[发明专利]一种纤维状苦荞壳生物炭及土壤修复固定化菌剂制备方法

说明书

本发明公开了一种纤维状苦荞壳生物炭及土壤修复固定化菌剂制备方法。以苦荞壳为原材料，通过酸化去除苦荞壳内半纤维素，并在焦磷酸溶液中煮沸软化苦荞壳材质，经研磨压缩制成长条状结构，后通过由三个异相转动的齿轮组成的纤维化装置将苦荞壳制备成纤维状且在表面具备细微纤维结构的凹槽。将煤粉灰‑碳酸钙‑磷酸镁以斑点状不完全覆盖在纤维状苦荞壳上，低氧碳化制得纤维状苦荞壳生物炭，并通过在菌液中震荡培养和底层爆气培养使微生物生长在生物炭的孔道内和表层纤维结构上，从而制得一种纤维状固定化微生物菌剂。该方法加强了载体对土壤中水份的传导，强化石油污染的生物修复。

技术领域

本发明属于环境修复技术领域和微生物固定领域，具体涉及一种纤维状苦荞壳生物炭及土壤修复固定化菌剂制备方法。

背景技术

苦荞为荞麦属蓼科植物，在中国四川、内蒙等地大量种植，据统计2010年全世界荞麦的产量超过了151万吨。而当前随着苦荞产业规模的扩大，苦荞受到了广泛利用。然而，苦荞壳作为生产的废弃物，仅少量被用来制作枕头填充物，其价值却并未得到完全利用。

在石油污染的治理领域，经常采用固定化强化微生物对于石油污染土壤的生物修复。大多农业废弃物其具有较多的木质素、纤维素和半纤维素，在高温碳化下可以形成具有很大比表面积和空隙的结构，被用来制作固定化微生物的载体，固定微生物对石油污染进行生物处理。固定化载体多种多样，有谷糠、芦苇秸、芦苇地表根须、聚丙烯酰胺—海藻酸钠、小麦麸皮、生物炭等等。CN101760455A将芦苇地表根须为载体，将纯化富集的石油降解菌喷洒在芦苇根须上，达到固定化，并应用于强化自然湿地对石油污染水体的净污能力；CN102433318A将一种石油降解菌固定在聚乙烯泡沫上，用于净化被石油污染的水体；CN101768583A通过制备固定化菌剂，将不动杆菌负载到谷糠固定化载体中，保证微生物的生理活性和稳定性不受影响，同时为微生物提供好氧缺氧的微环境，既利于菌剂的生长又利于菌剂反硝化脱氮性能的发挥。CN109679871A以聚丙烯酰胺—海藻酸钠为载体，建立包埋固定化微生物，创立出一种PAM-SA固定化微生物降解含油废水的方法。CN111662897A将常见的小麦麸皮进行改性，用于微生物菌剂的载体，为微生物营造了丰富的微孔生长环境，采用该载体制成的菌剂中活菌数远超执行标准。

载体的形状特征对于石油污染土壤的生物修复有着重要的影响，前期的研究主要针对生物炭的比表面积、孔隙率等性质展开研究，一般认为比表面积和孔隙率越大，越越利于微生物的生长，有利于石油污染土壤的生物修复，而较少针对固定化菌剂的形状与石油污染土壤的生物修复之间的关系展开研究，纤维状外表生物炭具有对土壤中的水和污染物传递效率高、持水能力强，可改善土壤的特点。

本发明通过先酸化软化、研磨、压缩、经三角状齿轮撕扯制备出纤维状苦荞壳、并通过喷洒隔热材料实施生物炭表面不完全碳化的方式，制备出具备纤维状结构的苦荞壳生物炭，并通过在该生物炭内部和纤维状外表两步固定微生物，增强其附菌效果，强化石油污染土壤的生物修复，同时增强苦荞壳作为微生物固定化载体在油气田污染实际生物修复中的对水和污染物质的传导性能，为农业废弃物的资源化利用和石油污染的土壤修复提供一种新的解决办法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于石油类污染土壤生物修复的，具有明显纤维状表观形状的原材料以及对原材料实行表面部分碳化维持其纤维状形态从而最终得到一种纤维状苦荞壳生物炭的制备方法，以解决当前生物炭表面光滑、在土壤中对水以及污染物传导性不足的缺陷。通过酸化软化、三角状齿轮沿着载体内部纤维结构撕扯成纤维状结构的原材料，形成有利于制备纤维状生物炭的条件；而后通在纤维状原材料均匀喷撒煤粉灰-碳酸钙-碳酸镁混合浆液，在表面形成不完全碳化维持生物炭的纤维状表观结构的同时，也在生物碳上负载了粉煤灰以期改善土壤性质，加强固定化微生物的代谢与繁殖。

本发明以苦荞壳为原料，制备出一种纤维状外表的生物炭载体，可以有效的提高对土壤中水和污染物的传导作用，通过制备的微生物菌剂，有效降低石油类污染物的含量，实现石油类污染土壤的生物修复，为同时为农业废弃物资源化利用提供一条新途径，本发明的内容如下：