堆肥化去除土壤中毒死蜱的方法

专利名称：堆肥化去除土壤中毒死蜱的方法
技术领域：
本发明涉及一种土壤中有机污染物的去除方法，尤其涉及一种利用微生物堆肥化去除土 壤中的有机磷杀虫剂的方法。
背景技术：
毒死蜱(chlorpyrifos)，又名乐斯本，化学名称O,O-二乙-O- (3,5,6-三氯-2-吡啶基)硫逐
磷酸酯，是一种广谱性有机磷杀虫剂。毒死蜱具有中等毒性，较低的水溶性，极容易被土壤 吸附，在土壤中的半衰期根据不同土壤的性质10d 120d不等，长期大规模使用会在土壤等环 境中富集，不仅对环境造成严重污染，而且可通过食物链影响人类健康。
对于土壤中毒死蜱的降解，目前主要的方法有物理降解、化学降解、光解和生物降解等， 传统的物理、化学方法降解有机磷农药虽然处理效果不错，但成本太高，而且容易造成二次 污染，因此只能作为一种辅助手段加以利用。而生物修复技术是近年来发展很快的一种清除 有机污染的环境生物技术，其基本出发点是采用各种方法来加速和强化微生物对环境中有机 污染物的降解。在土壤中毒死蜱的微生物降解技术中，通过接种一株菌或者一种微生物混合 菌剂来降解毒死蜱的方法应用比较广泛，但由于土壤环境条件在营养、温度等方面的限制， 很难使土壤中存在的某些中高温微生物发挥作用，而堆肥化技术在处理土壤中难降解有机污 染物和重金属等方面，被认为是一种有效的方法。因此，如何将微生物降解技术与堆肥化技 术有机结合，进而研发出一种更好的去除土壤中毒死蜱的方法，就成为本领域技术人员解决 土壤中毒死蜱残留问题的 一个新的思考和实践方向。

发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种成本低、操作简单、无污染 且能有效、迅速地修复毒死蜱污染土壤的堆肥化去除土壤中毒死蜱的方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种堆肥化去除土壤中毒死蜱的方法，
包括以下步骤
(1) 土壤预处理对毒死蜱污染的土壤去除杂质，再添加非毒死蜱污染的土壤直至混合 土壤中毒死蜱浓度SlOOmg/kg，将混合土壤自然风干备用；
(2) 堆料处理将种植业固体废物以及上述预处理后的混合土壤风干、破碎、混合后作
为堆料，所述堆料的初始碳氮比为25 : 1~35 : 1，调整堆料的含水率为55% 60%;
(3) 堆肥化处理将一株活化后的鞘氨醇单胞菌(Sp/n'"gomo"^sp.)的菌株(CGMCCN0.1482)接种到上述堆料中，好氧堆制处理30d 40d。
上述本发明方法的种植业固体废物包括农作物废料、麸皮和树叶，所述堆料是由质量干
重比为(16 20) : (1~3) : (2~6) : (10~18)的农作物废料、麸皮、树叶和预处理后的
混合土壤组成。
上述本发明方法的堆料处理过程中，风干后的堆料应破碎至粒径不大于30mm。
上述鞘氨醇单胞菌菌株是在马铃薯葡萄糖琼脂培养基中进行活化，活化培养时的温度控 制在30°C 37°C，恒温培养的时间为3d 5d。
所述鞘氨醇单胞菌菌株接种到上述堆料中的具体方法是将活化后的鞘氨醇单胞菌菌株 制成浓度为2xl06~lxl07CFU/ml的菌悬液，将菌悬液按上述混合土壤干重的2%~4%添加到堆 料中。 一般lkg的混合土壤(干重)接种20ml 40ml的菌悬液即可。
上述的好氧堆制处理过程中，堆料的供氧量为0.2mS/h 0.5mS/h(进行强制通风供氧，以 保证堆料中氧气的扩散和物料的充分混合)，堆料的水分含量保持在55%~60%,堆制环境温 度应控制在30°C~40°C。
与现有技术相比，本发明的优点在于(1)利用堆肥化技术和接种高效降解菌相结合的 方法，使接种菌株和土壤中的土著微生物共同作用，能够对土壤中残留的高浓度的毒死蜱(可 达100mg/kg)起到好的降解作用，縮短毒死蜱在土壤中的残留时间，迅速修复受毒死蜱污染 土壤；这比单独使用堆肥化技术或单独接种高效降解菌进行土壤修复的效果要更好；(2)堆 肥化条件下，土壤中的各种微生物对有机质的分解作用加强，所产生的热量能够使堆制系统 保持较高的温度，相比于一般土壤环境更加有利于毒死蜱的去除；(3)本发明的方法无需额 外对堆料的pH值、有机质含量等指标进行调节便可顺利完成堆制过程；(4) 土壤中残留的 毒死蜱对整个堆肥化进程影响不大，在去除土壤中毒死蜱的前提下，同时使堆料基本腐熟， 消除其对植物的毒害作用；(5)本发明操作简单、成本低、效果好，是一种能够快速有效去 除土壤中毒死蜱的方法。本发明的方法通过在堆肥体系中接种一株高效的毒死蜱降解菌，强 化了土壤中毒死蜱的生物降解作用，为堆肥化生物修复土壤中的各种有机磷杀虫剂污染物提 出了一种新的路径。


图1为堆料的温度随堆制时间变化的折线散点图2为堆料的pH值随堆制时间变化的折线散点图3为堆料的有机质含量随堆制时间变化的折线散点图4为堆料的种子发芽指数(GI值)随堆制时间变化的折线散点图；图5为堆料中的毒死蜱残留率随堆制时间变化的折线散点图。
具体实施方式
实施例
本实施例选用毒死蜱含量为100mg/kg的土壤，土壤有机质的质量含量为9.83%，干重为 20kg，去除该土壤中毒死蜱的具体处理步骤如下
(1) 土壤预处理将上述受毒死蜱污染的土壤去除石块及其它杂质后自然风干备用；
(2) 堆料处理将质量配比为18:3 :5: 13的农作物废料、麸皮、树叶及上述预处理
后的土壤风干、破碎(粒径不大于30mm)、充分混合后组成堆料(在此配比下，堆料的有 机质含量在57%左右，C/N约为30:l)，调节堆料的含水率至60%;
(3) 堆肥化处理将鞘氨醇单胞菌菌株用马铃薯葡萄糖琼脂培养基在37'C下恒温培养 5d;将培养好的菌剂制成浓度为10力FU/ml的菌悬液400mL添加到上述堆料中，然后开始进 行堆制处理；堆制处理过程中进行强制通风供氧，供氧量为0.4m3/h，每隔三天进行一次翻堆 搅拌，搅拌时调节堆料含水率为60%，堆制处理过程中控制堆制环境温度为30"C，堆制时间 持续40d，完成整个处理工艺。
上述马铃薯葡萄糖琼脂培养基的配制方法为取200g马铃薯，洗净去皮切成小块，加水 1000mL，煮沸半个小时或高压蒸煮20分钟左右，纱布过滤，再加10 20g葡萄糖和17 20g 琼脂，充分溶解后趁热纱布过滤，分装试管，12rC灭菌20min后取出试管摆斜面，冷却后备 用。
上述堆制处理过程中，堆料的温度、pH值、有机质含量(VS)、种子发芽指数(GI) 及毒死蜱残留率随堆制时间的变化分别如图1、图2、图3、图4、图5所示。
在堆肥化初期，堆料温度迅速上升，到第2d堆料温度就升到了 5(TC左右，并开始进入 堆肥高温期，达到一定程度后温度开始逐歩下降， 一段时间后趋于平缓，小幅度波动，如图 1所示。
堆制过程中堆料pH值的变化如图2所示，堆料pH值介于6.5 8.5之间上下波动，可能
由于堆料中接种的高效降解菌与土壤中的微生物利用易水解有机物质的差异所致。但pH的 变化满足好氧堆肥的要求，介于6 9之间，所以对整个堆肥化进程影响不大。
图3表示堆料中有机质含量随堆制时间的变化关系，有机质代表着堆料中可被微生物利 用的总能量，有机质的消耗受微生物生长状态以及代谢途径的影响很大，研究表明堆料中有 机质含量的最适值为20%~80%，过高和过低都将不利于堆肥化的正常进行。本实施例采用的 堆肥物料主要是种植业植物废物和毒死蜱污染土壤，混合堆料的有机质含量最高达到了 57%左右，这说明与普通土壤相比，本发明堆料体系中微生物可利用的原料很多，随着微生物对 有机质的消耗，其含量下降因而抑制了微生物的活动，这也进一步解释了图1中堆料温度下
降的原因。
有机污染物存在时，污染物会抑制一些酶的活性，从而使种子萌发受影响，破坏发芽过 程，因此通过测定种子发芽情况就可以预测和评价环境污染物对植物的潜在毒性。当种子发 芽指数大于80%时可认为堆肥腐熟，已基本消除植物毒性，而从图4可以看出本实施例的堆 制处理最初的GI值在38%左右，然后随堆肥化的进行呈逐渐增加趋势；堆制12d时，GI值 己达80%;堆制32d时，GI值达到153。/。，这说明堆料腐熟，已基本消除植物毒性。
由图5可知，接种微生物对土壤中的毒死蜱的降解主要发生在堆制处理的2d 7d，这一 过程中堆料中保持了较高的温度，毒死蜱的降解率达到了 77%，当堆肥化进行到第15d时， 土壤中的毒死蜱的残留量仅为3.6%，到第20d时在土壤中基本检测不到残留的毒死蜱。
权利要求
1、一种堆肥化去除土壤中毒死蜱的方法，包括以下步骤(1)土壤预处理对毒死蜱污染的土壤去除杂质，再添加非毒死蜱污染的土壤直至混合土壤中毒死蜱浓度≤100mg/kg，将混合土壤自然风干备用；(2)堆料处理将种植业固体废物以及上述预处理后的混合土壤风干、破碎、混合后作为堆料，所述堆料的初始碳氮比为25∶1～35∶1，调整堆料的含水率为55％～60％；(3)堆肥化处理将一株活化后的鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas sp.)的菌株(CGMCCNO.1482)接种到上述堆料中，好氧堆制处理30d～40d。
2、 根据权利要求1所述的堆肥化去除土壤中毒死蜱的方法，其特征在于所述种植业固体废物包括农作物废料、麸皮和树叶，所述堆料是由质量干重比为(16 20) : (1~3) : (2~6):(10 18)的农作物废料、麸皮、树叶和预处理后的混合土壤组成。
3、 根据权利要求1所述的堆肥化去除土壤中毒死蜱的方法，其特征在于所述堆料处理过 程中，风干后的堆料破碎至粒径不大于30mm。
4、 根据权利要求1所述的堆肥化去除土壤中毒死蜱的方法，其特征在于所述鞘氨醇单胞 菌菌株是在马铃薯葡萄糖琼脂培养基中进行活化，活化培养时的温度控制在30°C~37°C，恒 温培养的时间为3d 5d。
5、 根据权利要求1所述的堆肥化去除土壤中毒死蜱的方法，其特征在于所述鞘氨醇单胞 菌菌株接种到上述堆料中的具体方法是将活化后的鞘氨醇单胞菌菌株制成浓度为 2xl06~lxl07CFU/ml的菌悬液，将菌悬液按上述混合土壤干重的2%~4%添加到堆料中。
6、 根据权利要求1所述的堆肥化去除土壤中毒死蜱的方法，其特征在于所述好氧堆制处 理过程中，堆料的供氧量为0.2m3/h~0.5m3/h，堆料的水分含量保持在55%~60%，堆制环境温 度控制在3(TC 40。C。
全文摘要
本发明公开了一种堆肥化去除土壤中毒死蜱的方法，包括以下步骤将毒死蜱污染的土壤(浓度≤100mg/kg)除杂、风干，然后与种植业固体废物混合形成堆料，控制堆料的碳氮比及含水率，在堆料中接种一株鞘氨醇单胞菌的菌株，好氧堆置30d～40d即可。本发明的方法不仅能够快速去除土壤中残留的毒死蜱，而且利用种植业固体废物堆肥化处理的产品可作为有机肥料，是一种操作简单、成本低、能够在短时间内去除土壤中残留污染物毒死蜱的方法。
文档编号C05G3/02GK101445413SQ200810107549
公开日2009年6月3日 申请日期2008年12月22日 优先权日2008年12月22日
发明者震 余, 曼 喻, 张嘉超, 曾光明, 陈耀宁 申请人:湖南大学