硫酸铵与苹果酸联合淋洗获得垃圾堆肥矿质元素的方法

专利名称：：硫酸铵与苹果酸联合淋洗获得垃圾堆肥矿质元素的方法
技术领域：
：本发明属于环境保护
技术领域：
，涉及垃圾堆肥的合理、安全使用方法。更具体的说是硫酸铵与苹果酸联合淋洗获得垃圾堆肥中矿质元素的方法。技术背景目前由城市生活垃圾引发的污染问题十分严重，据官方统计，仅我国就约有2/3的城市陷入存在垃圾生产过多，处置之后的问题。城市生活垃圾的年产量近1.3亿吨，历年堆存量已超过60亿吨，这不仅影响城市景观，同时带来了污染。而随着我国城市的发展，人民的生活水平也有了很大提高，因此，作为城市公害的生活垃圾发生量及其组成也有了很大变化。处理城市生活垃圾并使之无害化、减量化和资源化得到了广泛的关注，消除城市生活垃圾的污染已成为我国必须解决的重大问题。垃圾堆肥是垃圾资源化利用有效方法之一，生活垃圾经过堆肥处理后，变成植物生长所需的腐殖质，作为肥料可以施于农田。这样既可以解决垃圾的出路，又可达到资源化的目的。近年来，淋洗法成为获得土壤的矿质元素的一种有效方法。淋洗法就是使用淋洗剂来清洗土壤，使土壤中污染物随淋洗液流出，然后对淋洗液及土壤进行后续处理，从而达到修复污染土壤的目的。淋洗剂的种类很多，如无机的酸、碱、盐，人工螯合剂及表面活性剂等。近来的一些研究表明，向土壤中加入螯合剂能显著活化土壤中矿质元素其作用机理就是首先通过螯合作用，将吸附在土壤颗粒及胶体表面重金属离子解络下来，然后在利用自身强的螯合作用和重金属离子形成强的螯合体，从土壤中分离出来。目前所使用的螯合剂基本都是非专性的，螯合剂在活化矿质元素的同时也活化了土壤中的其他矿质元素，增加这些元素的淋失量。此外，天然螯合剂主要通过与矿质元素形成络合物而促进难溶态矿质元素的溶解。矿质元素在植物的生长发育中起着很重要的作用，采用淋洗法获得堆肥中矿质元素，可为生活垃圾堆肥中矿质元素的有效利用提供依据，这方面的研究未见文献报道。矿质元素在植物的生长发育中扮演了很重要的角色。例如，钙可以维持膜结构的稳定性并与作为胞内信使的钙调蛋白结合，在代谢调节中起第二信使的作用。钙在体内不易移动，缺钙症状首先表现在叶片上。镁是植物正常生长发育所需的中量营养元素，与植物体内生理反应和细胞组织结构发育有关，是构成叶绿素的主要矿质元素，直接影响植物的光合作用和糖、蛋白质的合成，它在植物体生长过程中至关重要，它的缺少会给植物生长带来很大的危害；镁可在体内移动，缺镁症状首先表现在老叶上。铁在植物体内是一些酶的组成成分，且有利于叶绿素的形成；铁虽不是叶绿素的成分，但是它在叶绿素的形成中是不可缺少的条件；此外还能促进氮素代谢正常进行，增强植株抗病性。锰是作物生长发育不可缺少的微量元素之一，在作物体中的含量通常为干物质的千分之几至十万分之几；它主要促进光合作用，调节体内的氧化还原反应，加快氮素代谢，促进种子萌发，有利于生长发育，抗病力提高。
发明内容本发明旨在通过此项研究了解苹果酸淋洗效果如何，随着浓度的升高其淋洗效果又怎样，采用不同浓度的苹果酸在硫酸铵的存在下，淋洗生活垃圾堆肥，对滤液中主要矿质元素(Ca、Mg、Fe、Mn)含量进行分析，目的在于探讨淋洗法获得堆肥矿质元素，为生活垃圾堆肥中矿质元素的有效利用提供依据，而这一技术的应用尚无文献报道。为实现上述目的，本发明提供如下的技术方法硫酸铵与苹果酸联合淋洗获得垃圾堆肥矿质元素的方法，其特征在于包括如下步骤1)将含矿质元素的生活垃圾堆肥，过筛分选，自然风干，磨碎，过筛，备用；2)将细沙用P/。H2S04清洗后24小时IO(TC烘干，用于过滤底层；3)将处理过的细沙、垃圾堆肥装入淋洗装置中，用硫酸铵与苹果酸混合液进行淋洗，淋洗完毕后，将淋洗液静置48小时；其中堆肥与混合液的重量份数比为h2-15;优选l:4-10。4)用水再次淋洗堆肥，收集淋洗液，淋洗后静置待不再有淋洗液滴出，放置24小时，再淋洗第二次，或第三次淋洗，收集淋洗液；5)将3)，4)收集的淋洗液合并，进行消化处理制得粉末；6)将消化所得粉末用1%的稀硝酸定容，然后测定垃圾堆肥矿质元素的浓度变化。本发明所述去除垃圾堆肥中矿质元素的方法，其中的矿质元素为Ca、Mg、Fe、Mn、K、Mo或Be。本发明所述获得垃圾堆肥矿质元素的方法，其中硫酸铵与苹果酸混合溶液的重量份数比为20-40mmol/L苹果酸lg/L(NH4)2S04=l:1-2.5。本发明所述获得垃圾堆肥矿质元素的方法，其中硫酸铵与苹果酸混合溶液的重量份数比为20腿ol/L苹果酸lg/L(NH4)2S04=l:1-2.5。本发明进一步公开了硫酸铵与苹果酸联合淋洗获得垃圾堆肥矿质元素的方法。实验结果表明淋洗液中Ca的含量较高，即淋洗堆肥后Ca的损失较大。随苹果酸浓度的增大所淋出的Ca浓度亦增大，而加入硫酸铵所淋出的Ca均有大幅减少。说明硫酸铵对Ca的流失有抑制作用。由此可见，淋洗时在对重金属淋出量影响不大时，应加入硫酸铵或其他含N试剂。且在第三次淋洗时，淋出液Ca含量依旧很高。因此若重金属在淋洗第三次时淋出量不大，尽量避免第三次淋洗。具体实施方式为了简单和清楚的目的，下文恰当的省略了公知技术的描述，以免那些不必要的细节影响对本技术方案的描述。以下结合实例对本发明做进一步的说明。实施例l1)将含矿质元素的生活垃圾堆肥，过筛分选，自然风干，磨碎，过筛，备用；2)将细沙用1。/。H2SO4清洗后24小时100。C烘干，用于过滤底层；3)将处理过的细沙、垃圾堆肥装入淋洗装置中，用硫酸铵与苹果酸混合液进行淋洗，淋洗完毕后，将淋洗液静置48小时；其中堆肥与混合液的重量份数比为1:10;其中硫酸铵与苹果酸混合溶液的重量份数比为20mmol/L苹果酸lg/L(NH4)2S04-1:2.5。4)用水再次淋洗堆肥，收集淋洗液，淋洗后静置待不再有淋洗液滴出，放置24小时，再淋洗第二次，或第三次淋洗，收集淋洗液；5)将3)，4)收集的淋洗液合并，取收集的淋洗液50ml于小烧杯中，加5ml浓硝酸，加热，待烧杯中溶液剩10-15ml时，再加5ml浓硝酸，盖上表面皿，直到看到大量白雾，拿开表面皿并反复用浓硝酸和高氯酸以2.5:1比例加到小烧杯中，继续加热，直到出现白色粉末；6)将消化所得粉末在25ml容量瓶中用1%的稀硝酸定容，然后测定Ca、Mg、Fe、Mn的浓度变化。实施例2(更加详细的实验过程如下)材料与方法实验材料生活垃圾堆肥来自天津市小淀垃圾堆肥处理厂，过2mm筛后烘干。河沙去除泥土及过大的石块等杂质，用蒸馏水洗净后再用5%的稀硝酸浸泡24小时，烘干。淋洗柱材料为市售内径32mm的PVC管，截为每段250mm长，共18段。质地较密实(以不漏沙土为准)的棉布若干。保鲜膜、橡皮筋若干。淋洗柱的填充将PVC管的一端用棉布封严，先填充20g河沙后，再填入110g堆肥，固定使淋洗柱保持垂直，备用。淋洗平衡液的制备实验共设6个处理，即苹果酸浓度0mmol/kg、20mmol/kg、40mmol/kg的苹果酸溶液，以及上述3种浓度的溶液中分别加入Ig/kg的硫酸铵。分别配制上述溶液250ml，备用，三次重复。实验方法堆肥淋洗经测试，110g堆肥饱和持水量为60ml，为防止在加入淋洗剂平衡过程中有淋洗液流出造成误差，首次加入淋洗平衡液为饱和持水量的65%，即39ml。向淋洗柱中逐滴滴入上述各平衡液，不能过快，以堆肥表面无水为准，避免滴到淋洗柱的边缘而造成淋洗液直接沿壁流出。滴加完后用保鲜膜封住淋洗柱两端，以免空气中湿度影响。垂直静置48小时，使淋洗剂在堆肥中进行平衡。其中硫酸铵与苹果酸混合溶液的重量份数比为20-40mmol/L苹果酸lg/L(NH4)2S04=l:1-2.5。优选20mmol/L苹果酸lg/L(NH4)2S04=l:1-2.5。平衡48小时之后，取100ml蒸馏水进行淋洗，收集淋洗液，淋洗后静置待不再有淋洗液滴出，放置24小时，再淋洗第二次，共淋洗3次，每次淋洗液量出其体积并进行记录。淋洗液的消化取100ml小烧杯及表面皿若干，洗净后用5%稀硝酸浸泡24小时，用去离子水冼净后，烘干。用移液管移取淋洗液50ml到小烧杯中，并加入5ml浓硝酸，置于电热板上加热，温度不能太高，避免飞溅损失溶液造成误差。至溶液约剩20ml时再次加入5ml浓硝酸，盖上表面皿。注意观察烧杯中溶液颜色，加入lml高氯酸，待烧杯内冒白烟后掀开表面皿，赶出高氯酸至溶液近干。将其用P/。硝酸定容到25ml容量瓶中。矿质元素的测定采用TAS-990原子吸收光谱仪分别测定上述消化液中Ca、Mg、Fe、Mn的含量。结果与分析淋洗液的淋出量表1不同苹果酸浓度下收集的三次淋洗液体积(ml)淋洗次数苹果酸浓度(mmol/kg)00+(NH4)2SO42020+(NH4)2SO44040+(NH4)2SO4第一次72.4569.3567.6968.9768.5167.51第二次93.6994.7694.2593.6593.2094.07第三次93.5593.2694.2493.8393.9793.60总体积259.69257.37256.18256.45255.68255.18由表1可以看出，第一次收集的淋出液较少，第二、三次所收集的淋出液损失并不多，这是因为第一次淋洗时堆肥未达到饱和。且随淋洗次数增多，淋出液颜色变淡,同时加入硫酸铵的淋出液颜色较未加入硫酸铵的颜色要深。淋洗液中Ca的淋出量表2淋洗液中Ca的浓度Oig/ml)淋洗次数苹果酸浓度(mmol/kg)00+(NH4)2SO42020+(NH4)2SO44040+(NH4)2S04第一次6.843.987.514.197.926.17第二次3.683.654.763.226.673.48第三次3.122.864.203.135.653.91表3淋洗液中Ca的淋出量(昭)淋洗次数苹果酸浓度(mmol/kg)00+(NH4)2SO42020+(NH4)2S044040+(NH4)2SO4<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>由表2可见，淋洗液中Ca的含量较高，即淋洗堆肥后Ca的损失较大。经比较可知，随苹果酸浓度的增大所淋出的Ca浓度亦增大，而加入硫酸铵所淋出的Ca均有大幅减少。苹果酸浓度为0-40mmol/kg时，加硫酸铵所淋出Ca量占不加硫酸铵所淋出的Ca量的百分比分别为78.54%、65.34%和65.42%(表3)。可见硫酸铵对Ca的流失有抑制作用，苹果酸浓度为40mmol/kg时加入硫酸铵后所淋出的Ca与对照蒸馏水淋出的Ca量相差不多。由此可见，淋洗时在对重金属淋出量影响不大时，应加入硫酸铵或其他含N试剂。且在第三次淋洗时，淋出液Ca含量依旧很高。因此若重金属在淋洗第三次时淋出量不大，尽量避免第三次淋洗。淋洗液中Mg的淋出量表4淋洗液中Mg的浓度0ig/ml)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表5淋洗液中Mg的淋出量(吗)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>实验中所选用6个浓度的淋洗剂对Mg在淋出液中的影响并不大，几乎没有太大差别。而各次所淋出的Mg量差别也不大。基本上以第一次淋出Mg量为最少，第二次淋出为最多，这种情况可能与堆肥的物理性质(如吸附力、保水性等)对Mg随淋洗剂淋出的影响有关；而Mg在淋洗液中的浓度以第一次为最大，第三次为最小，这与随着淋洗次数的增加，堆肥中元素的含量逐渐减少有关(表4与表5)。所以淋洗后Mg从堆肥中的流失与实验中淋洗剂浓度、成分并无大关系，需要注意的是，由于每次淋出Mg的量基本相同，为减少Mg的流失，最好减少淋洗次数。淋洗液中Fe的淋出量表6淋洗液中Fe的浓度(pg/ml)淋洗次数苹果酸浓度(mmol/kg)00+(NH4)2S042020+(NH4)2SO44040+(NH4)2SO4第一次0.040.040.090.170.700.94第二次0.450.500.050.060.160.13第三次0.230.300.550.360.820.72表7淋洗液中Fe的淋出量(昭)淋洗次数苹果酸浓度(mmoI/kg)00+(NH4)2S042020+(NH4)2SO44040+(NH4)2S04第一次3.072.896.2111.9047.9060.23第二次42.4547.944.555.5015.3412.57第三次19.6527.6451.2834.1276.7467.82总量65.1878.4662.0351.52139.97140.62由表6可见，第一次淋洗时，随着苹果酸浓度的增加，淋洗液中Fe含量呈现递增趋势，尤其是苹果酸浓度达到40mmol/kg时，Fe含量有明显增大。相较之下，同浓度苹果酸淋洗剂中加入硫酸铵的与没有加入硫酸铵的，Fe的含量差别不大，但含硫酸铵的淋出液仍比未加的淋出Fe的量要多，第二次淋洗中，未加苹果酸的两组淋出的Fe含量最多，而加入苹果酸的仍是苹果酸浓度大的淋洗液中含Fe多。第三次淋洗，Fe的淋出量仍随苹果酸浓度增大而增大。但含硫酸铵的淋洗剂中只有未加苹果酸的组中淋出Fe的量增多了，加苹果酸的淋出液中Fe含量均有所减少。9未加苹果酸的两组中第二次淋出Fe量最多，第一次最少。而加入苹果酸的4组则是第三次淋出最多，第二次淋出最少。同组中各次淋出Fe量相差数倍，差别很明显。总体来说，各组第三次仍可淋出大量的Fe，因此尽可能省去第三次淋洗。由上述分析可明显看出含20mmol/kg苹果酸的淋洗剂保留Fe的效果最好。但一般而言，重金属淋出量会随淋洗剂浓度增加而增大，为达到较好的重金属去除效果，在用高浓度淋洗剂时最好淋洗两次，若淋洗三次Fe的损失会很大(表7)。淋洗液中Mn的淋出量表8淋洗液中Mn的浓度0ig/ml)淋洗次数苹果酸浓度(mmol/kg)00+(NH4)2SO42020+(NH4)2SO44040+(NH4)2S04第一次0.680.690.790.760.900.95第二次0.050.110.400.410.600.68第三次--0.340.140.430.54表9淋洗液中Mn的淋出量Oig)淋洗次数苹果酸浓度(mmol/kg)00+(NH4)2SO42020+(NH4)2SO44040+(NH4)2S04第一次49.0647.7853.5552.1261.3164.46第二次1,476.8738.1938.3655.7564.21第三次-—31.9212.9940.5450.91总量50.5354.6477123.66103.47157.59179.58虽然随着苹果酸浓度的增加，Mn的淋出量递增，但第一次中未加入苹果酸的两组所淋出的Mn也很多。硫酸铵的加入对淋出液中Mn的含量影响并不是很大。从第二次淋洗开始，苹果酸含量为0mmol/kg的两个对照组的淋出液中Mn的含量很低，甚至未检出。而另四组中Mn的淋出量虽然有所减少，但仍可淋出较多的Mn。苹果酸浓度为20mmol/kg的两组中，第二次Mn的淋出几乎不变，而第三次中含有硫酸铵的一组淋出Mn的量较另一组明显减少。苹果酸浓度为40mmol/kg的两组加硫酸铵的两次淋洗淋出的Mn含量都大于未加的(表8与表9)。为尽量减少Mn的损失，尽量减少淋洗次数。结论虽然对堆肥的淋洗可除去对植物有害的重金属，但由上述数据显示，淋洗对于堆肥中含有的大量矿质元素同样有很强的损失作用。而矿质元素对于植物的生长有很大的影响。但Mn、Fe也被认为是重金属，含量过高时，适当地淋出一部分也有利植物生长。用不同浓度苹果酸对堆肥进行淋洗，除Mg没有明显变化外，Ca、Fe、Mn的淋出量均随苹果酸浓度的增大而增多。而对于硫酸铵的加入，对淋出液中Ca的含量有明显抑制作用，对Mg、Fe、Mn的作用并不大。因而硫酸铵是否加入可根据重金属的淋出量而决定。且4种元素在第三次淋洗中仍有大量会随淋洗液损失掉，因此在淋洗修复堆肥中重金属时，从矿质元素的损失角度考虑，最好省去第三次淋洗。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。权利要求1、硫酸铵与苹果酸联合淋洗获得垃圾堆肥矿质元素的方法，其特征在于包括如下步骤1)将含矿质元素的生活垃圾堆肥，过筛分选，自然风干，磨碎，过筛，备用；2)将细沙用1％_H2SO4清洗后24小时100℃烘干，用于过滤底层；3)将处理过的细沙、垃圾堆肥装入淋洗装置中，用硫酸铵与苹果酸混合液进行淋洗，淋洗完毕后，将淋洗液静置48小时；其中堆肥与混合液的重量份数比为1∶2-15；4)用水再次淋洗堆肥，收集淋洗液，淋洗后静置待不再有淋洗液滴出，放置24小时，再淋洗第二次，或第三次淋洗，收集淋洗液；5)将3)，4)收集的淋洗液合并，进行消化处理制得粉末；6)将消化所得粉末用1％的稀硝酸定容，然后测定垃圾堆肥矿质元素的浓度变化。2、如权利要求1所述去除垃圾堆肥中矿质元素的方法，其中的矿质元素为Ca、Mg、Fe、Mn、K、Mo或Be。3、如权利要求1所述获得垃圾堆肥矿质元素的方法，其中硫酸铵与苹果酸混合溶液的重量份数比为20-40mmol/L苹果酸lg/L(NH4)2S04=l:1-2.5。4、如权利要求1所述获得垃圾堆肥矿质元素的方法，其中硫酸铵与苹果酸混合溶液的重量份数比为20mmol/L苹果酸lg/L(NH4)2S04=h1-2.5。5、权利要求1所述获得垃圾堆肥矿质元素的方法在减少矿质元素淋失方面的应用。全文摘要本发明公开了硫酸铵与苹果酸联合淋洗获得垃圾堆肥矿质元素的方法。主要包括将生活垃圾堆肥烘干用重量份数比为20-40mmol/kg苹果酸1g/L(NH₄)₂SO₄＝1∶1-2.5的硫酸铵与苹果酸混合溶液进行垃圾堆肥淋洗，淋洗完毕，静置48小时；其中堆肥与混合液的重量份数比为1∶4-10；每天用水淋洗，持续2-3次，收集淋洗液，过滤进行消化处理，然后测定溶液中Ca、Mg、Fe、Mn、K、Mo、Be的含量变化。本发明采用硫酸铵与苹果酸联合淋洗获得垃圾堆肥矿质元素的方法，目的在于探讨采用淋洗法获得堆肥矿质元素，为生活垃圾堆肥中矿质元素的有效利用提供依据。文档编号C05F9/04GK101597183SQ20091006958公开日2009年12月9日申请日期2009年7月6日优先权日2009年7月6日发明者多立安,雪曹,赵树兰申请人:天津师范大学