CN106238454A - 一种以餐厨垃圾有机酸发酵液为修复剂去除土壤中重金属的方法 - Google Patents

一种以餐厨垃圾有机酸发酵液为修复剂去除土壤中重金属的方法 Download PDF

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陈浩泉
戴世金
赵由才
黄健
高乐
於君石
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Tongji University
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    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C—RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C1/00—Reclamation of contaminated soil
    • B09C1/08—Reclamation of contaminated soil chemically

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Abstract

本发明公开了一种以餐厨垃圾有机酸发酵液为修复剂去除土壤中重金属的方法，其步骤如下：(1)餐厨垃圾剔除其中的骨头等硬物及塑料袋、筷子等杂物后，与自来水按重量1:1‑1:3混合并用电搅拌机搅碎，得到餐厨垃圾浆液；(2)将所得餐厨垃圾浆液装入厌氧发酵罐中，于15‑35℃下恒温培养5‑10天后取出，在3000‑4000r/min下离心10‑20min,取上清液过滤得到发酵液储备液，置入4℃冰箱中保存待用；(3)根据不同固液比，取重金属污染土壤与第(2)步中得到的发酵液储备液进行混合振荡。本发明的有益效果为：1、所用的发酵液成分复杂，含有大量羟基(‑OH)、羧基(‑COOH)、氨基(‑NH2)等官能团，对大部分重金属都有一定的去除效果。2、所用的重金属修复剂廉价易得，且适合大规模生产。

Description

一种以餐厨垃圾有机酸发酵液为修复剂去除土壤中重金属的 方法
技术领域
本发明属于土壤修复技术领域，具体涉及以餐厨垃圾有机酸发酵液为修复剂去除土壤中重金属的方法
背景技术
随着中国工业化步伐的加快，工业排放和厂址搬迁所引起的“毒地”现象越来越凸出，引起了国家和社会的普遍关注。目前重金属污染土壤的修复主要采用物理化学技术和植物修复技术。根据其作用过程和机理，物理化学技术主要包括化学固化、土壤淋洗和电动修复，植物修复技术包括植物稳定、植物挥发和植物提取。植物修复方法的处理费用低，但是处理周期长，富集重金属的生物体(细菌或植物)需进一步的处理，不能进入食物链。物理化学修复技术包括早期的换土法、客土法，以及电动力学修复、热修复、气相抽取技术和淋洗法，其处理相对彻底，但药剂成本高，能耗大，设备相对复杂。
有机酸是一种高效无二次污染的土壤修复剂，长期以来受到广泛关注。一方面有机酸具有弱酸性，也是天然螯合剂，可把重金属从土壤中转移出来。另一方面，部分有机酸的具有氧化还原性，可改变重金属的存在形态，降低其生态毒性。再加上有机酸来源广泛，在环境中能快速降解，是一种具有前景的土壤修复剂。然而，目前的研究和应用主要针对纯净有机酸物质，如专利申请号为CN 201410567612的专利利用的有机酸为柠檬酸、苹果酸、草酸、丙二酸、胡敏酸和富里酸中的任一种或多种。此类有机酸修复剂的配制成本过高，且成分单一，不能广泛适用于各类土壤，从而限制了其推广应用。
厌氧发酵是目前我国处理餐厨垃圾的主流技术，是由兼性菌及专性厌氧菌有效利用垃圾中的有机质，产生二氧化碳和甲烷气体的过程。申请号为CN 201510746163与申请号为CN 201410073745的专利发现餐厨垃圾有机发酵液中包括乳酸、草酸、柠檬酸、葡萄糖酸、氨基酸、乙酸、丙酸、(异)丁酸、(异)戊酸等低分子有机酸和大量无机盐成分，通过一定的强化手段可以大大提高其中的有机酸浓度。研究表明，此类挥发性有机酸的浓度可高于2000mg/L，如果添加特殊菌种进行发酵，甚至可达到4500mg/L。合理利用和回收其中的有机物资源，对有机发酵液进行深度资源化是目前亟待解决的问题。
发明内容
为了寻求一种低成本的土壤重金属修复剂和解决餐厨垃圾发酵液的资源化问题，本发明旨提供一种以餐厨垃圾有机酸发酵液为修复土壤中重金属污染的方法。
为实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种以餐厨垃圾有机酸发酵液为修复剂去除土壤中重金属的方法，其步骤如下：
(1)餐厨垃圾剔除其中的骨头等硬物及塑料袋、筷子等杂物后，与自来水按重量1:1-1:3混合并用电搅拌机搅碎，得到餐厨垃圾浆液；
(2)将所得餐厨垃圾浆液装入厌氧发酵罐中，于15-35℃下恒温培养5-10天后取出，在3000-4000r/min下离心10-20min,取上清液过滤得到发酵液储备液，置入4℃冰箱中保存待用；
(3)根据不同固液比，取重金属污染土壤与第(2)步中得到的发酵液储备液进行混合振荡；其中，有机酸发酵液与重金属土壤的固液比为1:5-1:50，混合时间为6-24h。
步骤(1)中，所述餐厨垃圾可来自于菜场、食堂，为不含大块骨头、筷子等固体物质的低油脂性湿厨余垃圾。
步骤(2)中，有机酸发酵液不含悬浮物和固体颗粒的混合黄色液体。
步骤(2)中，所述的有机酸发酵液的总挥发性有机酸(VFA)浓度大于500mg/L,pH小于3.5。
步骤(3)中，所述的重金属污染土壤包括铅(Pb)、铬(Cr)、铜(Cu)、锌(Zn)。
步骤(3)中，混合液置于BS-S空气浴恒温振荡器中，控制温度为25℃，以150r/min的速度振荡。
所述的重金属污染土壤的湿度小于5％，粒度小于100目。
步骤(3)所制备的混合液6-24小时后取样，在离心机中以3000-4000r/min下离心10-20min，上清液过0.45μm滤膜，采用HNO3/HClO4体系消解4-8小时后，利用ICP-OES测定上清液中重金属的浓度。
本发明的有益效果在于：
1、本发明中所用的发酵液成分复杂，含有大量羟基(-OH)、羧基(-COOH)、氨基(-NH2)等官能团，对大部分重金属都有一定的去除效果。
2、本发明所用的重金属修复剂廉价易得，且适合大规模生产。有机酸具有良好的生物降解性，不会对土壤产生二次污染。
附图说明
图1餐厨垃圾发酵过程中的pH与挥发性有机酸浓度变化
图2不同发酵时期的发酵液对土壤中重金属的去除效果
图3不同固液比对土壤中重金属的去除效果
具体实施方式
下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
实施例1
取上海市某学校食堂压榨后的餐厨垃圾，剔除骨头等硬物及塑料袋、筷子等杂物后，称取200g与自来水按重量1:1混合并用电搅拌机搅碎，得到餐厨垃圾浆液并倒入500mL血清瓶中，血清瓶塞连接注射针头成微氧环境。分别设置发酵1d,2d,3d,4d,5d,7d,9d共7个发酵组，每组设置3个平行样。将血清瓶置于恒温培养箱中，控制温度为25℃。当达到发酵时间后，取出发酵瓶，，一共得到7组发酵液。在发酵期间，用气象色谱GC测定发酵液的挥发性有机酸(VFA)浓度，用pH计测定发酵液的pH变化。如图1所示，餐厨垃圾发酵过程中，pH明显减低，在第9天已经接近3.2。同时，发酵过程中产生了大量的挥发性有机酸。
取不同发酵时期的发酵液200mL与重金属污染土壤10g混合，混合液置于BS-S空气浴恒温振荡器中，控制温度为25℃，以150r/min的速度振荡。每隔一定的时间取混合液，后，用浓硝酸/高氯酸体系消解2小时，采用ICP-OES测定重金属的浓度。如图2所示，由于发酵液的酸性很强，重金属被浸出的速率很快，在6h～24h内浸出量很大。对Cd、Cu、Zn的去除效果明显，对铅的去除量较小，但也有一定的效果。
实施例2
选用发酵5d的发酵液，按1:5,1:10,1:20,1:50，1:100的固液比与土壤混合，混合液置于BS-S空气浴恒温振荡器中，控制温度为25℃，以150r/min的速度振荡。每隔一定的时间取混合液，后，用浓硝酸/高氯酸体系消解2小时，采用ICP-OES测定重金属的浓度。如图3所示，1:20～1:50的固液比可基本满足要求，在6h～12h内Cd、Cu、Zn重金属的去除率可达到70％以上，对铅的去除率也可达到20％以上。

Claims (6)

1.一种以餐厨垃圾有机酸发酵液为修复剂去除土壤中重金属的方法，其特征在于：其步骤如下：
(1)对餐厨垃圾进行简单预处理，并以1:1-1:3的比例与水混合后搅碎,得到餐厨垃圾浆液；
(2)将所得餐厨垃圾浆液装入厌氧发酵罐中，于15-35℃下恒温培养5-10天后取出，在3000-4000r/min下离心10-20min,取上清液过滤得到有机酸发酵液，置入4℃冰箱中保存待用；
(3)根据一定固液比，取重金属污染土壤与步骤(2)中得到的有机酸发酵液进行混合淋洗；
其中，有机酸发酵液与重金属污染土壤的固液比为1:5-1:50，混合时间为6-24h。
2.根据权利要求1所述的一种以餐厨垃圾有机酸发酵液为修复剂去除土壤中重金属的方法，其特征在于：所述餐厨垃圾可来自于菜场、食堂，为不含大块骨头、筷子等固体物质的低油脂性湿厨余垃圾。
3.根据权利要求1所述的一种以餐厨垃圾有机酸发酵液为修复剂去除土壤中重金属的方法，其特征在于：发酵液经过离心过滤，为不含悬浮物和固体颗粒的混合黄色液体。
4.根据权利要求1所述的一种以餐厨垃圾有机酸发酵液为修复剂去除土壤中重金属的方法，其特征在于：有机酸发酵液的总挥发性有机酸(VFA)浓度大于500mg/L,pH小于3.5。
5.根据权利要求1所述的一种以餐厨垃圾有机酸发酵液为修复剂去除土壤中重金属的方法，其特征在于：所述的重金属污染土壤包括镉(Cd)、铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Zn)。
6.根据权利要求1所述的一种以餐厨垃圾有机酸发酵液为修复剂去除土壤中重金属的方法，其特征在于：重金属污染土壤的湿度小于5％，粒度小于100目。
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