一種清除重金屬修復生活垃圾堆肥的淋洗方法
2023-05-04 17:52:36
專利名稱：一種清除重金屬修復生活垃圾堆肥的淋洗方法
技術領域：
本發明涉及一種城市生活垃圾堆肥的處理方法，特別涉及一種清除重金屬修復生活垃圾堆肥的淋洗方法。
背景技術：
目前，隨著經濟的高速發展和生活水平的不斷提高，城市生活垃圾正以8％的速度遞增。垃圾已成為城市社會發展中的棘手問題，不僅對社會、環境造成公害，而且對資源造成巨大的浪費。當今人們環保意識日益增強，對可持續發展問題認識不斷深入，城市生活垃圾處理應走資源化這條路已被越來越多的人接受。中國城市生活垃圾處理問題刻不容緩。城市垃圾除簡單回收一些物品外，如何在資源化的深度和廣度上進一步深入，是目前人們關注的焦點問題。
堆肥法是利用微生物的活動將垃圾中的易腐有機物分解，轉變成富含有機質和氮、磷、鉀等營養元素和微量元素的有機質肥料，使垃圾實現從自然界來又回歸自然界的良性循環，是經濟有效處理和消納城市垃圾的重要途徑。垃圾堆肥中含有大量有利於植物生長的有機質和礦質元素，如能開發利用，不僅能解決環境問題，而且可以變廢為寶，增加新的經濟效益。
但堆肥中仍存在有害物質。垃圾堆肥中含有一定量不同形態的重金屬和鹽分，即存在多種重金屬複合汙染的問題。當生活垃圾堆肥施入土壤後，將引起土壤重金屬和鹽分含量增加，直接危害植物生長或成為潛在的威脅。土壤中累積過多的重金屬，一旦進入食物鏈或地下水，還能造成新的環境問題。堆肥中重金屬主要有銅、鋅、鉛、鉻、鎘、鎳、汞等。研究表明，施用堆肥后土壤和青菜中重金屬積累量隨著堆肥施用量的增加，青菜中的重金屬含量也呈積累趨勢。堆肥施用量過大可使青菜地上部分重金屬濃度超過國家標準。因此，在堆肥合理施用過程中，應進一步嚴格控制重金屬及其在作物體中積累，尤其控制可食用部分重金屬濃度。所以，採取各種方法來提高垃圾堆肥的質量，減少生活垃圾堆肥中的重金屬含量，對城市生活垃圾堆肥進行修復，更具有重要的現實意義和充分的試驗價值。
垃圾堆肥淋洗是利用淋洗液把垃圾堆肥固相中的重金屬轉移到堆肥液相中去，再把富含重金屬的廢水進一步回收處理的堆肥修複方法。該方法的技術關鍵是尋找一種既能提取各種形態的重金屬，又不破壞垃圾堆肥結構的淋洗液。
目前，在土壤重金屬汙染修復研究中，選用的淋洗劑較多，其中包括有機或無機酸、鹼、鹽和合劑。前人曾對多種淋洗劑進行研究，比如Beveridge等研究了化學合成的陰離子、陽離子和非離子表面活性劑對粘土中重金屬吸附的影響，發現陽離子表面活性劑能降低Cu2+、pb2+、Cd2+和Zn2+在粘土中的吸附。Wenzel用一系列螯合劑對汙染土壤中的Pb進行活化，其強弱順序為EDTA＞HEDTA＞DTPA＞EGTA＞EDDHA。螯合劑不但能活化Pb，對其它重金屬如Cu、Zn、Cd、Ni也有很強的活化能力。據Blaylock等報導，一些人工螯合劑如EDTA、DTPA、EGTA、CDTA及檸檬酸有明顯促進印度芥菜(Brassicajuncea)對鎘和鉛吸收的效果。但EDTA的這種絡合強化修復的環境效應，易造成二次汙染，尤其對地下水的潛在汙染威脅已愈來愈引起人們的關注。但這裡需要指出的是，選用適當淋洗劑修復垃圾堆肥中複合重金屬汙染的研究涉及內容則並不多見；尤其是利用LAS、DL-蘋果酸、檸檬酸對城市生活垃圾堆肥中的重金屬的修復尚未見研究報導。
發明內容
本發明的目的在於克服上述不足之處，意在研究各種處理方法對堆肥重金屬Mn、Ni、Cu、Zn、Cd修復的效果，提供一種利用表面活性劑或和有機酸清除重金屬修復生活垃圾堆肥汙染的淋洗方法；以達到城市生活垃圾堆肥的安全有效利用的目的。
為實現上述目的，本發明所採用的技術方案是一種清除重金屬修復生活垃圾堆肥的淋洗方法；其特徵在於實施方法如下配製淋洗劑單一淋洗劑配製分別配製只含表面活性劑LAS、有機酸DL-蘋果酸或檸檬酸淋洗劑，每種溶液配製的濃度範圍為10mmol/L-30mmol/L；複合淋洗劑配製採用表面活性劑LAS分別與有機酸DL-蘋果酸或檸檬酸配製淋洗劑；LAS與DL-蘋果酸複合淋洗劑配製的濃度範圍為LAS濃度範圍為10mmol/L-30mmol/L；DL-蘋果酸濃度範圍為10mmol/L-30mmol/L；LAS與檸檬酸複合淋洗劑配製的濃度範圍為LAS濃度範圍為10mmol/L-30mmol/L；檸檬酸濃度範圍為10mmol/L-30mmol/L；淋洗步驟(1)對垃圾堆肥進行預處理，除去其中的塑料薄膜、磚瓦、石塊、玻璃等雜物；(2)將預處理後的垃圾堆肥在60℃-100℃條件下烘乾以去除堆肥中的水分，烘乾過程所需時間範圍2-8小時；(3)將垃圾堆肥均勻置於可收集淋洗液的滲漏裝置中，對垃圾堆肥進行淋洗，垃圾堆肥與淋洗劑用量的比例(重量比)為，堆肥淋洗劑＝1∶1-3，淋洗三遍，並收集淋洗液。
本發明的有益效果是選用表面活性劑LAS、有機酸DL-蘋果酸、檸檬酸單一或複合應用，大量的試驗研究，證實它們單獨作用於垃圾堆肥的重金屬淋溶效果，而且嘗試將這些表面活性劑、螯合劑複合作用於堆肥，為城市生活垃圾堆肥的重金屬修復提供依據。由於LAS其有效性、多功能性、性價比、環境相對安全性而成為目前世界上普遍使用的表面活性劑；同時，由於蘋果酸、檸檬酸無害、無毒，經常在食品加工業中使用，基於以上特徵，我們選用配製作為垃圾堆肥的淋洗劑。
本發明中配製淋洗劑且實施淋洗技術操作工藝簡單，淋洗效果非常顯著，有效降低生活垃圾堆肥中重金屬的含量，修復生活垃圾堆肥，降低汙染。本發明應用方便、成本低，具有非常顯著的經濟效益及社會效益，應用前景非常廣泛。
具體實施例方式
實施例1一種表面活性劑及其有機酸清除重金屬修復生活垃圾堆肥汙染的淋洗方法；其特徵在於實施方法如下配製淋洗劑分別配製單一十二烷基苯磺酸鈉(LAS)、DL-蘋果酸、檸檬酸淋洗劑，每種溶液均按10mmol/L、20mmol/L、30mmol/L三種濃度配製；試驗材料選用垃圾堆肥，採自天津市河北區小澱垃圾處理廠。如稱量100g的垃圾堆肥作為實驗標準。垃圾堆肥持水量為0.755ml/g，容重為0.85g/ml，每克垃圾堆肥中含重金屬元素Mn、Ni、Cu、Zn、Cd分別為530.57μg、33.415μg、238.725μg、496.38μg、1.9675μg。
淋洗步驟(1)對垃圾堆肥進行預處理，除去其中的塑料薄膜、磚瓦、石塊、玻璃等雜物；(2)將預處理後的垃圾堆肥在60℃-100℃條件下烘乾以去除堆肥中的水分，烘乾過程所需時間範圍2-8小時；(3)將垃圾堆肥均勻置於可收集淋洗液的滲漏裝置中，對垃圾堆肥進行淋洗，垃圾堆肥與淋洗劑用量的比例(重量比)為堆肥∶淋洗劑＝1kg∶1.5kg，或者為堆肥∶淋洗劑＝1kg∶3kg，淋洗三遍，並收集淋洗液。
用電感藕合等離子體原子發射光譜儀(ICP-AES)同時測定某一濃度淋洗後溶液中的Mn、Ni、Cu、Zn、Cd的含量；實施效果顯著，參見表1。
實施例2採用LAS、DL-蘋果酸；設定DL-蘋果酸的濃度為20mmol/L，(設定10mmol/L-30mmol/L範圍內均可)改變LAS的濃度分別為10mmol/L、20mmol/L、30mmol/L；或者設定LAS的濃度為20mmol/L，(設定10mmol/L-30mmol/L範圍內均可)改變DL-蘋果酸的濃度分別為10mmol/L、20mmol/L、30mmol/L。
試驗材料選用垃圾堆肥，先對垃圾堆肥進行預處理，稱量100g的垃圾堆肥作為實驗標準。垃圾堆肥持水量為0.755ml/g，容重為0.85g/ml，每克垃圾堆肥中含重金屬元素Mn、Ni、Cu、Zn、Cd分別為530.57μg、33.415μg、238.725μg、496.38μg、1.9675μg。
淋洗步驟(1)對垃圾堆肥進行預處理，除去其中的塑料薄膜、磚瓦、石塊、玻璃等雜物；(2)將預處理後的垃圾堆肥在60℃-100℃條件下烘乾以去除堆肥中的水分，烘乾過程所需時間範圍2-8小時；(3)將垃圾堆肥均勻置於可收集淋洗液的滲漏裝置中，對垃圾堆肥進行淋洗，垃圾堆肥與淋洗劑用量的比例(重量比)為堆肥∶淋洗劑＝1kg∶1kg，或者為堆肥∶淋洗劑＝1kg∶2.5kg，淋洗三遍，並收集淋洗液。
用電感藕合等離子體原子發射光譜儀(ICP-AES)同時測定某一濃度淋洗後溶液中的Mn、Ni、Cu、Zn、Cd的含量；實施效果顯著，參見表2。
實施例3採用LAS、檸檬酸；設定檸檬酸的濃度為20mmol/L，(設定10mmol/L-30mmol/L範圍內均可)改變LAS的濃度分別為10mmol/L、20mmol/L、30mmol/L；或者設定LAS的濃度為20mmol/L，(設定10mmol/L-30mmol/L範圍內均可)改變檸檬酸的濃度分別為10mmol/L、20mmol/L、30mmol/L。
試驗材料選用垃圾堆肥，先對垃圾堆肥進行預處理，稱量100g的垃圾堆肥作為實驗標準。垃圾堆肥持水量為0.755ml/g，容重為0.85g/ml，每克垃圾堆肥中含重金屬元素Mn、Ni、Cu、Zn、Cd分別為530.57μg、33.415μg、238.725μg、496.38μg、1.9675μg。
淋洗步驟(1)對垃圾堆肥進行預處理，除去其中的塑料薄膜、磚瓦、石塊、玻璃等雜物；(2)將預處理後的垃圾堆肥在60℃-100℃條件下烘乾以去除堆肥中的水分，烘乾過程所需時間範圍2-8小時；(3)將垃圾堆肥均勻置於可收集淋洗液的滲漏裝置中，對垃圾堆肥進行淋洗，垃圾堆肥與淋洗劑用量的比例(重量比)為堆肥∶淋洗劑＝1kg∶1kg，或者為堆肥∶淋洗劑＝1kg∶3kg，淋洗三遍，並收集淋洗液。
用電感藕合等離子體原子發射光譜儀(ICP-AES)同時測定某一濃度淋洗後溶液中的Mn、Ni、Cu、Zn、Cd的含量；實施效果顯著，參見表2。
發明結果分析1、表面活性劑與螯合劑單獨對堆肥重金屬淋洗量的影響。
表面活性劑與螯合劑單獨作用對堆肥重金屬淋洗量影響測定結果見表1。當淋洗劑為LAS時，Mn、Cu的溶出量隨著LAS濃度的增加而增加。但LAS淋洗重金屬Mn的效果不如對照水。只有當LAS濃度為20mmol/L時，Ni才有淋洗量。Cd的淋洗量在LAS濃度為30mmol/L時為最多，並為原垃圾堆肥中Cd含量的1.25％。因為LAS是一種絡合劑，可以與Cd形成穩定的絡合物，降低土壤溶液中Cd的濃度，從而降低Cd的毒性和減少植物吸收。
當淋洗劑為DL-蘋果酸時，Mn、Zn的溶出量隨著蘋果酸濃度的增加而增加。當蘋果酸濃度為30mmol/L時，Mn的淋洗量為對照水的87.2倍，效果很明顯。Cu的溶出量在蘋果酸濃度為20mmol/L時淋洗效果最好，是對照水的9.33倍。只有當蘋果酸濃度為10mmol/L時，Cd才有淋洗量。DL-蘋果酸作為一種螯合劑，提供配體，與重金屬反應形成螯合物。數據顯示，Mn、Cu、Zn與DL-蘋果酸的螯合效果最好。
當淋溶劑為檸檬酸時，Mn的淋洗量比較顯著，是對照水的221.47倍，是相同濃度的DL-蘋果酸Mn淋洗量的2.5倍。Zn的淋溶效果也比較明顯，是原垃圾堆肥中Zn含量的2.24％。當檸檬酸濃度為20mmol/L時，Cd的淋洗量與30mmol/L的LAS的Cd淋洗量相當。
表1單一表面活性劑或有機酸(螯合劑)對垃圾堆肥重金屬淋洗量的影響對比
以表面活性劑、螯合劑作為淋洗劑，從淋洗的效果來看，螯合劑的使用活化了土壤中的重金屬，增加了重金屬在土壤中的移動性，提高了修復的效率。同時德國的科學家的研究證實，檸檬酸能有效去除土壤中遷移性較強的金屬離子，而且其生物可降解性強，不溶解土壤中的粘土成分，可循環使用。美國科學家的研究表明，檸檬酸能去除土壤和垃圾中幾乎所有的有毒金屬和放射性元素，並能有效回收。使用檸檬酸的另一個好處在於它對土壤環境中的天然細菌傷害很小，既不易破壞土壤，回收水的處理也比較容易。通過研究分析我們得出，檸檬酸對堆肥重金屬的淋溶效果相對還是比較明顯的。
2、表面活性劑與螯合劑複合作用對堆肥重金屬淋洗量的影響。
表面活性劑與螯合劑複合作用對堆肥重金屬淋洗量影響測定結果見表2。
在本發明中，當DL-蘋果酸濃度一定時，Zn的淋洗量隨著LAS濃度的增加而增加，Ni、Cd的淋洗量隨著LAS濃度的增加而降低。同時，除了Ni、Cd的淋洗量與對照水相比差別不大之外，其它幾種元素均有較大程度的淋出。比如，Cu的淋洗量是原垃圾堆肥中Cu含量的2.48％，是LAS單獨使用時最大淋洗量的9.4倍。Mn的淋洗量是對照水的58.9倍。當檸檬酸濃度固定時，Mn、Ni、Zn的淋洗量更明顯。Ni的淋洗量隨著LAS濃度的增加而增加。當LAS濃度為20mmol/L時，Zn的淋洗量為原垃圾堆肥中Zn含量的2.90％；LAS濃度為10mmol/L時，Mn的淋洗量是LAS單獨使用時的6576倍，Cd的淋洗量都比對照水高。
表2表面活性劑和有機酸(螯合劑)複合作用對垃圾堆肥重金屬淋洗量的影響對比
由此可見，LAS與螯合劑複合使用的重金屬淋洗量比LAS單獨使用時的淋溶效果明顯。而且，LAS與檸檬酸共同作用時Mn、Ni、Zn、Cd的淋洗量要比LAS與DL-蘋果酸複合時效果明顯。
通過利用所述表面活性劑、螯合劑作為淋洗劑單獨、複合作用於堆肥中的重金屬的方式，對垃圾堆肥中的重金屬進行修復，將重金屬從堆肥中分離出來，提高堆肥的再次使用率，擴大堆肥的適用範圍。通過研究，可以得出以下結論使用表面活性劑、螯合劑重金屬的淋洗效果比對照水有明顯的提高。表面活性劑與螯合劑的複合作用效果比單獨使用的效果更明顯。不同的金屬對不同的淋洗劑，淋洗效果不同。在螯合劑的單獨使用過程中，DL-蘋果酸和檸檬酸對Mn的淋洗效果最好，隨著淋洗劑的濃度增大，堆肥中淋洗出的Mn增多。在表面活性劑、螯合劑複合作用中，Mn、Ni、Zn的溶出效果最明顯。本發明的實施不但完全複合城市發展綠色環保的方向，還有效解決了城市垃圾處理的難題，為城市垃圾堆肥的修復及應用拓寬了道路。
上述參照實施例對本發明一種清除重金屬修復生活垃圾堆肥的淋洗方法進行的詳細描述，是說明性的而不是限定性的，可根據需要例舉出若干限定範圍內的實施例，因此在不脫離本發明總體構思下的變化和修改，應屬本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種清除重金屬修復生活垃圾堆肥的淋洗方法；其特徵在於實施方法如下配製淋洗劑單一淋洗劑配製分別配製只含表面活性劑LAS、有機酸DL-蘋果酸或檸檬酸淋洗劑，每種溶液配製的濃度範圍為10mmol/L-30mmol/L；複合淋洗劑配製採用表面活性劑LAS分別與有機酸DL-蘋果酸或檸檬酸配製淋洗劑；LAS與DL-蘋果酸複合淋洗劑配製的濃度範圍為LAS濃度範圍為10mmol/L-30mmol/L；DL-蘋果酸濃度範圍為10mmol/L-30mmol/L；LAS與檸檬酸複合淋洗劑配製的濃度範圍為LAS濃度範圍為10mmol/L-30mmol/L；檸檬酸濃度範圍為10mmol/L-30mmol/L；淋洗步驟(1)對垃圾堆肥進行預處理，除去其中的塑料薄膜、磚瓦、石塊、玻璃等雜物；(2)將預處理後的垃圾堆肥在60℃-100℃條件下烘乾以去除堆肥中的水分，烘乾過程所需時間範圍2-8小時；(3)將垃圾堆肥均勻置於可收集淋洗液的滲漏裝置中，對垃圾堆肥進行淋洗，垃圾堆肥與淋洗劑用量的比例(重量比)為，堆肥∶淋洗劑＝1∶1-3，淋洗三遍，並收集淋洗液。
全文摘要
本發明涉及一種清除重金屬修復生活垃圾堆肥的淋洗方法；該實施方法如下，淋洗劑配製分別配製各種濃度的表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉(LAS)、有機酸DL－蘋果酸、檸檬酸單一或複合淋洗劑。淋洗步驟(1)對垃圾堆肥進行預處理，除去其中的塑料薄膜、磚瓦、石塊、玻璃等雜物；(2)將預處理後的垃圾堆肥在60℃－100℃條件下烘乾以去除堆肥中的水分，烘乾2－8小時；(3)將垃圾堆肥均勻置於可收集淋洗液的滲漏裝置中，對垃圾堆肥進行淋洗，垃圾堆肥與淋洗劑的重量比為，堆肥∶淋洗劑＝1∶1－3；淋洗三遍，並收集淋洗液。本發明有效降低生活垃圾堆肥中的重金屬含量，修復生活垃圾堆肥汙染；其技術操作工藝簡單，效益非常顯著，應用前景廣泛。
文檔編號B09B3/00GK1962562SQ20061012987
公開日2007年5月16日 申請日期2006年12月5日 優先權日2006年12月5日
發明者多立安, 趙樹蘭, 夢婕 申請人:天津師範大學