所述的恢复热脱附后土壤耕作性的方法，其特征在于:所述的流态畜禽粪便为鸡粪、猪粪和牛粪中的任意一种，或者任意几种的组合，流态畜禽粪便的含水率为70%-200 %。3.根据权利要求1所述的恢复热脱附后土壤耕作性的方法，其特征在于:所述的秸杆粉末的长度为2cm以下。4.根据权利要求1所述的恢复热脱附后土壤耕作性的方法，其特征在于步骤4)中，向自然冷却后的无菌混合土壤中加入的水为回收利用的水，由以下方法回收利用得到:将步骤I)中热预热流态畜禽粪便过程中产生的蒸汽，以及步骤2)中热预后的流态畜禽粪便与经热脱附处理后的土壤混合、保温杀菌过程中产生的蒸汽先收集，然后冷凝回收蒸汽中的水蒸汽，再将冷凝回收产生的尾气用活性炭吸附处理后排放。5.根据权利要求1所述的恢复热脱附后土壤耕作性的方法，其特征在于:所述的复合微生物菌剂由褐球固氮菌、巨大芽孢杆菌、植物乳杆菌、放线菌、酵母菌和红螺菌构成，褐球固氮菌、巨大芽孢杆菌、植物乳杆菌、放线菌、酵母菌、红螺菌的质量分数分别为5 %-20%,10%-20%、5%-15%、10%-25%、10%-20%、5%-20%。
【文档编号】C05G1/00GK106034436SQ201610345651
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】李世汩, 洪军, 陈伟, 程柳, 匡丕桩, 汪萌
【申请人】葛洲坝中固科技股份有限公司