本发明涉及一种改善石油污染土壤物理性质的方法，具体地说是一种利用生物炭及生物质复合材料改善石油污染土壤物理性质的方法。
背景技术：
随着石油需求量的不断提高，石油行业的不断发展，土壤石油污染成为当今倍受关注的问题。在石油开发、运输、贮藏和加工等过程中造成的石油污染问题相当突出。油田采油过程中，由于管理不妥当和采油技术不完全，井喷和滴漏原油与油田水污染土壤的现象较为普遍，使得石油污染土壤成为普遍存在的问题。石油类污染物进入土壤环境中后，破坏土壤原有结构破坏，致使土壤通透性降低、含氧量及含水率下降。污染物进入土壤后改变土壤的内部结构，堵塞土壤中的孔隙，降低颗粒之间的孔隙度，严重影响土壤的通透性和含氧量。污染土壤中的石油类物质含量增加，导致土壤孔隙中含水率降低，土壤渗水量和透水性下降。石油污染土壤物理性质的变差直接影响土壤中微生物的生存及植物的生长，因此有效调节石油污染土壤的物理状况有利于土壤的进一步利用。
技术实现要素：
本发明针对目前石油污染土壤物理性质改良中存在的问题，提供了一种简单易行、高效、无二次污染的生物炭及生物质材料制备的复合材料改善石油污染土壤物理性质的方法。
本发明的技术方案，采用以下步骤：
步骤(1) 原料预处理：
收集农田内剩余的玉米秸秆和水稻秸秆，选择平整、干燥的地面，将玉米秸秆和水稻秸秆晾干，备用；
步骤(2) 生物炭材料的制备：
将晾干的玉米秸秆用切割机截段，将水稻秸秆一部分截段，另一部分粉碎，将上述准备好的玉米秸秆和水稻秸秆置于坩埚中，密封后在气氛箱式炉中进行炭化，在300℃缺氧裂解3 h，制备得到不同粒径长度的生物炭；
步骤(3) 生物质材料制备：
将玉米秸秆和水稻秸秆分别截成段，备用；
步骤(4) 复合材料的制备：
将玉米秸秆生物炭和水稻秸秆生物炭混合；将玉米秸秆生物质材料和水稻秸秆生物质材料混合；将混合后的生物炭材料和生物质材料混合，得到生物炭和生物质的复合材料；
步骤(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10kg风干土壤为基准，重量百分含量计，加入5%～8%的生物炭和生物质复合材料，向加入复合材料后的土壤中喷洒水，同时翻搅，调节培养箱内水分含量为50%～60%；至土壤状态表现为疏松的粒状结构为止。
所述的步骤2中，将晾干的玉米秸秆用切割机分别截成1cm、1.5cm和2cm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，截段和粉碎的比例为质量比1׃1。
所述的步骤3中，玉米秸秆和水稻秸秆生物质材料的粒径长度分别为1cm和0.5cm。
所述的步骤4中，将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；将玉米秸秆生物质材料和水稻秸秆生物质材料以质量比1׃1的比例混合；将混合后的生物炭材料和生物质材料以质量比1׃2的比例混合。
所述的步骤5中，所述的生物炭和生物质复合材料的添加比例按重量百分含量计为5%～8%。
所述的步骤5中，前4周，每隔3天翻搅一次，并补充水分，待后期土壤不再形成致密的块状结构时，5～10周，改为每5天补充一次水分并翻搅土壤，当土壤颗粒进一步缩小且持水能力增强时，11～14周，每周补充一次水分并翻搅土壤直至土壤状态表现为疏松的粒状结构为止。
所述的步骤5中，培养箱箱体大小为40cm ×30cm ×30cm。
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材料为粉末、小颗粒、长粒径材料共存的混合体，能够在不同程度上支撑石油污染土壤颗粒，有效的改善了石油污染土壤的通透性，其中生物炭材料具有疏松多孔、比表面积大、吸水性好等特点，有利于增加土壤孔隙度，提高土壤的通气性和含水率。同时不同粒径长度的生物质颗粒又比单一生物炭材料硬度大，在石油污染土壤中起到骨架作用，有利于提高长时间内土壤内部的通透性，有助于生物炭材料优势的有效发挥。不同粒径生物炭和生物质材料的复合使用，在石油污染土壤物理性质的调节中起到相辅相成的作用。
2、在处理效果方面具有很强可行性。
不同粒径生物炭及生物质复合材料加入到石油污染土壤后，经过水分调节和翻搅，在14周后，土粒密度降低20.35%～22.16%，土壤容重下降36.47%～38.96%，土壤孔隙度提高13.82%～15.16%。石油污染土壤状况由紧实的块状结构变为较疏松的颗粒。土壤蓄水能力增强，土壤含水率提高30.64～32.48%。
3、易于操作。本发明操作方便，针对石油污染土壤物理状况差的改善方法简单，在石油污染土壤中加入生物炭及生物质复合材料，并定期浇水和翻搅。
4、无二次污染。本发明通过添加玉米秸秆、水稻秸秆及两种原材料制备的生物炭来改善石油污染土壤的通透性和含水率等物理性质，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，生物炭及生物质复合材料的制备与其他方法相比，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
一种改善石油污染土壤物理性质的方法，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分别截成1cm、1.5cm和2cm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。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，制备得到不同长度的生物炭。
(3) 生物质材料制备：
将玉米秸秆和水稻秸秆分别截成1cm和0.5cm长的段，备用。
(4) 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。将不同粒径长度的玉米秸秆和水稻秸秆以质量比1׃1的比例混合。将混合后的生物炭材料和生物质材料以质量比1׃2的比例混合，得到生物炭和生物质的复合材料。
(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40cm ×30cm ×30cm），以10kg风干土壤为基准，重量百分含量计，加入5%～8%的生物炭和生物质复合材料，向加入复合材料后的土壤中喷洒水，同时翻搅，调节培养箱内水分含量为50%～60%。
步骤（4）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1cm、1.5cm和2cm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（4）中所述的不同粒径长度的玉米秸秆和水稻秸秆分别指1cm长的玉米秸秆和0.5cm的水稻秸秆。
步骤（5）中前4周，每隔3天翻搅一次，并补充水分，之后6周每5天翻搅一次，并补充水分，接下来每周补充一次水分并翻搅土壤，直至土壤状态表现为疏松的粒状结构为止。
实施例2
一种改善石油污染土壤物理性质的方法，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分别截成1cm、1.5cm和2cm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。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，制备得到不同长度的生物炭。
(3) 生物质材料制备：
将玉米秸秆和水稻秸秆分别截成1cm和0.5cm长的段，备用。
(4) 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。将不同粒径长度的玉米秸秆和水稻秸秆以质量比1׃1的比例混合。将混合后的生物炭材料和生物质材料以质量比1׃2的比例混合，得到生物炭和生物质的复合材料。
(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40cm ×30cm ×30cm），以10kg风干土壤为基准，重量百分含量计，加入5%的生物炭和生物质复合材料，向加入复合材料后的土壤中喷洒水，同时翻搅，调节培养箱内水分含量为50%。
步骤（4）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1cm、1.5cm和2cm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（4）中所述的不同粒径长度的玉米秸秆和水稻秸秆分别指1cm长的玉米秸秆和0.5cm的水稻秸秆。
步骤（5）中前4周，每隔3天翻搅一次，并补充水分，之后6周每5天翻搅一次，并补充水分，接下来每周补充一次水分并翻搅土壤。
(6) 不同粒径生物炭及生物质复合材料加入到石油污染土壤后，经过水分调节和翻搅，在14周后，土粒密度降低20.35%，土壤容重下降36.47%，土壤孔隙度提高13.82%。石油污染土壤状况由紧实的块状结构变得较为疏松。土壤蓄水能力增强，土壤含水率提高30.64。
实施例3
一种改善石油污染土壤物理性质的方法，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分别截成1cm、1.5cm和2cm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。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，制备得到不同长度的生物炭。
(3) 生物质材料制备：
将玉米秸秆和水稻秸秆分别截成1cm和0.5cm长的段，备用。
(4) 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。将不同粒径长度的玉米秸秆和水稻秸秆以质量比1׃1的比例混合。将混合后的生物炭材料和生物质材料以质量比1׃2的比例混合，得到生物炭和生物质的复合材料。
(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40cm ×30cm ×30cm），以10kg风干土壤为基准，重量百分含量计，加入8%的生物炭和生物质复合材料，向加入复合材料后的土壤中喷洒水，同时翻搅，调节培养箱内水分含量为60%。
步骤（4）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1cm、1.5cm和2cm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（4）中所述的不同粒径长度的玉米秸秆和水稻秸秆分别指1cm长的玉米秸秆和0.5cm的水稻秸秆。
步骤（5）中前4周，每隔3天翻搅一次，并补充水分，之后6周每5天翻搅一次，并补充水分，接下来每周补充一次水分并翻搅土壤。
(6) 不同粒径生物炭及生物质复合材料加入到石油污染土壤后，经过水分调节和翻搅，在14周后，土粒密度降低22.16%，土壤容重下降38.96%，土壤孔隙度提高15.16%。石油污染土壤状况由紧实的块状结构变为较疏松的颗粒。土壤蓄水能力增强，土壤含水率提高32.48%。