CN112844310A - 一种钝化重金属的物质以及钝化生活污泥中重金属的方法 - Google Patents

Abstract

本公开属于污泥处理处置技术领域，公开一种钝化重金属的物质以及钝化生活污泥中重金属的方法，物质成分包括充分混合的蚯蚓的粘液和生物炭，蚯蚓的粘液和所述生物炭的混合比例为1：(0.02‑0.1)，电刺激蚯蚓，获取目标粘液，对目标粘液进行离心过滤去除杂质；对生物炭进行研磨，过100目筛后保存；将研磨后的生物炭与提取的粘液进行混合，获得混合物；将混合物与污泥进行充分混合，进行污泥中的重金属钝化；采用蚯蚓粘液与生物炭联合钝化剂协同钝化城市生活污泥中重金属，能够适应不同类型污水污泥，其不仅能够钝化其中的重金属，还可为污泥堆肥带来C源和N源，有效促进堆肥过程中微生物的活性，可以加快堆肥污泥中有机质的降解速度。

Description

一种钝化重金属的物质以及钝化生活污泥中重金属的方法

技术领域

本公开属于污泥处理处置技术领域，具体涉及一种钝化重金属的物质以及钝化生活污泥中重金属的方法。

背景技术

随着我国城市化进程加快，污水处理总量持续攀升，污泥产量也不断提高。然而，污泥含有多种重金属等有害物质，这限制了堆肥后污泥的资源化利用。目前，污泥堆肥中常会加入钝化剂来调控金属活性，如：甘蔗渣、牛粪、磷矿粉等。但某些钝化剂稳定化一些金属同时，也会活化个别重金属，由此，寻找一种新钝化剂，全面降低污泥中重金属浓度、活性，成为污泥资源化的迫切需求。

生物炭因其有巨大比表面积和孔隙度、较好吸附性能，被广泛应用于土壤重金属修复；蚯蚓粘液因含多种活性基团，如-COOH，N-H和C＝O等，也可改变基质中重金属的生物有效性。

发明内容

本公开的目的是提供一种钝化重金属的物质：

一种钝化重金属的物质，所述物质成分包括充分混合的蚯蚓的粘液和生物炭，所述蚯蚓的粘液和所述生物炭的混合比例为1：(0.02-0.1)。

进一步地，所述生物炭为竹炭、稻壳炭和秸秆炭中的一种。

进一步地，当需要对污泥中的Cu重金属进行钝化时，所述生物炭为稻壳炭，所述蚯蚓的粘液和所述生物炭的混合比例为1：0.02。

进一步地，当需要对污泥中的Pb重金属进行钝化时，所述生物炭为秸秆炭，所述蚯蚓的粘液和所述生物炭的混合比例为1：0.02。

进一步地，当需要对污泥中的Cd重金属进行钝化时，所述生物炭为稻壳炭，所述蚯蚓的粘液和所述生物炭的混合比例为1：0.06。

进一步地，当需要对污泥中的Zn重金属进行钝化时，所述生物炭为秸秆炭，所述蚯蚓的粘液和所述生物炭的混合比例为1：0.02。

一种钝化重金属的物质钝化生活污泥中重金属的方法，包括以下步骤：

1)粘液的提取：选取蚯蚓，对蚯蚓进行清洗、排粪，置于粘液提取装置中，电刺激蚯蚓，获取目标粘液，对目标粘液进行离心过滤去除杂质，于4℃下保存待用；

2)对生物炭进行研磨，过100目筛后保存；

3)将研磨后的生物炭与提取的粘液进行混合，获得混合物；

4)将混合物与污泥进行充分混合，进行污泥中的重金属钝化。

本公开的有益效果：

采用蚯蚓粘液与生物炭联合钝化剂协同钝化城市生活污泥中重金属，能够适应不同类型污水污泥，其不仅能够钝化其中的重金属，还可为污泥堆肥带来C源和N源，有效促进堆肥过程中微生物的活性，可以加快堆肥污泥中有机质的降解速度。

具体实施方式

下面将对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。

实施例一

一种钝化重金属的物质，具体是：所述物质成分包括充分混合的蚯蚓的粘液和生物炭，所述蚯蚓的粘液和所述生物炭的混合比例为1：(0.02-0.1)。

在一些公开中，所述生物炭为竹炭、稻壳炭和秸秆炭中的一种。

在一些公开中，当需要对污泥中的Cu重金属进行钝化时，所述生物炭为稻壳炭，所述蚯蚓的粘液和所述生物炭的混合比例为1：0.02。

在一些公开中，当需要对污泥中的Pb重金属进行钝化时，所述生物炭为秸秆炭，所述蚯蚓的粘液和所述生物炭的混合比例为1：0.02。

在一些公开中，当需要对污泥中的Cd重金属进行钝化时，所述生物炭为稻壳炭，所述蚯蚓的粘液和所述生物炭的混合比例为1：0.06。

在一些公开中，当需要对污泥中的Zn重金属进行钝化时，所述生物炭为秸秆炭，所述蚯蚓的粘液和所述生物炭的混合比例为1：0.02。

实施例二

一种钝化生活污泥中重金属的方法，包括下述步骤：

1)粘液的提取：选取生物活性较大，具有成熟环带，鲜重为0.5g左右的蚯蚓，清洗、排粪，置于粘液提取装置中，根据预选，固定电流不变(30mA)，选定电压范围3-12V；固定电压不变(5v)，选择电流范围10-50mA)，电刺激蚯蚓，获取目标优质粘液，离心过滤去除杂质，于4℃下保存待用。

2)本实施例中，生物炭为竹炭、稻壳炭和秸秆炭中的一种，在一些场景下，竹炭、稻壳炭和秸秆炭，可以为竹炭、稻壳炭和秸秆炭分别对应在800度、500度和500度下烧制形成，对烧制后形成的竹炭、稻壳炭和秸秆炭进行研磨后，过100目筛后保存

3)钝化剂配制：将提取的粘液分别与稻壳炭、秸秆炭、炭竹炭进行混合，混合时，以提取的粘液设定为1单元，稻壳炭、秸秆炭、炭竹炭依次分别按照2％、6％、10％的比例进行混合，获得不同组合的混合物；

将所述混合物与污泥进行充分混合，进行钝化污泥中的重金属。

实施例三：

对实施例一以及实施二的钝化重金属的物质效果进行验证：

为了便于说明，本次验证试验中，选取的为环带明显的蚯蚓提取的粘液，而不应该作为限定本发明理由。

分别设置：

对照处理组：S(单独污泥堆肥)、SM(污泥+粘液堆肥)、SB(污泥+生物炭堆肥)和SMB(污泥+粘液+生物炭堆肥)处理组，其中生物炭类型(竹炭、稻壳炭、秸秆炭)及添加比例(2％、6％、10％)；不同类型(稻壳炭、秸秆炭、炭竹炭)、不同比例(2％、6％、10％)生物炭混合，污泥量500g,蚯蚓粘液20ml，具体设置如下表：

表1实验处理组设计

将上述不同组合对污泥堆肥进行处理，堆肥期间，堆体温度保持35±2℃，湿度维持在60-70％，堆肥30天后取样分析，检测污泥pH、EC、有机质、总氮、总磷、总钾及重金属Cu、Pb、Cd、Zn等。

其中pH、EC检测标准为HJ802—2016、有机质检测标准为HJ615—2011、总氮检测标准为HJ 717—2014、总磷检测标准为HJ632—2011、总钾检测标准为HJ803—2016、重金属Cu、Zn检测标准为GB/T 17136—1997、重金属Pb、Cd检测标准为GB/T17141—1997，其中不同堆肥体系中重金属有效态浓度如下表1，表1不同堆肥体系中重金属有效态浓度

从上表可得，对比污泥单独堆肥和粘液-污泥堆肥，粘液联合污泥堆肥(SM)中Cu、Pb有效态含量与S无显著性差异，而Cd、Zn有效态含量相较于S组均降低，其中Cd、Zn降幅分别为8.51％、2.26％。这表明，粘液能降低污泥中Cd、Zn有效性。

在添加竹炭处理组SZ1、SZ2、SZ3中，污泥Cu有效态含量逐步升高，其中SZ1、SZ2与对照S差异性显著；而Pb的有效态含量则随竹炭添加比例增大出现升高趋势，相对于S组分别增加了7.28％、13.32％、5.19％；有效态Cd、Zn含量与竹炭添加成反比，既竹炭添加越多，Cd、Zn有效态含量降幅度越大，且均在SZ3处达到最小值。

采用蚯蚓粘液-竹炭-污泥联合堆肥后，处理组SMZ1、SMZ2、SMZ3中Cu、Zn有效态与对照组S、SM具有显著性差异，但与竹炭-污泥堆肥处理组无明显差异；而Pb有效态含量在SMZ1、SMZ2中显著高于对照组S和SM；SMZ1、SMZ2、SMZ3中Cd有效态含量则略高于竹炭-污泥处理组。这说明，竹炭能显著降低了污泥中Cu、Cd和Zn的有效性，而粘液联合竹炭对Cu、Cd和Zn有效性降低作用并不大。

在稻壳炭-污泥堆肥中，污泥Cu、Pb、Cd、Zn有效态含量与S均具有显著性差异，且在2％稻壳炭添加比例(SD1)下Cu有效态含量最低，SD1、SD2、SD3中Cu降低幅度分别为60.19％、59.26和38.33％；污泥Pb有效态含量出现先降后升的现象，在SD2处达到最低值，这表明加入6％稻壳炭Pb有效性降低效果最；而污泥中Cd、Zn有效态含量随稻壳炭添加比例增大而减小，均在SD3处达到最小值。在粘液-稻壳炭-污泥堆肥处理组中，污泥四种重金属有效态含量与SM组差异显著。在SMD1、SMD2、SMD3中Cu有效态含量逐渐增大，但与S相比，SMD1中Cu有效态降幅大于SD1。这说明，粘液联合2％稻壳炭对Cu有效性降低作用高于其他处理。在SMD1、SMD2、SMD3中Pb、Zn有效态含量逐渐减小，均在SMD3处达到最小值；而Cd有效态含量则出现先降后升现象，在SMD2处达到最小值。与稻壳炭-污泥处理组相比，粘液-2％稻壳炭和粘液-10％稻壳炭处理中污泥Cu和Zn有效性含量最低。

在秸秆炭-污泥堆肥中，污泥Cu、Pb、Cd、Zn有效态含量均远低于对照组S。在SJ1、SJ2、SJ3中，Cu有效态含量虽然逐步上升，但与S相比，分别下降了67.22％、50.56％、49.07％；Pb和Cd含量变化趋势为先升后降，均在SJ2处达到最大值；Zn则是逐渐下降，与对照S相比，分别降低了21.76％、25.62％、34.98％。在粘液-秸秆炭联合堆肥中，Cu和Pb有效态含量变化趋势与秸秆炭堆肥趋势相同，但SMJ1中Cu、Pb有效态含量低于SJ1，SMJ2中Cu有效态含量低于SJ2。这说明，粘液与2％、6％秸秆炭可更有利于降低Cu有效性，其中粘液与2％秸秆炭也可降低Pb有效性。SMJ1、SMJ2、SMJ3中，Cd有效态含量逐渐增高，Zn则先增后降；对应相同秸秆炭添加比例下，SMJ2中Cd有效态低于SJ2、SMJ1中Zn有效态低于SJ1。这表明，蚯蚓粘液可进一步降低2％和6％秸秆炭-污泥堆肥中Zn和Cd的有效性。

粘液-生物炭堆肥相比生物炭-污泥堆肥、粘液-污泥堆肥和污泥单独堆肥，能进一步降低污泥中有效态重金属浓度，且降低的效应随生物炭类型和添加比例变化。

粘液-污泥堆肥、生物炭-污泥堆肥、粘液-生物炭-污泥联合堆肥中重金属有效性随三种生物炭添加比例增大而降低，具体表现为：

(1)生物炭-污泥堆肥中，2％秸秆炭处理对Cu有效性降低最大，

(2)10％秸秆炭处理对Pb、Cd、Zn有效性降低最明显。

(3)生物炭-污泥堆肥，在同一生物炭、同一比例下，粘液-生物炭-污泥堆肥对污泥中重金属钝化作用起到了促进作用，其中粘液与2％稻壳炭、2％秸秆炭、6％稻壳炭、2％秸秆炭分别对Cu、Pb、Cd、Zn的钝化幅度最大。

综上所述：粘液-生物炭堆肥相比生物炭-污泥堆肥、粘液-污泥堆肥和污泥单独堆肥，能进一步降低污泥中有效态重金属浓度，且降低的效应随生物炭类型和添加比例变化。

生物质粘液-生物炭联合钝化剂，通过在不同电刺激条件下获取的优质蚯蚓粘液与不同类型、不同比例(2％、6％、10％)生物炭(竹炭、稻壳炭、秸秆炭)混合配制而成，能够适应不同类型污水污泥，其不仅能够钝化其中的重金属，还可为污泥堆肥带来C源和N源，有效促进堆肥过程中微生物的活性，可以加快堆肥污泥中有机质的降解速度。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本公开的基本原理、主要特征和本公开的优点。本行业的技术人员应该了解，本公开不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本公开的原理，在不脱离本公开精神和范围的前提下，本公开还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本公开范围内。

Claims (7)

1.一种钝化重金属的物质，其特征在于，所述物质成分包括充分混合的蚯蚓的粘液和生物炭，所述蚯蚓的粘液和所述生物炭的混合比例为1：(0.02-0.1)。

2.根据权利要求1所述的物质，其特征在于，所述生物炭为竹炭、稻壳炭和秸秆炭中的一种。

3.根据权利要求1所述的物质，其特征在于，当需要对污泥中的Cu重金属进行钝化时，所述生物炭为稻壳炭，所述蚯蚓的粘液和所述生物炭的混合比例为1：0.02。

4.根据权利要求1所述的物质，其特征在于，当需要对污泥中的Pb重金属进行钝化时，所述生物炭为秸秆炭，所述蚯蚓的粘液和所述生物炭的混合比例为1：0.02。

5.根据权利要求1所述的物质，其特征在于，当需要对污泥中的Cd重金属进行钝化时，所述生物炭为稻壳炭，所述蚯蚓的粘液和所述生物炭的混合比例为1：0.06。

6.根据权利要求1所述的物质，其特征在于，当需要对污泥中的Zn重金属进行钝化时，所述生物炭为秸秆炭，所述蚯蚓的粘液和所述生物炭的混合比例为1：0.02。

7.根据权利要求1所述的一种钝化重金属的物质钝化生活污泥中重金属的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)粘液的提取：选取蚯蚓，对蚯蚓进行清洗、排粪，置于粘液提取装置中，电刺激蚯蚓，获取目标粘液，对目标粘液进行离心过滤去除杂质，于4℃下保存待用；

2)对生物炭进行研磨，过100目筛后保存；

3)将研磨后的生物炭与提取的粘液进行混合，获得混合物；

4)将混合物与污泥进行充分混合，进行污泥中的重金属钝化。