[发明专利]一种富含重金属的甜高粱植株联合处置方法

说明书

本发明提供一种富含重金属甜高粱植株的联合处理方法，先采用先进固态发酵技术对甜高粱茎秆进行发酵生产具有经济价值的乙醇，其中选用特有的酿酒酵母TSH2在保证乙醇产率90％以上的同时进一步缩短了发酵时间；再对发酵后所产生的大量富镉的甜高粱茎杆发酵渣进行燃烧处理，通过控制燃烧的温度以最大限度的回收燃烧后的飞灰和炉渣中的镉，同时产生具有经济价值的热能用于乙醇生产及发电或供热，通过固态发酵技术和燃烧技术的有效集成，有效地解决修复植物的安全处置问题，并兼具经济性和环保性。

技术领域

本发明涉及重金属污染农田的环境修复领域，具体涉及一种富含重金属的甜高粱植株联合处置方法，属于植物资源的综合回收利用和环境保护领域。

背景技术

植物修复是指利用对重金属富集能力较强的植物，通过吸收和转运将重金属转移并储存在植物地上部分，最终通过收获地上部分达到减少土壤重金属含量的目的，主要包括两种方式：一是利用超累积植物的超强吸收能力，提取土壤中重金属；二是选用生长迅速、生物量较大、富集重金属能力相对较强的非超累积植物提取重金属。

研究人员提出在重金属污染的土地上种植生物产量高的能源植物，一方面实现对重金属污染农田的综合利用，扩大能源植物的种植面积，一方面生产生物质能源(如生物燃气、生物乙醇等)，产生一定的经济效益，同时可以对土壤中的重金属进行提取修复，达到一举多效的目的，对于受重金属污染农田的农业结构、增加农民收入、加大修复意义和推广范围等均方面有着积极的作用。

甜高粱(Sorghum bicolor(Linn.)Moench)作为重要的能源植物，具有光合效率高、生物产量高、抗逆性强、适应性广等特点，并对锌、砷、铜、镉等重金属具有很强的吸收能力和耐性，可亩产含糖12-14％的茎秆5-6吨。因此甜高粱生产乙醇被认为是极有潜力的替代石油途径之一，其发酵工艺成熟、生产周期短、生产成本相对低廉的优势。

虽然甜高粱可以在重金属污染农田上进行种植，但是大量富含镉等重金属的甜高粱秆发酵渣如不能尽快、合理地加以处置，将可能重新回到土壤，且由于生物体中的重金属具有更高的活性而增大其危害性从而造成二次污染。目前，对于修复植物的处置方法主要是作为废弃物或资源化利用，主要包括焚烧法、堆肥法、压缩填埋法、高温分解法、植物冶金、香料提取、生物能源等。

利用甜高粱发酵产乙醇的技术已经发展的比较成熟，主要包括粉碎茎秆后榨汁的液态发酵方式和直接固态发酵方式。虽然液态发酵是生物燃料乙醇所最常用的方法，然而甜高粱茎秆液态发酵过程中存在榨汁困难、水污染问题严重等缺点，基本上不能控制排放废水的微量重金属。而甜高粱固态发酵则通过对茎秆进行粉碎，在保证甜高粱粉碎料含水量在一定范围内的前提下，接入发酵种子液混匀之后进行发酵产乙醇。与液体发酵相比，固态发酵技术提高了糖利用率，简化了工艺流程，降低了生产成本，避免了大量废水的产生。

综上，通过生产乙醇可以实现对修复后甜高粱的能源利用，但是如何妥善地处理发酵后所产生的大量富镉的甜高粱杆发酵渣便成了一个关键的问题，同时处理工艺的经济性和环保性也对这项植物修复技术的发展具有重要的意义。因此基于减量化、无害化和资源化的原则，焚烧法被认为是最可行的技术。

因此，需要一种能够有效地解决修复植物的安全处置问题，同时兼具经济性和环保性的富含重金属甜高粱植株的联合处理方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种富含重金属甜高粱植株的联合处理方法，采用固态发酵技术处理茎秆生产燃料乙醇，再通过燃烧技术处理发酵后产生的富含重金属的发酵渣，产生热能和富含重金属的残渣和飞灰，最后收集残渣和飞灰用于对重金属进行回收。通过两种技术的有效联合与集成，实现了富含重金属甜高粱植株的资源化与能源化利用，与此同时，实现了甜高粱茎秆的减量化和无害化处理。

其中所述固态发酵技术用于将甜高粱的茎秆作为原料生产乙醇燃料，其具体步骤为：

1.在重金属污染的土壤中种植甜高粱，成熟后获得甜高粱地上部分；