一種生活垃圾堆肥粒徑分篩控制重金屬汙染的方法
2023-05-25 07:51:21 3
專利名稱：：一種生活垃圾堆肥粒徑分篩控制重金屬汙染的方法
技術領域：
：本發明屬於農業環境科學
技術領域：
，涉及城市生活垃圾無害化、資源化利用的方法，更具體的說是一種生活垃圾堆肥粒徑分篩控制重金屬汙染與優化利用的方法。
背景技術：
：隨著城市建設的發展和城市人口的不斷擴大，生活垃圾產生量也與日俱增，如何有效處理這些汙染垃圾已成為困擾城市發展的嚴重社會問題。目前，世界各國都把城市固體廢棄物的減量化、無害化和資源化的"三化"方針作為綜合解決城市垃圾的原則。採用堆肥法處理城市垃圾符合這一方向.堆肥化處理既解決了汙染的問題，減輕廢棄物給環境的壓力，又使廢棄物資源得到充分利用，有利於農業可持續發展，是目前有機廢物處理的最理想的一種處理方式。更確切地說，垃圾堆肥法在消納城市垃圾的同時，還可以起到腐殖質源、補充土壤損失的營養成分，提高土壤肥力，改善土壤環境及向植物提供各種基本微量元素的作用。例如可增加土壤腐殖質和養分，而且堆肥中有機質與土壤結合，可使粘質土壤疏鬆，對砂質土壤則促進其結成團粒，以致明顯降低土壤結構，提高土壤通風、保水和培肥的功能，同時能促進植物根系的增長，增加蔬菜中鈣、鉀含量，明顯降低硝酸鹽、亞硝酸鹽含量等多方面作用。但是，目前生活垃圾堆肥的生產及施肥利用較為粗放，如垃圾堆肥顆粒大小不均，長期使用會使土壌明顯渣化，物理性狀變劣，土壤保水保肥能力大大降低。另外，垃圾堆肥中重金屬含量較高，土壤長期粗放施用還會帶來其它環境問題。因此，如果在堆肥生產的篩分環節中，通過一些技術措施達到去除堆肥某些粒徑中積累過多的有害物質，保留為植物生長提供養分以及改善土壤理化性質的堆肥顆粒，那麼對垃圾堆肥資源化利用將非常有意義。章明奎的研究發現，在土壤中，無論是有機物質還是礦物質，因種類和顆粒大小不同，其理化性質與土壤中養分及作用方式都存在4艮大差異。Christensen等研究發現，3種不同土壤施用堆肥後，其不同粒徑中的含氮量發生了變化。Bary和Hinds的研究也發現，由於細顆粒具有較大的比表面積，因此養分、重金屬及微量元素等優先濃集於土壤細顆粒組分中。儘管這些研究為垃圾堆肥通過粒徑分篩方法改善其理化性質提供了理論依據，但以往對垃圾堆肥理化性質及有機質、微量元素、重金屬等積累方式的研究還僅局限於未分選的原垃圾堆肥層面上，而對經過篩分後不同粒徑垃圾堆肥的研究尚未見文獻報導。
發明內容本發明的目的在於，公開了一種採用分篩生活垃圾堆肥粒徑控制重金屬汙染與優化利用的方法。通過對城市生活垃圾堆肥顆粒篩分後理化性質的測定，探索不同分選顆粒垃圾堆肥理化性質的變化規律，為生活垃圾堆肥有效利用提供科學依據。本發明的具體技術方案如下一種生活垃圾堆肥粒徑分篩控制重金屬汙染與優化利用的方法，其特徵在於，將生活垃圾堆肥預處理，再將垃圾堆肥採用>1.6mm、1.6~0.8mm、0.8~0.4咖、0.4~0.2mm、0.2~0.l咖或1.6mm、1.6~0.8mm、0.8~0.4mm粒徑標準篩進行篩分，測定有機質含量。更加優選堆肥有機質蜂主要集中在>1.6mm、1.6~0.8mm粒徑範圍內；鉀主要集中在〈0.8mm的粒徑範圍內；全氮含量主要集中在＞0.8mm粒徑範圍內。本發明優選微量元素含量測定採用＞1.6mm、1.6~0.8mm、0.2~O.lmm、0.4~0.2mm或0.2-0.lmm標準篩進行篩分，測定微量元素含量。其中所述Ca的含量主要集中在a.6mm、1.6~0.8mm粒徑範圍內；Fe的含量主要集中在≥1.6mm、0.2~O.lmm粒徑範圍內；Mg的含量主要集中在≥1.6mm、0.2~O.lmm粒徑範圍內；Mn的含量主要集中在＞1.6mm、1.6—0.8mm、0.20.1mm粒徑範圍內。本發明優選重金屬含量測定採用>1.6mm、1.6~0.8mm、0.8~0.4咖或0.4~0.2mm標準篩進行篩分，測定重金屬含量。更加優選重金屬鉛在＜0.8mm顆粒粒徑中累積；銅主要集中0.4~0.8mm粒徑中，達到了1317.17mg.kg-1;鋅主要集中在＞1.6mm的顆粒粒徑中，鎘和鎳元素主要集中在＜0.8mm的顆粒範圍內，總量分別是其餘粒徑的276.84%和239.65%。本發明所述優化利用的方法，主要是指通過不同的技術分篩方式達到去除堆肥某些粒徑中積累過多的有害物質，降低重金屬含量，同時提高為植物生長提供養分的有機質含量，提高土壤肥力，改善土壤環境及向植物提供各種基本微童元素的能力。例如堆肥中重金屬大多在0,8mm顆粒粒徑中累積，當堆肥用於重金屬汙染控制要低的農作物、蔬菜時，分篩的堆肥要選擇＞0.8mm粒徑；而對於需要良好特性的高營養成分的花盆觀賞性植物的培養，分篩的堆肥要選擇0.4~0.8mm粒徑，就可以達到所培養的花色澤鮮豔，有光澤，花期長的目的。本發明通過分篩將生活垃圾堆肥分為個6種粒徑，研究了不同粒徑堆肥的理化性質，結果表明各粒徑堆肥的pH值隨著粒徑減小而降低；隨著堆肥粒徑的減小，容重逐漸增大，孔隙度逐漸減小，飽和含水量逐漸減小。堆肥有機質含重隨著粒徑減小而逐漸減小，其中，以＞0.4mm粒徑範圍內堆肥含量最高；全氮含重隨著粒徑減小而逐步減小，並主要集中在＞0.8mm粒徑範圍內，而全鉀在0,8mm粒徑範圍內含量較高；堆肥中鈣、鐵、鎂、錳含量隨粒徑的減小呈明顯下降趨勢，在＜0.4mm粒徑範圍內鈣、鐵、鎂、錳的含量分別是＞0.4mm粒徑含量的71.55%、81.24%、80.86%、90.26%,重金屬鉛大多在鄰.8mm顆粒粒徑中累積，是X).8mm粒徑的344.23%;銅主要集中0.4~0.8mm粒徑中，達到了1317.17mg.kg1;鋅主要集中在M.6mm的顆粒粒徑中，鎘和鎳元素主要集中在0.8mm的顆粒範閨內，總量分別是其餘粒徑的276.84%和239.65%。下面通過詳細的實驗方法，進一步說明本發明選擇不同標準篩進行篩分，分別收集不同粒徑的垃圾堆肥，測定有機質、營養元素、重金屬含量的實際效果。1材料與方法1.1試驗材料供試垃圾堆肥取自天津市小澱生活垃圾堆肥處理場，先由人工撿去垃圾堆肥中的各類木頭、塑料、玻璃、金屬等雜物，然後在1051C的烘箱中烘乾8h供試驗以及其它指標測定之用。垃圾堆肥採用不同孔徑的標準篩進行篩分，分為M.6mm、1.6~0.8mm、0.8~0.4mm、0.4~0.2mm、0.2~0.lmm、1.6mm7.85±0.006a0.75±0.012d68.79±0.58a71.36士0.75a1.60.8mm7.79±0.004b0.76土0.016d59.34土0.49b54.47土0.72c0.80.4imn7.71±0.008c0.79±0.014c51.88土0.72c47.12士0.81d0.40.2mm7.68±0.003c0.81±0.010c42.17土0.69d39.87土0.84e0.20.1mm7.63±0.049d0.86±0.004b30.07士1.12e23.09±0.81f<0.1mm7.62±0.027d0.91土0.023a27.68士0.62f17.12土0.25f注同一欄中不同小寫字母表示差異顯著(p<O.05)，下同.從表1可以看出，篩分後各堆肥處理的pH值隨著顆粒粒徑的減小而降低，但大都高於對照的pH值，除了0.2-0.1mm和<0.lmm顆粒粒徑夕卜，其餘的顆粒粒徑與對照相比，方差分析達到顯著差異(/K0.05),這是因為顆粒大小的變化對各粒徑堆肥的性質產生了影響，pH值所產生的變化可能是由於不同粒徑的顆粒比表面積大小的差異引起對陽離子吸附能力的不同而引起的.隨著堆肥顆粒粒徑的逐步減小，堆肥的容重逐漸增大，0.8~0.4咖、0.4~0.2咖、0.2~0.lmm、1.60101顆粒粒徑外，其它各堆肥顆粒的孔隙度與對照相比均有顯著差異。飽和含水量是全部孔隙所能保持水分的最大值，所以隨著孔隙度的減小，飽和含水量也相應的降低，且各處理與對照之間的差異均達到顯著水平。2.2篩分堆肥的有機質與全氮含量從圖l(詳見圖l)中可知，堆肥有機質含量隨著顆粒粒徑的減小而逐漸降低，不同堆肥顆粒粒徑的有機質含量與對照相比都存在顯著差異(,0.05)，並且大量的有機質集中在〉1.6咖、1.6~0.8咖、0.8~0.4咖的粒徑中，堆肥有機質的形成主要是由通氣、水、熱以及酸鹼度等條件綜合作用的結果，由於較大的顆粒具有較高的孔隙度，利於形成良好的通氣條件，從而加快了有機質的分解和轉化效率。同時，在大顆粒環境下堆肥的持水能力顯著增強，這樣有利於微生物的活動和有機質的分解，從而提高有機質了的積累效果。有研究表明，有機質的存在降低了受侵蝕土壤的容重，改善了土壤的排水性、通氣性、多孔性，提高了植物根系的穿透能力。堆肥經過篩分後(詳見圖2)，全氮的含量總體上呈下降趨勢，由於氮元素的存在與有機質的含量有直接關係，所以這種變化趨勢與有機質的變化大體相同，但是各粒徑之間全氮含量的遞減趨勢不是很明顯，原因是對堆肥材料的篩分主要影響了大顆粒粒徑中有機質含量的變化，但對較小顆粒粒徑的有機質含量影響並不是很大，並沒有造成有機物以及含氮顆粒的大量損失。2.3篩分堆肥全轔和全鉀含量的變化堆肥經過篩分後，除了1.60.8mm顆粒粒徑外，其餘粒徑的全蜂含量與對照均有顯著差異(AO.05)，大量的磷主要集中在〉1.6mm、1.6~0.8咖的顆粒粒徑範圍內(圖3)，由於磷主要存在於有機成分中，其含量的多少主要與堆肥中有機質含量的多少有關，有機質含量相對較高的大顆粒堆肥中，褲的含量也相應較高。通過對全鉀的分析表明，與全磷的分布規律不同的是，鉀主要以無機形態存在於礦物質成分中，隨著顆粒粒徑的逐漸減小無機組分的含量隨之逐漸增大，即礦物質成分增大，所以從圖4,中可以看出，在O.8~0.4咖、0.4~0.2mm、0.2~0.lmm的較小顆粒粒徑範圍內鐘的含量較高，而且與〉1.6咖、1.6~0.8咖範圍內的顆粒相比差異顯著(;KO.05)。2.4篩分堆肥營養元素含量的影響表2各粒徑堆肥微量元素的變化堆肥粒徑(mm)微量元素含量(g/kg—1)caFeMgMnCK30.62±1.39cd1990±2.01b5.78±0.34c324.59±5.24d>1.6mm55.54土0.92a27.30i0.92a8.69土0.32a502.54±11.27a1.60.8mm41.37士2.55b30.04士0.93a8.59i0.14a448.96士22.41b0.80.4mm28.22±3.97de18.75士1.04b5.33i0.36c297.79±4.78e0.4~0.2mm30.71士2.51cd17.75土0.67b6.77±0.27b377.33士5.91cd0.2~0.1mm33.79±2.12c25.10±1.57a7.33±0.50b390.88±16.87c0.4咖的粒徑範圍內，在1.6mm117.76±10.50e390.75±24.87d911.46±69.75a2.22±fl.la73.91±1.55e74.87±2.53c1.60.8mm121.85±24.07de411.42±21.29d479.79±13.93d2.24±0.11a74.01±6.22e73.63±4.72c0.80.4mm223.67±29.81a1317.17士159.10a729.12±44.27b2.33±0.06a119.07±12.3a108.06±7.26a0.4~0.2mm208.8ftt26.33ab723.08±49.14b635.75fct32.35c2,35±0.06a82.43±5.66de96.41±3.54b0.2~0.1mm218.63±18.99a395.96±37.12d614.83±33.82c2.26士0.13a108.39±2.69b88.36±2.7b0.8咖顆粒344.23%。Cu元素各處理的含重與對照相比均達到顯著水平，且主要集中在O.2~0.4mm和0.8~0.4mm這兩個粒徑內積累，總量是其它顆粒粒徑的120.16%,其中以O.8~0.4咖顆粒粒徑內積累的最多，達到了1317.17mg.kg畫1。在>1.6咖、0.8~0.4咖、0.4~0.2mm、0.2~0.lmm的顆粒粒徑內Zn元素的含量與對照相比差異顯著，大量的Zn元素集中在〉1.6mm的顆粒中，同時在O.4~0.8mm粒徑範圍內也有較高的積累，Cu和Zn在較小粒徑中的積累可能主要與這兩種元素在堆肥中主要以礦物殘渣態的形式存在有關，而這種形態主要存在於較小的粘粒當中。Cr和Ni元素各處理的含量與對照相比方差分析結果有顯著差異，兩種元素主要集中在0.4咖的顆粒粒徑中；氮的含量隨著顆粒粒徑的減小也逐漸減少，磷主要集中在>1.6咖、1.6~0.8咖的顆粒範圍內，相反鉀在<0.8咖的顆粒範圍內的含量較高；堆肥中微量元素Ca、Fe、Mg、Mn的含量隨顆粒粒徑的減小呈明顯下降的趨勢，大量的微量元素主要集中在〉0.4咖的粒徑範圍內，在0.8咖顆粒的344.23%;Cu元素主要集中在O.2~0.4mm和0.4~0.8mm這兩個粒徑內,總量是其他粒徑的120.16X，其中以0.4-0.8mm粒徑內積累的最多，達到了1317.17mg.kg—1;Zn元素主要集中在〉1.6mm的顆粒中，同時在O.4~0.8咖粒徑範圍內也有較高的積累；Cr和Ni元素主要集中在<0.8mm的顆粒範圍內，總量分別是其餘粒徑的276.84%和239.65%.經過篩分後各粒徑堆肥理化性質較大，這一結論可為生活垃圾堆肥通過篩分實現其安全有效利用提供參考依據。圖1為各粒徑堆肥有機質含量的變化。圖2為各粒徑堆肥全N舍量的變化。圖3為各粒徑堆肥全P含量的變化。圖4為各粒徑堆肥全K含量的變化。具體實施例方式實施例1取自天津市小澱生活垃圾堆肥處理場的垃圾堆肥，先由人工撿去垃圾堆肥中的各類木頭、塑料、玻璃、金屬等雜物。垃圾堆肥採用不同孔徑的標準篩進行篩分，分為〉1.6mm、1.6~0.8mm、0.8~0.4mm、0.4~0.2mm、0.2~0.1mm、1.6111111粒徑65%、粉渣(普通土)35%，種植小番茄，加水量為配料總量的45%,種植30天，測定土壤中重金屬含量對小番茄的影響。(2)未篩前垃圾堆肥CK(對照)65%、粉渣(普通土)35%,種植小番茄，加水量為配料總量的45%，種植30天，測定土壤中重金屬含量對小番茄的影響。小番茄重金屬殘留結果表明實驗(2)中Pb的含量要明顯要高與實驗(1)中Pb的含量。表4堆肥重金屬的變化complextableseeoriginaldocumentpage12實施例2取自生活垃圾堆肥處理場的垃圾堆肥，先由人工撿去垃圾堆肥中的各類木頭、塑料、玻璃、金屬等雜物，垃圾堆肥採用不同孔徑的標準篩進行篩分，分為〉1.6mm、1.6~0.8mm、0.8~0.4mm、0.4~0.2mm、0.2~O.lmm、〈0.1mm6個堆肥顆粒粒徑等級作為處理。然後進行比較性試驗通過串紅盆栽土培實驗，研究了施加分篩M.6mm垃圾堆肥對生物有效性和土壤中有效態含量的影響.結果表明，土壤中有效態微量元素的含量隨施入分篩W.6mm垃圾堆肥升高。(1)垃圾堆肥〉1.6mm粒徑70%、粉渣(普通土)30%，種植串紅，加水量為配料總重的50%,種植15天，測定土壤中微量元素對串紅的影響，結果串紅色澤鮮豔，有光澤，花期長，質量好保持的時間為一個月。(2)未篩前垃圾堆肥CK(對照)70%、粉渣(普通土)30%，串紅，加水量為配料總量的50%，種植15天，測定土壤中微量元素對串紅的影響，結果串紅色澤鮮豔，保持的時間為兩周。表5堆肥微量元素的變化_complextableseeoriginaldocumentpage13實施例3取自生活垃圾堆肥處理場的垃圾堆肥，先由人工撿去垃圾堆肥中的各類木頭、塑料、玻璃、金屬等雜物，垃圾堆肥採用不同孔徑的標準篩進行篩分，分為〉1.6mm、1.6~0.8mm、0.8~0.4mm、0.4~0.2mm、0.2~O.lmm、〈0.1min6個堆肥顆粒粒徑等級作為處理。然後進行比較性試驗(1)取1.6~0.8mm粒徑垃圾堆肥70%、粉渣(普通土)30%，種植仙人掌，加水量為配料總量的50%，種植30天，通過仙人掌盆花栽土培實驗，測定土壤中微量元素對仙人掌的影響，研究了施加分篩1.6~0.8mm址圾堆肥對仙人掌外觀的影響。結果表明仙人掌葉色濃綠有光澤。(2)未篩前垃圾堆肥CK(對照)70%、粉渣(普通土)30%，種植仙人掌，加水量為配料總量的50%，種植30天，測定土壤中微量元素對仙人掌的影響，結果仙人掌葉色淡綠，光澤較暗.實施例4取自生活垃圾堆肥處理場的垃圾堆肥，先由人工撿去垃圾堆肥中的各類木頭、塑料、玻璃、金屬等雜物，垃圾堆肥採用不同孔徑的標準篩進行篩分，分為0.8~0.4111111、0.4~0.2111111堆肥顆粒粒徑等級作為處理。然後進行比較性試驗(1)取0.8~0.4mm粒徑垃圾堆肥70%、粉渣(普通土)30%,種植絲瓜和南瓜，加水量為配料總量的50%，種植30天，通過栽土培實驗，測定土壤中有機質K對絲瓜和南瓜的影響，研究了施加分篩0.8~0.4mm垃圾堆肥對絲瓜和南瓜的影響。結果表明在高溫條件下，絲瓜和南瓜葉色濃綠有光澤，果實充盈，說明全K含量增高，有抗高溫的性能.(2)未篩前垃圾堆肥70%、粉渣(普通土)30%,種植絲瓜和南瓜，加水量為配料總量的50%,種植30天，測定土壤中有機質K對絲瓜和南瓜的影響，結果在高溫條件下，絲瓜和南瓜易失去水分平衡，引起萎薄。權利要求1、一種生活垃圾堆肥粒徑分篩控制重金屬汙染與優化利用的方法，其特徵在於，將生活垃圾堆肥預處理，再將垃圾堆肥採用＞1.6mm、1.6～0.8mm、0.8～0.4mm、0.4～0.2mm、0.2～0.1mm或＜0.1mm標準篩進行篩分，分別收集不同粒徑的垃圾堆肥，測定有機質、微量元素、重金屬含量，根據需要用於不同生產目標的土壤。2、如權利要求l所述的方法，其中所述的生活垃圾堆肥預處理是指由人工撿去垃圾堆肥中的各類木頭、塑料、玻璃、金屬等雜物。3、如權利要求1所述的方法，其中的重金屬為Pb、Zn、Cu、Cd、Mn、Ni、Cr、Hg或As;所述有機質為N、P、K;所述微量元素為Ca、Fe、Mg或Mn。4、如權利要求1所述的方法，其中所述堆肥有機質磷主要集中在>1.6mm、1.6~0.8mm粒徑範圍內；鉀主要集中在0.8mm的粒徑範圍內；全氮含量主要集中在X).8mm粒徑範圍內。5、如權利要求l所述的方法，其中所述微量元素Ca的含量主要集中在H.6mm、1.60.8mm粒徑範圍內；Fe的含量主要集中在》0.2-0.1mm粒徑範圍內；Mg的含量主要集中在>1.6mm、0.2-0.1mm粒徑範圍內；Mn的含量主要集中在〉1.6mm、1.6~0.8mm、0.2~O.lmm粒徑範圍內。6、如權利要求l所述的方法，其中所述重金屬鉛在〈0.8mm顆粒粒徑中累積；銅主要集中0.4-0.8mm粒徑中；鋅主要集中在〉1.6mm的顆粒粒徑中，鎘和鎳元素主要集中在0.8mm的粒徑範圍內。全文摘要本發明涉及採用分篩生活垃圾堆肥粒徑控制重金屬汙染與優化利用的方法。它是將生活垃圾堆肥預處理，再將垃圾堆肥採用＞1.6mm、1.6～0.8mm、0.8～0.4mm、0.4～0.2mm、0.2～0.1mm或＜0.1mm標準篩進行篩分，分別收集不同粒徑的垃圾堆肥，測定有機質、微量元素、重金屬含量，根據需要用於不同生產目標的土壤。本發明通過對生活垃圾堆肥粒徑的分篩處理，達到去除堆肥中積累過多的重金屬有害物質，保留為植物生長提供養分以及改善土壤理化性質的堆肥顆粒的目的，為生活垃圾堆肥安全、有效、合理的使用提供了科學依據。文檔編號C05F9/04GK101200384SQ20071005993公開日2008年6月18日申請日期2007年10月19日優先權日2007年10月19日發明者劉曉波,多立安,趙樹蘭申請人:天津師範大學