一种生物炭微生物活性土壤调理剂及其制备方法

1.本发明属于微生物技术领域，具体涉及一种生物炭微生物活性土壤调理剂及其制备方法。


背景技术：

2.人类为了改善自身生活条件而不断开发地球资源，在工农业生产总值快速增长，生存环境(包括水、土、气、生等)却在不断地恶化。土壤作为人类生活福祉的主要依靠，在人类活动中占据着重要地位，也是人类生存的基础。土壤环境的恶化是由多种原因导致的，比如：工业生产过程中废气、废水、废渣的排放，农业生产过程中农药和化肥的不合理使用以及城市生活过程中各类污水的排放。重金属污染是土壤环境恶化原因之一，通常比重在4以上的金属被称为重金属，有pb、ni、hg、zn、cd、as、cr等，重金属也是影响农用地质量的主要污染物。
3.土壤重金属污染的原因有很多，其中采矿是主要原因之一。土壤重金属污染具有隐蔽性、持久性和不可逆性等特点，重金属污染会使农作物减产，也会随着食物链累积，对人类身体健康产生不可忽视的影响。因此重金属污染土壤的修复问题是一项具有挑战性的任务。目前，污染土壤修复技术主要有物理修复、化学修复和生物修复三类，其中原位钝化修复重金属污染土壤技术因其成本低廉、操作简单、易于推广等优点而被众多科学家广泛研究。重金属污染土壤钝化修复过程中如何选择钝化剂也尤为重要，钝化剂分为无机类钝化剂和有机类钝化剂。目前有机类钝化剂中使用最广泛的是有机废物和生物炭。
4.目前，生物炭对重金属污染土壤的修复功能已经得到了多数学者的认可，并且在学术界受到重视。han(han l，zhang e，yang y,et al.highly efficient u(vi)removal by chemically modified hydrochar and pyrochar derived from animal manure；journal of cleaner production，2020.264；121542)等发现以动物粪便为原料所制成的生物炭经naoh处理后比表面积提高了3-6倍，且能显著增加对铀的吸附量。
5.然而目前对于生物炭的研究相对比较单一，很多生物炭类的土壤调理剂功能单一，仅仅物理吸附并固定一种金属离子，使用成本较高，且对于土壤理化性质、生物活性的调节，效果较弱，无法从根本上解决土壤问题。


技术实现要素：

6.本发明针对现有技术中存在的问题，利用废弃的市政污泥和花生壳作为原料，制备高活性的生物炭材料，同时辅以高效降解重金属离子的微生物菌剂，两者相互配合，共同实现土壤中重金属离子含量的降低，同时可以有效改善土壤的酶活性，从根本上提升土壤的生物活性，提高土壤种植效率。
7.为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案为：
8.一种生物炭微生物活性土壤调理剂，包括以下重量份的原料制备而成：改性的污泥生物炭40-80份、花生壳10-20份、腐殖酸10-20份、尿素5-10份、磷酸二氢铵5-10份、凹凸
棒土5-10份、微生物菌剂1-4份、调理剂0.1-0.5份。
9.进一步的，所述改性的污泥生物炭是经过干化、热解碳化改性后得到。
10.更进一步的，所述改性的污泥生物炭的制备方法为：
11.(1)将城市污泥进行烘干，烘干温度为100-110℃，烘干时间为24-30h，烘干结束后将污泥破碎为0.5-1mm的固体污泥颗粒；
12.(2)将固体污泥颗粒与硫酸钙按照质量比100:5-10混合，再置于炭化炉中进行程序升温裂解，在氮气氛围下以每分钟5-6℃的速度升温至300-400℃，恒温1h，再以每分钟1-2℃的速度升温至500℃，恒温5h后，自然降温，得到污泥生物炭；
13.(3)将步骤(2)得到的污泥生物炭以固液比1kg：1l分散于水中，加入污泥生物炭质量1-3wt％硝酸铁，再加入污泥生物炭质量3-8wt％尿素，60℃恒温15-20min后，加入污泥生物炭质量1-3wt％十六烷基三甲基溴化铵，升温至95-100℃继续搅拌至溶液呈胶状，移至真空干燥箱110-130℃干燥5h，再在600℃煅烧3h得到终产品改性的污泥生物炭。
14.进一步的，所述微生物菌剂为保藏编号为cgmcc1.15046的玫瑰色考克氏菌和保藏编号为cctcc af 96007厚毛平革菌。
15.本发明玫瑰色考克氏菌(kocuria rosea)，保藏编号为cgmcc1.15046，购自中国普通微生物菌种保藏管理中心，地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所。
16.本发明厚毛平革菌(chrysosporium)，保藏编号为cctcc af 96007，购自中国典型培养物保藏中心，地址为湖北省武汉市武昌区八一路299号。
17.更进一步的，所述微生物菌剂的制备方法为：分别将玫瑰色考克氏菌和厚毛平革菌分别进行活化，活化后接入lb培养基中，在5000r/min下离心8-10min，弃去上清液获得两种菌体，再分别用生理盐水配置为od600≈1的菌悬液，最后将两种菌悬液等体积混合，喷雾干燥即可。
18.所述lb培养基的组成为：胰蛋白陈2g母粉1g、氯化钠2g、ph值7.4，加蒸馏水定容至200ml，121℃灭菌20min。
19.进一步的，所述调理剂为聚丙烯酰胺和壳聚糖，质量比为1:1。
20.一种生物炭微生物活性土壤调理剂的制备方法，包括以下制备步骤：
21.(1)制备改性的污泥生物炭；
22.(2)制备微生物菌剂；
23.(3)将重量份将改性的污泥生物炭与微生物菌剂充分混合，再加入腐殖酸、尿素、磷酸二氢铵、凹凸棒土、调理剂以及经过粉碎的花生壳，使用水或者粘结剂进行混合造粒，最后干燥定形。
24.进一步的，步骤(3)造粒方法为：圆盘角度调至50
°‑
60
°
，先将转速调至5-10r/min，边转边喷入雾化水，当有直径为0.5-1mm的颗粒产生时停止喷雾化水，将转速调至40-60r/min，快速转动，直至颗粒呈直径1-3.5mm状时停止。
25.本发明土壤调理剂用量用法为30-50kg/亩。
26.妥善处理城市生活污水处理厂的污泥，实现污泥资源化利用，是当前我国城市化进程中面临的一项重大难题。当前污泥处理方法主要有卫生填埋、好氧堆肥、厌氧消化、焚烧、热解炭化等，其中污泥热解炭化技术备受关注，因其可实现污泥较大程度的减量化、无
害化和稳定化，污泥生物炭具有生物炭的特性，资源化利用潜力巨大。
27.然而目前的污泥生物炭热解技术，其本身所含的污染物处理不彻底，得到的生物炭孔径分布不好，具有很多的死孔和闭孔，同时实际应用时，吸附固定能力较差，污泥的资源化利用程度并不高。
28.因此，本发明对污泥进行干化、热解改性处理，程序升温和改性的处理，增大总孔体积与平均孔径，使孔隙结构更加发达，增大比表面积，且使表面官能团更丰富，大幅提高了共热解生物炭产品质量与使用价值，高效降低污泥中的病原菌等有毒有害物质，同时可以优化污泥生物炭孔结构，后续使用硝酸铁、尿素和十六烷基三甲基溴化铵进行溶胶沉淀和煅烧结晶，使得污泥生物炭沉积丰富的磁性粒子，一方面可以大幅提升污泥生物炭的吸附能力，另一方面可以对活性微生物提供高效的保护，刺激微生物持续高效的发挥作用。
29.本发明复配两种功能微生物菌剂，两种菌等比例混合后可以相互促进，其产生的活性物质可以有效钝化土壤中的各类重金属元素，最大程度的吸附和降解重金属，同时负载了丰富磁性粒子的污泥生物炭作为微生物载体，能够较长时间同时黏附在土壤颗粒上以便对土壤中的重金属充分钝化，这样就提高了本发明的钝化能力和钝化效果，最大程度的降低土壤中有效态重金属离子的含量，调理剂持续而稳定的发挥作用。
30.综上，本发明的有益效果为：
31.(1)本发明以城市污泥为原料制备污泥生物炭，通过干化热解改性等步骤，充分改善污泥生物炭的理化性质，提高其对于重金属离子的吸附能力；
32.(2)本发明复配玫瑰色考克氏菌和厚毛平革菌做为功能微生物菌剂，两者协同作用，实现对于土壤中常见重金属元素的有效固定和降解，使重金属向稳定化形态转化以降低迁移性和生物可利用性；
33.(3)同时添加尿素、腐殖酸、花生壳等营养成分，为作物提供一定的营养物质，促进作物生长，同时腐植酸还可以补充农田土壤有机质，改善土壤团粒结构，缓解石灰对土壤的板结，提升农田土壤耕地地力；
34.(4)添加聚丙烯酰胺、壳聚糖，一方面可以增加土壤的保水性，另一方面，聚丙烯酰胺具有与土壤表面相同的负电荷，可以与土壤颗粒通过阳离子桥的形式相结合，增加土壤团粒结构，调节土壤结构。
具体实施方式
35.下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但不限于此。
36.实施例1
37.一种生物炭微生物活性土壤调理剂，包括以下重量份的原料制备而成：改性的污泥生物炭40份、花生壳10份、腐殖酸20份、尿素5份、磷酸二氢铵10份、凹凸棒土5份、微生物菌剂1份、调理剂0.1份。
38.所述改性的污泥生物炭是经过干化、热解碳化改性后得到。
39.所述改性的污泥生物炭的制备方法为：
40.(1)将城市污泥进行烘干，烘干温度为100-110℃，烘干时间为24h，烘干结束后将污泥破碎为
41.0.5-1mm的固体污泥颗粒；
42.(2)将固体污泥颗粒与硫酸钙按照质量比100:5混合，再置于炭化炉中进行程序升温裂解，在氮气氛围下以每分钟5-6℃的速度升温至300℃，恒温1h，再以每分钟1-2℃的速度升温至500℃，恒温5h后，自然降温，得到污泥生物炭；
43.(3)将步骤(2)得到的污泥生物炭以固液比1kg：1l分散于水中，加入污泥生物炭质量1wt％硝酸铁，再加入污泥生物炭质量3wt％尿素，60℃恒温15min后，加入污泥生物炭质量1wt％十六烷基三甲基溴化铵，升温至95-100℃继续搅拌至溶液呈胶状，移至真空干燥箱110-130℃干燥5h，再在600℃煅烧3h得到终产品改性的污泥生物炭。
44.所述微生物菌剂为保藏编号为cgmcc1.15046的玫瑰色考克氏菌和保藏编号为cctcc af 96007厚毛平革菌。
45.本实施例玫瑰色考克氏菌(kocuria rosea)，保藏编号为cgmcc1.15046，购自中国普通微生物菌种保藏管理中心，地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所。
46.本实施例厚毛平革菌(chrysosporium)，保藏编号为cctcc af 96007，购自中国典型培养物保藏中心，地址为湖北省武汉市武昌区八一路299号。
47.所述微生物菌剂的制备方法为：分别将玫瑰色考克氏菌和厚毛平革菌分别进行活化，活化后接入lb培养基中，在5000r/min下离心8-10min，弃去上清液获得两种菌体，再分别用生理盐水配置为od600≈1的菌悬液，最后将两种菌悬液等体积混合，喷雾干燥即可。
48.所述lb培养基的组成为：胰蛋白陈2g母粉1g、氯化钠2g、ph值7.4，加蒸馏水定容至200ml，121℃灭菌20min。
49.所述调理剂为聚丙烯酰胺和壳聚糖，质量比为1:1。
50.一种生物炭微生物活性土壤调理剂的制备方法，包括以下制备步骤：
51.(1)制备改性的污泥生物炭；
52.(2)制备微生物菌剂；
53.(3)将重量份将改性的污泥生物炭与微生物菌剂充分混合，再加入腐殖酸、尿素、磷酸二氢铵、凹凸棒土、调理剂以及经过粉碎的花生壳，使用水或者粘结剂进行混合造粒，最后干燥定形。
54.步骤(3)造粒方法为：圆盘角度调至50
°‑
60
°
，先将转速调至5r/min，边转边喷入雾化水，当有直径为0.5-1mm的颗粒产生时停止喷雾化水，将转速调至40r/min，快速转动，直至颗粒呈直径1-3.5mm状时停止。
55.实施例2
56.一种生物炭微生物活性土壤调理剂，包括以下重量份的原料制备而成：改性的污泥生物炭50份、花生壳12份、腐殖酸20份、尿素5份、磷酸二氢铵8份、凹凸棒土6份、微生物菌剂2份、调理剂0.2份。
57.所述改性的污泥生物炭是经过干化、热解碳化改性后得到。
58.所述改性的污泥生物炭的制备方法为：
59.(1)将城市污泥进行烘干，烘干温度为100-110℃，烘干时间为24h，烘干结束后将污泥破碎为0.5-1mm的固体污泥颗粒；
60.(2)将固体污泥颗粒与硫酸钙按照质量比100:6混合，再置于炭化炉中进行程序升温裂解，在氮气氛围下以每分钟5-6℃的速度升温至300-400℃，恒温1h，再以每分钟1-2℃
的速度升温至500℃，恒温5h后，自然降温，得到污泥生物炭；
61.(3)将步骤(2)得到的污泥生物炭以固液比1kg：1l分散于水中，加入污泥生物炭质量1wt％硝酸铁，再加入污泥生物炭质量5wt％尿素，60℃恒温15min后，加入污泥生物炭质量2wt％十六烷基三甲基溴化铵，升温至95-100℃继续搅拌至溶液呈胶状，移至真空干燥箱110-130℃干燥5h，再在600℃煅烧3h得到终产品改性的污泥生物炭。
62.所述微生物菌剂为保藏编号为cgmcc1.15046的玫瑰色考克氏菌和保藏编号为cctcc af 96007厚毛平革菌。
63.本实施例玫瑰色考克氏菌(kocuria rosea)，保藏编号为cgmcc1.15046，购自中国普通微生物菌种保藏管理中心，地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所。
64.本实施例厚毛平革菌(chrysosporium)，保藏编号为cctcc af 96007，购自中国典型培养物保藏中心，地址为湖北省武汉市武昌区八一路299号。
65.所述微生物菌剂的制备方法为：分别将玫瑰色考克氏菌和厚毛平革菌分别进行活化，活化后接入lb培养基中，在5000r/min下离心8-10min，弃去上清液获得两种菌体，再分别用生理盐水配置为od600≈1的菌悬液，最后将两种菌悬液等体积混合，喷雾干燥即可。
66.所述lb培养基的组成为：胰蛋白陈2g母粉1g、氯化钠2g、ph值7.4，加蒸馏水定容至200ml，121℃灭菌20min。
67.所述调理剂为聚丙烯酰胺和壳聚糖，质量比为1:1。
68.一种生物炭微生物活性土壤调理剂的制备方法，包括以下制备步骤：
69.(1)制备改性的污泥生物炭；
70.(2)制备微生物菌剂；
71.(3)将重量份将改性的污泥生物炭与微生物菌剂充分混合，再加入腐殖酸、尿素、磷酸二氢铵、凹凸棒土、调理剂以及经过粉碎的花生壳，使用水或者粘结剂进行混合造粒，最后干燥定形。
72.步骤(3)造粒方法为：圆盘角度调至50
°‑
60
°
，先将转速调至8r/min，边转边喷入雾化水，当有直径为0.5-1mm的颗粒产生时停止喷雾化水，将转速调至50r/min，快速转动，直至颗粒呈直径1-3.5mm状时停止。
73.实施例3
74.一种生物炭微生物活性土壤调理剂，包括以下重量份的原料制备而成：改性的污泥生物炭60份、花生壳16份、腐殖酸15份、尿素8份、磷酸二氢铵5份、凹凸棒土7份、微生物菌剂3份、调理剂0.3份。
75.所述改性的污泥生物炭是经过干化、热解碳化改性后得到。
76.所述改性的污泥生物炭的制备方法为：
77.(1)将城市污泥进行烘干，烘干温度为100-110℃，烘干时间为30h，烘干结束后将污泥破碎为
78.0.5-1mm的固体污泥颗粒；
79.(2)将固体污泥颗粒与硫酸钙按照质量比100:10混合，再置于炭化炉中进行程序升温裂解，在氮气氛围下以每分钟5-6℃的速度升温至400℃，恒温1h，再以每分钟1-2℃的速度升温至500℃，恒温5h后，自然降温，得到污泥生物炭；
80.(3)将步骤(2)得到的污泥生物炭以固液比1kg：1l分散于水中，加入污泥生物炭质量3wt％硝酸铁，再加入污泥生物炭质量8wt％尿素，60℃恒温15-20min后，加入污泥生物炭质量2wt％十六烷基三甲基溴化铵，升温至95-100℃继续搅拌至溶液呈胶状，移至真空干燥箱110-130℃干燥5h，再在600℃煅烧3h得到终产品改性的污泥生物炭。
81.所述微生物菌剂为保藏编号为cgmcc1.15046的玫瑰色考克氏菌和保藏编号为cctcc af 96007厚毛平革菌。
82.本实施例玫瑰色考克氏菌(kocuria rosea)，保藏编号为cgmcc1.15046，购自中国普通微生物菌种保藏管理中心，地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所。
83.本实施例厚毛平革菌(chrysosporium)，保藏编号为cctcc af 96007，购自中国典型培养物保藏中心，地址为湖北省武汉市武昌区八一路299号。
84.所述微生物菌剂的制备方法为：分别将玫瑰色考克氏菌和厚毛平革菌分别进行活化，活化后接入lb培养基中，在5000r/min下离心8-10min，弃去上清液获得两种菌体，再分别用生理盐水配置为od600≈1的菌悬液，最后将两种菌悬液等体积混合，喷雾干燥即可。
85.所述lb培养基的组成为：胰蛋白陈2g母粉1g、氯化钠2g、ph值7.4，加蒸馏水定容至200ml，121℃灭菌20min。
86.所述调理剂为聚丙烯酰胺和壳聚糖，质量比为1:1。
87.一种生物炭微生物活性土壤调理剂的制备方法，包括以下制备步骤：
88.(1)制备改性的污泥生物炭；
89.(2)制备微生物菌剂；
90.(3)将重量份将改性的污泥生物炭与微生物菌剂充分混合，再加入腐殖酸、尿素、磷酸二氢铵、凹凸棒土、调理剂以及经过粉碎的花生壳，使用水或者粘结剂进行混合造粒，最后干燥定形。
91.步骤(3)造粒方法为：圆盘角度调至50
°‑
60
°
，先将转速调至10r/min，边转边喷入雾化水，当有直径为0.5-1mm的颗粒产生时停止喷雾化水，将转速调至60r/min，快速转动，直至颗粒呈直径1-3.5mm状时停止。
92.实施例4
93.一种生物炭微生物活性土壤调理剂，包括以下重量份的原料制备而成：改性的污泥生物炭80份、花生壳20份、腐殖酸10份、尿素10份、磷酸二氢铵5份、凹凸棒土10份、微生物菌剂4份、调理剂0.5份。
94.所述改性的污泥生物炭是经过干化、热解碳化改性后得到。
95.所述改性的污泥生物炭的制备方法为：
96.(1)将城市污泥进行烘干，烘干温度为100-110℃，烘干时间为30h，烘干结束后将污泥破碎为
97.0.5-1mm的固体污泥颗粒；
98.(2)将固体污泥颗粒与硫酸钙按照质量比100:10混合，再置于炭化炉中进行程序升温裂解，在氮气氛围下以每分钟5-6℃的速度升温至400℃，恒温1h，再以每分钟1-2℃的速度升温至500℃，恒温5h后，自然降温，得到污泥生物炭；
99.(3)将步骤(2)得到的污泥生物炭以固液比1kg：1l分散于水中，加入污泥生物炭质
量3wt％硝酸铁，再加入污泥生物炭质量8wt％尿素，60℃恒温15-20min后，加入污泥生物炭质量3wt％十六烷基三甲基溴化铵，升温至95-100℃继续搅拌至溶液呈胶状，移至真空干燥箱110-130℃干燥5h，再在600℃煅烧3h得到终产品改性的污泥生物炭。
100.所述微生物菌剂为保藏编号为cgmcc1.15046的玫瑰色考克氏菌和保藏编号为cctcc af 96007厚毛平革菌。
101.本实施例玫瑰色考克氏菌(kocuria rosea)，保藏编号为cgmcc1.15046，购自中国普通微生物菌种保藏管理中心，地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所。
102.本实施例厚毛平革菌(chrysosporium)，保藏编号为cctcc af 96007，购自中国典型培养物保藏中心，地址为湖北省武汉市武昌区八一路299号。
103.所述微生物菌剂的制备方法为：分别将玫瑰色考克氏菌和厚毛平革菌分别进行活化，活化后接入lb培养基中，在5000r/min下离心8-10min，弃去上清液获得两种菌体，再分别用生理盐水配置为od600≈1的菌悬液，最后将两种菌悬液等体积混合，喷雾干燥即可。
104.所述lb培养基的组成为：胰蛋白陈2g母粉1g、氯化钠2g、ph值7.4，加蒸馏水定容至200ml，121℃灭菌20min。
105.所述调理剂为聚丙烯酰胺和壳聚糖，质量比为1:1。
106.一种生物炭微生物活性土壤调理剂的制备方法，包括以下制备步骤：
107.(1)制备改性的污泥生物炭；
108.(2)制备微生物菌剂；
109.(3)将重量份将改性的污泥生物炭与微生物菌剂充分混合，再加入腐殖酸、尿素、磷酸二氢铵、凹凸棒土、调理剂以及经过粉碎的花生壳，使用水或者粘结剂进行混合造粒，最后干燥定形。
110.步骤(3)造粒方法为：圆盘角度调至50
°‑
60
°
，先将转速调至5-10r/min，边转边喷入雾化水，当有直径为0.5-1mm的颗粒产生时停止喷雾化水，将转速调至40-60r/min，快速转动，直至颗粒呈直径1-3.5mm状时停止。
111.对比例1
112.一种生物炭微生物活性土壤调理剂，包括以下重量份的原料制备而成：污泥生物炭80份、花生壳20份、腐殖酸10份、尿素10份、磷酸二氢铵5份、凹凸棒土10份、微生物菌剂4份、调理剂0.5份。
113.所述污泥生物炭是经过干化、热解碳化后得到。
114.所述污泥生物炭的制备方法为：
115.(1)将城市污泥进行烘干，烘干温度为100-110℃，烘干时间为30h，烘干结束后将污泥破碎为
116.0.5-1mm的固体污泥颗粒；
117.(2)将固体污泥颗粒与硫酸钙按照质量比100:10混合，再置于炭化炉中进行程序升温裂解，在氮气氛围下以每分钟5-6℃的速度升温至400℃，恒温1h，再以每分钟1-2℃的速度升温至500℃，恒温5h后，自然降温，得到污泥生物炭。
118.所述微生物菌剂为保藏编号为cgmcc1.15046的玫瑰色考克氏菌和保藏编号为cctcc af 96007厚毛平革菌。
119.本对比例玫瑰色考克氏菌(kocuria rosea)，保藏编号为cgmcc1.15046，购自中国普通微生物菌种保藏管理中心，地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所。
120.本对比例厚毛平革菌(chrysosporium)，保藏编号为cctcc af 96007，购自中国典型培养物保藏中心，地址为湖北省武汉市武昌区八一路299号。
121.所述微生物菌剂的制备方法为：分别将玫瑰色考克氏菌和厚毛平革菌分别进行活化，活化后接入lb培养基中，在5000r/min下离心8-10min，弃去上清液获得两种菌体，再分别用生理盐水配置为od600≈1的菌悬液，最后将两种菌悬液等体积混合，喷雾干燥即可。
122.所述lb培养基的组成为：胰蛋白陈2g母粉1g、氯化钠2g、ph值7.4，加蒸馏水定容至200ml，121℃灭菌20min。
123.所述调理剂为聚丙烯酰胺和壳聚糖，质量比为1:1。
124.一种生物炭微生物活性土壤调理剂的制备方法，包括以下制备步骤：
125.(1)制备污泥生物炭；
126.(2)制备微生物菌剂；
127.(3)将重量份将污泥生物炭与微生物菌剂充分混合，再加入腐殖酸、尿素、磷酸二氢铵、凹凸棒土、调理剂以及经过粉碎的花生壳，使用水或者粘结剂进行混合造粒，最后干燥定形。
128.步骤(3)造粒方法为：圆盘角度调至50
°‑
60
°
，先将转速调至5-10r/min，边转边喷入雾化水，当有直径为0.5-1mm的颗粒产生时停止喷雾化水，将转速调至40-60r/min，快速转动，直至颗粒呈直径1-3.5mm状时停止。
129.本对比例，除不进行污泥生物炭的第三步改性外，其余原料和制备方法均同实施例4。
130.对比例2
131.改变微生物菌剂的组成，其余原料和制备方法均同实施例4，即在微生物菌剂制备方法中：
132.所述微生物菌剂的制备方法为：分别将玫瑰色考克氏菌和厚毛平革菌分别进行活化，活化后接入lb培养基中，在5000r/min下离心8-10min，弃去上清液获得两种菌体，再分别用生理盐水配置为od600≈1的菌悬液，最后将两种菌悬液按照体积比1:2或者2:1或者0:1或者1:0混合，喷雾干燥即可。
133.表1对比例菌悬液体积比例
134.对比例组玫瑰色考克氏菌厚毛平革菌对比例212对比例321对比例401对比例510
135.性能测试
136.菌株对于重金属离子的去除效果
137.活化菌体制备：在lb培养基中按2％的接种量接入本发明实施例4和对比例2-5的微生物菌剂的菌悬液，150rpm恒温摇床培养12h。将该液体作为活化菌体备用。将活化菌体
按4％体积的量投加到已知浓度重金属的lb溶液中，恒温振荡4h后，取样，8000r/min离心10min，用spectraa220型原子吸收分光光度计测定上清中剩余重金属的浓度，计算去除率。
138.对重金属的去除率的计算方法为：
[0139][0140]
其中，r为重金属的去除率，c 0为重金属的初始浓度(mg/l)，ce为平衡时溶液中重金属的浓度(mg/l)。
[0141]
对于各重金属粒子的去除效果如表2所示：
[0142]
表2试验结果
[0143][0144]
根据表2数据可以看出，本发明菌株对于重金属铅、镍、铜均具有良好的清除效果，于此同时，两种菌等量混合后，对于重金属的去除具有相互促进，促进了对于重金属离子的去除。而改变了两种菌的比例后，两者间的平衡协同作用被打破，其对于重金属离子的去除
效果减弱。
[0145]
种植试验
[0146]
将重金属污染土从污染地取回，于山东省临沂市农业科学院农业试验园进行种植试验，统计种植前后，土壤性状变化。
[0147]
供试作物：临麦9号
[0148]
土壤类型为潮褐土，质地为壤土，土壤肥力中等，有机质22.6g
·
kg-1
，水解性氮130.9mg
·
kg-1
，有效磷70.9mg
·
kg-1
，速效钾142.5mg
·
kg-1
，土壤ph值为7.1。有毒有害重金属含量分别为有效态hg 0.015mg
·
kg-1
，有效态as1.201 mg
·
kg-1
，有效态cd0.033mg
·
kg-1
，有效态pb 4.56mg
·
kg-1
，有效态cr 0.13mg
·
kg-1
。
[0149]
土样分析测定方法为：ph值采用ny/t 1121.2-2006，有机质采用ny/t 1121.6-2006，水解性氮采用《土壤分析技术规范(第二版)第七章土壤氮的测定》，有效磷采用ny/t1121.7-2014，速效钾采用ny/t 889-2004，有效镉采用hj 804-2016，有效铬采用hj 166-2004，有效铅采用hj 804
ꢀ‑
2016；有效砷采用db35/t 1459
ꢀ‑
2014，有效汞采用db35/t 1459
ꢀ‑
2014。植株样品分析测定方法为：汞、砷采用微波消解—原子荧光光度法，铅、镉、铬采用微波消解—石墨炉原子吸收分光光度法测定。
[0150]
设置10个处理组，分别在常规施肥的基础上施加实施例1
‑‑
4以及对比例1-5所得调理剂，施用量为30kg/亩，同时设置空白对照组，即仅仅进行常规施肥。
[0151]
种植效果表3所示：
[0152]
表3种植前后土壤性能变化
[0153][0154]
从表3数据可以看出，本发明实施例调理剂可以有效降低土壤中多种有效态重金属离子的含量，效果显著。而缺少了生物炭改性的对比例1以及改变了微生物菌剂组成的打对比例2-5，其对于土壤重金属的调节水平明显下降，这是由于缺少了生物炭改性的对比例1，为普通的污泥生物炭，其活性下降，无法实现对于微生物菌剂的充分吸附和保护，而改变了菌剂组成的对比例2-5，其菌株间的平衡协同作用消失，对于土壤中重金属离子降解能力下降，因此对于土壤的调理能力降低。
[0155]
需要说明的是，上述实施例仅仅是实现本发明的优选方式的部分实施例，而非全部实施例。显然，基于本发明的上述实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的
前提下所获得的其他所有实施例，都应当属于本发明保护的范围。

技术特征：
1.一种生物炭微生物活性土壤调理剂，其特征在于，包括以下重量份的原料制备而成：改性的污泥生物炭40-80份、花生壳10-20份、腐殖酸10-20份、尿素5-10份、磷酸二氢铵5-10份、凹凸棒土5-10份、微生物菌剂1-4份、调理剂0.1-0.5份。2.根据权利要求1所述生物炭微生物活性土壤调理剂，其特征在于，所述改性的污泥生物炭是经过干化、热解碳化改性后得到。3.根据权利要求2所述生物炭微生物活性土壤调理剂，其特征在于，所述改性的污泥生物炭的制备方法为：(1)将城市污泥进行烘干，烘干温度为100-110℃，烘干时间为24-30h，烘干结束后将污泥破碎为0.5-1mm的固体污泥颗粒；(2)将固体污泥颗粒与硫酸钙按照质量比100:5-10混合，再置于炭化炉中进行程序升温裂解，在氮气氛围下以每分钟5-6℃的速度升温至300-400℃，恒温1h，再以每分钟1-2℃的速度升温至500℃，恒温5h后，自然降温，得到污泥生物炭；(3)将步骤(2)得到的污泥生物炭以固液比1kg：1l分散于水中，加入污泥生物炭质量1-3wt％硝酸铁，再加入污泥生物炭质量3-8wt％尿素，60℃恒温15-20min后，加入污泥生物炭质量1-3wt％十六烷基三甲基溴化铵，升温至95-100℃继续搅拌至溶液呈胶状，移至真空干燥箱110-130℃干燥5h，再在600℃煅烧3h得到终产品改性的污泥生物炭。4.根据权利要求1所述生物炭微生物活性土壤调理剂，其特征在于，所述微生物菌剂为保藏编号为cgmcc1.15046的玫瑰色考克氏菌和保藏编号为cctcc af 96007厚毛平革菌。5.根据权利要求4所述生物炭微生物活性土壤调理剂，其特征在于，所述微生物菌剂的制备方法为：分别将玫瑰色考克氏菌和厚毛平革菌分别进行活化，活化后接入lb培养基中，在5000r/min下离心8-10min，弃去上清液获得两种菌体，再分别用生理盐水配置为od600≈1的菌悬液，最后将两种菌悬液等体积混合，喷雾干燥即可。6.根据权利要求1所述生物炭微生物活性土壤调理剂，其特征在于，所述调理剂为聚丙烯酰胺和壳聚糖，质量比为1:1。7.一种权利要求1-6任意一项所述生物炭微生物活性土壤调理剂的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：(1)制备改性的污泥生物炭；(2)制备微生物菌剂；(3)将重量份将改性的污泥生物炭与微生物菌剂充分混合，再加入腐殖酸、尿素、磷酸二氢铵、凹凸棒土、调理剂以及经过粉碎的花生壳，使用水或者粘结剂进行混合造粒，最后干燥定形。8.根据权利要求7所述生物炭微生物活性土壤调理剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)造粒方法为：圆盘角度调至50
°‑
60
°
，先将转速调至5-10r/min，边转边喷入雾化水，当有直径为0.5-1mm的颗粒产生时停止喷雾化水，将转速调至40-60r/min，快速转动，直至颗粒呈直径1-3.5mm状时停止。

技术总结
本发明公开一种生物炭微生物活性土壤调理剂及其制备方法，属于微生物技术领域。本发明调理剂包括以下重量份的原料制备而成：改性的污泥生物炭40-80份、花生壳10-20份、腐殖酸10-20份、尿素5-10份、磷酸二氢铵5-10份、凹凸棒土5-10份、微生物菌剂1-4份、调理剂0.1-0.5份。本发明以城市污泥为原料制备污泥生物炭，通过干化热解改性等步骤，充分改善污泥生物炭的理化性质，提高其对于重金属离子的吸附能力；本发明复配玫瑰色考克氏菌和厚毛平革菌做为功能微生物菌剂，两者协同作用，实现对于土壤中常见重金属元素的有效固定和降解，使重金属向稳定化形态转化以降低迁移性和生物可利用性。用性。


技术研发人员：王鹏 李际会 杜庆福 党彦学 冷鹏 张永涛 焦圣群 钟部帅 张现增 唐洪杰
受保护的技术使用者：临沂市农业科学院
技术研发日：2023.06.15
技术公布日：2023/8/31