CN104338741A

CN104338741A - 含高生物碳和腐殖质的重金属污染土壤修复剂及其使用方法

Info

Publication number: CN104338741A
Application number: CN201310312241.5A
Authority: CN
Inventors: 江峰
Original assignee: SHANGHAI HUANKENG ECOLOGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI HUANKENG ECOLOGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-07-23
Filing date: 2013-07-23
Publication date: 2015-02-11

Abstract

本发明公开了一种含高生物碳和腐殖质的重金属污染土壤修复剂及其使用方法。该重金属污染土壤修复剂是以餐厨垃圾、蓝藻、畜禽粪便、秸秆、木屑、稻壳、植物废弃物、病死动物和畜禽残体中的任意一种或任意几种为原料，经除杂、粉碎、配料，之后在180-360℃的温度、1.8-5.8Mpa的压力下，经亚临界水处理90-150min后得到的尾产物；其中：生物碳含量以干基计≥45%；总养分含量为4-6%，氨基酸含量≥20%，腐殖质含量≥40%，微量元素含量≥0.5%，pH值5-7。该重金属污染土壤修复剂可用于污染土壤的修复还可用于化肥农药使用过量引起的土壤次生盐渍化、板结土壤的改良。本发明既处理了有机固废污染物，解决了环保问题；同时尾产物中的生物碳和腐殖质能修复、改良受重金属、化肥、农药污染的土壤。

Description

含高生物碳和腐殖质的重金属污染土壤修复剂及其使用方法

技术领域

本发明属于土壤修复技术领域，涉及一种用于修复受重金属、化肥、农药污染土壤的含高生物碳和腐殖质的重金属污染土壤修复剂及其使用方法。

背景技术

当前我国种植土壤受重金属、化肥、农药的污染日益严重，受污染总面积已经超过可种植总面积的五分之一，各个相关地方政府、农业主管部门、环保部门、食品安全部门压力非常大，但受制于技术瓶颈，没有好的解决方案；

农业生产及其产品消费产生了大量的城乡有机废弃物，如餐厨垃圾、畜禽粪便、农作物秸秆、蓝藻、植废。这些有机生物固废由于恶臭难以加工，而且含有微生物细菌、虫卵、病毒等有毒、有害物质，农民也缺乏处理造肥积极性，因此导致长期以来这些有机废弃物没有回到农田，使得我国农田有机质含量大大减少，化肥和农药用量大大增加，耕地质量逐年降低，影响到我国农业的可持续发展。

大量研究文献已经证实，生物碳和腐殖质可以防止农作物对土壤中重金属的吸收，阻隔重金属、有机污染物的迁移；同时还能吸附化肥、农药的有害成分，对土壤重金属污染、化肥过量、农药污染有钝化、封锁、吸附作用。但生物碳、腐殖质的获得和使用目前遇到成本高、环境代价大、使用不便等综合瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于突破现有的原料、技术、应用瓶颈，提供一种利用城乡有机固体废弃物作原料，采用亚临界水解处理技术得到的，最终用于修复受重金属、化肥、农药污染土壤的含高生物碳和腐殖质的重金属污染土壤修复剂及其使用方法。

本发明的技术方案如下：

一种含高生物碳和腐殖质的重金属污染土壤修复剂，它是以餐厨垃圾、蓝藻、畜禽粪便、秸秆、木屑、稻壳、植物废弃物、病死动物和畜禽残体这些城乡有机生物固体废弃物中的任意一种或任意几种为原料，经除杂、粉碎、配料，之后在180-360℃的温度、1.8-5.8Mpa的压力下，经亚临界水处理90-150min后得到的尾产物；其中：生物碳含量以干基计≥45%；总养分氮+五氧化二磷+氧化钾含量为4-6%，氨基酸含量≥20%，腐殖质含量≥40%，微量元素Fe+Mn+Cu+Zn+B+Ca＋Mg＋Si含量≥0.5%，pH值5-7；镉、铅、砷、铬、汞等对农业土壤有害重金属、抗生素、多氯联苯及其他有害物质含量远低于国家限制性标准；即：含高生物碳和腐殖质的重金属污染土壤修复剂的产品质量指标如下:

项目	指标
		生物碳含量（以干基计）/（%）	≥45
总养分含量（氮+五氧化二磷+氧化钾）(%)	4-6
		氨基酸含量(%)	≥20
腐殖质含量(%)	≥40
		微量元素含量（Fe+Mn+Cu+Zn+B+Ca＋Mg＋Si）/(%)	≥0.5
酸碱度（pH值）	5-7
		重金属含量、抗生素、多氯联苯等其他有害物质	远远低于国家限制性标准
大肠杆菌及其他有害生物群	未检出
		臭味	完全消除
蛔虫卵死亡率（%）	100

上述含高生物碳和腐殖质的重金属污染土壤修复剂的使用方法如下：

含高生物碳和腐殖质的重金属污染土壤修复剂在不同使用对象上的用法、用量

其中，撒施旋耕方法为：直接地表撒施后,再用旋耕机搅拌入土，即从地表层深入到地下30公分土层均匀布撒。

亚临界水处理技术（HydrolysisProcessingSystem，即亚临界水水解处理系统，简称HPS技术）是一种新的有机生物固废处理技术。亚临界水常指温度在180℃-350℃之间的压缩液态水，水中的H⁺和OH^-接近弱酸和弱碱，具有酸催化和碱催化的功能，亚临界水的介电常数大大降低而具有超电离特性，极性降低，具有同时溶解有机物和无机物的超溶解特性，此外还具有优良传质性能和绿色环保等优点。利用亚临界水可使垃圾中的纤维素类、木质素、淀粉类等快速碳化，并分解为小分子的腐殖质等有机物。

HPS技术处理农作物秸秆、畜禽粪便、餐余厨余废弃品等有机固废的原理：

水的临界温度TC=374.2℃，临界压力为PC=22.1MPa。当体系的温度和压力超过临界点时，称为超临界水。当体系的温度处于150～370℃，压力处于0.4～22.1MPa,称为亚（近）临界水。亚临界水解反应是利用了水在高温高压环境下的反应。亚临界水解处理原理：有机物料进入到亚临界水反应釜中充分反应，有机固废中的细菌病毒彻底杀灭；有毒物质被降解，大分子有机物被碳化并降解。根据亚临界水解反应原理，有机物在高温高压下被迅速碳化，生成生物碳和腐殖质；另外，亚临界水还可以分解环境污染物质，将其无害化。由于亚临界水解反应不依靠有机溶媒那样的化学物质，而是将水作为溶剂使用，因此对环境可以说是温和安全的。

亚临界水处理产物的生物碳、腐殖质等含量跟原料来源有关，终产物的除菌、降毒程度与处理温度、压力有关；处理时间合适，可保证亚临界水处理反应完全彻底，使有机物碳化形成生物碳和腐殖质。

本发明的有益效果：

本发明利用城乡有机废弃物作为原料，经亚临界水处理后得到的是含生物碳和腐殖质的尾产物，既处理了有机固废污染物，解决了环保问题；同时尾产物中的生物碳和腐殖质能修复、改良受重金属、化肥、农药污染的土壤（生物碳和腐殖质可以防止农作物对土壤中重金属的吸收，阻隔重金属、有机污染物的迁移，同时还能吸附化肥、农药的有害成分，对土壤重金属污染、化肥过量、农药污染有钝化、封锁、吸附作用）；并且，高温高压无害化灭菌处理后的尾产物含高有机质（检测有机质含量是检测碳含量指标*1.724经验值）、腐殖酸，既可以还田作为肥料以增加土壤肥力；还可以用于修复改良受重金属、化肥、农药污染的土壤。

本发明采用亚临界水处理技术生产的含高生物碳和腐殖质的重金属污染土壤修复剂对土壤重金属、化肥、农药污染的修复、改良具有以下特点和优势：

1、“以废治废”：以生物质（有机固废的原料）废弃物制备生物碳，用于土壤中污染物的稳定化修复，可以大大降低修复成本。其中，生物质废弃物是指餐厨垃圾、蓝藻、畜禽粪便、农作物秸秆、木屑、稻壳、植物废弃物、病死动物和畜禽残体等材料。而作为农业大国，我国拥有丰富的此类资源，每年仅被焚烧的农作物秸杆就有约10亿吨。生物炭施入土壤中，可将土壤中的铅、镉等重金属钝化封锁，防止农作物对重金属的吸收，同时还能吸附农药的有害成分。生物碳还能对土壤产生其他生态效应，如阻隔重金属、有机污染物的迁移，增加土壤持水量，提高土壤中的阳离子交换能力，丰富土壤中的氮磷等营养元素，提高作物的产量。

2、腐殖酸的双重效果：腐殖酸（腐殖质的主要成分）不仅仅是作物需要的营养物质，同时腐殖酸与金属离子相互作用也可稳定重金属，延缓或减弱重金属污染。腐殖酸对土壤中重金属污染的缓冲和净化机制主要有以下几方面：(1)参与土壤中离子的交换反应、把土壤中的重金属离子吸附固定、防止它们进入生物循环；(2)稳定土壤结构，为土壤微生物活动提供基质和能源从而间接地影响土壤中重金属离子的活动能力；(3)与土壤中的重金属离子配合反应，起到钝化重金属离子、防止重金属离子大量进入植物体系的作用。

腐殖酸具氧化还原性，其中腐殖酸内的胡敏酸成分的标准氧化还原电位为＋528mv，一定环境条件下，可使铁、锰、铬等还原，如有毒的Cr6+被还原成Cr3+后，形成难溶性的复合体，限制动植物对它的吸收。

3、土壤中的腐殖质是土壤肥力的核心要素，作物产量与土壤腐殖质含量成正比，因此大量腐殖质进入土壤对土壤本身肥力提升有积极作用。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的说明。

当选用内部容量为3m³的处理装置时，经储料，破碎，分拣，计量共四个步骤后，向反应釜内边投入2吨有机生物固废（原料）。完成投料后，向反应釜内部输送高温高压水蒸汽，待反应釜内部温度和压力分别达到180℃和1.8Mpa时，有机物料开始进行碳化和分解反应，将温度持续控制在180-360℃范围，压力持续控制在1.8-5.8Mpa范围，反应90-150min后，HPS加水分解处理结束（即反应终止），放出尾产物到出料仓，然后经自然冷却后包装，即得到含高生物碳和腐殖质的重金属污染土壤修复剂，可用于受重金属、化肥、农药污染的土壤的修复改良。

处理后可得0.98吨的含高生物碳和腐殖质的重金属污染土壤修复剂（含水率：30%左右）。经相关技术检测，其重金属含量远低于国家限制性标准，不含杂菌，含有大、中、微量元素，可以作为重金属污染土壤修复剂和改良剂或有机肥使用，也可作为生物有机肥和农用生物菌剂的理想原料。

实施例1

一种含高生物碳和腐殖质的重金属污染土壤修复剂，它是以餐厨垃圾为原料，经除杂、粉碎、配料，之后在340℃的温度、2.6Mpa的压力下，经亚临界水处理120min后得到的尾产物；

上述含高生物碳和腐殖质的重金属污染土壤修复剂的质量指标如下:

项目	质量指标
		生物碳含量（以干基计）/（%）	50.46
总养分含量（氮+五氧化二磷+氧化钾）(%)	4.31
		氨基酸含量(%)	21.25
腐殖质含量(%)	42.53
		微量元素含量（Fe+Mn+Cu+Zn+B+Ca＋Mg＋Si）/(%)	0.46
酸碱度（pH值）	5.8

重金属含量、抗生素、多氯联苯等其他有害物质	远远低于国家限制性标准
		大肠杆菌及其他有害生物群	未检出
臭味	完全消除
		蛔虫卵死亡率（%）	100

将上述含高生物碳和腐殖质的重金属污染土壤修复剂用于受重金属污染土壤的修复，土壤中TCLP提取态铅与对照组相比，下降了45%。

实施例2

一种含高生物碳和腐殖质的重金属污染土壤修复剂，它是以农作物秸秆为原料，经除杂、粉碎、配料，之后在360℃的温度、5.8Mpa的压力下，经亚临界水处理90min后得到的尾产物；

项目	质量指标
		生物碳含量（以干基计）/（%）	46.53
总养分含量（氮+五氧化二磷+氧化钾）(%)	4.73
		氨基酸含量(%)	23.38
腐殖质含量(%)	43.47
		微量元素含量（Fe+Mn+Cu+Zn+B+Ca＋Mg＋Si）/(%)	0.21
酸碱度（pH值）	6.1
		重金属含量、抗生素、多氯联苯等其他有害物质	远远低于国家限制性标准
大肠杆菌及其他有害生物群	未检出
		臭味	完全消除
蛔虫卵死亡率（%）	100

将上述含高生物碳和腐殖质的重金属污染土壤修复剂用于受重金属污染土壤的修复，土壤中TCLP提取态铅与对照组相比，下降了40%。

实施例3

一种含高生物碳和腐殖质的重金属污染土壤修复剂，它是以畜禽粪便为原料，经除杂、粉碎、配料，之后在180℃的温度、1.8Mpa的压力下，经亚临界水处理150min后得到的尾产物；

项目	质量指标
		生物碳含量（以干基计）/（%）	45.2
总养分含量（氮+五氧化二磷+氧化钾）(%)	5.67
		氨基酸含量(%)	27.62
腐殖质含量(%)	46.28
		微量元素含量（Fe+Mn+Cu+Zn+B+Ca＋Mg＋Si）/(%)	0.55
酸碱度（pH值）	5.7
		重金属含量、抗生素、多氯联苯等其他有害物质	远远低于国家限制性标准
大肠杆菌及其他有害生物群	未检出
		臭味	完全消除
蛔虫卵死亡率（%）	100

将上述含高生物碳和腐殖质的重金属污染土壤修复剂用于受重金属污染土壤的修复，土壤中TCLP提取态铅与对照组相比，下降了35%。

实施例4

一种含高生物碳和腐殖质的重金属污染土壤修复剂，它是以木屑、植物废弃物为原料，经除杂、粉碎、配料，之后在340℃的温度、2.6Mpa的压力下，经亚临界水处理120min后得到的尾产物；

项目	质量指标
		生物碳含量（以干基计）/（%）	50.18
总养分含量（氮+五氧化二磷+氧化钾）(%)	5.78

氨基酸含量(%)	22.61
		腐殖质含量(%)	47.88
微量元素含量（Fe+Mn+Cu+Zn+B+Ca＋Mg＋Si）/(%)	0.37
		酸碱度（pH值）	5.9
重金属含量、抗生素、多氯联苯等其他有害物质	远远低于国家限制性标准
		大肠杆菌及其他有害生物群	未检出
臭味	完全消除
		蛔虫卵死亡率（%）	100

将上述含高生物碳和腐殖质的重金属污染土壤修复剂用于受重金属污染土壤的修复，土壤中TCLP提取态铅与对照组相比，下降了42%。

实施例5

一种含高生物碳和腐殖质的重金属污染土壤修复剂，它是以蓝藻为原料，经除杂、粉碎、配料，之后在200℃的温度、2.3Mpa的压力下，经亚临界水处理100min后得到的尾产物；

项目	质量指标
		生物碳含量（以干基计）/（%）	46.77
总养分含量（氮+五氧化二磷+氧化钾）(%)	5.45
		氨基酸含量(%)	28.26
腐殖质含量(%)	41.84
		微量元素含量（Fe+Mn+Cu+Zn+B+Ca＋Mg＋Si）/(%)	0.39
酸碱度（pH值）	6.3
		重金属含量、抗生素、多氯联苯等其他有害物质	远远低于国家限制性标准
大肠杆菌及其他有害生物群	未检出
		臭味	完全消除
蛔虫卵死亡率（%）	100

将上述含高生物碳和腐殖质的重金属污染土壤修复剂用于化肥农药使用过量引起的土壤次生盐渍化、板结土壤的改良,改良前植物不能生长，改良后植物长势良好。

实施例6

一种含高生物碳和腐殖质的重金属污染土壤修复剂，它是以病死动物和禽畜残体为原料，经除杂、粉碎、配料，之后在330℃的温度、3.8Mpa的压力下，经亚临界水处理100min后得到的尾产物；

项目	质量指标
		生物碳含量（以干基计）/（%）	47.53
总养分含量（氮+五氧化二磷+氧化钾）(%)	5,38
		氨基酸含量(%)	26.48
腐殖质含量(%)	42.3
		微量元素含量（Fe+Mn+Cu+Zn+B+Ca＋Mg＋Si）/(%)	0.65
酸碱度（pH值）	5.6
		重金属含量、抗生素、多氯联苯等其他有害物质	远远低于国家限制性标准
大肠杆菌及其他有害生物群	未检出
		臭味	完全消除
蛔虫卵死亡率（%）	100

实施例7

一种含高生物碳和腐殖质的重金属污染土壤修复剂，它是以禽畜粪便和秸秆混合（2：1）作为原料，经除杂、粉碎、配料，之后在190℃的温度、1.9Mpa的压力下，经亚临界水处理90min后得到的尾产物；

项目	质量指标
		生物碳含量（以干基计）/（%）	47.15
总养分含量（氮+五氧化二磷+氧化钾）(%)	5.26
		氨基酸含量(%)	25.62
腐殖质含量(%)	44.86
		微量元素含量（Fe+Mn+Cu+Zn+B+Ca＋Mg＋Si）/(%)	0.43
酸碱度（pH值）	5.8
		重金属含量、抗生素、多氯联苯等其他有害物质	远远低于国家限制性标准
大肠杆菌及其他有害生物群	未检出
		臭味	完全消除
蛔虫卵死亡率（%）	100

实施例8

一种含高生物碳和腐殖质的重金属污染土壤修复剂，它是以餐厨垃圾和禽畜残体（3:1）混合作为原料，经除杂、粉碎、配料，之后在260℃的温度、3.2Mpa的压力下，经亚临界水处理110min后得到的尾产物；

项目	质量指标
		生物碳含量（以干基计）/（%）	48.64
总养分含量（氮+五氧化二磷+氧化钾）(%)	5.62
		氨基酸含量(%)	24.25

腐殖质含量(%)	43.62
		微量元素含量（Fe+Mn+Cu+Zn+B+Ca＋Mg＋Si）/(%)	0.57
酸碱度（pH值）	6.2
		重金属含量、抗生素、多氯联苯等其他有害物质	远远低于国家限制性标准
大肠杆菌及其他有害生物群	未检出
		臭味	完全消除
蛔虫卵死亡率（%）	100

Claims

1.一种含高生物碳和腐殖质的重金属污染土壤修复剂，其特征在于，它是以餐厨垃圾、蓝藻、畜禽粪便、秸秆、木屑、稻壳、植物废弃物、病死动物和畜禽残体中的任意一种或任意几种为原料，经除杂、粉碎、配料，之后在180-360℃的温度、1.8-5.8Mpa的压力下，经亚临界水处理90-150min后得到的尾产物；其中：生物碳含量以干基计≥45%；总养分氮+五氧化二磷+氧化钾含量为4-6%，氨基酸含量≥20%，腐殖质含量≥40%，微量元素Fe+Mn+Cu+Zn+B+Ca＋Mg＋Si含量≥0.5%，pH值5-7；重金属、抗生素、多氯联苯及其他有害物质含量远低于国家限制性标准,蛔虫卵死亡率100%,臭味完全消除，未检出大肠杆菌及其他有害生物群。

2.一种如权利要求1所述的含高生物碳和腐殖质的重金属污染土壤修复剂的使用方法，其特征在于，所述含高生物碳和腐殖质的重金属污染土壤修复剂在不同使用对象上的用法用量如下：