赤泥與糖蜜酒精廢液混合摻雜發(fā)酵制備土壤

　　摘　要：將赤泥與糖蜜酒精廢液按不同比例混合，使堿性赤泥與酸性廢液中的酸堿中和，摻入蔗渣、混合菌、白糖、新鮮牛糞，在低于６０℃條件下進行發(fā)酵而制備土壤，減少土壤板結(jié)，降低有害元素的含量。探討了赤泥與廢液按不同質(zhì)量比混合摻雜發(fā)酵制備土壤、堆體發(fā)酵程度對降低有害元素的影響、覆蓋薄膜對發(fā)酵堆體發(fā)酵的影響、檢驗植物的生長等。結(jié)果表明：按ｍ（赤泥）∶ｍ（廢液）＝４∶６進行混合均勻發(fā)酵，混合堆體的ｐＨ值在7.3-7.5，堆體的發(fā)酵程度高，能增加松散程度；控制溫度低于６０℃時，覆蓋薄膜對發(fā)酵有利。松散程度較高的發(fā)酵體有利于植物的生長。
　　關(guān)鍵詞：赤泥；糖蜜酒精廢液；摻雜；酸堿中和；堆體發(fā)酵

　　隨著氧化鋁工業(yè)的發(fā)展，赤泥的排放及危害已成為日益嚴重的問題。目前，世界各國大多數(shù)氧化鋁廠對赤泥處置通用的方法是將赤泥堆積或傾入深海，隨著赤泥產(chǎn)出量日益增加和人們對環(huán)境保護意識的不斷提高，最大限度地限制赤泥的危害、多渠道利用赤泥已迫在眉睫。糖蜜酒精廢液中含有多種營養(yǎng)素，是寶貴的資源，但未經(jīng)轉(zhuǎn)換直接排入水體會造成水質(zhì)變酸變臭，水體生態(tài)系統(tǒng)受破壞。若直接排入農(nóng)田，不僅會損害農(nóng)作物，還會使土壤板結(jié)，影響地下水水質(zhì)。因此，妥善解決糖廠糖蜜酒精廢液治理問題能為制糖企業(yè)的發(fā)展帶來福音，也是環(huán)境保護的需要。目前還沒有找到能夠解決酒精廢液污染的真正有效辦法。因此，糖蜜酒精廢液的治理和資源化利用一直是國際上環(huán)境保護熱點研究課題之一。

　　本文探討了將赤泥與糖蜜酒精廢液按一定的比例混合，摻入蔗渣、混合菌、白糖、新鮮牛糞等進行發(fā)酵，得到適合植物生長的土壤。

　　材料與儀器
　�。ǎ保┌荻ǔ嗄�。來源于中國鋁業(yè)某分公司，經(jīng)破碎成粉狀。主要化學成分：Fe₂O₃、Al₂O₃、CaO、SiO₂、TiO₂、Na₂O等，pH=11（表１）。經(jīng)Ｘ射線衍射分析，其主要礦物成分為方解石、菱鐵礦、水鈣鋁榴石、水鋁石、三水鋁石等。
　�。ǎ玻┨敲劬凭珡U液。其COD為12470mg/L,，主要化學成分：蛋白質(zhì)、維生素、灰分、
SO24-、C1-、有機酸，pH=4，來源于廣西某糖廠。

　　（３）蔗渣、新鮮牛糞（提供纖維分解菌）、白糖。
　　（４）混合菌種。主要成分為酵母菌、纖維分解菌、光合菌、乳酸菌、酵素菌。桂林市紅葉生物科技有限公司生產(chǎn)。
　�。ǎ担┧脙x器。ＪＳＭ－６３８０ＬＶ型掃描電子顯微鏡（ＳＥＭ）；原子吸收分光光度儀（ＡＡＳ）；Ｘ射線衍射分析儀（ＸＲＤ）；原子熒光光譜儀（ＡＦＳ）。

　　試驗原理和方法
　　試驗原理
　　將堿性的拜耳法赤泥與酸性的糖蜜酒精廢液按不同的比例混合，混合物經(jīng)過曬干、粉碎，然后摻雜在６０℃以下進行發(fā)酵。利用蔗渣在赤泥中發(fā)酵、腐化產(chǎn)生的有機酸，一方面稀釋赤泥中活性鈉、鈣、鋁及砷、鉻離子濃度，絡合或螯合赤泥中活性鈉、鈣、鋁離子及砷、鉻離子，以降低混合堆體中堿及砷、鉻的活性與濃度；另一方面，通過蔗渣腐化產(chǎn)生的腐殖質(zhì)，增加赤泥中的膠狀有機質(zhì)含量，改善赤泥粘粒的分散性，促進土壤團聚體的形成與穩(wěn)定性的增強，提升赤泥疏松度，提高赤泥土透氣、保水的能力。通過發(fā)酵降低有害離子含量，并促使赤泥成為具透氣、保水能力的適宜植物生長的土壤。牛糞為牛食用秸稈后的排泄物，含有一定的纖維素分解菌。白糖為細菌提供能量。

　　試驗方法
　�。ǎ保┌哑扑楹玫某嗄嗯c糖蜜酒
精廢液按質(zhì)量比為8:2、7:3、6:4、5:5、4：6、3:7、2:8混合，并把所得混合物按順序置于標有A、B、C、D、E、F、G的盆中攪拌均勻，每組攪拌時間為10min，把混合物放置于太陽光下曬干。

　�。ǎ玻┌凑詹襟E（1）的質(zhì)量比的順序再混合７組，把混合好的混合物按順序放置于標有A1、B1、C1、D1、E1、F1、G1 的盆中攪拌均勻，每組攪拌的時間為１０ｍｉｎ，把混合物放置于太陽光下曬干。

　�。ǎ常┌眩僚柚袝窀傻幕旌衔锝�(jīng)破碎成粉狀置于另一個空盆中，在Ａ盆底部打穿４個適宜的小孔，用一層尼龍布覆蓋在盆底。按ｍ（混合菌）∶ｍ（白糖）∶ｍ（蔗渣）≈1∶15:150攪拌均勻，再按ｍ（蔗渣，攪拌有白糖和菌種，含水量為55%）∶ｍ（混合物）∶ｍ（牛糞）≈2:3:1分層堆置于盆中讓其發(fā)酵，首先把牛糞置于底層，再放置蔗渣，然后放混合物。發(fā)酵堆體濕透，但發(fā)酵堆體基本不滲水。其他組也按同樣的方法制作發(fā)酵堆體。

　�。ǎ矗〢、B、C、D、E、F、G組的堆體不覆蓋薄膜進行發(fā)酵；A1、B1、C1、D1、E1、F1、G1組的堆體覆蓋薄膜進行發(fā)酵。

　�。ǎ担╈o置數(shù)天后，每天上午9時監(jiān)測、記錄發(fā)酵堆體滲出液的ｐＨ值與堆體表面下15cm左右處溫度。每隔一周，當溫度達到35℃左右時，翻動物料后再加占物料質(zhì)量百分比為1～10%的混合菌種攪拌均勻，讓物料繼續(xù)發(fā)酵，控制盆內(nèi)混合物的溫度在60℃以下；當溫度達到40℃左右時對堆體進行翻堆，翻堆后溫度上升不明顯時，停止翻堆再堆置30～40d，至堆體溫度與環(huán)境溫度一致時，完成赤泥耕土的制作。

　　試驗結(jié)果
　　1、赤泥與糖蜜酒精廢液比例對赤泥耕土ｐＨ值的影響經(jīng)過３７ｄ發(fā)酵后，測試沒有蓋薄膜的７組樣品中赤泥－糖蜜酒精廢液－蔗渣混合物滲出液的ｐＨ值（圖１）。Ａ組的ｐＨ值穩(wěn)定在9.0左右，Ｂ組的ｐＨ值穩(wěn)定在9.0左右，Ｃ組的ｐＨ值穩(wěn)定在8.0，Ｄ組的ｐＨ值穩(wěn)定在6.5，Ｅ組的ｐＨ值穩(wěn)定在5.5，Ｆ組的ｐＨ值穩(wěn)定在7.5左右，Ｇ組的ｐＨ值為4.5。測試覆蓋薄膜進行發(fā)酵的另外７組樣品中赤泥－糖蜜酒精廢液－蔗渣混合物滲出液的ｐＨ值（圖２）。Ａ１組的ｐＨ值穩(wěn)定為9.0，Ｂ１組的ｐＨ值穩(wěn)定為8.8，Ｃ１ 組的ｐＨ值穩(wěn)定為8.3，Ｄ１組的ｐＨ值穩(wěn)定為7.0，Ｅ１ 組的ｐＨ值穩(wěn)定為5.4，Ｆ１組的ｐＨ值穩(wěn)定為7.3，Ｇ１組的ｐＨ值穩(wěn)定為4.7。上述試驗數(shù)據(jù)表明，赤泥和糖蜜酒精廢液在同一質(zhì)量混合，覆蓋薄膜的堆體發(fā)酵，多數(shù)情況下其ｐＨ值比不覆蓋薄膜堆體的ｐＨ值低；Ｆ和Ｆ１組樣品的ｐＨ值最接近耕土的ｐＨ值，也是赤泥與糖蜜酒精廢液最佳混合。

覆蓋薄膜經(jīng)過３７ｄ發(fā)酵堆體的ｐＨ值

　　覆蓋薄膜對發(fā)酵堆體發(fā)酵的影響
　　以下分別是沒有覆蓋薄膜和覆蓋薄膜堆體發(fā)酵的情況，可以看出，在同等條件下，覆蓋薄膜的堆體，其發(fā)酵溫度比沒有覆蓋薄膜的堆體溫度高，發(fā)酵比較充分、完全，效果良好；酸堿過量時對堆體的發(fā)酵也有比較大的影響，使其發(fā)酵溫度不高，菌種的成活率較低，達不到正常的發(fā)酵效果。發(fā)酵的初期，堆體溫度升高迅速，經(jīng)３７ｄ的發(fā)酵后，堆體溫度雖經(jīng)翻堆可略微升高，但很快趨于平穩(wěn)。以下分別是沒有覆蓋薄膜和覆蓋薄膜堆體發(fā)酵的情況，可以看出，在同等條件下，覆蓋薄膜的堆體，其發(fā)酵溫度比沒有覆蓋薄膜的堆體溫度高，發(fā)酵比較充分、完全，效果良好；酸堿過量時對堆體的發(fā)酵也有比較大的影響，使其發(fā)酵溫度不高，菌種的成活率較低，達不到正常的發(fā)酵效果。發(fā)酵的初期，堆體溫度升高迅速，經(jīng)３７ｄ的發(fā)酵后，堆體溫度雖經(jīng)翻堆可略微升高，但很快趨于平穩(wěn)。

沒有覆蓋薄膜堆體的發(fā)酵溫度變化曲線

覆蓋薄膜堆體的發(fā)酵溫度變化曲線

　　混合菌種的ＳＥＭ
　　以下是混合菌種的ＳＥＭ圖，顆粒狀的為混合菌種，其中有很多菌種不均勻的分布，活性較高，混合菌的形狀近似圓形，部分菌種已經(jīng)形成菌落，粒徑大小在0.1～1.1μｍ，液體成分為菌種的營養(yǎng)物質(zhì)。

混合菌種的ＳＥＭ圖

　　發(fā)酵效果對堆體有害元素含量的影響

　　選取１４個發(fā)酵堆體中發(fā)酵較好的５個堆體（Ｆ１、Ｃ１、Ｆ、Ｃ、Ｄ１） 進行有害元素的測試。從表２中可以看出，５個樣品中的Cr、Cd、As3種有害元素都超標，這表明發(fā)酵堆體發(fā)酵沒有完全，蔗渣在堆體中發(fā)酵、腐化產(chǎn)生的有機酸沒有能稀釋赤泥中的砷、鉻離子濃度及絡合或螯合赤泥中的砷、鉻離子，沒有能降低堆體中的砷、鉻的含量，這些堆體還沒有達到預想的發(fā)酵效果，也沒有達到Ⅲ類土壤標準�？梢钥紤]用這５個赤泥耕土來種植對有害元素具有選擇性吸收的植物。

　　植物生長檢驗
　　為了檢驗混合物的效果，將發(fā)酵較好的堆體置于底部帶孔隙的花盆中，撒入草仔、豆類、辣椒等，觀察其發(fā)芽和生長情況（圖６）�？梢钥闯觯诡愔参锬軌蛘０l(fā)芽，發(fā)芽時間跟在正常土壤上種植的豆類基本一致，豆類和草類生長的效果良好，豆類的葉子沒有發(fā)黃、燒焦、起斑點等病態(tài)，草類和辣椒也沒有出現(xiàn)其他的病態(tài)。

　　結(jié)　論
    (1)拜耳法赤泥與糖蜜酒精廢液和蔗渣一起發(fā)酵后，能制成為適宜植物生長的耕土，即通過赤泥與糖蜜酒精廢液酸堿中和，赤泥提供有益植物生長的活性硅、鈣成分，糖蜜酒精廢液提供土壤所需的氮、磷等有機質(zhì)營養(yǎng)物質(zhì)，赤泥耕土制作過程中蔗渣腐化能解決土壤板結(jié)及硬化、肥力等問題，并促進赤泥熟化，制作成赤泥耕土。

    (2)赤泥與糖蜜酒精廢液按8：2與7:3的質(zhì)量比混合發(fā)酵所得的堆體，其ｐＨ值在8.8～9.5，堆體顯堿性，不適合發(fā)酵或者發(fā)酵效果不佳，制不成赤泥耕土；赤泥與糖蜜酒精廢液按6：4與5:5的質(zhì)量比混合發(fā)酵，堆體ｐＨ值在6.5～8.0，堆體發(fā)酵效果較好，制成的赤泥耕土植物能夠發(fā)芽、正常成長。赤泥與糖蜜酒精廢液按3:7與2:8的質(zhì)量比混合發(fā)酵，ｐＨ值在4.5～5.5，堆體過酸，發(fā)酵效果不理想，制不成赤泥耕土。按赤泥與糖蜜酒精廢液4:6的質(zhì)量比進行混合曬干粉碎，在同等條件下進行發(fā)酵，堆體的ｐＨ值在7.3～7.5，耕土達到中性，堆體發(fā)酵溫度最高、堆體發(fā)酵效果最好。植物生長的檢驗結(jié)果也證明了這一點。所以赤泥與糖蜜酒精廢液按4:6的質(zhì)量比混合是最佳混合比。

    (3)堆體覆蓋薄膜進行發(fā)酵，基本保證堆體的發(fā)酵處于空氣不流通的環(huán)境，在其他條件相同的情況下，其發(fā)酵溫度比不覆蓋堆體要高出５～１０℃，堆體的發(fā)酵效果好，發(fā)酵周期也較短，土壤的保水性、疏松性也較好。

    (4)所種植物可以正常生長，豆類的葉子也沒有發(fā)黃、燒焦、起斑點等病態(tài)；草類和辣椒也沒有出現(xiàn)其他的病態(tài)。

（５）試驗發(fā)酵的堆體里有３種有害元素（Ｃｒ、Ｃｄ、Ａｓ）的含量超過Ⅲ類土壤質(zhì)量標準值，使得試驗制作的赤泥耕土沒有達到Ⅲ類土壤質(zhì)量標準，造成這一現(xiàn)象的可能原因是發(fā)酵條件沒有控制到最佳發(fā)酵條件。（本文搜集整理于網(wǎng)絡，如有侵權(quán)之處，請聯(lián)系我們刪除。）