一种污泥与秸秆混合堆肥中腐殖酸亚组分的分级纯化方法技术

本发明专利技术公开了一种污泥与秸秆混合堆肥中腐殖酸亚组分的分级纯化方法。该方法包括以下步骤：a、污泥与秸秆混合堆肥中腐殖酸HA的分离提取与纯化过程：分离提取污泥与秸秆混合堆肥中腐殖酸粗品，并进行透析、冷冻干燥后得腐殖酸样品；b、污泥与秸秆混合堆肥中腐殖酸HA的分级提取过程：利用XAD‑8树脂和活性炭混合吸附富集柱的吸附性能，用NaNO3（pH=3、5、7、9、13）五种不同pH值的淋洗液分别淋洗吸附富集柱，得不同pH值下对应的腐殖酸亚组分。本发明专利技术为污泥与秸秆混合堆肥中腐殖酸的分离、分级提取得腐殖酸亚组分提供了一种新方法。

Method for grading and purifying humic acid sub components in mixed compost of sludge and straw

The invention discloses a method for grading and purifying humic acid sub components in mixed compost of sludge and straw. The method comprises the following steps: the process of extraction and purification, separation of humic acid HA a, sludge and straw compost in separation of sludge and straw compost humic acid in the crude product, and dialysis and freeze drying the humic acid samples; classification of humic acid HA B, sludge and straw compost in the extraction process 8: the use of XAD resin and active carbon adsorption enrichment adsorption column, using NaNO3 (pH=3, 5, 7, 9, 13) of five different pH values of eluents leaching adsorption column, have different pH values corresponding to the sub fractions of humic acid. The present invention provides a new method for the separation and classification of humic acid in the mixed composting of sludge and straw.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有机物的分离提取
，具体涉及一种污泥与秸秆混合堆肥中腐殖酸亚组分的分级纯化方法。
技术介绍
污泥与秸秆的堆肥化是一种将固体废弃物实现无害化与资源化的一种重要的方式，不仅能够有效地实现废物再利用，而且能够减少污泥废物带来的环境污染问题。污泥与秸秆的堆肥成品可以用来作为土壤耕作的营养物和改良剂，从而保持和提高土壤的肥力和生产力，达到变害为利、综合利用、保护环境的目的。腐殖质是污泥与秸秆堆肥成品中的重要成分，堆肥中腐殖物质的形成与转化程度是评价堆肥成品的重要指标。其中的腐殖酸（HA）组分中含有大量活性官能团如羧基、酚羟基、羰基、氨基和巯基，使其具有很高的反应活性，同时也含有多种功能团的弱酸，有很高的阳离子交换量，因此腐殖酸影响着堆肥成品的物理性质和结构形态，在污泥与秸秆堆肥成品的资源化利用过程中具有很重要的作用，腐殖酸可以改善堆肥成品的团粒结构的形成，改善堆肥成品的物理性质，提高堆肥成品对植物生长发育的效能，增强作物的防病、抗旱和抗寒能力等；腐殖酸还能对堆肥成品起到保水、保肥和缓冲作用，增加堆肥成品对酸碱变化的缓冲能力，促进堆肥成品对养料离子的吸附，增加养分含量，提高其保肥能力。同时，腐殖酸具有较强的络合、吸附-氧化还原能力，能与环境中的痕量有毒金属离子、N、P等营养物质以及有机污染物等发生相互作用，从而影响其在堆肥成品中，更甚至是在环境中的迁移、转化、毒性的生物有效性及归宿。为减小腐殖酸在环境中的异质性，腐殖酸分离、分级与纯化过程是研究HA的组成、结构和性质的重要环节。堆肥成品体系既包括污泥中的矿物质，又包括动植物残体，体系复杂，HA提取技术难度较大。活性炭和XAD-8树脂在提取腐殖酸的过程中均起到促进吸附和纯化腐殖酸的作用。利用XAD-8树脂和活性炭混合物组成的吸附富集柱可以提高腐殖酸的的吸附效能，更有利于堆肥成品中腐殖酸的分级提取工作。本专利技术提供了一种利用XAD-8树脂和活性炭混合吸附富集柱的吸附性能来进行污泥与秸秆混合堆肥中腐殖酸的分离、分级提取的新方法。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种污泥与秸秆混合堆肥中腐殖酸亚组分的分级纯化方法。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种污泥与秸秆混合堆肥中腐殖酸亚组分的分级纯化方法，该方法包括以下步骤：a. 污泥与秸秆混合堆肥的制备过程b. 污泥与秸秆混合堆肥中腐殖酸HA的提取过程c. 污泥与秸秆混合堆肥中腐殖酸亚组分的分级提取过程c1. 在氮气条件保护下，用碱将提取的污泥与秸秆混合堆肥中腐殖酸HA溶解，调整其浓度为0.5-1.5g/L，并用酸或碱调节溶液pH =1.0-2.0，得HA溶液A；c2. 将HA溶液A以8-15倍树脂柱体积/h的速度依次通过吸附富集柱，得流出液B，其中所述吸附富集柱，填料为XAD-8树脂和活性炭混合物；c3. 将流出液B重复步骤c2，以实现充足的吸附效果；c4. 用pH值为3.0的NaNO3水溶液作为淋洗液淋洗所述吸附富集柱，每隔5min收集流过吸附富集柱的流出液，并对流出液进行分装，用紫外分光光度计分别测量流出液的紫外光谱在250nm或550 nm处测定吸收值，当各流出液紫外吸收值小于最大值的0.5%时，合并分装流出液并用1mol/L HCl溶液将其酸化至其pH值为1.0-2.0，持续搅拌4-5h后，离心得到HA固体标记为HA3；c5.将pH=3.0的NaNO3淋洗液分别换成pH值为5、7的NaNO3淋洗液，并重复步骤c4，分别离心得HA固体，并分别标记为HA5、HA7；c6. 在氮气保护下，将pH=3.0的NaNO3淋洗液分别换成pH值为9、13的NaNO3淋洗液，并重复步骤c4，分别离心得HA固体，并分别标记为HA 9、HA13；c7. 分别向HA3、HA5、HA7、HA9、HA13固体中加入pH值为1.0-2.0的HCl溶液，加入HCl溶液的体积均为固体体积的5-10倍，然后搅拌均匀得到固液混合物，将固液混合物连续搅拌12-24 h并静置24-36 h后测定上清液中总有机碳TOC含量，并用0.22μm-0.45μm孔径的滤膜抽滤得五种HA固体样品；c8. 对抽滤得到的五种HA固体样品重复步骤c7，直至TOC值<5 mg/L，用0.22μm-0.45μm孔径的滤膜抽滤，将抽滤所得五种HA固体样品分别转移到透析袋中用蒸馏水透析，直到用AgNO3法监测不到透析水中的Cl-为止，并分别冷冻干燥得到五种堆肥腐殖酸亚组分，将其分别放在干燥器中备用，实现对污泥与秸秆混合堆肥中腐殖酸的分级提取。优选地，所述吸附富集柱，填料为活性炭和XAD-8树脂混合物，其质量比为1：（1-2）。优选地，所述NaNO3淋洗液的浓度为1-3mol/L。优选地，所述步骤a污泥与秸秆混合堆肥的制备过程为：a1. 选取污水处理厂处理后达标的污泥，监测污泥的含水量、N、P、重金属和有机物的含量；将植物秸秆进行切割，使其秸秆长度为3cm-5cm；a2. 按照1:(1-2)的重量比将污泥与秸秆放置于市售的堆肥反应器中，进行搅拌翻匀，保证初始含水量为50%-70%，若含水量低于50%，进行加水处理；若含水量高于70%，进行烘干处理；a3. 进行堆肥阶段得到堆肥后的混合样，时间周期为100-130d，堆肥期间每天每隔7小时测量堆体温度，每隔5-8天，对污泥与秸秆进行搅拌并取样，分别测其含水量和pH值并记录数据，维持堆肥的正常含水量和正常pH值，根据实际含水量进行加水或烘干处理，pH值通过HCl溶液或NaOH溶液进行调节，对堆肥后的混合样进行含水量和pH测试，使其含水量为50%-70%，pH值控制在6.5-10.0之间，得污泥与秸秆混合堆肥样品。优选地，所述步骤a3中，堆肥期间每天每隔7小时测量堆体温度，控制温度为40℃-60℃。优选地，所述步骤a3中，堆肥期间堆体的正常含水量控制在50%-70%之间，正常pH值控制在6.5-10.0之间。优选地，所述步骤b污泥与秸秆混合堆肥中腐殖酸HA的提取过程为：b1. 取污泥与秸秆混合堆肥样品，剔除体积较大的杂物，风干样品后再次称重，充分碾磨，得到堆肥成品样品；b2. 将堆肥成品样品加入到去离子水中得到固液混合物，调整固液混合物中的固液比为1：（8-10），不断搅拌，再用酸和/或碱将固液混合物的pH值调节至1.0-2.0，再次调整固液混合物中固液比为1：（9-10），得到堆肥成品样品的固液混合物；b3. 对堆肥成品样品的固液混合物持续搅拌4-5h，搅拌结束后静置24-36 h，弃去上清液，用0.22μm-0.45μm孔径的滤膜抽滤得堆肥样品固体物；b4. 将堆肥样品固体物加入到蒸馏水中，得固液混合物，并调整其溶液pH=7.0，在通入N2保护下，用0.2mol/L的KOH溶液调整固液混合物中固液比为1:（8-10），不断搅拌，使其混合均匀得到混合液A；b5. 将混合液A持续震荡12-24h，在震荡过程中，向混合液A中添加KCl溶液，使其K+的浓度为0.3-0.4mol/L，得到混合液B，将混合液B静置24-36 h备用；b6. 对混合液B采用0.22μm-0.45μm孔径的滤膜进行抽滤，得抽滤所得固体，并向过滤液中加入酸，并调整其pH值为1.0-2.0，持续搅拌，得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种污泥与秸秆混合堆肥中腐殖酸亚组分的分级纯化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：a. 污泥与秸秆混合堆肥的制备过程b. 污泥与秸秆混合堆肥中腐殖酸HA的提取过程c. 污泥与秸秆混合堆肥中腐殖酸亚组分的分级提取过程c1. 在氮气条件保护下，用碱将提取的污泥与秸秆混合堆肥中腐殖酸HA溶解，调整其浓度为0.5‑1.5g/L，并用酸或碱调节溶液pH =1.0‑2.0，得HA溶液A；c2. 将HA溶液A以8‑15倍树脂柱体积/h的速度依次通过吸附富集柱，得流出液B，其中所述吸附富集柱，填料为XAD‑8树脂和活性炭混合物；c3. 将流出液B重复步骤c2，以实现充足的吸附效果；c4. 用pH值为3.0的NaNO3水溶液作为淋洗液淋洗所述吸附富集柱，每隔5min收集流过吸附富集柱的流出液，并对流出液进行分装，用紫外分光光度计分别测量流出液的紫外光谱在250nm或550 nm处测定吸收值，当各流出液紫外吸收值小于最大值的0.5%时，合并分装流出液并用1mol/L HCl溶液将其酸化至其pH值为1.0‑2.0，持续搅拌4‑5h后，离心得到HA固体标记为HA3；c5.将pH=3.0的NaNO3淋洗液分别换成pH值为5、7的NaNO3淋洗液，并重复步骤c4，分别离心得HA固体，并分别标记为HA5、HA7；c6. 在氮气保护下，将pH=3.0的NaNO3淋洗液分别换成pH值为9、13的NaNO3淋洗液，并重复步骤c4，分别离心得HA固体，并分别标记为HA 9、HA13；c7. 分别向HA3、HA5、HA7、HA9、HA13固体中加入pH值为1.0‑2.0的HCl溶液，加入HCl溶液的体积均为固体体积的5‑10倍，然后搅拌均匀得到固液混合物，将固液混合物连续搅拌12‑24 h并静置24‑36 h后测定上清液中总有机碳TOC含量，并用0.22μm‑0.45μm孔径的滤膜抽滤得五种HA固体样品；c8. 对抽滤得到的五种HA固体样品重复步骤c7，直至TOC值<5 mg/L，用0.22μm‑0.45μm孔径的滤膜抽滤，将抽滤所得五种HA固体样品分别转移到透析袋中用蒸馏水透析，直到用AgNO3法监测不到透析水中的Cl‑为止，并分别冷冻干燥得到五种堆肥腐殖酸亚组分，将其分别放在干燥器中备用，实现对污泥与秸秆混合堆肥中腐殖酸的分级提取。...

【技术特征摘要】
1.一种污泥与秸秆混合堆肥中腐殖酸亚组分的分级纯化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：a. 污泥与秸秆混合堆肥的制备过程b. 污泥与秸秆混合堆肥中腐殖酸HA的提取过程c. 污泥与秸秆混合堆肥中腐殖酸亚组分的分级提取过程c1. 在氮气条件保护下，用碱将提取的污泥与秸秆混合堆肥中腐殖酸HA溶解，调整其浓度为0.5-1.5g/L，并用酸或碱调节溶液pH =1.0-2.0，得HA溶液A；c2. 将HA溶液A以8-15倍树脂柱体积/h的速度依次通过吸附富集柱，得流出液B，其中所述吸附富集柱，填料为XAD-8树脂和活性炭混合物；c3. 将流出液B重复步骤c2，以实现充足的吸附效果；c4. 用pH值为3.0的NaNO3水溶液作为淋洗液淋洗所述吸附富集柱，每隔5min收集流过吸附富集柱的流出液，并对流出液进行分装，用紫外分光光度计分别测量流出液的紫外光谱在250nm或550 nm处测定吸收值，当各流出液紫外吸收值小于最大值的0.5%时，合并分装流出液并用1mol/L HCl溶液将其酸化至其pH值为1.0-2.0，持续搅拌4-5h后，离心得到HA固体标记为HA3；c5.将pH=3.0的NaNO3淋洗液分别换成pH值为5、7的NaNO3淋洗液，并重复步骤c4，分别离心得HA固体，并分别标记为HA5、HA7；c6. 在氮气保护下，将pH=3.0的NaNO3淋洗液分别换成pH值为9、13的NaNO3淋洗液，并重复步骤c4，分别离心得HA固体，并分别标记为HA 9、HA13；c7. 分别向HA3、HA5、HA7、HA9、HA13固体中加入pH值为1.0-2.0的HCl溶液，加入HCl溶液的体积均为固体体积的5-10倍，然后搅拌均匀得到固液混合物，将固液混合物连续搅拌12-24 h并静置24-36 h后测定上清液中总有机碳TOC含量，并用0.22μm-0.45μm孔径的滤膜抽滤得五种HA固体样品；c8. 对抽滤得到的五种HA固体样品重复步骤c7，直至TOC值<5 mg/L，用0.22μm-0.45μm孔径的滤膜抽滤，将抽滤所得五种HA固体样品分别转移到透析袋中用蒸馏水透析，直到用AgNO3法监测不到透析水中的Cl-为止，并分别冷冻干燥得到五种堆肥腐殖酸亚组分，将其分别放在干燥器中备用，实现对污泥与秸秆混合堆肥中腐殖酸的分级提取。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a污泥与秸秆混合堆肥的制备过程为：a1. 选取污水处理厂处理后达标的污泥，监测污泥的含水量、N、P、重金属和有机物的含量；将植物秸秆进行切割，使其秸秆长度为3cm-5cm；a2. 按照1:（1-2）的重量比将污泥与秸秆放置于市售的堆肥反应器中，进行搅拌翻匀，保证初始含水量为50%-70%，若含水量低于50%，进行加水处理；若含水量高于70%，进行烘干处理；a3. 进行堆肥阶段得到堆肥后的混合样，时间周期为100-130d，堆肥期间每天每隔7小时测量堆体温度，每隔5-8天，对污泥与秸秆进行搅拌并取样，分别测其含水量和pH值并记录数据，维持堆肥的正常含水量和正常pH值，根据实际含水量进行加水或烘干处理，pH值通过HCl溶液或NaOH溶液进行调节，对堆肥后的混合样进行含水量和pH测试，使其含水量为50%-70%，pH值控制在6.5-10.0之间，得污泥与秸秆混合堆肥样品。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤a3中，堆肥期间每天每隔7小时测量堆体温度，控制温度为40℃-60℃。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤a3中，堆肥期间堆体的正常含水量控制在50%-70%之间，正常pH值控制在6.5-10.0之间。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b污泥与秸秆混合堆肥中腐殖酸HA的提取过程为：b1. 取污泥与秸秆混合堆肥样品，剔除体积较大的杂物，风干样品后再次称重，充分碾磨，得到堆肥成品样品；b2. 将堆肥成品样品加入到去离子水中得到固液混合物，调整固液混合物中的固液比为1：（8-10），不断搅拌，再用酸和/或碱将固液混合物的pH值调节至1.0-2.0，再次调整固液混合物中固液比为1：（9-10），得到堆肥成品样品的固液混合物；b3. 对堆肥成品样品的固液混合物持续搅拌4-5h，搅拌结束后静置24-36 h，弃去上清液，用0.22μm-0.45μm孔径的滤膜抽滤得堆肥样品固体物；b4. 将堆肥样品固体物加入到蒸馏水中，得固液混合物，并调整其溶液pH=7.0，在通入N2保护下，用0.2mol/L的KOH溶液调整固液混合物中固液比为1:（8-10），不断搅拌，使其混合均匀得到混合液A；b5. 将混合液A持续震荡12-24h，在震荡过程中，向混合液A中添加KCl溶液，使其K+的浓度为0.3-0.4mol/L，得到混合液B，将混合液B静置24-36 h备用；b6. 对混合液B采用0.22μm-0.45μm孔径的滤膜进行抽滤，得抽滤所得固体，并向过滤液中加入酸，并调整其pH值为1.0-2.0，持续搅拌，得混合液C；b7. 在N2保护下，将步骤b6中的抽滤所得固体加入到1mol/L的NaOH溶液中，并调整固液混合物中的固液比为1:（8-10），不断搅拌混合均匀，得到混合液D；b8. 对混合液D采用0.22μm-0.45μm孔径的滤膜进行抽滤得抽滤所得固体，并向过滤液中加入1mol/L的HCl溶液持续搅拌至pH值为1.0-2.0后，与混合液C混合；b9. 将步骤b8得到的抽滤所得固体重复步骤b7-b8，并将每步得到的过滤液与混合液C混合，得混合液E；b10. 用酸调节混合液E的pH=1.0-2.0，持续搅拌均匀后静置24-36h，再采用0.22μm-0.45μm孔径的滤膜进行抽滤弃掉抽滤液，得到腐殖酸粗品固体物HA-1；b11. 在塑料容器中将腐殖酸粗品固体物HA-1用0.1 mol/L HCl和0.3 mol/L HF的混合液制备成固液比为（1-3）:10的固液混合物，持续搅拌24 h后，用0.22μm-0.45μm孔径的滤膜抽滤得到腐殖酸粗品固体物HA-2，向腐殖酸粗品固体物HA-2中加入盐酸溶液，调整混合液pH=1.0，使其固液比为（1-3）:10，持续搅拌8-10h，并静置20-36 h后，用0.22μm-0.45μm孔径的滤膜抽滤得到上层清液及除杂酸后的腐殖酸粗品固体物HA-2；b12. 在氮气条件下，将除杂酸后的腐殖酸粗品固体物HA-2溶于去离子水中得泥浆状的混合物，并用酸和碱调整pH=5-10，并将泥浆状的混合物转移到透析袋中用蒸馏水透析，直到用AgNO3法监测不到透析水中的Cl-为止；b13. 重复步骤b11-b12，直到腐殖酸粗品...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴丰昌，白英臣，宋凡浩，陈曲，刘沙沙，冯伟莹，
申请(专利权)人：中国环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11