本發(fā)明涉及土壤鈍化劑制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種污泥、餐廚垃圾生物炭土壤重金屬鈍化劑的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)的飛速發(fā)展，大量的工業(yè)“三廢”、城市生活垃圾等污染物的排放和不恰當(dāng)?shù)奶幹?，使得重金屬在土壤中不斷地累積增加，含重金屬的農(nóng)藥和化肥的過度使用也加重了土壤重金屬污染的程度，對人、畜構(gòu)成嚴(yán)重危害。
我國污水處理廠每天產(chǎn)生的污泥量在3000萬噸左右，黑臭水體治理過程中也會產(chǎn)生大量的污泥，因其含水率高、重金屬含量高的原因，其安全處置是一個巨大的難題。但污泥中有機(jī)質(zhì)含量高達(dá)40％以上，同時還富含植物生長所需的氮磷鉀等營養(yǎng)物質(zhì)，恰恰是土壤所需要的。
同時，在垃圾分類的大趨勢下，通過垃圾分類回收、利用和處置可以有效減少垃圾總量，降低垃圾處理成本。在家庭生活廢棄物中，餐廚垃圾是很重要的一部分，含有豐富的有機(jī)質(zhì)，可以作為肥料改良土壤。
生物炭是生物質(zhì)在高溫條件下熱解的產(chǎn)物，具有多孔結(jié)構(gòu)、特定官能團(tuán)的穩(wěn)定碳源，對多數(shù)污染物有較強(qiáng)的吸附能力。通過對污泥和餐廚垃圾的合理處理后，摻和制備生物炭作為土壤改良劑進(jìn)行使用，可以有效降低污泥處理處置成本，減少生活垃圾處理量，改良土壤環(huán)境質(zhì)量，取得巨大的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會效益。
關(guān)于土壤重金屬鈍化劑已有較多相關(guān)專利，但是目前大范圍應(yīng)用的不多，尤其是在農(nóng)田土壤中應(yīng)用的更少。
關(guān)于餐廚垃圾與污泥混合制備生物炭的專利僅有兩項(xiàng)，cn201611190634.3公布了一種混合餐廚垃圾的污泥基生物炭的制備方法，但是方法過于繁瑣，涉及到酸洗和去離子水洗滌等，不適合大規(guī)模應(yīng)用；cn201610460139.3公布了一種污泥與餐廚垃圾的處理方法，重點(diǎn)在污泥與餐廚的垃圾的聯(lián)合處理思路，沒有對生物炭制備進(jìn)行詳細(xì)表述，不具備可操作性。因此，生物炭土壤重金屬鈍化劑的制備方法上的改進(jìn)和創(chuàng)新是目前亟需解決的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對上述情況，為解決現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本發(fā)明之目的就是提供一種污泥、餐廚垃圾生物炭土壤重金屬鈍化劑的制備方法，可有效解決大量的工業(yè)“三廢”、城市生活垃圾等污染物的排放和不恰當(dāng)?shù)奶幹茫沟弥亟饘僭谕寥乐胁粩嗟乩鄯e增加的問題。
本發(fā)明解決的技術(shù)方案是，原材料包括污泥和餐廚垃圾，所述的污泥指城市污水處理廠污泥或者水體底部疏浚污泥，脫水后使用；所述的餐廚垃圾，為果殼、果渣、果皮、蔬菜的一種或幾種的混合；例如花生殼、核桃殼、瓜子殼等干果殼，甘蔗渣、玉米芯、或者香蕉皮、西瓜皮、蔬菜莖葉等富含釬纖維素或有機(jī)質(zhì)的垃圾。
本發(fā)明方法制備的生物炭對重金屬有很強(qiáng)的吸附能力，可以阻止土壤中的重金屬向地下水遷移，防治地下水污染，同時，為土壤中異養(yǎng)型微生物提供碳源，有利于植物對水分和土壤養(yǎng)分的吸收，提高表層土壤中氧氣的通量，是生物炭制備方法上的創(chuàng)新。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的污泥、餐廚垃圾生物炭制備流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
由圖1給出，本發(fā)明包括以下步驟：
1)城市污水處理廠污泥或水體疏浚污泥經(jīng)過脫水處理后，添加淋洗劑，每1kg污泥中淋洗劑用量為1-3l，淋洗去除部分重金屬；所述的淋洗劑濃度在0.01-0.30mol/l之間，為檸檬酸、草酸、腐殖酸、乙二胺四乙酸、三氯化鐵溶液中的一種或兩種以上的混合；
2)將餐廚垃圾破碎，所述的餐廚垃圾為果殼、果渣、果皮、蔬菜的一種或幾種的混合；
3)將處理后的污泥與餐廚垃圾按照10-15：1的比例摻合，得混合物；
4)將混合物自然風(fēng)干，或干燥機(jī)干燥，含水率降至10％以下；
5)將步驟4)干燥后的材料粉碎，過100目篩，置于熱解裝置內(nèi)，在絕氧條件下，升溫至500-700℃，燒制3-4h，讓馬弗爐自然降溫到25-27℃，即可得到污泥生物炭。
為了保證制得的污泥生物炭效果，所述的污泥脫水處理為加藥處理或機(jī)械脫水處理，含水率低于80％即可。
所述的淋洗劑為0.05-0.3mol/l草酸溶液、0.01-0.005mol/l乙二胺四乙酸溶液、0.05-0.2mol/l三氯化鐵溶液、0.01-0.1mol/l腐殖酸溶液、0.01-0.1mol/l檸檬酸溶液中的一種或幾種的組合；主要目的是活化或者螯合污泥中的重金屬，使重金屬與污泥不再緊密結(jié)合。
所述的餐廚垃圾為花生殼、瓜子殼、玉米芯、甘蔗渣、果皮、蔬菜莖葉富含纖維素或有機(jī)質(zhì)的垃圾。
所述的熱解裝置為馬弗爐或熱解反應(yīng)器或生活垃圾熱解爐。
實(shí)施例1
1)城市污水處理廠污泥或水體疏浚污泥經(jīng)過脫水處理后，添加0.06mol/l草酸溶液、0.08mol/l腐殖酸溶液，每1kg污泥中淋洗劑用量為2l，淋洗去除部分重金屬；
2)將花生殼、瓜子殼、玉米芯、甘蔗渣破碎，破碎至粒徑小于2cm，所述的餐廚垃圾為干果殼或果皮蔬菜；
3)將板框壓濾機(jī)壓濾后的污泥與餐廚垃圾按照10-15：1的質(zhì)量比摻合，得混合物；
4)將混合物自然風(fēng)干，使含水率在10％以下；
5)將步驟4)干燥后的材料粉碎，過100目篩，置于熱解裝置內(nèi)，在絕氧條件下，升溫至500-700℃，燒制4h后，讓馬弗爐自然降溫到25℃，即可得到污泥生物炭。
實(shí)施例2
1)城市污水處理廠污泥經(jīng)過污泥脫水機(jī)脫水處理后，添加0.09mol/l檸檬酸溶液、0.03mol/l乙二胺四乙酸溶液、0.013mol/l三氯化鐵溶液，每1kg污泥中淋洗劑用量為3l，淋洗去除部分重金屬；
2)將玉米芯、甘蔗渣、果皮、蔬菜莖葉破碎，破碎至粒徑小于2cm；
3)將板框壓濾機(jī)壓濾后的污泥與餐廚垃圾按照10-15：1的質(zhì)量比摻合，得混合物；
4)將混合物置于干燥機(jī)中400℃干燥，使含水率在10％以下；
5)將步驟4)干燥后的材料粉碎，過100目篩，置于熱解裝置內(nèi)，在絕氧條件下，升溫至500-700℃，燒制4h后，讓馬弗爐自然降溫到25℃，即可得到污泥生物炭。
本發(fā)明污泥、餐廚垃圾生物炭的制備流程如圖1所示，城市污水處理廠污泥或水體疏浚污泥經(jīng)過脫水處理后，加入淋洗劑a淋洗去除污泥中大部分重金屬，經(jīng)板框壓濾機(jī)壓濾后的污泥與破碎后的餐廚垃圾混合按比例混合，板框壓濾目的在于，通過壓濾將淋洗劑活化或者螯合的重金屬從污泥中去除掉，混合物干燥至含水率低于10％，然后在500-700℃高溫條件下熱解4小時，最后得到燒制好的污泥、餐廚垃圾生物炭。
為了研究污泥、餐廚垃圾生物炭對土壤中鎘、銅、鉛、鋅重金屬的吸附效果，分別進(jìn)行四組實(shí)驗(yàn)，每組實(shí)驗(yàn)包括空白樣共8個樣品，每個樣品做兩組平行樣，共96個樣品。試驗(yàn)土壤中含有重金屬的初始含量均為50mg，設(shè)置添加污泥、餐廚垃圾生物炭的含量梯度為0、0.2、0.4、0.6、0.8。分在管的底部和與土混合兩種方式加到塑料管中。
一、將本發(fā)明污泥、餐廚垃圾生物炭放置塑料管底部
塑料管底部放置污泥、餐廚垃圾生物炭，準(zhǔn)確稱量0、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.8、1.0g污泥、餐廚垃圾生物炭，置于塑料管的底部，在此基礎(chǔ)上在塑料管中加入50g的試驗(yàn)用土。將裝入土的塑料管放置到漏斗架上，每個裝置中加50ml的純水，靜置過濾，檢測過濾下來的液體中重金屬的剩余含量，計算得到鈍化效率。結(jié)果如下：
表1底部投加污泥、餐廚垃圾生物炭對土壤中重金屬的鈍化效果
二、將本發(fā)明污泥生物炭與土壤混合
準(zhǔn)確稱量0、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.8、1.0g污泥生物炭，充分與50g實(shí)驗(yàn)用土混合均勻，將裝入土的塑料管放置到漏斗架上，每個裝置中加50ml的純水，靜置過濾，檢測過濾下來的液體中重金屬的剩余含量，計算得到鈍化效率。結(jié)果如下：
表2混合投加污泥-餐廚垃圾生物炭對土壤中鉛的鈍化效果
由以上實(shí)驗(yàn)表明，無論是管底部添加，還是將污泥生物炭與土壤混合，污泥、餐廚垃圾生物炭對土壤中的重金屬銅、鋅、鎘、鉛都具有較好的吸附鈍化效果，在實(shí)際生產(chǎn)中，考慮耕地實(shí)際情況，在土壤底部添加污泥生物炭的方式實(shí)施起來的條件有限，浪費(fèi)人力物力，所以建議使用污泥、餐廚垃圾生物炭與土壤充分混合的方式添加。
在50g的試驗(yàn)用土中，最低使用劑量0.2g的條件下，吸附鈍化效率即可達(dá)到70％以上，平均吸附量達(dá)到了184.4-212.5mg/g。污泥、餐廚垃圾生物炭使用量的增加，重金屬吸附鈍化效果不斷加強(qiáng)，但是平均吸附量下降至58.8-60.2mg/g。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，建議根據(jù)土壤重金屬污染情況不同，污泥、餐廚垃圾生物炭實(shí)際投加量在10-40噸/公頃。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個方面，第一，生物炭對重金屬有很強(qiáng)的吸附能力，可以阻止土壤中的重金屬向地下水遷移，防治地下水污染，同時，餐廚垃圾的加入增加了生物炭有機(jī)質(zhì)含量，可以使土壤碳氮比增加，為土壤中異養(yǎng)型微生物提供碳源，豐富土壤的生物多樣性，第二，生物炭還具有較好的報水保肥性能，有利于植物對水分和土壤養(yǎng)分的吸收；第三，生物炭的投加有利于改良土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，提高表層土壤中氧氣的通量；第四，本發(fā)明屬于廢物協(xié)同處理與資源化利用方面的創(chuàng)新，其實(shí)施將會產(chǎn)生巨大的環(huán)境效應(yīng)和社會效益。