基于农业废弃物资源化的污染土壤生物矿化修复方法
技术领域
本发明属于重金属污染土壤修复技术领域，具体涉及一种基于农业废弃物资源化的污染土壤生物矿化修复方法。
背景技术
矿区和成矿带周边耕地土壤重金属背景值偏高是一个普遍性问题。我国有16个大型成矿带，分布在四川、云南、贵州、新疆、西藏、青海等十多个省区，其重金属地球化学特征明显，关联土壤重金属普遍偏高引起农作物重金属超标，粮食、蔬菜、水果等食物中Cd、As、Cr、Cu等重金属含量超标或接近临界值，这是该区域很少有著名粮油、水果品牌的主要原因之一，发展生态、绿色农业困难重重，农民增收的问题日趋突出。
现有修复重金属污染土壤的方法主要分为物理法、化学法和生物法。其中，物理方法主要有热处理法、隔离法和客土换土法等；化学方法主要有电泳法、化学固定法和土壤淋滤法等；主要包括植物修复、微生物修复以及动物修复等。从目前现有的治理方法来看，土壤治理存在治理成本较高和周期较长的矛盾。物理修复土壤重金属污染，难以大规模处理污染土壤，并能导致土壤结构破坏、生物活性下降和土壤肥力退化，在当前和日后都不是一种理想的大规模修复技术。化学修复是一种比较成熟的土壤重金属污染修复技术，它成本底，见效快，是现阶段土壤修复的主要应用技术，但是容易形成"二次污染"。相较与两者，植物修复和微生物修复可以从根本上解决土壤重金属污染的问题，将是土壤重金属污染修复的发展方向，并且多种修复方法的综合使用将受到越来越多的重视。因此，需要有更大的投入，来探索、研究更为先进、有效和更为经济的污染土壤治理和修复的各项技术与方法。
针对我国矿区和成矿带周边耕地土壤的重金属污染问题，本发明将农业废弃物资源化利用、重金属污染土壤有机活化与污染土壤生物矿化修复三者有机结合，集成构建基于农业废弃物资源化的“生物降解—有机活化—生物矿化”综合治理技术模式。具体包括以下步骤：①采用多级生物降解技术对农业废弃物进行深度降解、多次利用；②将农业废弃物生物发酵产生的有机酸溶液用于重金属污染土壤的有机活化；③将农业废弃物生物发酵的残渣用于矿化微生物的培养和堆肥熟化；④将培养好的矿化微生物用于处理有机活化土壤，堆肥补充土壤养分。
本发明适合于矿区和成矿带周边重金属污染耕地土壤的修复治理，具有设备设施要求少、治理成本低、修复效果好和易于掌握的优势，有助于改良矿区土壤、保障矿区农产品安全、促进矿地和谐和生态矿山的建设。
发明内容
本发明基于矿区和成矿带污染面积广、污染程度较重、耕地小而分散和大型机械作业难的特点，提供了一种基于农业废弃物资源化的污染土壤生物矿化修复方法，该方法可集成构建基于农业废弃物资源化的“生物降解—有机活化—生物矿化”综合治理技术，有效解决了我国矿区和成矿带周边耕地土壤的重金属污染问题。
本发明提供的技术方案包括如下步骤：
A、将不同种类的新鲜农作物秸秆或蔬菜叶切碎，并按一定重量比列配制，喷洒防腐剂以获得多级生物降解原料。
B、在步骤A获得的多级生物降解原料中，接种发酵产酸微生物组，然后压实装填于密封性和保温性好的窖池等容器中，在厌氧条件下发酵。
C、取出步骤B中发酵完成的原料，通过挤压分离出酸性发酵液和固体渣；收集酸性发酵液以备用，在固体渣中均匀加入调理剂后获得堆肥原料。
D、将步骤C获得的堆肥原料接种堆肥微生物组，然后以松散状装填于密封性和保温性好的窖池等容器中，在保湿通风条件下自然降解。
E、在步骤D降解后的堆肥熟料中，均匀加入调整剂后，接种矿化微生物组密封培养。
F、在翻耕后的松散重金属污染土壤中均匀喷洒步骤C中收集的酸性发酵液，加膜活化；将步骤E中接种后的固液混合料均匀施于加膜活化的土壤中后，加膜密封矿化。
进一步，步骤A中：喷洒的防腐剂主要为稀硫酸、硫酸镁和磷灰石粉的混合物；所述多级生物降解原料pH值6.0、糖含量大于10%、含水量75-85%；其中，稀硫酸、硫酸镁和磷灰石粉为任意配比，重量占比约为原料的0.1-1%。
进一步，步骤B中：接种用的发酵产酸微生物组主要为乳酸杆菌和乳酸链球菌，其中，乳酸杆菌和乳酸链球菌的接种量为2-5%；厌氧发酵时间为15-20天。
进一步，步骤C中：所用的调理剂为磷灰石粉、秸秆粉和牲畜粪便的混合物；所述堆肥原料的pH值7.0、含水率50-60%、碳氮比大于20；其中，磷灰石粉、秸秆粉和牲畜粪便为任意配比，重量占比约为原料的0.1-1%。
进一步，步骤D中：所述堆肥微生物组主要为嗜热真菌、芽孢杆菌和曲霉菌；所述自然降解时间为15-20天。
进一步，步骤E中：所述调整剂主要为硫酸钠、硫酸铁和磷灰石粉的混合物；调整后的堆肥熟料pH值7.0；所述矿化微生物组主要为硫酸盐还原菌，厌氧培养10-15天；其中，硫酸钠、硫酸铁和磷灰石粉为任意配比，重量占比约为原料的0.1-1%。
进一步，步骤F中：所用密封膜为防紫外线透光保温薄膜；所述污染土壤的有机活化时间为1-2天；所述矿化修复温度>20℃，矿化时间10-15天。
本发明的有益效果如下：
本发明运用多级生物降解工艺处理矿区和成矿带的农业废弃物，生产重金属污染土壤生物修复治理所需的有机酸和矿化微生物，所需设备设施要求少、治理成本低、修复效果好、治理操作简单、易于掌握推广；
本发明可以避免农业废弃物的堆弃或直接燃烧造成环境污染，提高农业废弃物的资源化水平和利用率；
本发明利用多级生物降解工艺技术处理后的农业废弃物残渣中含有大量有益于植物生长所需物质，能显著改善矿区和成矿带土壤品质；
本发明的污染土壤有机活化--生物矿化修复的实施，可大幅降低污染土壤中重金属元素的生物有效性，保障矿区和成矿带的农产品安全，促进矿地和谐和生态矿山的建设。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
为更好地理解本发明的目的和技术实施方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。此处提供的实施案例将把本发明彻底和完整的构思传达给本领域技术人员，本发明将仅由权利要求来限定。需要说明的是，本发明可以有多种不同的实施形式，在此阐述的具体实施案例不应作为对本发明的限定。
如图1所示，本实施例提供了一种基于农业废弃物资源化的污染土壤生物矿化修复方法，该方法包括农业废弃物多级生物降解、重金属污染土壤有机活化与污染土壤生物矿化修复三个部分，具体实施步骤如下：
（1）收集矿区和成矿带的新鲜农作物秸秆或蔬菜叶并用小型农用机械切碎，查表获得不同种类农作物秸秆或蔬菜叶的糖分与水分含量，按重量比例配置成糖含量大于10%、含水量75-85%的多级生物降解原料。
（2）在多级生物降解原料中均匀添加由稀硫酸、硫酸镁和磷灰石粉混合而成的防腐剂，将多级生物降解原料的pH值调节到6.0；接种主要由乳酸杆菌和乳酸链球菌构成的发酵产酸微生物组，然后压实装填于密封性和保温性好的窖池等容器中，在厌氧条件下发酵15-20天。
（3）取出窖池等容器中厌氧发酵产酸完成的多级生物降解原料，通过挤压方式分离出酸性发酵液和固体渣；收集酸性发酵液以用于重金属污染土壤的有机活化；在固体渣中均匀加入由磷灰石粉、秸秆粉和牲畜粪便混合而成的调理剂，获得pH值7.0、含水率50-60%、碳氮比大于20的堆肥原料。
（4）在堆肥原料接种主要由嗜热真菌、芽孢杆菌和曲霉菌构成的堆肥微生物组，然后以松散状装填于密封性和保温性好的窖池等容器中，在保湿通风条件下自然降解15-20天。
（5）当堆肥原料完成熟化过程并稳定后，均匀加入主要由硫酸钠、硫酸铁和磷灰石粉混合而成的调整剂，调整后堆肥熟料pH值7.0；接种主要为硫酸盐还原菌的矿化微生物组，在将窖池等容器中密封厌氧培养10-15天。
（6）将重金属污染土壤在翻耕松散并分割合适区块后，按土壤理化性质适量喷洒在生物发酵阶段收集的酸性发酵液，并用防紫外线透光保温薄膜覆盖，以保持土壤的润湿环境和活化温度，活化时间1-2天。
（7）当重金属污染土壤有机活化完成后，适量施加培育有矿化微生物的固液混合堆肥熟料，并用防紫外线透光保温薄膜覆盖，保湿保温密封矿化10-15天，取土壤样品分析矿化效果。
