專利名稱：一種利用棉花秸桿強化處理老化油泥污染土壤的修復方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種老化油泥污染土壤的修復方法，特別涉及一種利用棉花秸桿作為生物基質材料強化處理老化油泥污染土壤修復方法。
背景技術：
石油作為現(xiàn)代工業(yè)的“血液”和一個國家綜合國力和經(jīng)濟發(fā)達程度的重要標志，是關系國計民生的重要戰(zhàn)略物資，石油工業(yè)是中國國民經(jīng)濟的重要基礎產(chǎn)業(yè)和國家安全的重要基礎。隨著近代石油開采、石油化工行業(yè)的不斷進步，石油類產(chǎn)品得到了廣泛應用，導致石油類污染越來越嚴重。含油污泥是石油生產(chǎn)過程中的主要污染之一，具有產(chǎn)生量大、含油量高、重質組分多等特點，綜合處理難度較大。由于石油中所含的PAHs、PCBs等物質均具有致癌、致畸、致突變毒性，大多是EPA優(yōu)先控制污染物，因此石油污染對環(huán)境和生態(tài)的危害日益引起社會的關注。目前，整個世界石油年產(chǎn)量約22X 108t，每年約有8X 106t石油類污染物進入自然環(huán)境，造成土壤孔隙堵塞，鹽堿化、膠質化、土壤板結等，破壞生態(tài)平衡、繼而通過物質和能量循環(huán)危害人體健康。中國是重要的石油生產(chǎn)國，也是世界第二大的石油消費大國，由于我國在生產(chǎn)工藝、環(huán)保能力等方面比較落后，石油污染問題非常嚴重，特別是土壤石油污染問題日益突出。另外，我國油氣資源分布廣泛，多數(shù)油田處于環(huán)境惡劣的沙漠、荒灘等地區(qū)，這些地區(qū)的生態(tài)環(huán)境極其脆弱、自凈能力差，環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)一旦遭到破壞便難以恢復。目前，我國已開發(fā)油氣田和油氣藏超過400個，石油行業(yè)因其生產(chǎn)流程復雜性，引發(fā)的事故性環(huán)境污染較多，據(jù)不完全統(tǒng)計，單口井噴造成的土壤污染面積為200 500m2，每年有6X 105t石油經(jīng)跑、冒、滴、漏等途徑進入自然環(huán)境，造成土壤等各類污染，年產(chǎn)石油污染土壤近1 X 105t,累計近5X105t。因此，關于如何有效地治理、修復石油污染土壤的研究已成為一個熱點、難點ο石油類污染土壤的修復方法主要有物理、化學、生物方法，其中，生物方法以其環(huán)境友好、處理費用低，無二次污染、對環(huán)境影響小、公眾接受程度高、吸附污染物量大、取材方便、修復效果持久等特點得到廣泛應用。添加秸稈作為生物基質材料可以有效調(diào)節(jié)土壤鹽堿含量、改善土壤條件、增強土壤透氣性、平衡營養(yǎng)，從而提高微生物的降解效率。以往已有大量研究報道了利用生物菌劑、生物調(diào)理劑等修復石油污染土壤，但是針對老化油泥污染土壤的生物修復技術研究較少，利用秸桿這種廉價的資源作為生物基質材料的研究則更少。

發(fā)明內(nèi)容
基于目前缺少針對老化油泥污染土壤科學、有效的修復技術這一不足，本發(fā)明提供了一種添加棉花秸桿強化處理老化油泥污染土壤(特別是具有30年歷史鹽堿的老化油泥污染土壤)的生物修復方法。加入棉花秸桿的目的是為了改善鹽堿老化油泥污染土壤的土壤結構、土壤透氣性，同時提供土壤微生物生長所需的營養(yǎng)物質和能量物質，從而有效地提高鹽堿老化油泥污染土壤的修復效果。本發(fā)明的目的在于提供了一種利用棉花秸桿修復老化油泥污染土壤的方法，所述方法包括以下步驟(1)將曬干的棉花秸桿粉碎；(2)向老化油泥污染土壤中添加粉碎的棉花秸桿，充分混合得到混合土壤；和(3)將所述混合土壤在自然條件下進行土耕法現(xiàn)場修復處理，適時地翻耕、定期地采樣并測定土壤養(yǎng)分、總石油烴含量以及微生物學指標，以得到修復后的土壤。優(yōu)選地，所述粉碎的棉花秸桿長度為3 20cm。其中，任何棉花秸桿長度均可達到本發(fā)明預期的修復效果，但棉花秸桿長度為3 20cm的修復效果最好，因為秸稈在其中的作用不僅僅作為生物基質材料，同時作為土壤結構的支撐體，保證空氣流通和氧含量，以達到較好修復效果。優(yōu)選地，所述老化油泥污染土壤與粉碎的棉花秸桿質量之比為0 <質量比彡5。優(yōu)選地，所述老化油泥污染土壤的總石油烴含量為< 12. 2wt. %。更優(yōu)選地，所述老化油泥污染土壤的總石油烴含量為0. 12. 2wt. %。優(yōu)選地，所述混合土壤自然條件下現(xiàn)場修復處理時間為至少兩年。更優(yōu)選地，每月
翻耕一次。本發(fā)明對所使用植物棉花的品種沒有限制，可以使用任何一種現(xiàn)有的植物棉花品種。實驗結果表明，棉花秸桿含有大量的有機質、腐殖質、氮、磷、鉀養(yǎng)分，可以有效改善土壤鹽堿化，提高土壤活性。研究表明，添加有機物質能顯著提高土壤腐殖質松緊、松穩(wěn)比，提高土壤酶活性、陽離子交換量，其作用機理表現(xiàn)在兩方面第一、有機質具有疏松土壤結構、增加土壤離子交換比表面積、提高土壤緩沖能力，從而降低土壤堿度；第二、秸桿中陰離子及腐殖酸分子的表面官能團與土壤中膠體表面官能團或化學鍵發(fā)生物理、化學吸附， 從而形成新的有機-無機復合體，可以粘結土壤中的其他細粒物質形成團粒結構使得孔隙度增加。此外，在石油污染土壤中有機碳含量較高，而氮磷等養(yǎng)分相對缺乏，成為影響污染物生物降解的主要限制因素。秸桿本身含有較多的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，能夠有效緩解鹽堿土壤營養(yǎng)成分不足，供給微生物代謝所需養(yǎng)分，增強微生物代謝活性，提高污染物去除效率。本發(fā)明所提供的為添加棉花秸桿強化修復老化油泥污染土壤的方法，其具體優(yōu)點包括(1)老化油泥污染土壤與粉碎的棉花秸桿按比例混合，能夠有效改善了污染土壤結構、土壤透氣性等各項理化特性，同時提供土壤微生物生長所需的營養(yǎng)物質，有效提高了鹽堿老化油泥污染土壤的生物修復效果；( 棉花是當?shù)刂饕慕?jīng)濟作物，其秸稈為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物，是一種成本低廉、來源豐富的修復原材料；C3)利用土耕法對老化油泥污染土壤進行原位生物修復，工程量小，操作性強，同時不會造成二次污染；(4)與其他傳統(tǒng)的物理、 化學方法相比，采用添加棉花秸稈的土耕法生物修復技術，可以省去修復后土壤的再處理環(huán)節(jié)，使得處理流程大大簡化，同時恢復和保證了土壤種植和生態(tài)功能。


圖1為培養(yǎng)過程中老化油泥污染土壤總石油烴殘留量變化的示意圖。
具體實施例方式為了能進一步了解本發(fā)明的結構、特征及其它目的，現(xiàn)結合所附實施例詳細說明如下。實施例添加棉花秸桿作為生物基質材料對老化油泥污染土壤總石油烴以及土壤微生物活性的影響1、現(xiàn)場試驗概況老化油泥生物修復試驗工程位于某采油廠聯(lián)合站，該地區(qū)年平均氣溫為ire 14°C，年日照時數(shù)2300 四00小時，日照率52 65%，年平均降水量550 950mm，多集中在6 9月份。無霜期為180 220天，冬季一般有140 150天，夏季72 108天， 春秋各50 70天，屬于暖溫帶半濕潤季風氣候。該地區(qū)為渤海海岸淺灘地帶，土壤類型以沖積型沙質土壤為主，土壤透氣性能好。經(jīng)過現(xiàn)場采樣分析，老化油泥污染土壤中總石油烴(TPH)含量約為122000mg · kg—1 (修復前)，大大超過《農(nóng)用污泥中污染物控制標準》(GB 4284-84)和《展覽會用地土壤環(huán)境質量評價標準》(HJ350-2007)所規(guī)定的土壤中石油類物質最高限值 3000mg · kg—1 和 IOOOOmg · kg—1?，F(xiàn)場設置兩個實驗微區(qū)棉花秸桿堆肥區(qū)C3mXaiiX1.3m)、自然衰減對照區(qū) (40mX 7mX lm)。棉花秸桿強化處理老化油泥污染土壤的土耕法修復試驗區(qū)，按照老化油泥污染土壤、棉花秸桿的質量比為5混合均勻，其中，棉花秸桿長度均包括3 20cm的棉花秸桿。混合后，立即測定混合土壤的總石油烴含量為5. 56wt. %。以不添加棉花秸桿的自然衰減區(qū)(即老化油泥污染土壤與棉花秸桿的質量比為0，或者說沒有混合有棉花秸桿的區(qū)域) 為實驗對照，將老化油泥污染土壤充分混勻后，總石油烴含量為6. 70%。實驗期間每月進行一次深翻耕，分別在實驗開始后的第1、2、4、9、13、16、沈個月采樣分析石油烴含量等指標。2、樣品分析方法分析老化油泥污染土壤中TPH含量，以三氯甲烷為溶劑，通過快速溶劑萃取儀萃取，采用重量法測定老化油泥污染土壤中的總含油量。修復前老化油泥污染土壤中TPH含量達到12. 2% wt.；微生物活菌數(shù)(逐級稀釋平板計數(shù)法)為SOCFU·^1，汞、鉛、鎘、銅、鋅等重金屬(Agilent Technologies ICP-MS 7500 Series)含量均未超過土壤環(huán)境質量標準 (GB 15618-1995)；老化油泥污染土壤的理化性質按照國標方法(GB 7859-87)進行測定。老化油泥污染土壤中微生物數(shù)量采用逐級稀釋平板計數(shù)的方法測定，生物多樣性分析采用菌落Biolog ECO板測定菌落吸光度的分析方法，分別采用菌落AWCD值、Shannon 指數(shù)和Mchtosh指數(shù)表征微生物群體利用碳源能力。3、結果與分析生物修復能夠改善老化油泥污染土壤的理化性質，提高土著微生物的降解活性， 從而提高石油烴類污染物的生物降解率。如表1所示，表示了棉花秸桿強化生物修復沈個月后老化油泥污染土壤基本理化性質的變化。26個月后，通過比較老化油泥污染土壤初始和土耕法修復后的理化性質發(fā)現(xiàn)，棉花秸桿強化老化油泥污染土壤生物修復后，老化油泥污染土壤的理化性質得到顯著改善老化油泥污染土壤PH從8. 7降低到7. 0，比重從2. 7降低到1. 4，有機質含量從1. 2%增加為6. 7%，全鹽含量從20. 3g .kg-1降低為3. 7g .kg-1，陽離子交換量(CEC)從 5. 7cmol · kg-1 增加到 8. Icmol · kg4。
表 權利要求
1.一種通過添加棉花秸桿強化處理老化油泥污染土壤的修復方法，所述修復方法包括以下步驟(1)將曬干的棉花秸桿粉碎；(2)向老化油泥污染土壤中添加粉碎的棉花秸桿，充分混合得到混合土壤；和(3)將所述混合土壤在自然條件下進行土耕法現(xiàn)場修復處理，適時地翻耕、定期地采樣并測定土壤養(yǎng)分、總石油烴含量以及微生物學指標，以得到修復后的土壤。
2.根據(jù)權利要求1所述的修復方法，其特征在于，所述粉碎的棉花秸桿長度為3 20cmo
3.根據(jù)權利要求1所述的修復方法，其特征在于，所述老化油泥污染土壤與粉碎的棉花秸桿質量比為0 <質量比< 5。
4.根據(jù)權利要求1所述的修復方法，其特征在于，在老化油泥污染土壤與粉碎的棉花秸桿混合前，所述老化油泥污染土壤的總石油烴含量為< 12. 2wt. %。
5.根據(jù)權利要求4所述的修復方法，其特征在于，在老化油泥污染土壤與粉碎的棉花秸桿混合前，所述老化油泥污染土壤的總石油烴含量為0. 12. 2wt. %。
6.根據(jù)權利要求1所述的修復方法，其特征在于，所述混合土壤自然條件下現(xiàn)場修復處理時間為至少兩年。
7.根據(jù)權利要求1或6所述的修復方法，其特征在于，每月翻耕一次土壤。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種通過添加棉花秸桿強化處理老化油泥污染土壤的修復方法，所述方法包括以下步驟(1)將曬干的棉花秸桿粉碎；(2)向老化油泥污染土壤中添加粉碎的棉花秸桿，充分混合得到混合土壤；和(3)將所述混合土壤在自然條件下進行土耕法現(xiàn)場修復處理，適時地翻耕、定期地采樣并測定土壤養(yǎng)分、總石油烴含量以及微生物學指標，以得到修復后的土壤。本發(fā)明中的修復方法具有修復效果好、可操作性強、成本低廉、環(huán)境友好的優(yōu)點。
文檔編號B09C1/10GK102357523SQ20111024668
公開日2012年2月22日 申請日期2011年8月25日 優(yōu)先權日2011年8月25日
發(fā)明者盧桂蘭, 張朝, 李發(fā)生, 王世杰, 王翔, 郭觀林 申請人:中國環(huán)境科學研究院