CN114685018A - 一种用于吸附牲畜粪便重金属的处理剂及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于吸附牲畜粪便重金属的处理剂，其包括以下重量份的组分，螯合物40‑70份，除味剂5‑15份，分散剂1‑10份，表面活性剂1‑5份，水补充至100份。本发明还提供了该处理剂的应用，所述处理剂在牲畜粪便中的使用量为在每吨牲畜粪便中添加处理剂25kg‑200kg。本发明处理剂能够有效去除牲畜粪便中的重金属和盐含量；同时可以避免由于重金属存在导致的有机肥发酵受阻，应用于牲畜粪便吸附重金属时，能够更有效的生产高质量固体有机肥。

Description

一种用于吸附牲畜粪便重金属的处理剂及其应用

技术领域

本发明属于生物有机肥处理技术领域，具体涉及一种用于吸附牲畜粪便重金属的处理剂及其应用。

背景技术

国家要推进绿色种养循环农业试点，具体做法为聚焦畜牧大省、粮食和蔬菜主产区、生态保护重点区,以推进粪肥就地就近还田利用为重点，推行有机肥精量施用技术，引导种养大户、农民合作社、龙头企业、国有农场等主体，提供市场化、专业化、精准化的粪肥处理、运输、使用、还田服务，集成高效技术模式和服务模式，形成可复制可推广的种养结合、养殖场户、服务组织和种植主体紧密衔接的绿色循环农业发展方式。其中重点为畜牧粪便的处理。

但是，目前我国畜牧粪便的处理仍存在以下问题，养殖业中从业者添加的用以刺激动物精神的重金属以及营养元素利用率低而需要添加的过量的营养元素，这些不但会影响牲畜粪便的利用，而且还会导致在发酵过程中重金属对发酵菌的抑制而造成的有机肥的质量波动。

动物粪便中所包含的比较高含量的重金属如长期施入土壤, 势必会给土壤环境和农产品造成潜在污染风险，给生态环境造成新的压力。

现有技术中，申请号为201811542401.4的中国专利公开了一种用于吸附重金属的生物有机肥及其制备工艺，其包括以下按重量份计的各组分：基质33～45份、微生物菌群12～18份和无机重金属吸附材料19～27份，所述基质包括以下按重量份计的各组分：动物粪便30～42份、植物秸秆26～38份、稻壳12～19份、小麦皮11～20份和尾菜8～12份。所述无机重金属吸附材料包括以下按重量份计的各组分：硅藻土12～19份、粉煤灰15～22份、生物炭粉11～16份、蒙脱石21～29份和海泡石8～12份。

申请号为 201320176893.6的中国专利公开了一种养殖场动物粪便处理利用系统，包含：发酵池，所述的发酵池通过管道与养殖场相连；固液分离装置，所述的固液分离装置通过管道与发酵池相连；过滤装置，所述的过滤装置通过管道与固液分离装置相连；泵站，所述的泵站分别通过管道与过滤装置和外部的农田相连，能够滤除动物粪便中的重金属等有害物质。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种用于吸附牲畜粪便重金属的处理剂及其应用，可减少牲畜粪便以及后续的有机肥中重金属的残留，同时能够减少发酵有机肥的质量波动。

本发明采用的技术方案是：

本发明用于吸附牲畜粪便重金属的处理剂，包括以下重量份的组分，螯合物40-70份，除味剂5-15份，分散剂1-10份，表面活性剂1-5份，水补充至100份。

进一步地，其包括以下重量份的组分，螯合物60份，除味剂10份，分散剂5份，表面活性剂5份，水20份。

进一步地，所述表面活性剂为表面活性剂OP和表面活性剂NP系列中的一种；所述分散剂为木质素磺酸钠或萘磺酸盐甲醛缩合物；所述除味剂为双氧水、次氯酸盐或过硫酸盐；所述螯合物为亚氨基二琥珀酸、亚氨基二琥珀酸钠和亚氨基二琥珀酸钾的水溶液中的一种，所述螯合物的固体含量为40%，其余为水。

进一步地，所述萘磺酸盐甲醛缩合物为萘磺酸钠甲醛缩合物；所述次氯酸盐为次氯酸钠、次氯酸钾或次氯酸铵；所述过硫酸盐为过硫酸钠、过硫酸钾或过硫酸铵。

进一步地，制备方法为按预设比例将水、螯合物、除味剂、分散剂和表面活性剂在搅拌下混合均匀，搅拌速率为50-150r/min。

进一步地，加料顺序为：

S1,称取配比中1/2的水置于液体混料设备a中，按照比例加入螯合物搅拌3-5min，继续按照比例以1重量份/min的速度加入除味剂，继续搅拌5min，得处理剂组分A；液体混料设备a中搅拌速度均保持在50-75r/min；

S2，称取剩余的水置于另外的液体混料设备b中，按照比例加入分散剂和表面活性剂，搅拌15-20min，得处理剂组分B；液体混料设备b中搅拌速度保持在100-150r/min；

S3，将液体混料设备b搅拌速度降至50-75r/min，然后将处理剂组分A以不高于100L/min的速度转移至液体混料设备b中，搅拌20min后得到处理剂。

本发明还提供了所述处理剂的应用，将处理剂与牲畜粪便混合后降解牲畜粪便内的重金属。

进一步地，所述处理剂在牲畜粪便中的使用量为在每吨牲畜粪便中添加处理剂25kg-200kg。

进一步地，牲畜粪便中重金属含量≤600mg/kg时，处理剂使用量为25kg/T，重金属含量每增加250mg/kg，需额外增加处理剂25kg的使用量；处理剂处理的牲畜粪便中重金属的含量最高限为2350mg/kg。

进一步地，使用处理剂对牲畜粪便中重金属进行降解时，处理方法包括以下步骤：

（1）将牲畜粪便研磨至粒径20-50μm，然后加入处理剂，继续研磨至5μm；

（2）将步骤（1）得到的混合物在50-150r/min搅拌下提取1-3h；

（3）将步骤（2）得到的混合物用过滤孔径0.5-1.5μm的微孔滤膜过滤分离。

本发明的有益效果是：

本发明处理剂能够有效去除牲畜粪便中的重金属，进而使得后续使用工艺能有效降低牲畜粪便中的盐含量，且减少后续有机肥使用过程中导致的土壤盐渍化；本发明组合物中的螯合剂不但能提取重金属，在配方中也具有稳定除味剂、提高组合物作用效果的作用；组合物中的分散剂和表面活性剂共同作用能够降低有机物质的表面张力和增强有机物中重金属浸出效率，从而促进螯合剂对重金属的提取、增强组合物的作用效率；该组合物同时可以减轻重金属含量过高导致的生物菌活性受阻，从而对解除有机肥生物菌发酵受阻起到积极的作用；因此，将该组合物应用于牲畜粪便吸附重金属时，能够更有效的生产高质量有机肥，同时加速生物有机肥的生产，节能减排。

附图说明

图1为本发明实施例1处理剂的组成含量图；

图2为本发明实施例2处理剂的组成含量图；

图3为本发明实施例3处理剂的组成含量图；

图4为本发明处理剂处理过程的流程示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

实施例1

本发明提供了一种用于吸附牲畜粪便重金属的处理剂，以亚氨基二琥珀酸、亚氨基二琥珀酸钠和亚氨基二琥珀酸钾中的一种为主料螯合剂，同时添加除味剂、分散剂、表面活性剂和水。通过将动物粪便与处理剂混合后进行物理分离，使得含有重金属螯合物自粪便中分离，达到了降低重金属的作用；更有利于高质量有机肥的生产。

本发明中，螯合物用于与牲畜粪便中的重金属结合，通过微孔滤膜过滤的物理分离去除重金属，同时具有增强体系稳定性、提高除味效率的作用。

除味剂主要是去除提取过程中的恶臭味，减少操作的不适感，同好能够杀灭粪便中的寄生虫等，减少对环境的污染和后续过程的影响。

分散剂主要作用为促进物料的悬浮和有机物质的分散，增加提取效率。

表面活性剂主要作用为减低有机物表面活性，提高重金属的浸出效率，从而提高提取效率。

本实施例中，参照图1和图4，处理剂包括以下重量份的组分，螯合物60份，除味剂双氧水10份，分散剂木质素磺酸钠5份，表面活性剂op-10 5份，水20份。

所述螯合物为亚氨基二琥珀酸的水溶液，固体含量为40%，其余为水。

本实施例处理剂的制备方法为：

制备时，S1在液体混料设备A中，一次性加入水10份和亚氨基二琥珀酸60份，搅拌5min，搅拌均匀后，将双氧水10份按照1重量份/min的速度进行添加，控制时间5min，得到处理剂组分A，液体混料设备a中搅拌速度均保持在50r/min；S2继续向另外的液体混料设备b中加入水10份，分散剂木质素磺酸钠5份，表面活性剂op-10 5份，搅拌20min后得处理剂组分B，液体混料设备b中搅拌速度保持在150r/min；S3将液体混料设备b搅拌速度降至50r/min后，将处理剂组分A以100L/min的速度转移至液体混料设备b中搅拌20min，即得实施例1处理剂。

将处理剂与牲畜粪便混合后降解牲畜粪便内的重金属。

所述处理剂在牲畜粪便中的使用量为在每吨牲畜粪便中添加处理剂25kg-200kg；在推荐使用量范围内，处理重金属的最高浓度为2350mg/kg，重金属含量超过上限则需对粪便进行稀释；其中牲畜粪便中重金属含量≤600mg/kg时，使用量为25kg/T；其中重金属含量每增加250mg/kg，需额外增加处理剂25kg的使用量；本发明不推荐处理剂超过用量，主要原因为处理成本的升高与重金属的提取效率之间的比例会有大幅度的升高，不符合节能减排的需要。

使用处理剂对牲畜粪便中重金属进行降解时，处理方法包括以下步骤：

（1）将牲畜粪便研磨至粒径20-50μm，此悬浮液为一级粪便悬浊液,并进行物料中重金属含量的测定；如果粪便中固形物过多，可适当添加质量比10-20%的水，需控制固形物的比例为总重的40-50%；然后加入处理剂，处理剂在牲畜粪便中的加入量为25kg-200kg（处理剂）/吨（牲畜粪便）。加入处理剂后，适当在胶体磨中添加适量的惰性锆珠继续研磨至5μm，此悬浮液为二级粪便悬浮液。

（2）将步骤S1得到的混合物即二级粪便悬浮液转移至反应釜中，在100r/min搅拌下提取2h；

（3）将步骤S2得到的混合物用过滤孔径0.5-1.5μm的微孔滤膜过滤分离。滤渣用于固体有机肥的制作，具体工艺参照现有固体有机肥的生产过程；滤液检测重金属含量后，加入重金属摩尔量5-15倍的黑水福美钠沉淀剂处理后进行重金属的去除和重金属的处理后，残余滤液循环利用进行其余批次重金属的提取和分离。

实施例2

本实施例中，参照图2和图4，包括以下重量份的组分，螯合物40份，除味剂过硫酸铵15份，分散剂萘磺酸钠甲醛缩合物1份，表面活性剂np-8 4份，水40份。

所述螯合物为亚氨基二琥珀酸钾的水溶液，固体含量为40%，其余为水。

本实施例处理剂的制备方法为：

制备时，在液体混料设备A中，一次性加入水20份和螯合物40份，搅拌4min，搅拌均匀后，过硫酸铵15份按照1重量份/min的速度进行添加，继续搅拌5min，得处理剂组分A；液体混料设备a中搅拌速度均保持在75r/min；继续向另一设备B中加入水20份，分散剂萘磺酸钠甲醛缩合物1份，表面活性剂np-8 4份，搅拌18min后得处理剂组分B，液体混料设备b中搅拌速度保持在120r/min；将液体混料设备b搅拌速度降至60r/min后，将处理剂组分A以90L/min的速度转移至液体混料设备b中搅拌20min，即得实施例2处理剂。

将处理剂与牲畜粪便混合后降解牲畜粪便内的重金属。

所述处理剂在牲畜粪便中的使用量为在每吨牲畜粪便中添加处理剂25kg-200kg；在推荐使用量范围内，处理重金属的最高浓度为2350mg/kg，重金属含量超过上限则需对粪便进行稀释；其中牲畜粪便中重金属含量≤600mg/kg时，使用量为25kg/T；其中重金属含量每增加250mg/kg，需额外增加处理剂25kg的使用量；本发明不推荐处理剂超过用量，主要原因为处理成本的升高与重金属的提取效率之间的比例会有大幅度的升高，不符合节能减排的需要。

使用处理剂对牲畜粪便中重金属进行降解时，处理方法包括以下步骤：

（1），将牲畜粪便研磨至粒径20-50μm，此悬浮液为一级粪便悬浊液,并进行物料中重金属含量的测定；如果粪便中固形物过多，可适当添加质量比10-20%的水，需控制固形物的比例为总重的40-50%；然后加入处理剂，处理剂在牲畜粪便中的加入量为25kg-200kg（处理剂）/吨（牲畜粪便）。加入处理剂后，适当在胶体磨中添加适量的惰性锆珠继续研磨至5μm，此悬浮液为二级粪便悬浮液。

（2），将步骤S1得到的混合物即二级粪便悬浮液转移至反应釜中，在150r/min搅拌下提取1h；

（3），将步骤S2得到的混合物用过滤孔径0.5-1.5μm的微孔滤膜过滤分离。滤渣用于有机肥的制作，具体工艺参照现有固体有机肥的生产过程；滤液检测重金属含量后，加入重金属摩尔量5-15倍的黑水福美钠沉淀剂处理后进行重金属的去除和重金属的处理后，残余滤液循环利用进行其余批次重金属的提取和分离。

实施例3

本实施例中，参照图3和图4，包括以下重量份的组分，螯合物亚氨基二琥珀酸钠70份，除味剂次氯酸钾5份，分散剂木质素磺酸钠10份，表面活性剂np-12 1份，水14份。

所述螯合物为亚氨基二琥珀酸钠的水溶液，固体含量为40%，其余为水。

本实施例处理剂的制备方法为：

制备时，S1在液体混料设备A中，一次性加入水7份和螯合物70份，搅拌3min，搅拌均匀后，将次氯酸钾5份按照1重量份/min的速度进行添加，继续搅拌5min，得处理剂组分A，液体混料设备a中搅拌速度均保持在60r/min；S2称取剩余的水置于另外的液体混料设备b中，加入分散剂木质素磺酸钠10份，表面活性剂np-12 1份，搅拌15min后得处理剂组分B，液体混料设备b中搅拌速度保持在100r/min；S3将液体混料设备b搅拌速度降至750r/min后，将处理剂组分A以80L/min的速度转移至液体混料设备b中搅拌20min，即得实施例3处理剂。

将处理剂与牲畜粪便混合后降解牲畜粪便内的重金属。

所述处理剂在牲畜粪便中的使用量为在每吨牲畜粪便中添加处理剂25kg-200kg；在推荐使用量范围内，处理重金属的最高浓度为2350mg/kg，重金属含量超过上限则需对粪便进行稀释；其中牲畜粪便中重金属含量≤600mg/kg时，使用量为25kg/T；其中重金属含量每增加250mg/kg，需额外增加处理剂25kg的使用量；本发明不推荐处理剂超过用量，主要原因为处理成本的升高与重金属的提取效率之间的比例会有大幅度的升高，不符合节能减排的需要。

使用处理剂对牲畜粪便中重金属进行降解时，处理方法包括以下步骤：

S1，将牲畜粪便研磨至粒径20-50μm，此悬浮液为一级粪便悬浊液,并进行物料中重金属含量的测定；如果粪便中固形物过多，可适当添加质量比10-20%的水，需控制固形物的比例为总重的40-50%；然后加入处理剂，处理剂在牲畜粪便中的加入量为25kg-200kg（处理剂）/吨（牲畜粪便）。加入处理剂后，适当在胶体磨中添加适量的惰性锆珠继续研磨至5μm，此悬浮液为二级粪便悬浮液。

S2，将步骤S1得到的混合物即二级粪便悬浮液转移至反应釜中，在50r/min搅拌下提取3h；

S3，将步骤S2得到的混合物用过滤孔径0.5-1.5μm的微孔滤膜过滤分离。滤渣用于固体有机肥的制作具体工艺参照固体有机肥的生产过程；滤液检测重金属含量后，加入重金属摩尔量5-15倍的黑水福美钠沉淀剂处理后进行重金属的去除和重金属的处理后，残余滤液循环利用进行其余批次重金属的提取和分离。

实验例

将实施例1处理剂以25kg/吨的添加量均匀加入含重金属量为600mg/kg、含盐量为3.0%的未发酵的鸡粪便中，使用实施例1的处理方法使用处理剂对牲畜粪便中重金属进行降解，经过重金属分离后按照参考标准JY/T 0567-2020进行测试，结果发现：重金属铬（Cr）残留量为46.5mg/kg，重金属铜（Cu）残留量为N.D.（<20）；含盐量为0.37%。

将经过分离后的动物粪便发酵后发现，未处理的发酵需要72h，同时会产生严重的恶臭味；而处理之后的发酵仅仅需要48h，并且在整个过程中几乎无异味。

将经过实施例1处理剂处理后的动物粪便和未经过实施例1处理剂处理的动物粪便按照现有有机肥发酵工艺分别发酵成有机肥，将上述两种有机肥分别进行测试，测试化验杂菌含量后发现，未经过实施例1处理剂处理后发酵的动物粪便的大肠杆菌数量超过120个/g，高于国家标准100个/g；而经过实施例1处理剂处理后发酵的动物粪便的大肠杆菌数量为15个/g；将上述两种有机肥检验重金属发现，未处理的总重金属铬(Cr)364mg/kg、铜(Cu)733mg/kg；处理之后的为铬（Cr）151mg/kg、铜(Cu)N.D.(<20)；而国家有机肥料相关标准中要求总重金属含量为≤220mg/kg。

将上述两种有机肥（经过实施例1处理剂处理后发酵的动物粪便和未经过实施例1处理剂处理后发酵的动物粪便）应用于马铃薯，按照试验安排选择在河北保定涿州(东经115°98′、北纬39°49′)进行，所选地块中有机质含量为16.72g/kg，碱解态氮89.25mg/kg，速效钾86.16mg/kg，有效磷26.47mg/kg；将上述两种有机肥以150kg/667m²的使用量于马铃薯播种前均匀冲施于种植马铃薯的土壤中，从当季初次收获综合统计产量，再对番茄的品质进行研究，在数据分析时使用SPSS22.0数据分析系统进行单因素方差分析并使用Dunckan法进行差异显著性检验；本实验设置实验处理组(牲畜粪便 25kg/t 重金属提取剂处理产品)、对照组(牲畜粪便未经重金属提取剂处理产品)和空白CK(不施用有机肥料)，每个处理重复4次，每个重复300m²，采用随机分布形式进行试验，得到表中的实验结果。

表1 番茄使用不同有机肥料试验效果

将上述两种有机肥应用于马铃薯，对照组与空白组的增产3.86%，处理的增产9.47%；同时发现，处理之后的薯块耐储存，整个生长季节植株发病率低，但是未处理的在生长阶段多使用了2次杀菌剂。

目前，本发明的技术方案已经进行了中试，即产品在大规模量产前的小规模实验；中试完成后，在小范围内开展了用户使用调研，调研结果表明用户满意度较高；现在已经着手准备产品正式投产进行产业化（包括知识产权风险预警调研）。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种用于吸附牲畜粪便重金属的处理剂，其特征在于，其包括以下重量份的组分，螯合物40-70份，除味剂5-15份，分散剂1-10份，表面活性剂1-5份，水补充至100份。

2.根据权利要求1所述的一种用于吸附牲畜粪便重金属的处理剂，其特征在于，其包括以下重量份的组分，螯合物60份，除味剂10份，分散剂5份，表面活性剂5份，水20份。

3.根据权利要求1所述的一种用于吸附牲畜粪便重金属的处理剂，其特征在于，所述表面活性剂为表面活性剂OP和表面活性剂NP系列中的一种；所述分散剂为木质素磺酸钠或萘磺酸盐甲醛缩合物；所述除味剂为双氧水、次氯酸盐或过硫酸盐；所述螯合物为亚氨基二琥珀酸、亚氨基二琥珀酸钠和亚氨基二琥珀酸钾的水溶液中的一种，所述螯合物的固体含量为40%，其余为水。

4.根据权利要求3所述的一种用于吸附牲畜粪便重金属的处理剂，其特征在于，所述萘磺酸盐甲醛缩合物为萘磺酸钠甲醛缩合物；所述次氯酸盐为次氯酸钠、次氯酸钾或次氯酸铵；所述过硫酸盐为过硫酸钠、过硫酸钾或过硫酸铵。

5.根据权利要求1所述的一种用于吸附牲畜粪便重金属的处理剂，其特征在于，制备方法为按预设比例将水、螯合物、除味剂、分散剂和表面活性剂在搅拌下混合均匀，搅拌速率为50-150r/min。

6.根据权利要求5所述的一种用于吸附牲畜粪便重金属的处理剂，其特征在于，加料顺序为：

S1,称取配比中1/2的水置于液体混料设备a中，按照比例加入螯合物搅拌3-5min，继续按照比例以1重量份/min的速度加入除味剂，继续搅拌5min，得处理剂组分A；液体混料设备a中搅拌速度均保持在50-75r/min；

S2，称取剩余的水置于另外的液体混料设备b中，按照比例加入分散剂和表面活性剂，搅拌15-20min，得处理剂组分B；液体混料设备b中搅拌速度保持在100-150r/min；

S3，将液体混料设备b搅拌速度降至50-75r/min，然后将处理剂组分A以不高于100L/min的速度转移至液体混料设备b中，搅拌20min后得到处理剂。

7.权利要求1-6任一所述处理剂的应用，其特征在于，将处理剂与牲畜粪便混合后降解牲畜粪便内的重金属。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述处理剂在牲畜粪便中的使用量为在每吨牲畜粪便中添加处理剂25kg-200kg。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，牲畜粪便中重金属含量≤600mg/kg时，处理剂使用量为25kg/T，重金属含量每增加250mg/kg，需额外增加处理剂25kg的使用量；处理剂处理的牲畜粪便中重金属的含量最高限为2350mg/kg。

10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，使用处理剂对牲畜粪便中重金属进行降解时，处理方法包括以下步骤：

（1）将牲畜粪便研磨至粒径20-50μm，然后加入处理剂，继续研磨至5μm；

（2）将步骤（1）得到的混合物在50-150r/min搅拌下提取1-3h；

（3）将步骤（2）得到的混合物用过滤孔径0.5-1.5μm的微孔滤膜过滤分离。

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