一种沼渣中重金属移除方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种沼渣中重金属移除方法，属于固体有机废弃物资源化利用领域。本发明专利技术首先将沼渣与牛粪、秸秆等辅料配比并进行高温好氧发酵；高温好氧发酵后的沼渣再与牛粪配比后进行蚯蚓后腐熟堆肥；蚯蚓后腐熟堆肥后，将富集重金属后的蚯蚓分离，从而达到将沼渣中重金属减量的目的；分离后的蚯蚓进一步通过碱水解、离心沉降去除重金属，而富含氨基酸复合物的上清液可作为液体氨基酸肥农用。本发明专利技术可以有效减少沼渣中的重金属含量。同时，本发明专利技术对于沼渣资源化利用、生态环境保护，农产品附加值的提高具有重要的意义。

A Method for Removing Heavy Metals from Biogas Slag and Its Application

The invention discloses a method for removing heavy metals from biogas residue, which belongs to the field of resource utilization of solid organic waste. The invention first proportions the biogas residue with cow dung, straw and other auxiliary materials and carries out thermophilic aerobic fermentation; after thermophilic aerobic fermentation, the biogas residue is proportioned with cow dung to compost after earthworm decomposition; after earthworm decomposition composting, earthworms enriched with heavy metals are separated to achieve the purpose of reducing heavy metals in the biogas residue; after separation, earthworms are further removed by alkali hydrolysis and centrifugal sedimentation. Heavy metals and supernatants rich in amino acid complexes can be used as liquid amino acid fertilizers for agriculture. The invention can effectively reduce the content of heavy metals in biogas residue. At the same time, the invention has important significance for the utilization of biogas residue resources, the protection of ecological environment and the improvement of added value of agricultural products.

【技术实现步骤摘要】
一种沼渣中重金属移除方法及应用
本专利技术属于固体有机废弃物资源化利用领域，具体为一种沼渣中重金属移除方法及应用。
技术介绍
厌氧消化是畜禽粪便资源化利用的主要方式。据统计，在全国范围内，厌氧消化工艺产沼气能源的同时会产生约1.3亿吨的发酵剩余有机物——沼渣；这些沼渣富含有机质、氮、磷、钾等营养物质，是化肥的优质替代品。然而，由于畜禽粪便中的重金属(如Cu、Zn、Cd、Pb等)在厌氧发酵后有相当大比例残留在沼渣中，这些含有重金属的沼渣施入土壤，会导致土壤污染，并对作物根系生长产生抑制作用，造成农产品的质量下降，威胁到人类身体健康。因此，高浓度的重金属含量极大地限制了沼渣的资源化利用。鉴于沼渣连续、量大、集中的特点，有效、合理地处理及利用沼渣已成为制约沼气工程发展的一大难题。堆肥工艺是实现沼渣重金属钝化的有效途径，其主要原理是利用畜禽废弃物中的有机物的腐殖化过程改变重金属形态，降低其生物有效性。因此，沼渣的堆肥处理对于其资源化利用具有重要意义。然而，现存的堆肥工艺虽然可以钝化重金属，但却不能有效减少重金属总量。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
存在的问题，本专利技术提供了一种有效移除沼渣中重金属的方法以及其应用。为此，本专利技术采用以下技术方案：一种有效移除沼渣中重金属的方法，包括以下步骤：沼渣、牛粪、秸秆原料干重配比为2:1:1，碳氮比为25-35:1，含水率为55-65％，进行高温好氧发酵，好氧发酵过程中每2天翻堆1次，使好氧发酵温度不超过60℃，约12天后高温好氧发酵结束。用上述配方工艺生产的沼渣发酵物料与牛粪干重配比为1:1，碳氮比为25-35:1,含水率为45-55％，进行蚯蚓后腐熟堆肥,蚯蚓养殖密度(蚯蚓/基质的比)为1-2kg蚯蚓/m2。蚯蚓堆肥20天后，将生物富集重金属后的蚯蚓分离。蚯蚓后腐熟堆肥后分离出的蚯蚓与0.5-1.0mol/L的氢氧化钾(质量体积比)溶液按照重量比2:1混合，在水解罐中进行碱水解，水解条件为：温度100℃，时间15分钟。蚯蚓碱水解结束后进行离心，离心条件为：离心力为5000g，离心时间为10分钟。离心后的沉淀物即为沉降后的重金属，而上清液为富含游离氨基酸复合物的液体。生产的氨基酸溶液稀释1000-5000倍后可作为液体氨基酸肥农用。本专利技术可以达到以下有益效果：1、本专利技术采用高温好氧堆肥与蚯蚓后腐熟堆肥联用方法将沼渣中重金属有效移除，其中，沼渣中Cu和Zn去除率为30-40％；其次，生物富集重金属后的蚯蚓进一步采用碱水解方法沉降去除重金属、并进一步制成液体氨基酸复合物；最后，进行了该氨基酸作为叶面肥喷施蔬菜提升蔬菜产量方面的应用研究，从而达到安全利用沼渣的目的。2、本专利技术工艺简单，设备要求低，生产的氨基酸可作为叶面肥喷施黄瓜等蔬菜植株，具备很好的促生效果。同时，本专利技术对于沼渣的资源化利用，生态环境的保护，人类身体健康以及农产品附加值的提高均具有重要的意义。附图说明图1为本专利技术方法的流程示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细描述。如图1所示，本专利技术沼渣中重金属移除方法包括以下步骤：步骤一，沼渣、牛粪、秸秆原料干重配比为2:1:1，碳氮比为25-35:1，含水率为55-65％，进行高温好氧发酵，好氧发酵过程中每2天翻堆1次，使好氧发酵温度不超过60℃，约12天后高温好氧发酵结束。步骤二，用上述配方工艺生产的沼渣发酵物料与牛粪干重配比为1:1，碳氮比为25-35:1,含水率为45-55％，进行蚯蚓后腐熟堆肥,蚯蚓养殖密度(蚯蚓/基质的比)为1-2kg蚯蚓/m2。蚯蚓堆肥20天后，将生物富集重金属后的蚯蚓分离。步骤三，蚯蚓后腐熟堆肥后分离出的蚯蚓与0.5-1.0mol/L的氢氧化钾(质量体积比)溶液按照重量比2:1混合，在水解罐中进行碱水解，水解条件为：温度100℃，时间15分钟。步骤四，蚯蚓碱水解结束后进行离心，离心条件为：离心力为5000g，离心时间为10分钟。离心后的沉淀物即为沉降后的重金属，而上清液为富含游离氨基酸复合物的液体。生产的氨基酸溶液稀释1000-5000倍后可作为液体氨基酸肥农用实施例1)沼渣高温堆肥研究沼渣取自江苏省某规模生猪养殖场的沼气工程。将沼渣、牛粪、秸秆原料干重配比为2:1:1，碳氮比为25-35:1，含水率为55-65％，堆体总体积约为10吨，进行高温好氧发酵。好氧发酵过程中每2天翻堆1次，使好氧发酵温度不超过60℃，12天后高温好氧堆肥结束。经高温好氧堆肥处理后，重金属Cu和Zn的交换态和可还原态分配比逐渐降低(表1和2)，可氧化态及残渣态分配比逐渐升高，说明可交换态与可还原态的重金属在堆肥过程中逐渐转化为可氧化态和残渣态。堆肥处理使生物可利用态Cu(即可交换态+可还原态)从初始的48％变为10％；生物可利用态Zn所占的百分含量从92％降到了79％，说明高温好氧堆肥有利于重金属Cu、Zn的钝化。表1沼渣高温堆肥过程中Cu的形态变化表2沼渣高温堆肥过程中Zn的形态变化2)蚯蚓后腐熟堆肥研究将上述高温堆肥工艺生产的沼渣发酵物料与牛粪干重配比为1:1，碳氮比为25-35:1，含水率为45-55％，进行蚯蚓后腐熟堆肥，堆体厚度为20cm，蚯蚓养殖密度(蚯蚓/基质的比)为1-2kg蚯蚓/m2。蚯蚓堆肥20天后，将生物富集重金属后的蚯蚓分离，经测定堆肥原料中重金属Cu和Zn含量分别降低了约42％和31％(表3)。表3蚯蚓后腐熟堆肥中Cu和Zn含量的变化堆肥时间(天)Cu(mg/kg)Zn(mg/kg)Cu去除率(％)Zn去除率(％)0554.2±8.4860.6±17.8--10430.7±5.3740.2±11.522.3±3.013.9±4.420320.6±6.1590.6±8.342.1±2.831.3±3.43)蚯蚓碱水解和重金属去除研究蚯蚓堆肥后分离出的富集重金属的蚯蚓与0.5-1.0mol/L的氢氧化钾(质量体积比，下同)溶液按照重量比2:1混合，在水解罐中进行碱水解，水解条件为：温度100℃，时间15分钟。水解结束后进行离心，离心条件为：离心力为5000g,离心时间为10分钟。离心后的沉淀物即为沉降后的重金属，而上清液为富含游离氨基酸的液体。其中，上清液为富含游离氨基酸的液体。电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES，Agilent710/715)测试结果表明，上清液中检测不到Cu和Zn的含量(<0.1ppm)，表明强碱性条件(pH13-14)下，水解液中重金属几乎已完全通过沉淀去除。水解液用柠檬酸钠缓冲液(氨基酸分析仪上样缓冲液)稀释2倍，经氨基酸分析仪(型号Biochrom30)测定，结果表明游离氨基酸含量为138g/L，而总氨基酸含量为306g/L(表4)。生产的氨基酸溶液稀释1000倍后仍具有丁达尔效应，说明其中含有相当浓度的有机物。表4氨基酸分析结果4)氨基酸水解液促生效果研究促生试验在江苏省宜兴市国家有机类肥料国家工程中心的温室里进行，共设一个对照一个处理，3个氨基酸处理，每个处理5个重复。对照为清水处理，氨基酸处理分别为本专利研制的蚯蚓碱解液稀释1000倍(E1000)、3000倍(E3000)和5000倍(E5000)。作物为黄瓜，种植于育苗盘中(装有市场购买的营养土)，每5天喷施本研究本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种沼渣中重金属移除方法，其特征在于所述的沼渣中重金属移除方法包括以下步骤：步骤一，将沼渣、牛粪、秸秆原料干重配比为2:1:1，碳氮比为25‑35:1，含水率为55‑65％，进行高温好氧发酵；步骤二，将步骤一发酵后的沼渣发酵物料与牛粪的干重配比为1:1，碳氮比为25‑35:1,含水率为45‑55％，进行蚯蚓后腐熟堆肥；步骤三，蚯蚓后腐熟堆肥后，将蚯蚓从堆肥中分离，分离出的蚯蚓与0.5‑1.0mol/L的氢氧化钾溶液按照重量比2:1混合，在水解罐中进行碱水解；步骤四，蚯蚓碱水解结束后进行离心，离心后的沉淀物即为沉降后的重金属，上清液为富含游离氨基酸复合物的液体。

【技术特征摘要】
1.一种沼渣中重金属移除方法，其特征在于所述的沼渣中重金属移除方法包括以下步骤：步骤一，将沼渣、牛粪、秸秆原料干重配比为2:1:1，碳氮比为25-35:1，含水率为55-65％，进行高温好氧发酵；步骤二，将步骤一发酵后的沼渣发酵物料与牛粪的干重配比为1:1，碳氮比为25-35:1,含水率为45-55％，进行蚯蚓后腐熟堆肥；步骤三，蚯蚓后腐熟堆肥后，将蚯蚓从堆肥中分离，分离出的蚯蚓与0.5-1.0mol/L的氢氧化钾溶液按照重量比2:1混合，在水解罐中进行碱水解；步骤四，蚯蚓碱水解结束后进行离心，离心后的沉淀物即为沉降后的重金属，上清液为富含游离氨基酸复合物的液体。2.根据权利要求1所述的一种沼渣中重金属移除方法，其特征在于:步...

【专利技术属性】
技术研发人员：余光辉，杨明超，冉炜，孙富生，杜海岩，王翔，宁静媛，朱孝东，
申请(专利权)人：南京农业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32