赤泥与糖蜜酒精废液混合掺杂发酵制备土壤

　　摘　要：将赤泥与糖蜜酒精废液按不同比例混合，使碱性赤泥与酸性废液中的酸碱中和，掺入蔗渣、混合菌、白糖、新鲜牛粪，在低于６０℃条件下进行发酵而制备土壤，减少土壤板结，降低有害元素的含量。探讨了赤泥与废液按不同质量比混合掺杂发酵制备土壤、堆体发酵程度对降低有害元素的影响、覆盖薄膜对发酵堆体发酵的影响、检验植物的生长等。结果表明：按ｍ（赤泥）∶ｍ（废液）＝４∶６进行混合均匀发酵，混合堆体的ｐＨ值在7.3-7.5，堆体的发酵程度高，能增加松散程度；控制温度低于６０℃时，覆盖薄膜对发酵有利。松散程度较高的发酵体有利于植物的生长。
　　关键词：赤泥；糖蜜酒精废液；掺杂；酸碱中和；堆体发酵

　　随着氧化铝工业的发展，赤泥的排放及危害已成为日益严重的问题。目前，世界各国大多数氧化铝厂对赤泥处置通用的方法是将赤泥堆积或倾入深海，随着赤泥产出量日益增加和人们对环境保护意识的不断提高，最大限度地限制赤泥的危害、多渠道利用赤泥已迫在眉睫。糖蜜酒精废液中含有多种营养素，是宝贵的资源，但未经转换直接排入水体会造成水质变酸变臭，水体生态系统受破坏。若直接排入农田，不仅会损害农作物，还会使土壤板结，影响地下水水质。因此，妥善解决糖厂糖蜜酒精废液治理问题能为制糖企业的发展带来福音，也是环境保护的需要。目前还没有找到能够解决酒精废液污染的真正有效办法。因此，糖蜜酒精废液的治理和资源化利用一直是国际上环境保护热点研究课题之一。

　　本文探讨了将赤泥与糖蜜酒精废液按一定的比例混合，掺入蔗渣、混合菌、白糖、新鲜牛粪等进行发酵，得到适合植物生长的土壤。

　　材料与仪器
　　（１）拜耳法赤泥。来源于中国铝业某分公司，经破碎成粉状。主要化学成分：Fe₂O₃、Al₂O₃、CaO、SiO₂、TiO₂、Na₂O等，pH=11（表１）。经Ｘ射线衍射分析，其主要矿物成分为方解石、菱铁矿、水钙铝榴石、水铝石、三水铝石等。
　　（２）糖蜜酒精废液。其COD为12470mg/L,，主要化学成分：蛋白质、维生素、灰分、
SO24-、C1-、有机酸，pH=4，来源于广西某糖厂。

　　（３）蔗渣、新鲜牛粪（提供纤维分解菌）、白糖。
　　（４）混合菌种。主要成分为酵母菌、纤维分解菌、光合菌、乳酸菌、酵素菌。桂林市红叶生物科技有限公司生产。
　　（５）所用仪器。ＪＳＭ－６３８０ＬＶ型扫描电子显微镜（ＳＥＭ）；原子吸收分光光度仪（ＡＡＳ）；Ｘ射线衍射分析仪（ＸＲＤ）；原子荧光光谱仪（ＡＦＳ）。

　　试验原理和方法
　　试验原理
　　将碱性的拜耳法赤泥与酸性的糖蜜酒精废液按不同的比例混合，混合物经过晒干、粉碎，然后掺杂在６０℃以下进行发酵。利用蔗渣在赤泥中发酵、腐化产生的有机酸，一方面稀释赤泥中活性钠、钙、铝及砷、铬离子浓度，络合或螯合赤泥中活性钠、钙、铝离子及砷、铬离子，以降低混合堆体中碱及砷、铬的活性与浓度；另一方面，通过蔗渣腐化产生的腐殖质，增加赤泥中的胶状有机质含量，改善赤泥粘粒的分散性，促进土壤团聚体的形成与稳定性的增强，提升赤泥疏松度，提高赤泥土透气、保水的能力。通过发酵降低有害离子含量，并促使赤泥成为具透气、保水能力的适宜植物生长的土壤。牛粪为牛食用秸秆后的排泄物，含有一定的纤维素分解菌。白糖为细菌提供能量。

　　试验方法
　　（１）把破碎好的赤泥与糖蜜酒
精废液按质量比为8:2、7:3、6:4、5:5、4：6、3:7、2:8混合，并把所得混合物按顺序置于标有A、B、C、D、E、F、G的盆中搅拌均匀，每组搅拌时间为10min，把混合物放置于太阳光下晒干。

　　（２）按照步骤（1）的质量比的顺序再混合７组，把混合好的混合物按顺序放置于标有A1、B1、C1、D1、E1、F1、G1 的盆中搅拌均匀，每组搅拌的时间为１０ｍｉｎ，把混合物放置于太阳光下晒干。

　　（３）把Ａ盆中晒干的混合物经破碎成粉状置于另一个空盆中，在Ａ盆底部打穿４个适宜的小孔，用一层尼龙布覆盖在盆底。按ｍ（混合菌）∶ｍ（白糖）∶ｍ（蔗渣）≈1∶15:150搅拌均匀，再按ｍ（蔗渣，搅拌有白糖和菌种，含水量为55%）∶ｍ（混合物）∶ｍ（牛粪）≈2:3:1分层堆置于盆中让其发酵，首先把牛粪置于底层，再放置蔗渣，然后放混合物。发酵堆体湿透，但发酵堆体基本不渗水。其他组也按同样的方法制作发酵堆体。

　　（４）A、B、C、D、E、F、G组的堆体不覆盖薄膜进行发酵；A1、B1、C1、D1、E1、F1、G1组的堆体覆盖薄膜进行发酵。

　　（５）静置数天后，每天上午9时监测、记录发酵堆体渗出液的ｐＨ值与堆体表面下15cm左右处温度。每隔一周，当温度达到35℃左右时，翻动物料后再加占物料质量百分比为1～10%的混合菌种搅拌均匀，让物料继续发酵，控制盆内混合物的温度在60℃以下；当温度达到40℃左右时对堆体进行翻堆，翻堆后温度上升不明显时，停止翻堆再堆置30～40d，至堆体温度与环境温度一致时，完成赤泥耕土的制作。

　　试验结果
　　1、赤泥与糖蜜酒精废液比例对赤泥耕土ｐＨ值的影响经过３７ｄ发酵后，测试没有盖薄膜的７组样品中赤泥－糖蜜酒精废液－蔗渣混合物渗出液的ｐＨ值（图１）。Ａ组的ｐＨ值稳定在9.0左右，Ｂ组的ｐＨ值稳定在9.0左右，Ｃ组的ｐＨ值稳定在8.0，Ｄ组的ｐＨ值稳定在6.5，Ｅ组的ｐＨ值稳定在5.5，Ｆ组的ｐＨ值稳定在7.5左右，Ｇ组的ｐＨ值为4.5。测试覆盖薄膜进行发酵的另外７组样品中赤泥－糖蜜酒精废液－蔗渣混合物渗出液的ｐＨ值（图２）。Ａ１组的ｐＨ值稳定为9.0，Ｂ１组的ｐＨ值稳定为8.8，Ｃ１ 组的ｐＨ值稳定为8.3，Ｄ１组的ｐＨ值稳定为7.0，Ｅ１ 组的ｐＨ值稳定为5.4，Ｆ１组的ｐＨ值稳定为7.3，Ｇ１组的ｐＨ值稳定为4.7。上述试验数据表明，赤泥和糖蜜酒精废液在同一质量混合，覆盖薄膜的堆体发酵，多数情况下其ｐＨ值比不覆盖薄膜堆体的ｐＨ值低；Ｆ和Ｆ１组样品的ｐＨ值最接近耕土的ｐＨ值，也是赤泥与糖蜜酒精废液最佳混合。

覆盖薄膜经过３７ｄ发酵堆体的ｐＨ值

　　覆盖薄膜对发酵堆体发酵的影响
　　以下分别是没有覆盖薄膜和覆盖薄膜堆体发酵的情况，可以看出，在同等条件下，覆盖薄膜的堆体，其发酵温度比没有覆盖薄膜的堆体温度高，发酵比较充分、完全，效果良好；酸碱过量时对堆体的发酵也有比较大的影响，使其发酵温度不高，菌种的成活率较低，达不到正常的发酵效果。发酵的初期，堆体温度升高迅速，经３７ｄ的发酵后，堆体温度虽经翻堆可略微升高，但很快趋于平稳。以下分别是没有覆盖薄膜和覆盖薄膜堆体发酵的情况，可以看出，在同等条件下，覆盖薄膜的堆体，其发酵温度比没有覆盖薄膜的堆体温度高，发酵比较充分、完全，效果良好；酸碱过量时对堆体的发酵也有比较大的影响，使其发酵温度不高，菌种的成活率较低，达不到正常的发酵效果。发酵的初期，堆体温度升高迅速，经３７ｄ的发酵后，堆体温度虽经翻堆可略微升高，但很快趋于平稳。

没有覆盖薄膜堆体的发酵温度变化曲线

覆盖薄膜堆体的发酵温度变化曲线

　　混合菌种的ＳＥＭ
　　以下是混合菌种的ＳＥＭ图，颗粒状的为混合菌种，其中有很多菌种不均匀的分布，活性较高，混合菌的形状近似圆形，部分菌种已经形成菌落，粒径大小在0.1～1.1μｍ，液体成分为菌种的营养物质。

混合菌种的ＳＥＭ图

　　发酵效果对堆体有害元素含量的影响

　　选取１４个发酵堆体中发酵较好的５个堆体（Ｆ１、Ｃ１、Ｆ、Ｃ、Ｄ１） 进行有害元素的测试。从表２中可以看出，５个样品中的Cr、Cd、As3种有害元素都超标，这表明发酵堆体发酵没有完全，蔗渣在堆体中发酵、腐化产生的有机酸没有能稀释赤泥中的砷、铬离子浓度及络合或螯合赤泥中的砷、铬离子，没有能降低堆体中的砷、铬的含量，这些堆体还没有达到预想的发酵效果，也没有达到Ⅲ类土壤标准。可以考虑用这５个赤泥耕土来种植对有害元素具有选择性吸收的植物。

　　植物生长检验
　　为了检验混合物的效果，将发酵较好的堆体置于底部带孔隙的花盆中，撒入草仔、豆类、辣椒等，观察其发芽和生长情况（图６）。可以看出，豆类植物能够正常发芽，发芽时间跟在正常土壤上种植的豆类基本一致，豆类和草类生长的效果良好，豆类的叶子没有发黄、烧焦、起斑点等病态，草类和辣椒也没有出现其他的病态。

　　结　论
    (1)拜耳法赤泥与糖蜜酒精废液和蔗渣一起发酵后，能制成为适宜植物生长的耕土，即通过赤泥与糖蜜酒精废液酸碱中和，赤泥提供有益植物生长的活性硅、钙成分，糖蜜酒精废液提供土壤所需的氮、磷等有机质营养物质，赤泥耕土制作过程中蔗渣腐化能解决土壤板结及硬化、肥力等问题，并促进赤泥熟化，制作成赤泥耕土。

    (2)赤泥与糖蜜酒精废液按8：2与7:3的质量比混合发酵所得的堆体，其ｐＨ值在8.8～9.5，堆体显碱性，不适合发酵或者发酵效果不佳，制不成赤泥耕土；赤泥与糖蜜酒精废液按6：4与5:5的质量比混合发酵，堆体ｐＨ值在6.5～8.0，堆体发酵效果较好，制成的赤泥耕土植物能够发芽、正常成长。赤泥与糖蜜酒精废液按3:7与2:8的质量比混合发酵，ｐＨ值在4.5～5.5，堆体过酸，发酵效果不理想，制不成赤泥耕土。按赤泥与糖蜜酒精废液4:6的质量比进行混合晒干粉碎，在同等条件下进行发酵，堆体的ｐＨ值在7.3～7.5，耕土达到中性，堆体发酵温度最高、堆体发酵效果最好。植物生长的检验结果也证明了这一点。所以赤泥与糖蜜酒精废液按4:6的质量比混合是最佳混合比。

    (3)堆体覆盖薄膜进行发酵，基本保证堆体的发酵处于空气不流通的环境，在其他条件相同的情况下，其发酵温度比不覆盖堆体要高出５～１０℃，堆体的发酵效果好，发酵周期也较短，土壤的保水性、疏松性也较好。

    (4)所种植物可以正常生长，豆类的叶子也没有发黄、烧焦、起斑点等病态；草类和辣椒也没有出现其他的病态。

（５）试验发酵的堆体里有３种有害元素（Ｃｒ、Ｃｄ、Ａｓ）的含量超过Ⅲ类土壤质量标准值，使得试验制作的赤泥耕土没有达到Ⅲ类土壤质量标准，造成这一现象的可能原因是发酵条件没有控制到最佳发酵条件。（本文搜集整理于网络，如有侵权之处，请联系我们删除。）