CN107573114A - 利用钙改性沸石稳定堆肥中重金属的方法 - Google Patents

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何小松
李艳平
党秋玲
张慧
孙源媛
赵昕宇
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Abstract

一种利用钙改性沸石稳定堆肥中重金属的方法，包括：将有机废物与辅料混合均匀，调节含水率为质量比50％‑65％后，强制通风供氧进行堆肥发酵；在一次发酵结束后、二次发酵开始前添加钙改性沸石，混合均匀后进行二次发酵，至堆肥达到腐熟。本发明通过添加无毒钙改性天然沸石，可以有效地对堆肥中重金属进行稳定化，减少生物可利态重金属含量，降低了堆肥重金属环境风险。

Description

利用钙改性沸石稳定堆肥中重金属的方法
技术领域
本发明属于有机废弃物资源化利用技术领域，具体涉及一种利用钙改性沸石稳定堆肥中重金属的方法。
背景技术
随着社会经济的高速发展，人民生活水平的不断提高，城市污水厂污泥、生活垃圾以及畜禽粪便产生量日益增多。由此造成的环境污染愈加明显。目前，堆肥是一种把污水厂污泥、生活垃圾、畜禽粪便资源化利用的一种有效方式。但它们中含有重金属有害物质，如在土地利用前处理不当将导致土壤污染。另外，重金属能被植物吸附，污染食物链进而威胁人类健康。再者，堆肥“浓缩效应”会进一步增加重金属浓度，从而限制其应用。为了降低堆肥中重金属的生物活性和植物吸收量，可通过往堆肥物料中添加无毒的化合物来进行稳定化处理。
天然沸石具有易得、价格低和特殊物理化学性质的特点。其较强的吸附置换能力能吸附更多的重金属。再者，钙的多价阳离子能提高天然沸石的吸附速率。因此，通过在堆肥过程中添加钙改性沸石，可以显著降低堆肥中可提取态重金属浓度，有效地对重金属进行稳定化处理，进一步降低重金属污染的风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种稳定堆肥中重金属的方法，用来减少可提取态重金属含量，降低重金属污染风险。
为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种利用钙改性沸石稳定堆肥中重金属的方法，包括：
将有机废物与辅料混合均匀，调节含水率为50％-65％(质量比)后，强制通风供氧进行堆肥发酵；在一次发酵结束后、二次发酵开始前添加钙改性沸石，混合均匀后进行二次发酵，至堆肥达到腐熟。
优选地，钙改性沸石的制备方法包括：(1)将天然沸石用蒸馏水清洗去除可溶性杂质，在室温下晾干，优选的晾晒时间为30-72小时；(2)将晾干后的天然沸石加入到CaCl2溶液中，室温恒温振荡40-60小时，优选的转速为100-300rpm，静置，静置时间优选为5-20min，将悬浮液弃去，然后将剩余固体在室温下晾干。
优选地，其中的CaCl2溶液浓度为1.0-2.0mol/L，天然沸石与CaCl2溶液的固液比为(0.5-5)g∶10mi。
优选地，钙改性沸石的添加量为堆肥原料干重的3％-12％。
优选地，强制通风供氧采用间歇式通风供，当出口氧浓度高于18％时停止供氧，当出口氧浓度低于10％时开始供氧。
优选地，二次发酵是堆成条垛形于遮雨条件下进行，每5-9天翻堆一次，直到堆肥腐熟。
优选地，采用的有机废物剔除塑料、金属、橡胶、石子后，需要过40-80mm筛，优选60mm，筛下物堆肥。
优选地，有机废物可以是生活垃圾、畜禽粪便或污泥中的一种或多种。
优选地，辅料为玉米秸秆、稻草或麦秆中的一种或多种，其长度为2-5cm。
另一方面，本发明提供了一种利用所述方法制备的堆肥。
又一方面，本发明还提供了所述堆肥的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、利用生活垃圾、污泥和畜禽粪便进行堆肥，达到资源化利用目的；
2、在堆肥过程中添加钙改性沸石能稳定堆肥中的重金属，降低重金属的生物可利用性和毒性，从而降低了重金属再次污染的风险；
3、二次发酵每5-9天翻堆一次减低堆肥氮素损失，提高堆肥产品肥效。
附图说明
图1为添加与不添加钙改性沸石的堆肥中可提取态重金属浓度(其中：C代表不添加沸石；CNZ代表添加天然沸石；CCZ代表添加钙改性沸石)；
图2为使用添加与不添加钙改性沸石的堆肥种植的玉米中重金属含量(其中：C代表不添加沸石；CNZ代表添加天然沸石；CCZ代表添加钙改性沸石)。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面本发明作进一步的详细说明。
天然沸石化学组成包括SiO2＝65.77、Al2O3＝11.18、K2O＝2.31、Na2O＝2.09、CaO＝3.19、Fe2O3＝1.24、MgO＝0.51，SiO2/Al2O3＝5.88，天然沸石改性前将颗粒物通过低于0.25mm筛。然后将收集的天然沸石颗粒物，用蒸馏水清洗以去除可溶性杂质，然后将固体颗粒物在室温下晾晒三天；其次，将晾干的固体颗粒物与1.5M/L CaCl2溶液，按照固液比1∶10比例，室温恒温振荡(200r/min)48小时后，静置10分钟后，将悬浮液弃去，然后再将改性后的剩余固体颗粒物在室温下晾干。将作物秸秆(3cm)和有机废物混合均匀。使混合物料中含水率为55％，随后采用间歇式通风供氧方式进行强制好氧堆肥，当出口氧浓度高于18％时停止供氧，当出口氧浓度低于10％时开始供氧，堆肥二次发酵前时添加钙改性沸石按干重计占总重量的3％-12％，进行翻堆混合均匀，30-50天堆肥物料达到腐熟。最后将腐熟后的堆肥通过6mm筛并施用于土壤。
通过下述的实施例和比较例，并结合附图对本发明进行详细描述。
实施例：
将作物秸秆粉碎至3cm，测定含水率为14.05％。将作物秸秆、有机废物混合均匀，使含水率为55％，接着将混合物料装入堆肥反应仓，以0.4L/(min.kg)的速率强制通风供氧，当出口氧浓度高于18％时停止供氧，当出口氧浓度低于10％时开始供氧，19天一次发酵完成。此时，将物料取出添加钙改性沸石(干重计占总重量的8％)，混合均匀后，于遮雨棚下堆成条垛形，每隔5天翻堆一次，至41天堆肥物料达到腐熟。测定堆肥中重金属浓度。
采用的有机废物剔除塑料、金属、橡胶、石子后，需要过60mm筛，保留筛选物。
比较例：
将实施例同一来源的作物秸秆和有机废物混合均匀，以0.4L/(min.kg)的速率按实施例相同方式进行强制通风供氧，一次发酵完毕后按实施例相同方式进行二次发酵，但不添加钙改性沸石或者添加天然沸石。
在堆肥中添加钙改性沸石后，各生物可利用重金属浓度均明显少于不添加钙改性沸石或者添加天然沸石的普通堆肥，且添加钙改性沸石的堆肥施于土壤后，种植的作物中重金属浓度也均明显低于不添加钙改性沸石或者添加天然沸石的堆肥施于土壤后种植的作物，其效果如图1和图2所示。
堆肥二次发酵添加钙改性沸石后，由于钙改性沸石离子交换吸附能力增加，物料中重金属浓度与不添加钙改性沸石或者添加天然沸石的相比明显减少。从图1可以看到，添加钙改性沸石的堆肥中可提取态重金属浓度明显低于不添加钙改性沸石和添加天然沸石的比较例，这是由于经过氯化钙改性天然沸石，能显著增加天然沸石的吸附速率和交换能力，钙的二价阳离子能将堆肥中更多的金属离子置换出来。添加钙改性沸石吸附速率较高，置换能力较大：添加钙改性沸石堆肥可提取的各重金属浓度(Pb、Cu、Zn、Ni、Mn、Cd)比不添加钙改性沸石堆肥和添加天然沸石的重金属浓度降低率分别最高达26.52％和14.08％，其中添加钙改性沸石的各金属浓度比不添加钙改性沸石的均能降低15％以上，且比添加天然沸石的各金属浓度均能降低4％以上。从图2中可以看出，添加钙改性沸石的堆肥施于土壤后，种植玉米提取的重金属浓度比不添加钙改性沸石和添加天然沸石时的重金属浓度降低率分别最高达54.97％和23.00％，其中Pb、Cu、Mn、Cd、Ni浓度均降低30％以上，而Pb、Cu、Mn、Ni比添加天然沸石的金属浓度均能降低12％以上。说明添加钙改性沸石能较好的稳定堆肥中可提取态重金属浓度，降低重金属污染的风险。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用钙改性沸石稳定堆肥中重金属的方法，包括：
将有机废物与辅料混合均匀，调节含水率为50％-65％后，强制通风供氧进行堆肥发酵；在一次发酵结束后、二次发酵开始前添加钙改性沸石，混合均匀后进行二次发酵，至堆肥达到腐熟。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：钙改性沸石的制备方法包括：(1)将天然沸石用蒸馏水清洗去除可溶性杂质，在室温下晾干；(2)将晾干后的天然沸石加入到CaCl2溶液中，室温恒温振荡40-60小时，静置，将悬浮液弃去，然后将剩余固体在室温下晾干。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：其中的CaCl2溶液浓度为1.0-2.0mol/L，天然沸石与CaCl2溶液的固液比为(0.5-5)g∶10ml。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：钙改性沸石的添加量为堆肥原料干重的3％-12％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：强制通风供氧采用间歇式通风供，当出口氧浓度高于18％时停止供氧，当出口氧浓度低于10％时开始供氧。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：二次发酵是堆成条垛形于遮雨条件下进行，每5-9天翻堆一次，直到堆肥腐熟。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：采用的有机废物剔除塑料、金属、橡胶、石子后，需要过40-80mm筛，优选60mm，筛下物堆肥。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述有机废物是生活垃圾、畜禽粪便或污泥中的一种或多种，辅料为玉米秸秆、稻草或麦秆中的一种或多种，其长度为2-5cm。
9.一种利用权利要求1-8中任一项所述方法制备的堆肥。
10.一种利用权利要求1-8中任一项所述方法制备的堆肥的应用。
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