CN108314480A - 一种猪粪用重金属钝化剂及其制备方法与使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种猪粪用重金属钝化剂，组成包括生物炭与天然沸石，质量配比为(4～5):1；所述生物炭原料为小麦秸秆，制备条件为560～570℃无氧焙烧3h制得。本发明还提供了一种猪粪用重金属钝化剂的制备方法以及猪粪用重金属钝化剂的使用方法。本发明重金属钝化剂腐熟后的堆肥中可交换态Cu的比重降为21.7％，可交换态Zn的比重降为5.2％，可交换态Pb的比重降为17.3％。本发明显著降低了猪粪堆肥中重金属的生物有效性，添加的钝化剂又可作为土壤改良剂加强堆肥的肥效；同时具备了原料易得，简单易操作的优点，适合有机肥料厂、养殖场和广大农村推广使用。

Description

一种猪粪用重金属钝化剂及其制备方法与使用方法
技术领域
本发明涉及生物有机肥处理领域，更具体地说，涉及一种猪粪用重金属钝化剂及其制备方法与使用方法。
背景技术
我国畜禽养殖业发展迅速，但畜禽粪便无害处理和资源化利用落后，畜禽粪便已造成严重的环境污染，并直接影响到畜禽和人体健康。2015年，我国粪便排放量达到了65.54亿吨，其中猪粪35.61亿吨，牛粪20.94亿吨，鸡粪3.93亿吨。但同时畜禽粪便也是宝贵的资源，国内畜禽养殖场每年产生大量的氮、磷，加强对畜禽粪便的无害化处理和资源化利用是畜禽粪便的重要途径。
在进行饲料生产过程中能，为了提高饲料质量、预防生猪疾病、促进仔猪生长，多数饲料生产商或者养殖户人为地主动向饲料中添加高剂量的铜、锌、铅等重金属制剂。畜禽对微量元素的利用率低，大量重金属随粪便排出，如铜和锌在便中排泄量占95％以上。这使得畜禽粪便在农业利用过程中释放重金属并在土壤中积累且有超过土壤容量的风险。如何降低畜禽粪便的重金属的生物有效性，在施用于土壤后减少植物对重金属的吸收量，是畜禽粪便无害化、资源化的关键。
堆肥法能在一定程度上钝化重金属，但其对重金属的钝化效率不高。猜用在堆肥过程中添加重金属钝化剂的方法能提高重金属的钝化率。钝化剂主要分为物理钝化剂、化学钝化剂、生物钝化剂三类。而单纯一种钝化剂往往存在一些问题。
生物炭是生物残体在完全或部分缺氧条件下，经热解(通常≤700℃)产生的一类难熔、稳定、高度芳香化、富含碳元素的固态物。具有孔隙结构发达、比表面积巨大和独特的表面化学性质等显著特点，在实际应用中技能发挥物理钝化剂的作用，又能发挥一定的化学钝化剂的作用，对猪粪堆肥中的重金属离子有很强的吸附作用。
发明内容
本发明的目的在于开发一种用于猪粪的高效重金属钝化剂，并针对该种钝化剂提供一种操作简单、成本低廉的方法，以降低猪粪等畜禽粪便堆肥中重金属生物有效性，对猪粪等畜禽粪便中可交换态重金属钝化效率高、有害物质产生少、实用性广。
为达到上述目的本发明提供了一种猪粪用重金属钝化剂，其组成包括生物炭与天然沸石，质量配比为(4～5):1；
所述生物炭制备原料为小麦秸秆，制备条件为560～570℃无氧焙烧3h制得。
优选方式下，所述生物炭与天然沸石的质量配比为4:1；所述生物炭的焙烧温度为570℃。
进一步优化，所述天然沸石为方沸石。
本发明选取天然沸石，尤其是方沸石，可以达到吸附钝化猪粪堆肥中的重金属，并且在施用过程中缓释重金属，为作物提供必要重金属微量元素的的效果。
本发明还公开了上述猪粪用重金属钝化剂的制备方法，生物炭与天然沸石于105℃烘干后，按生物炭：天然沸石＝(4～5):1的质量比混合；粉碎机粉碎后，过60～80目筛，再次烘干制恒重后即得到猪粪堆肥用重金属钝化剂；所述生物炭原料为小麦秸秆，制备条件为560～570℃无氧焙烧3h制得。
优选方式下，所述生物炭与天然沸石的质量配比为4:1；所述生物炭的焙烧温度为570℃。
进一步优化，所述天然沸石为方沸石。
本发明还公开了上述猪粪用重金属钝化剂的使用方法：
S1、将晒干的玉米秸秆机械粉碎，制成1～2cm小段；将猪粪与玉米秸秆按干重比7:3的比例均匀混合，保持含水率60％～65％，制成堆肥原料；
S2、将所述猪粪用重金属钝化剂与步骤S1制得的堆肥原料混合均匀，混合比例为10％～13％，即每1000kg(干重)堆肥原料添加100～130kg(干重)所述重金属钝化剂；
混合均匀后进行普通高温好氧堆肥，堆肥期间通过对堆体大小、通风等条件控制保证高温阶段其温度能够达到50～55℃以上5～7天；
在升温期和高温期采用翻堆和通风的方式进行；
堆制30～35天堆肥达到腐熟即可。
本发明重金属可交换态含量降低，制得的堆肥可以作为肥料使用。
本发明的优点在于：
(1)重金属钝化剂对堆肥中重金属有极强的钝化能力，在猪粪堆肥中添加重金属钝化剂，腐熟后的堆肥中可交换态Cu的比重降为21.7％，可交换态Zn的比重降为5.2％，可交换态Pb的比重降为17.3％。
(2)重金属钝化剂能极大地降低猪粪堆肥中重金属的生物有效性，添加了钝化剂的猪粪堆肥在施用过程中作物对重金属的吸收量明显降低。
(3)生物炭应用于猪粪堆肥中，除了能降低重金属生物有效性外，还有加快堆肥进程，改善堆肥品质的作用。
(4)生物炭适用于猪粪堆肥中，在降低其中重金属生物有效性的同时，还能作为堆肥的强化剂加强堆肥肥效。改良土壤生境结构。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1：重金属钝化剂的制备过程
(1)小麦秸秆生物炭由市场购得，原材料为小麦秸秆，制备工艺为560～570℃无氧焙烧3h。天然沸石由市场购得。
(2)将两种原材料分别于105℃烘箱中烘干除去水分，将生物炭与天然沸石按照干重比为4:1的比例将两种材料均匀混合(每80kg生物炭混合20kg天然沸石)。
(3)将混合材料至于粉碎机中研磨粉碎，之后过60目筛子，再次烘干后密封保存(钝化材料极易吸水，因而需要烘干后密封保存)，制得重金属钝化剂。
实施例2：重金属钝化剂对猪粪堆肥中重金属钝化效果的影响
将猪粪与粉碎后成1cm左右的玉米秸秆按干重比7:3的比例调配，调整含水率为60％，按1000kg(干重)堆肥原料中添加130kg(干重)重金属钝化剂(104kg生物炭、26kg天然沸石)并混合均匀。堆肥原料装入内径尺寸为38.5cm×25.0cm×41.0cm，壁厚2.5cm的泡沫箱中，每个泡沫箱中添加堆肥原料18kg，堆制30天。采用普通高温好氧堆肥，通气方式采用强制通风，在升温期和高温期每2天通风一次，每次1小时，降温器不通风。设三次重复，以添加同样比例的其他钝化剂(水稻秸秆生物炭、花生壳生物炭)为对照组，以不添加钝化剂的堆体为空白对照。
由表1可知，添加重金属钝化剂能显著降低猪粪堆肥中有效态Cu、Zn、Pb等重金属含量。堆肥后，相比于对照组，添加了重金属钝化剂的实验组中有效态Cu比重下降了34.6个百分点，下降比率为61.5％；有效态Zn比重下降了7.3个百分点，下降比率为58.4％；有效态Pb比重下降了17.5个百分点，下降比率为60.9％。而相比于其他两种生物炭材料制备的钝化剂，实验组钝化剂的钝化效果也更加显著。
表1 堆肥结束时有效态重金属占总重金属的比例(％)
处理 有效态Cu 有效态Zn 有效态Pb
添加重金属钝化剂 21.7 5.2 17.3
水稻秸秆生物炭 36.8 10.7 28.8
花生壳生物炭 46.3 10.9 24.2
对照组 56.3 12.5 34.8
实施例3：种植实验评价重金属钝化剂对猪粪堆肥中重金属钝化效果的影响
采用盆栽种植实验，选用四季小白菜为供试植物，选用20cm×30cm的陶瓷盆为容器，内装风干土6kg，供试肥料为添加了重金属钝化剂的猪粪堆肥、未添加重金属钝化剂的猪粪堆肥、多元素化肥，均作为底肥一次性施入，每盆播种20粒种子，待长到10cm高时定苗6株。实验设3个处理，每个处理设置3个重复。3个处理分别为对照：在种植槽土壤中均匀混入未添加生物炭钝化剂的猪粪有机肥(有机肥肥以25g/kg干土的剂量施用)后播种，并用一定量的土壤埋没种子；处理2：在种植槽土壤中均匀混入添加了生物炭钝化剂的猪粪有机肥(有机肥肥以25g/kg干土的剂量施用)后播种，并用一定量的土壤埋没种子；处理3：在种植槽土壤中均匀混入化肥(化肥以0.5g/kg干土的剂量施用)后播种，并用一定量的土壤埋没种子。以上操作完成后在恒温培养箱中培养，每日进行常规的浇水管理。在种植40天后幼苗成熟，采摘小白菜样本，测定小白菜的株高、茎长、鲜重。将样本至于105℃烘箱中烘干至恒重，测定样本的干重。将烘干后的样本研磨后过60目筛子，测定其中的重金属含量。
由表2可知，与对照最相比，添加了重金属钝化剂的堆肥处理能显著降低小白菜中重金属Cu、Zn、Pb的含量，说明添加的重金属钝化剂有效地降低了猪粪堆肥中重金属的生物有效性。添加了重金属钝化剂的堆肥与化肥组相比，重金属含量相差不大，但小白菜的株高、茎长、鲜重、干重均要由于化肥组和未添加重金属钝化剂的堆肥处理组。说明该堆肥的肥效要优于化肥，并且该重金属钝化剂在一定程度上能加强堆肥的肥效。
表2 重金属钝化剂对猪粪堆肥中重金属生物有效性及小白菜生长状况的影响
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种猪粪用重金属钝化剂，其特征在于，其组成包括生物炭与天然沸石，质量配比为(4～5):1；
所述生物炭原料为小麦秸秆，制备条件为560～570℃无氧焙烧3h制得。
2.根据权利要求1所述猪粪用重金属钝化剂，其特征在于，所述生物炭与天然沸石的质量配比为4:1；所述生物炭的焙烧温度为570℃。
3.根据权利要求2所述猪粪用重金属钝化剂，其特征在于，所述天然沸石为方沸石。
4.权利要求1所述猪粪用重金属钝化剂的制备方法，其特征在于，生物炭与天然沸石烘干，按生物炭：天然沸石＝(4～5):1的质量比混合，粉碎，过40～60目筛，即得到猪粪用重金属钝化剂；
所述生物炭原料为小麦秸秆，制备条件为560～570℃无氧焙烧3h制得。
5.根据权利要求4所述猪粪用重金属钝化剂的制备方法，其特征在于，所述生物炭与天然沸石的质量配比为4:1；所述生物炭的焙烧温度为570℃。
6.根据权利要求5所述猪粪用重金属钝化剂的制备方法，其特征在于，所述天然沸石为方沸石。
7.权利要求1所述猪粪用重金属钝化剂的使用方法，其特征在于，具体步骤为：
S1、将晒干的玉米秸秆机械粉碎，制成1～2cm小段；将猪粪与玉米秸秆按干重比7:3的比例均匀混合，保持含水率60％～65％，制成堆肥原料；
S2、将所述猪粪用重金属钝化剂与步骤S1制得的堆肥原料混合均匀，混合比例为每1000kg(干重)堆肥原料添加100～130kg(干重)所述重金属钝化剂；
混合均匀后进行普通高温好氧堆肥，保证高温阶段其温度能够达到50～55℃以上5～7天；
在升温期和高温期采用翻堆和通风的方式进行；
堆制30～35天堆肥达到腐熟即可。
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