一种油泥热解碳基土壤改良剂及其制备方法与流程

技术领域：

本发明涉及油田固体废物无害化、资源化技术领域，具体涉及一种油泥热解碳基土壤改良剂及其制备方法。

背景技术：
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含油污染物来自废弃钻井液，压裂返排液，石油集输及炼化罐底油泥，油气田开发现场的坑底油泥和落地油泥等。落地油泥是油田地面生产或储运过程中产生的一种含油固体废物，组成复杂，油中轻组分挥发，沥青质与胶质重组分增多，处理困难。油田落地油泥处理后生成物的处理问题，且一般落地油泥经过处理较少，重金属含量低。其生成物主要是碳，重金属很少，是一种相对质量优良的碳。

土壤表层因缺乏有机质，结构不良，在灌水或降雨等外因作用下结构破坏、土料分散，而干燥后受内聚力作用使土面变硬，导致土壤板结。在这种板结的土壤上种植作物产量会十分低下。

技术实现要素：
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本发明的目的在于提供一种油泥热解碳基土壤改良剂及其制备方法，解决了油田落地油泥热解处理后的固体产物炭质的出路问题，实现了含油污泥资源化利用；改良土壤、为种植作物提供优良生长条件。

本发明的技术方案是：一种油泥热解碳基土壤改良剂包括以下组份，各组份按照重量份计如下：油田落地油泥热裂解产物炭质50-65份、木质素10-20份、海藻酸钠3-5份、聚乙烯醇1-2份、有益菌剂3-5份、碱性肥料2-5份。

上述方案中的落地油泥热裂解产物炭质65份，木质素20份，海藻酸钠5份，肥料4份，有益菌剂3份，聚乙烯醇2份。

上述的碱性肥料为过磷酸钙、硅酸二钙、硅酸钙镁、偏硅酸钠、硫酸亚铁、硫酸锌中任意一种或几种组合。上述的油田落地油泥热裂解产物炭质平均含碳量为40-60％。所述油泥热解碳基土壤改良剂的平均粒径为2-6mm。

上油泥热解碳基土壤改良剂的制备方法包括以下步骤：

步骤1、以落地油泥为原料，采用烟气加热连续运行高温回转窑，控制温度550℃以上，密闭隔氧，微正压同时采用氮气保护，停留时间8h，制备油田落地油泥热裂解产物炭质，碳含量为40％-60％，重金属含量可达到《农用污泥污染物控制标准》(gb4284-1984))中规定的指标标准要求；

步骤2、制备有益菌剂：

将需要扩培的5种菌种，光合菌群、发酵系的丝状菌群、革兰氏阳性放线菌群、酵母菌群及乳酸菌群分别添加到500l的种子罐中，500l种子罐里面装有450l培养基和25l菌群液,上述各类菌群液中每ml中细菌含量达到10⁹个/ml,培养基以玉米粉、黄豆粉、白砂糖份、酵母浸以及微量营养元素磷酸二氢钾、硫酸镁配置培养基，需要通过蒸汽发生器产生的蒸汽进行高温灭菌，灭菌时蒸汽120℃，压力0.1mpa，保持30分钟消毒；添加菌种在温度30-40℃条件下保持24小时后,开启螺杆空压机对种子罐进行通风，增加微生物需氧量，空气系统前期应采用蒸汽120℃，压力0.1mpa，保持30分钟蒸汽消毒，打开种子罐排气阀门控制风量，通风过程应递进增减，保持种子罐压力0.04mpa，温度在30-40℃,24小时后,每2小时取样一次，取样前应蒸汽120℃，压力0.1mpa，保持30min消毒，每次2组样品，检测存档，观察微生物菌种生长状态，待发酵液中微生物数量达到10⁹个/ml后将500l种子罐中发酵液平均转移到三座1500l发酵罐中培养，1500l发酵罐中装有1200l的培养基，转种过程前需要对转种管线进行蒸汽120℃，压力0.1mpa，保持30min消毒，1500l发酵罐扩培与种子罐操作相同，48小时后开始每2小时取样一次，取样前应蒸汽120℃压力，0.1mpa，保持30min消毒，每次3组样品，检测存档，观察微生物活性及生长状态，发酵液中细菌含量达到10⁹个/ml后，通过板框压滤机进行提纯，5种菌种按照以上同一方法培养得到干粉菌剂；

步骤3、制备海藻酸钠胶液，将海藻酸钠加水制成海藻酸钠溶液，海藻酸钠溶液的质量浓度为5～10％，再将油泥热裂解产物炭，木质素，聚乙烯醇依次加入海藻酸钠胶液中进行混合均匀得到第一混合胶液；

步骤4、将步骤2制备的五种干粉菌剂按照质量比1：1：1：1：1比例混合，用水稀释，制得菌悬液，菌悬液的质量浓度为1-3％，加入碱性肥料混合得到第二混合胶液。

步骤5、将步骤3和步骤4按照质量比3：1的比例混合，进行交联反应，得到油泥热解碳基土壤改良剂。

上述方案中的木质素为秸秆发酵产物分离干燥得到的木质素,木质素可以在土壤中被微生物缓慢降解，转化为腐殖质，对土壤脲酶活性具有一定抑制作用，从而进一步延缓尿素态氮的分解，促进作物对氮素的吸收利用；同时木质素分子中的羟基、羧基、酚羟基等活性基团具有较强的吸附性和络合性，使木质素的网状结构具有巨大的吸附能力，能够吸附水解产生的过量且不能被作物吸收利用的大量氮素，从而延缓肥料中尿素态氮的分解，达到缓释效果。另外，木质素能够鳌合土壤中的ca、s、fe、cu、zn、mn等元素，杀死土壤中有害菌、病毒、抑制根结线虫生长、抗病、抗重茬、降低农药残留。由此，通过将木质素添加至碳基肥中，不仅避免了木质素的浪费，还可以显著提高碳基肥的肥效。

上述方案中的海藻酸钠与聚乙烯醇共混形成水凝胶海藻酸钠-聚乙烯醇，其具有良好的成膜性和化学稳定性以及生物相容性，可以包裹在肥料和有益菌表面，从而产生一种缓释效果,海藻酸钠分子量为150000-300000，主要是起到交联作用,聚乙烯醇的分子量为5000-8000低聚度乙烯醇，起包埋作用。此外，海藻酸钠还是天然土壤调理剂，能促进土壤团粒结构的形成，改善土壤内部孔隙空间，协调土壤中固、液、气三者比例，恢复土壤由于负担过重或化学污染而失去的天然胶质平衡，增加土壤生物活力，促进速效养分的释放，有利于根系生长，提高作物的抗逆性。

上述方案中的碱性肥料含有很多的盐基离子，比如钙、镁、锌等,这些盐基离子可以降低土壤中氢离子及交流性铝离子的含量，也可增加土壤中矿质养分含量。

上述方案中的有益菌剂中的五种菌群：

1.光合菌群：具有光能合成体系的原核生物，是一类没有形成芽孢能力的革兰氏阴性菌，以土壤接受的光和热为能源，以根系的有机物或有害气体(硫化氢)氨等作为供氢体兼碳源进行光合作用产生氨基酸、核酸等代谢物，这些代谢物既可以直接被植物吸收，又可作为其它微生物繁殖活动的基质，提高植物的固氮能力。还可以促进动植物生长，提高抗病力，对动植物生命活动和生长发育发挥作用。

2.发酵系的丝状菌群：以发酵酒精时使用的曲霉菌属为主体，它能和其他微生物共存，尤其对土壤中酯的生成有良好效果。因为酒精生成力强，能防止蛆和其他害虫的发生，并可以消除恶臭。

3.革兰氏阳性放线菌群：放线菌是一类主要呈菌丝状生长和以孢子繁殖的陆生性较强大的原核生物。革兰氏阳性，是抗生素等一些列生物活性物质的重要生产者，在农作物病虫害生物防治方面具有重要作用。还可以合成淀粉酶，纤维素酶，氨基酸急维生素等多种有用的代谢产物。在土壤中促使土壤形成团粒结构从而改善土壤。

4.酵母菌群：酵母菌是一些单细胞真菌，好气性菌，是重要的营养功能性细菌，可对包括土壤、水体等各种基质环境中有效养分进行合理的转化和高效率的吸收；还有发酵分解作用，在生长代谢中能形成多种b族维生素和生理活性物质，增强有效菌的活性。

5.乳酸菌群：乳酸菌发酵糖类主要产物为乳酸的一类无芽孢、革兰氏染色阳性细菌的总称。为原核生物。在有氧条件下利用糖进行有氧呼吸，在分解糖过程中获得能量，合成细胞物质，缺氧环境中，产生乳酸能抑制生长环境中腐败性微生物的生长。乳酸具有很强的杀菌能力，能有效抑制有害微生物的活动，以及有机物的急剧腐败分解。乳酸菌还能有效抑制连作障碍产生的致病菌增殖。

总之有益菌剂提高土壤肥力，能净化环境，能促进动植物的生长发育，增产防病效果显著，增强动植物抗性，可促进作物早发芽、早开花、早成熟。

本发明具有如下有益效果：

本发明采用落地油泥无氧热裂解产物炭质作为原料，该炭质最典型的特点是具有多孔结构，比表面积大，将其作为碳基肥的原料，极大地增加了基质的保水、保肥和缓冲能力，经过高温碳化处理的基质不含任何杂菌，大大减少了植物的病害和虫害。

本申请的土壤改良剂可以给土壤中的微生物提供丰富的碳源,激发土壤微生物活性,促进其对有机物质的分解,从而提升土壤肥力。生物炭施入土壤后有助于维持土壤酸碱平衡,促进土壤速效养分含量的积累和增加土壤有机质含量,改善植物根系生长环境,提高肥料利用率,减少水土污染和养分损失，促进土壤改良效果。生物炭在土壤中分解缓慢,长期施用生物炭对土壤碳积累具有促进作用。

附图说明：

附图1是本发明结构示意图；

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

实施例1、

本申请的土壤改良剂原料组成为以下组分，各组分按重量份计:落地油泥热裂解产物(含碳量为40-60％)65份，木质素20份，海藻酸钠5份，过磷酸钙5份，聚乙烯醇2份，有益菌剂3份。

制备方法：

步骤1.制备海藻酸钠溶液：将海藻酸钠加水制成质量浓度为10％的海藻酸钠溶液。

步骤2.制备第一混合胶液：将木质素，聚乙烯醇，落地油泥热裂解产物与步骤1制备的海藻酸钠溶液混合均匀得到第一混合胶液。

步骤3.制备第二混合胶液：将有益菌剂用水稀释，制成质量浓度为3％的菌悬液，加入过磷酸钙混合得到第二混合胶液；

步骤4.交联反应：将第一混合胶液和第二混和胶液按照质量比3：1比例混合，进行交联反应，得到碳基土壤改良剂。该碳基土壤改良剂的平均粒径为6mm。

实施例2、

本申请的土壤改良剂原料组成为以下组分，各组分按照重量份计:落地油泥热裂解产物(含碳量为40-60％)55份，木质素15份，海藻酸钠4份，硅酸二钙3份，聚乙烯醇2份，有益菌剂3份。

制备方法：

步骤1.制备海藻酸钠溶液：将海藻酸钠加水制成质量浓度为5％的海藻酸钠溶液。

步骤2.制备第一混合胶液：将木质素，聚乙烯醇，落地油泥热裂解产物与步骤1制备的海藻酸钠溶液混合均匀得到第一混合胶液。

步骤3.制备第二混合胶液：将有益菌剂用水稀释，制成质量浓度为1％的菌悬液，加入硅酸二钙混合得到第二混合胶液。

步骤4.交联反应：将第一混合胶液和第二混和胶液按照质量比为3：1比例混合，进行交联反应，得到碳基土壤改良剂。该碳基土壤改良剂的平均粒径为2mm。

实施例3、

本申请的土壤改良剂原料组成为以下重量份的组分:落地油泥热裂解产物(含碳量为40-60％)50份，木质素10份，海藻酸钠3份，硫酸锌2份，聚乙烯醇1份，有益菌剂5份。

制备方法：

步骤1.制备海藻酸钠溶液：将海藻酸钠加水制成质量浓度为8％的海藻酸钠溶液。

步骤2.制备第一混合胶液：将木质素，聚乙烯醇，落地油泥热裂解产物与步骤1制备的海藻酸钠溶液混合均匀得到第一混合胶液。

步骤3.制备第二混合胶液：将有益菌剂用水稀释，制成质量浓度为2％的菌悬液，加入硫酸锌混合得到第二混合胶液。

步骤4.交联反应：将第一混合胶液和第二混和胶液按照质量比为3：1比例混合，进行交联反应，得到碳基土壤改良剂。该碳基土壤改良剂的平均粒径为4mm。

实验一、选择盐碱土壤进行改良，设计土壤改良区100m²，对照组100m²，每个处理3次重复，实施例1制备的改良剂于2018年5月一次性均匀施于土壤改良区的土壤表面，投加量为100m²投加量10kg，用旋耕机均匀翻入耕层0～20cm。生育期内灌水方式为地下水膜下滴灌。试验区和对照区相比2018年种植后土壤ph降低到7.49，投加活性炭能够过降低土壤容重，提高土壤渗透性，在雨水和灌水淋洗作用下盐分流失，降低土壤盐分。土壤电导率降低了71.28％，同时土壤中微生物含量增加，0-20cm内微生物增加了4.5倍，番茄产量增加了31.63％。

实验二、采集cd污染土壤(全cd含量在3.58mg/kg)，在1kg土壤中加入质量浓度1％土壤改良剂(实施例2)，充分混匀后置于塑料盆中(3组平行)，加水后用保鲜膜、橡皮筋对塑料盆封口，留孔，保持土壤田间持水量为80％。将塑料盆置于25℃的恒温培养箱中培养，每周称重一次并补充水分。并设置空白对照组。120d培养，结果表明，投加改良剂能够提高土壤通气性，刺激土壤微生物活性，在短时间土壤有机质含量增加了20％，同时施加土壤改良剂有助于土壤中的cd由可氧化态向可还原态、残渣态转化，降低cd有效性，提高土壤抗污染能力。