CN1962562A - 一种清除重金属修复生活垃圾堆肥的淋洗方法 - Google Patents

一种清除重金属修复生活垃圾堆肥的淋洗方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种清除重金属修复生活垃圾堆肥的淋洗方法；该实施方法如下，淋洗剂配制：分别配制各种浓度的表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(LAS)、有机酸DL－苹果酸、柠檬酸单一或复合淋洗剂。淋洗步骤：(1)对垃圾堆肥进行预处理，除去其中的塑料薄膜、砖瓦、石块、玻璃等杂物；(2)将预处理后的垃圾堆肥在60℃－100℃条件下烘干以去除堆肥中的水分，烘干：2－8小时；(3)将垃圾堆肥均匀置于可收集淋洗液的渗漏装置中，对垃圾堆肥进行淋洗，垃圾堆肥与淋洗剂的重量比为，堆肥∶淋洗剂＝1∶1－3；淋洗三遍，并收集淋洗液。本发明有效降低生活垃圾堆肥中的重金属含量，修复生活垃圾堆肥污染；其技术操作工艺简单，效益非常显著，应用前景广泛。

Description

一种清除重金属修复生活垃圾堆肥的淋洗方法
技术领域
本发明涉及一种城市生活垃圾堆肥的处理方法，特别涉及一种清除重金属修复生活垃圾堆肥的淋洗方法。
背景技术
目前，随着经济的高速发展和生活水平的不断提高，城市生活垃圾正以8％的速度递增。垃圾已成为城市社会发展中的棘手问题，不仅对社会、环境造成公害，而且对资源造成巨大的浪费。当今人们环保意识日益增强，对可持续发展问题认识不断深入，城市生活垃圾处理应走资源化这条路已被越来越多的人接受。中国城市生活垃圾处理问题刻不容缓。城市垃圾除简单回收一些物品外，如何在资源化的深度和广度上进一步深入，是目前人们关注的焦点问题。
堆肥法是利用微生物的活动将垃圾中的易腐有机物分解，转变成富含有机质和氮、磷、钾等营养元素和微量元素的有机质肥料，使垃圾实现从自然界来又回归自然界的良性循环，是经济有效处理和消纳城市垃圾的重要途径。垃圾堆肥中含有大量有利于植物生长的有机质和矿质元素，如能开发利用，不仅能解决环境问题，而且可以变废为宝，增加新的经济效益。
但堆肥中仍存在有害物质。垃圾堆肥中含有一定量不同形态的重金属和盐分，即存在多种重金属复合污染的问题。当生活垃圾堆肥施入土壤后，将引起土壤重金属和盐分含量增加，直接危害植物生长或成为潜在的威胁。土壤中累积过多的重金属，一旦进入食物链或地下水，还能造成新的环境问题。堆肥中重金属主要有铜、锌、铅、铬、镉、镍、汞等。研究表明，施用堆肥后土壤和青菜中重金属积累量随着堆肥施用量的增加，青菜中的重金属含量也呈积累趋势。堆肥施用量过大可使青菜地上部分重金属浓度超过国家标准。因此，在堆肥合理施用过程中，应进一步严格控制重金属及其在作物体中积累，尤其控制可食用部分重金属浓度。所以，采取各种方法来提高垃圾堆肥的质量，减少生活垃圾堆肥中的重金属含量，对城市生活垃圾堆肥进行修复，更具有重要的现实意义和充分的试验价值。
垃圾堆肥淋洗是利用淋洗液把垃圾堆肥固相中的重金属转移到堆肥液相中去，再把富含重金属的废水进一步回收处理的堆肥修复方法。该方法的技术关键是寻找一种既能提取各种形态的重金属，又不破坏垃圾堆肥结构的淋洗液。
目前，在土壤重金属污染修复研究中，选用的淋洗剂较多，其中包括有机或无机酸、碱、盐和合剂。前人曾对多种淋洗剂进行研究，比如：Beveridge等研究了化学合成的阴离子、阳离子和非离子表面活性剂对粘土中重金属吸附的影响，发现阳离子表面活性剂能降低Cu2+、pb2+、Cd2+和Zn2+在粘土中的吸附。Wenzel用一系列螯合剂对污染土壤中的Pb进行活化，其强弱顺序为EDTA＞HEDTA＞DTPA＞EGTA＞EDDHA。螯合剂不但能活化Pb，对其它重金属如Cu、Zn、Cd、Ni也有很强的活化能力。据Blaylock等报道，一些人工螯合剂如EDTA、DTPA、EGTA、CDTA及柠檬酸有明显促进印度芥菜(Brassicajuncea)对镉和铅吸收的效果。但EDTA的这种络合强化修复的环境效应，易造成二次污染，尤其对地下水的潜在污染威胁已愈来愈引起人们的关注。但这里需要指出的是，选用适当淋洗剂修复垃圾堆肥中复合重金属污染的研究涉及内容则并不多见；尤其是利用LAS、DL-苹果酸、柠檬酸对城市生活垃圾堆肥中的重金属的修复尚未见研究报道。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，意在研究各种处理方法对堆肥重金属Mn、Ni、Cu、Zn、Cd修复的效果，提供一种利用表面活性剂或和有机酸清除重金属修复生活垃圾堆肥污染的淋洗方法；以达到城市生活垃圾堆肥的安全有效利用的目的。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种清除重金属修复生活垃圾堆肥的淋洗方法；其特征在于实施方法如下：
配制淋洗剂：
单一淋洗剂配制：
分别配制只含表面活性剂LAS、有机酸DL-苹果酸或柠檬酸淋洗剂，每种溶液配制的浓度范围为：10mmol/L-30mmol/L；
复合淋洗剂配制：
采用表面活性剂LAS分别与有机酸DL-苹果酸或柠檬酸配制淋洗剂；
LAS与DL-苹果酸复合淋洗剂配制的浓度范围为：LAS浓度范围为10mmol/L-30mmol/L；DL-苹果酸浓度范围为10mmol/L-30mmol/L；
LAS与柠檬酸复合淋洗剂配制的浓度范围为：LAS浓度范围为10mmol/L-30mmol/L；柠檬酸浓度范围为10mmol/L-30mmol/L；
淋洗步骤：
(1)对垃圾堆肥进行预处理，除去其中的塑料薄膜、砖瓦、石块、玻璃等杂物；
(2)将预处理后的垃圾堆肥在60℃-100℃条件下烘干以去除堆肥中的水分，烘干过程所需时间范围：2-8小时；
(3)将垃圾堆肥均匀置于可收集淋洗液的渗漏装置中，对垃圾堆肥进行淋洗，垃圾堆肥与淋洗剂用量的比例(重量比)为，堆肥：淋洗剂＝1∶1-3，淋洗三遍，并收集淋洗液。
本发明的有益效果是：选用表面活性剂LAS、有机酸DL-苹果酸、柠檬酸单一或复合应用，大量的试验研究，证实它们单独作用于垃圾堆肥的重金属淋溶效果，而且尝试将这些表面活性剂、螯合剂复合作用于堆肥，为城市生活垃圾堆肥的重金属修复提供依据。由于LAS其有效性、多功能性、性价比、环境相对安全性而成为目前世界上普遍使用的表面活性剂；同时，由于苹果酸、柠檬酸无害、无毒，经常在食品加工业中使用，基于以上特征，我们选用配制作为垃圾堆肥的淋洗剂。
本发明中配制淋洗剂且实施淋洗技术操作工艺简单，淋洗效果非常显著，有效降低生活垃圾堆肥中重金属的含量，修复生活垃圾堆肥，降低污染。本发明应用方便、成本低，具有非常显著的经济效益及社会效益，应用前景非常广泛。
具体实施方式
实施例1
一种表面活性剂及其有机酸清除重金属修复生活垃圾堆肥污染的淋洗方法；其特征在于实施方法如下：
配制淋洗剂：
分别配制单一十二烷基苯磺酸钠(LAS)、DL-苹果酸、柠檬酸淋洗剂，每种溶液均按10mmol/L、20mmol/L、30mmol/L三种浓度配制；
试验材料选用垃圾堆肥，采自天津市河北区小淀垃圾处理厂。如：称量100g的垃圾堆肥作为实验标准。垃圾堆肥持水量为0.755ml/g，容重为0.85g/ml，每克垃圾堆肥中含重金属元素Mn、Ni、Cu、Zn、Cd分别为530.57μg、33.415μg、238.725μg、496.38μg、1.9675μg。
淋洗步骤：
(1)对垃圾堆肥进行预处理，除去其中的塑料薄膜、砖瓦、石块、玻璃等杂物；
(2)将预处理后的垃圾堆肥在60℃-100℃条件下烘干以去除堆肥中的水分，烘干过程所需时间范围：2-8小时；
(3)将垃圾堆肥均匀置于可收集淋洗液的渗漏装置中，对垃圾堆肥进行淋洗，垃圾堆肥与淋洗剂用量的比例(重量比)为：堆肥∶淋洗剂＝1kg∶1.5kg，或者为：堆肥∶淋洗剂＝1kg∶3kg，淋洗三遍，并收集淋洗液。
用电感藕合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)同时测定某一浓度淋洗后溶液中的Mn、Ni、Cu、Zn、Cd的含量；实施效果显著，参见表1。
实施例2
采用LAS、DL-苹果酸；
设定DL-苹果酸的浓度为20mmol/L，(设定10mmol/L-30mmol/L范围内均可)
改变LAS的浓度分别为10mmol/L、20mmol/L、30mmol/L；
或者设定LAS的浓度为20mmol/L，(设定10mmol/L-30mmol/L范围内均可)
改变DL-苹果酸的浓度分别为10mmol/L、20mmol/L、30mmol/L。
试验材料选用垃圾堆肥，先对垃圾堆肥进行预处理，称量100g的垃圾堆肥作为实验标准。垃圾堆肥持水量为0.755ml/g，容重为0.85g/ml，每克垃圾堆肥中含重金属元素Mn、Ni、Cu、Zn、Cd分别为530.57μg、33.415μg、238.725μg、496.38μg、1.9675μg。
淋洗步骤：
(1)对垃圾堆肥进行预处理，除去其中的塑料薄膜、砖瓦、石块、玻璃等杂物；
(2)将预处理后的垃圾堆肥在60℃-100℃条件下烘干以去除堆肥中的水分，烘干过程所需时间范围：2-8小时；
(3)将垃圾堆肥均匀置于可收集淋洗液的渗漏装置中，对垃圾堆肥进行淋洗，垃圾堆肥与淋洗剂用量的比例(重量比)为：堆肥∶淋洗剂＝1kg∶1kg，或者为：堆肥∶淋洗剂＝1kg∶2.5kg，淋洗三遍，并收集淋洗液。
用电感藕合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)同时测定某一浓度淋洗后溶液中的Mn、Ni、Cu、Zn、Cd的含量；实施效果显著，参见表2。
实施例3
采用LAS、柠檬酸；
设定柠檬酸的浓度为20mmol/L，(设定10mmol/L-30mmol/L范围内均可)
改变LAS的浓度分别为10mmol/L、20mmol/L、30mmol/L；
或者设定LAS的浓度为20mmol/L，(设定10mmol/L-30mmol/L范围内均可)
改变柠檬酸的浓度分别为10mmol/L、20mmol/L、30mmol/L。
试验材料选用垃圾堆肥，先对垃圾堆肥进行预处理，称量100g的垃圾堆肥作为实验标准。垃圾堆肥持水量为0.755ml/g，容重为0.85g/ml，每克垃圾堆肥中含重金属元素Mn、Ni、Cu、Zn、Cd分别为530.57μg、33.415μg、238.725μg、496.38μg、1.9675μg。
淋洗步骤：
(1)对垃圾堆肥进行预处理，除去其中的塑料薄膜、砖瓦、石块、玻璃等杂物；
(2)将预处理后的垃圾堆肥在60℃-100℃条件下烘干以去除堆肥中的水分，烘干过程所需时间范围：2-8小时；
(3)将垃圾堆肥均匀置于可收集淋洗液的渗漏装置中，对垃圾堆肥进行淋洗，垃圾堆肥与淋洗剂用量的比例(重量比)为：堆肥∶淋洗剂＝1kg∶1kg，或者为：堆肥∶淋洗剂＝1kg∶3kg，淋洗三遍，并收集淋洗液。
用电感藕合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)同时测定某一浓度淋洗后溶液中的Mn、Ni、Cu、Zn、Cd的含量；实施效果显著，参见表2。
发明结果分析：
1、表面活性剂与螯合剂单独对堆肥重金属淋洗量的影响。
表面活性剂与螯合剂单独作用对堆肥重金属淋洗量影响测定结果见表1。当淋洗剂为LAS时，Mn、Cu的溶出量随着LAS浓度的增加而增加。但LAS淋洗重金属Mn的效果不如对照水。只有当LAS浓度为20mmol/L时，Ni才有淋洗量。Cd的淋洗量在LAS浓度为30mmol/L时为最多，并为原垃圾堆肥中Cd含量的1.25％。因为LAS是一种络合剂，可以与Cd形成稳定的络合物，降低土壤溶液中Cd的浓度，从而降低Cd的毒性和减少植物吸收。
当淋洗剂为DL-苹果酸时，Mn、Zn的溶出量随着苹果酸浓度的增加而增加。当苹果酸浓度为30mmol/L时，Mn的淋洗量为对照水的87.2倍，效果很明显。Cu的溶出量在苹果酸浓度为20mmol/L时淋洗效果最好，是对照水的9.33倍。只有当苹果酸浓度为10mmol/L时，Cd才有淋洗量。DL-苹果酸作为一种螯合剂，提供配体，与重金属反应形成螯合物。数据显示，Mn、Cu、Zn与DL-苹果酸的螯合效果最好。
当淋溶剂为柠檬酸时，Mn的淋洗量比较显著，是对照水的221.47倍，是相同浓度的DL-苹果酸Mn淋洗量的2.5倍。Zn的淋溶效果也比较明显，是原垃圾堆肥中Zn含量的2.24％。当柠檬酸浓度为20mmol/L时，Cd的淋洗量与30mmol/L的LAS的Cd淋洗量相当。
表1：单一表面活性剂或有机酸(螯合剂)对垃圾堆肥重金属淋洗量的影响对比
淋洗剂   浓    度(mmol/L)            重金属(μg/g)
 Mn  Ni  Cu  Zn  Cd
对照     水  0.0170  0.1078  0.1905  0.3195  0.0125
LAS     102030  0.00050.00730.0155  -0.0470-  0.29600.52050.6290  0.49880.43180.4583  0.00680.00150.0245
苹果酸     102030  0.13850.50201.4828  0.1290-0.0013  0.49401.77651.027  0.47581.14255.5080  0.0055--
柠檬酸     102030  0.62851.67583.7650  0.21950.50550.3560  0.32250.53330.6930  1.79386.230011.1380  -0.02550.0118
以表面活性剂、螯合剂作为淋洗剂，从淋洗的效果来看，螯合剂的使用活化了土壤中的重金属，增加了重金属在土壤中的移动性，提高了修复的效率。同时德国的科学家的研究证实，柠檬酸能有效去除土壤中迁移性较强的金属离子，而且其生物可降解性强，不溶解土壤中的粘土成分，可循环使用。美国科学家的研究表明，柠檬酸能去除土壤和垃圾中几乎所有的有毒金属和放射性元素，并能有效回收。使用柠檬酸的另一个好处在于它对土壤环境中的天然细菌伤害很小，既不易破坏土壤，回收水的处理也比较容易。通过研究分析我们得出，柠檬酸对堆肥重金属的淋溶效果相对还是比较明显的。
2、表面活性剂与螯合剂复合作用对堆肥重金属淋洗量的影响。
表面活性剂与螯合剂复合作用对堆肥重金属淋洗量影响测定结果见表2。
在本发明中，当DL-苹果酸浓度一定时，Zn的淋洗量随着LAS浓度的增加而增加，Ni、Cd的淋洗量随着LAS浓度的增加而降低。同时，除了Ni、Cd的淋洗量与对照水相比差别不大之外，其它几种元素均有较大程度的淋出。比如，Cu的淋洗量是原垃圾堆肥中Cu含量的2.48％，是LAS单独使用时最大淋洗量的9.4倍。Mn的淋洗量是对照水的58.9倍。当柠檬酸浓度固定时，Mn、Ni、Zn的淋洗量更明显。Ni的淋洗量随着LAS浓度的增加而增加。当LAS浓度为20mmol/L时，Zn的淋洗量为原垃圾堆肥中Zn含量的2.90％；LAS浓度为10mmol/L时，Mn的淋洗量是LAS单独使用时的6576倍，Cd的淋洗量都比对照水高。
表2：表面活性剂和有机酸(螯合剂)复合作用对垃圾堆肥重金属淋洗量的影响对比
淋洗剂   LAS  浓度(mmol/L)                 重金属(μg/g)
    Mn     Ni     Cu     Zn     Cd
  对照     水  0.0170  0.1078  0.1905  0.3195  0.0125
  20mmol/L苹果酸+LAS     102030  0.86430.32581.0005  0.08580.23100.2310  5.49805.91304.9150  3.24304.70005.6330  0.01330.00980.0028
  20mmol/L柠檬酸+LAS     102030  3.28802.49303.0700  0.25130.35330.5180  4.13004.41504.2030  14.408010.798011.5730  0.01930.02900.0223
由此可见，LAS与螯合剂复合使用的重金属淋洗量比LAS单独使用时的淋溶效果明显。而且，LAS与柠檬酸共同作用时Mn、Ni、Zn、Cd的淋洗量要比LAS与DL-苹果酸复合时效果明显。
通过利用所述表面活性剂、螯合剂作为淋洗剂单独、复合作用于堆肥中的重金属的方式，对垃圾堆肥中的重金属进行修复，将重金属从堆肥中分离出来，提高堆肥的再次使用率，扩大堆肥的适用范围。通过研究，可以得出以下结论：使用表面活性剂、螯合剂重金属的淋洗效果比对照水有明显的提高。表面活性剂与螯合剂的复合作用效果比单独使用的效果更明显。不同的金属对不同的淋洗剂，淋洗效果不同。在螯合剂的单独使用过程中，DL-苹果酸和柠檬酸对Mn的淋洗效果最好，随着淋洗剂的浓度增大，堆肥中淋洗出的Mn增多。在表面活性剂、螯合剂复合作用中，Mn、Ni、Zn的溶出效果最明显。本发明的实施不但完全复合城市发展绿色环保的方向，还有效解决了城市垃圾处理的难题，为城市垃圾堆肥的修复及应用拓宽了道路。
上述参照实施例对本发明一种清除重金属修复生活垃圾堆肥的淋洗方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可根据需要例举出若干限定范围内的实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1、一种清除重金属修复生活垃圾堆肥的淋洗方法；其特征在于实施方法如下：
配制淋洗剂：
单一淋洗剂配制：
分别配制只含表面活性剂LAS、有机酸DL-苹果酸或柠檬酸淋洗剂，每种溶液配制的浓度范围为：10mmol/L-30mmol/L；
复合淋洗剂配制：
采用表面活性剂LAS分别与有机酸DL-苹果酸或柠檬酸配制淋洗剂；
LAS与DL-苹果酸复合淋洗剂配制的浓度范围为：LAS浓度范围为10mmol/L-30mmol/L；DL-苹果酸浓度范围为10mmol/L-30mmol/L；
LAS与柠檬酸复合淋洗剂配制的浓度范围为：LAS浓度范围为10mmol/L-30mmol/L；柠檬酸浓度范围为10mmol/L-30mmol/L；
淋洗步骤：
(1)对垃圾堆肥进行预处理，除去其中的塑料薄膜、砖瓦、石块、玻璃等杂物；
(2)将预处理后的垃圾堆肥在60℃-100℃条件下烘干以去除堆肥中的水分，烘干过程所需时间范围：2-8小时；
(3)将垃圾堆肥均匀置于可收集淋洗液的渗漏装置中，对垃圾堆肥进行淋洗，垃圾堆肥与淋洗剂用量的比例(重量比)为，堆肥∶淋洗剂＝1∶1-3，淋洗三遍，并收集淋洗液。
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