CN112979357A - 一种绿色有机肥重金属的吸附与去除方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种绿色有机肥重金属的吸附与去除方法，包括如下步骤：1)提取有机肥；2)将有机肥加入叠螺机装置的搅拌固液分离体中，同时加入树枝或者树叶进行搅碎榨取液体；液体中含有的生物碱与有机肥中的重金属吸附，吸附有重金属的液体随着固液分离体向下流出，而有机肥固体在固液分离体中随着螺旋搅拌叶片上移，进而实现固液分离；3)固体发酵：在分离出的有机肥固体中加入纤维素和/或半纤维素进行搅拌并发酵；重金属吸附在纤维素上；4)高温发酵：再加入木质素和/或半木质素进行搅拌并进行高温发酵；5)烘干：烘干并通过过滤筛分筛吸附有重金属的纤维素和木质素团与有机肥细粉。该方法大大降低了有机肥中重金属的含量。

Description

一种绿色有机肥重金属的吸附与去除方法
技术领域
本发明涉及一种有机肥生产，尤其涉及一种绿色有机肥重金属的吸附与去除方法。
背景技术
有机肥料是指由动物的排泄物或动植物残体等富含有机质的副产品资源为主要原料，经发酵腐熟后而成的肥料。有机肥有改良土壤、培肥地力、提高土壤养分活力、净化土壤生态环境、保障蔬菜优质高产高效益等特点，是设施蔬菜栽培不可替代的肥料。设施蔬菜栽培常用的有机肥料主要有商品有机肥料和农家肥。
有机肥料的生产原料很多，具体可以分为以下几类：1、农业废弃物：比如秸秆、豆粕、棉粕等。2、畜禽粪便：比如鸡粪、牛羊马粪、兔粪。3、工业废弃物：比如酒糟、醋糟、木薯渣、糖渣、糠醛渣等。4、生活垃圾：比如餐厨垃圾等。5、城市污泥：比如河道淤泥、下水道淤泥等。
生物有机肥是指特定功能微生物与主要以动植物残体(如畜禽粪便、农作物秸秆等)为来源并经无害化处理、腐熟的有机物料复合而成的一类兼具微生物肥料和有机肥效应的肥。生物有机肥营养元素齐全，能够改良土壤，改善使用化肥造成的土壤板结。改善土壤理化性状，增强土壤保水、保肥、供肥的能力。生物有机肥中的有益微生物进入土壤后与土壤中微生物形成相互间的共生增殖关系，抑制有害菌生长并转化为有益菌，有益菌在生长繁殖过程中产生大量的代谢产物，促使有机物的分解转化，促进和调控作物生长。提高土壤孔隙度、通透交换性及植物成活率、增加有益菌和土壤微生物及种群。同时，在作物根系形成的优势有益菌群能抑制有害病原菌繁衍，增强作物抗逆抗病能力降低重茬作物的病情指数，连年施用可大大缓解连作障碍，减少环境污染，对人、畜、环境安全、无毒，是一种环保型肥料。
尽管生物有机肥存在上述优异性能，但因畜禽饲料中，由于大量添加铜、铁、锌、锰、钴、硒和碘等微量元素，使得许多未被畜禽吸收的微量元素积累在畜禽粪便中，导致畜禽粪肥中的微量元素含量超标的问题，尤其铜、砷和汞等毒害元素也个别超标，造成对土壤的重金属污染，导致蔬菜、水果重金属含量超标，对绿色食品安全造成威胁。
目前有机肥中重金属控制的方法有源头控制和肥料中控制去除，包括化学法、生物吸附法、生物淋滤法、电化学法等。而现有的重金属控制技术中传统的化学法需消耗大量化学试剂，费用高、容易对环境造成二次污染并且操作繁琐，生物吸附法无法有效用于工业化推广，6生物淋滤法滞留时间较长导致无法大规模运用，电化学法对于不溶态的重金属无法有效去除。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种绿色有机肥重金属的吸附与去除方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
一种绿色有机肥重金属的吸附与去除方法，该方法包括如下步骤：
1)提取有机肥；
2)将有机肥加入叠螺机装置的搅拌固液分离体中，同时加入树枝或者树叶进行搅碎榨取液体；液体中含有的生物碱与有机肥中的重金属吸附，吸附有重金属的液体随着固液分离体向下流出，而有机肥固体在固液分离体中随着螺旋搅拌叶片上移，进而实现固液分离；
吸附有重金属的液体通过污水处理装置进行处理，处理过程中加入活性炭吸附；
3)固体发酵：在分离出的有机肥固体中加入纤维素和/或半纤维素进行搅拌，并在40℃-60℃进行初级发酵；重金属吸附在纤维素和/或半纤维素上；
4)高温发酵：再加入木质素和/或半木质素进行搅拌，并在50℃-70℃进行高温发酵；重金属进一步吸附在木质素和/或半木质素上；
5)烘干：在70℃-90℃烘干，有机肥中的重金属吸附固化在纤维素和木质素上成团形成颗粒，且有机肥在烘干过程中形成有机肥细粉；再通过过滤筛筛分有机肥细粉和吸附有重金属的颗粒，进而分离有机肥细粉和吸附有重金属的颗粒。
作为本发明的一种优选方案，可采用渥堆发酵替换步骤3)、步骤4)和步骤5)；所述渥堆发酵，加入微生物，木稍，纤维素、半纤维素、木质素等，发酵过程中吸附重金属，然后筛分，取出。
作为本发明的一种优选方案，在步骤3)中，加入的纤维素和/或半纤维素与有机肥固体的重量比为(0.1-1)：1。
作为本发明的一种优选方案，在步骤3)中，加入的纤维素和/或半纤维素为木梢和/或秸秆。
作为本发明的一种优选方案，在步骤3)和步骤4)的发酵中，加入微生物酵素发酵；所述微生物发酵剂为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、酿酒酵母菌、植物乳杆菌、蛋白酶、麸皮粉、乳糖、玉米蛋白粉中一种或多种；微生物酵素发酵中用的发酵菌是有效含菌量大于等于200亿/g,功能菌有效含菌量是大于等于1000亿/g。
作为本发明的一种优选方案，在步骤4)中，高温发酵时间为2-3天。
作为本发明的一种优选方案，在步骤3)和步骤4)中，加入氧化锌。
作为本发明的一种优选方案，在步骤5)中，烘干采用内烘烘干、红外线烘干或内蒸汽烘干。
与现有技术相比，本发明的技术效果如下：
1、本发明通过树枝液体中的生物碱，OH-与有机肥中的重金属吸附，从有机肥中吸附与去除重金属；采用固体发酵，通过纤维素和/或半纤维素进一步吸附有机肥中的重金属，采用木质素和/或半木质素再进一步吸附有机肥中的重金属，通过烘干筛分去除吸附有重金属的纤维素和木质素，使得有机肥中的重金属大大降低，有机肥中铅的含量降低到26mg/kg以下，铬的含量降低到60mg/kg以下，砷的含量降低到13mg/kg以下，镉的含量降低到1.5mg/kg以下，汞的含量降低到0.8mg/kg以下。
2、通过固体发酵和高温发酵使有机肥中的重金属离子充分暴露，有利于纤维素和/或半纤维素以及木质素和/或半木质素快速吸附有机肥中重金属离子，也提高了吸附稳定性，重金属离子去除率高。
3、本发明的绿色有机肥重金属的吸附与去除方法无二次污染，适应性广，操作方便，且成本低。
4、减少了对环境的污染，污泥在填埋和焚烧对大自然都会产生危害，填埋对土壤和水都会造成污染，焚烧产生二噁英，二噁英是致癌物。
附图说明
图1为一种绿色有机肥重金属的吸附与去除方法的工艺流程图；
图2为生物碱吸附重金属离子的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
有机肥可为生物质垃圾、生物渗透液、垃圾渗透液、禽畜粪便等，下面实施例1以自来水厂的淤泥作为有机肥；实施例2和实施例3为化粪池粪渣和污水处理厂淤泥作为有机肥，其工艺流程如图1所示。
实施例1
一种绿色有机肥重金属的吸附与去除方法，该方法包括如下步骤：
1)提取有机肥。
2)将有机肥加入叠螺机装置的搅拌固液分离体中，同时加入树枝或者树叶进行搅碎榨取液体；液体中含有的生物碱，OH-与有机肥中的重金属吸附，吸附有重金属的液体随着固液分离体向下流出，而有机肥固体在固液分离体中随着螺旋搅拌叶片上移，进而实现固液分离；固体中的重金属被吸附到液体中，液体重金属浓度高。
吸附有重金属的液体通过污水处理装置进行处理，处理过程中加入活性炭吸附。
3)固体发酵：在分离出的有机肥固体中加入纤维素和/或半纤维素进行搅拌，并在40℃进行初级发酵；重金属吸附在纤维素上。纤维素在发酵过程中，纤维素带静电，吸附重金属，进而将固体中重金属吸附在纤维素上；固体中的有机物在进行发酵过程中，纤维素不会被发酵。加入的纤维素与有机肥固体的重量比为0.1：1。优选的，加入的纤维素为木梢和/或秸秆。在发酵过程中，加入微生物酵素发酵，微生物发酵剂为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、酿酒酵母菌、植物乳杆菌、蛋白酶、麸皮粉、乳糖、玉米蛋白粉中一种或多种；微生物酵素发酵中用的发酵菌是有效含菌量大于等于200亿/g,功能菌有效含菌量是大于等于1000亿/g。
4)高温发酵：再加入木质素进行搅拌，并在50℃进行高温发酵；重金属进一步吸附在木质素上；高温发酵时间为2天。
在步骤3)和步骤4)发酵的过程中加入一点氧化锌，氧化锌直接把活性的生物杀死，有利于发酵。
5)烘干：在70℃烘干，有机肥中的重金属吸附固化在纤维素和木质素上成团形成颗粒，且有机肥在烘干过程中形成有机肥细粉；再通过过滤筛筛分有机肥细粉和吸附有重金属的颗粒，进而分离有机肥细粉和吸附有重金属的颗粒。烘干采用内烘烘干、红外线烘干或内蒸汽烘干。高温烘干不仅可以蒸发水分，而且还可以杀死有毒的微生物。
实施例2
一种绿色有机肥重金属的吸附与去除方法，该方法包括如下步骤：
1)提取有机肥。
2)将有机肥加入叠螺机装置的搅拌固液分离体中，同时加入树枝或者树叶进行搅碎榨取液体；液体中含有的生物碱，OH-与有机肥中的重金属吸附，吸附有重金属的液体随着固液分离体向下流出，而有机肥固体在固液分离体中随着螺旋搅拌叶片上移，进而实现固液分离；固体中的重金属被吸附到液体中，液体重金属浓度高。
吸附有重金属的液体通过污水处理装置进行处理，处理过程中加入活性炭吸附。
3)固体发酵：在分离出的有机肥固体中加入纤维素和/或半纤维素进行搅拌，并在50℃进行初级发酵；重金属吸附在纤维素和半纤维素上。纤维素和半纤维素在发酵过程中，纤维素和半纤维素带静电，吸附重金属，进而将固体中重金属吸附在纤维素和半纤维素上；固体中的有机物在进行发酵过程中，纤维素和半纤维素不会被发酵。加入的纤维素和半纤维素与有机肥固体的重量比为0.5：1。优选的，加入的纤维素和半纤维素为木梢和/或秸秆。在发酵过程中，加入微生物酵素发酵，微生物发酵剂为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、酿酒酵母菌、植物乳杆菌、蛋白酶、麸皮粉、乳糖、玉米蛋白粉中一种或多种；微生物酵素发酵中用的发酵菌是有效含菌量大于等于200亿/g,功能菌有效含菌量是大于等于1000亿/g。
4)高温发酵：再加入木质素和/或半木质素进行搅拌，并在60℃进行高温发酵；重金属进一步吸附在木质素和/或半木质素上；高温发酵时间为2.5天。
在步骤3)和步骤4)发酵的过程中加入一点氧化锌，氧化锌直接把活性的生物杀死，有利于发酵。
5)烘干：在80℃烘干，有机肥中的重金属吸附固化在纤维素和木质素上成团形成颗粒，且有机肥在烘干过程中形成有机肥细粉；再通过过滤筛筛分有机肥细粉和吸附有重金属的颗粒，进而分离有机肥细粉和吸附有重金属的颗粒。烘干采用内烘烘干、红外线烘干或内蒸汽烘干。高温烘干不仅可以蒸发水分，而且还可以杀死有毒的微生物。
实施例3
一种绿色有机肥重金属的吸附与去除方法，该方法包括如下步骤：
1)提取有机肥。
2)将有机肥加入叠螺机装置的搅拌固液分离体中，同时加入树枝或者树叶进行搅碎榨取液体；液体中含有的生物碱，OH-与有机肥中的重金属吸附，吸附有重金属的液体随着固液分离体向下流出，而有机肥固体在固液分离体中随着螺旋搅拌叶片上移，进而实现固液分离；固体中的重金属被吸附到液体中，液体重金属浓度高，如图2所示。
吸附有重金属的液体通过污水处理装置进行处理，处理过程中加入活性炭吸附。
3)固体发酵：在分离出的有机肥固体中加入纤维素和半纤维素进行搅拌，并在60℃进行初级发酵；重金属吸附在纤维素和半纤维素上。纤维素和半纤维素在发酵过程中，纤维素和半纤维素带静电，吸附重金属，进而将固体中重金属吸附在纤维素和半纤维素上；固体中的有机物在进行发酵过程中，纤维素和半纤维素不会被发酵。加入的纤维素和半纤维素与有机肥固体的重量比为1：1。优选的，加入的纤维素和半纤维素为木梢和/或秸秆。在发酵过程中，加入微生物酵素发酵，微生物发酵剂为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、酿酒酵母菌、植物乳杆菌、蛋白酶、麸皮粉、乳糖、玉米蛋白粉中一种或多种；微生物酵素发酵中用的发酵菌是有效含菌量大于等于200亿/g,功能菌有效含菌量是大于等于1000亿/g。
4)高温发酵：再加入木质素和/或半木质素进行搅拌，并在50℃-70℃进行高温发酵；重金属进一步吸附在木质素和/或半木质素上；高温发酵时间为2-3天。
在步骤3)和步骤4)发酵的过程中加入一点氧化锌，氧化锌直接把活性的生物杀死，有利于发酵。
5)烘干：在90℃烘干，有机肥中的重金属吸附固化在纤维素和木质素上成团形成颗粒，且有机肥在烘干过程中形成有机肥细粉；再通过过滤筛筛分有机肥细粉和吸附有重金属的颗粒，进而分离有机肥细粉和吸附有重金属的颗粒。烘干采用内烘烘干、红外线烘干或内蒸汽烘干。高温烘干不仅可以蒸发水分，而且还可以杀死有毒的微生物。
通过实施例1、实施例2和实施例3对同一批提取有机肥进行重金属吸附和去除后，其重金属含量如下表所示：
重金属指标 铅(mg/kg) 铬(mg/kg) 砷(mg/kg) 镉(mg/kg) 汞(mg/kg)
未经处理 59.3-57.4 97.6-96.8 27.3-26.5 2.7-2.6 3.8-3.7
实施例1 13.9 48 11.3 1.18 0.042
实施例2 24.9 51 9.1 1.39 0.7
实施例3 23.1 57 8.5 1.28 0.6
通过上述实施例1、实施例2和实施例3可以看出，本发明的绿色有机肥重金属的吸附与去除方法将有机肥中的重金属得到大大降低。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种绿色有机肥重金属的吸附与去除方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1)提取有机肥；
2)将有机肥加入叠螺机装置的搅拌固液分离体中，同时加入树枝或者树叶进行搅碎榨取液体；液体中含有的生物碱与有机肥中的重金属吸附，吸附有重金属的液体随着固液分离体向下流出，而有机肥固体在固液分离体中随着螺旋搅拌叶片上移，进而实现固液分离；
吸附有重金属的液体通过污水处理装置进行处理，处理过程中加入活性炭吸附；
3)固体发酵：在分离出的有机肥固体中加入纤维素和/或半纤维素进行搅拌，并在40℃-60℃进行初级发酵；重金属吸附在纤维素和/或半纤维素上；
4)高温发酵：再加入木质素和/或半木质素进行搅拌，并在50℃-70℃进行高温发酵；重金属进一步吸附在木质素和/或半木质素上；
5)烘干：在70℃-90℃烘干，有机肥中的重金属吸附固化在纤维素和木质素上成团形成颗粒，且有机肥在烘干过程中形成有机肥细粉；再通过过滤筛筛分有机肥细粉和吸附有重金属的颗粒，进而分离有机肥细粉和吸附有重金属的颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种绿色有机肥重金属的吸附与去除方法，其特征在于，可采用渥堆发酵替换步骤3)、步骤4)和步骤5)；所述渥堆发酵，加入微生物，木稍，纤维素、半纤维素、木质素等，发酵过程中吸附重金属，然后筛分，取出。
3.根据权利要求1所述的一种绿色有机肥重金属的吸附与去除方法，其特征在于，在步骤3)中，加入的纤维素和/或半纤维素与有机肥固体的重量比为(0.1-1)：1。
4.根据权利要求1所述的一种绿色有机肥重金属的吸附与去除方法，其特征在于，在步骤3)中，加入的纤维素和/或半纤维素为木梢和/或秸秆。
5.根据权利要求1所述的一种绿色有机肥重金属的吸附与去除方法，其特征在于，在步骤3)和步骤4)的发酵中，加入微生物酵素发酵；所述微生物发酵剂为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、酿酒酵母菌、植物乳杆菌、蛋白酶、麸皮粉、乳糖、玉米蛋白粉中一种或多种；微生物酵素发酵中用的发酵菌是有效含菌量大于等于200亿/g,功能菌有效含菌量是大于等于1000亿/g。
6.根据权利要求1所述的一种绿色有机肥重金属的吸附与去除方法，其特征在于，在步骤4)中，高温发酵时间为2-3天。
7.根据权利要求1所述的一种绿色有机肥重金属的吸附与去除方法，其特征在于，在步骤3)和步骤4)中加入氧化锌。
8.根据权利要求1所述的一种绿色有机肥重金属的吸附与去除方法，其特征在于，在步骤5)中，烘干采用内烘烘干、红外线烘干或内蒸汽烘干。
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