专利名称：一种降低畜禽粪便堆肥中重金属生物有效性的钝化剂及使用方法
技术领域：
本发明涉及一种应用重金属钝化剂降低畜禽粪便堆肥中重金属生物有效性的使
用方法，属于有机肥料处理方法。
背景技术：
我国畜禽养殖业发展迅速，但畜禽粪便无害化处理滞后，畜禽粪便已造成了严重 的环境污染，并直接影响畜禽生长和人体健康。2008年12月国家环境部报告公布数据显 示目前，我国农村每年产生的畜禽粪便约27亿吨，到2010年，我国畜禽粪便的排放量将达 到45亿吨。另一方面，畜禽粪便又是农业生产中的宝贵资源，国内畜禽养殖场每年产生的 氮、磷分别达1597万吨和363万吨，相当于我国同期化肥用量的78. 9%和57. 4%，加强对 畜禽粪便无害化处理及肥料化利用是畜禽粪便处理的重要途径。 国内多数企业在饲料中普遍加入高剂量的铜、锌、砷、硒等促进畜禽生长发育所需 的微量营养元素，这些受重金属污染的畜禽饲料经过饲喂畜禽，大量的重金属通过畜禽粪 便被排出体外，这些畜禽粪便的农业利用会使重金属在土壤中积累且有超过土壤容量的风 险，并对土壤造成严重污染。如何降低畜禽粪便中重金属的生物有效性，在施用于土壤后， 减少植物的吸收量，是畜禽粪便肥料化的关键。 治理畜禽粪便重金属污染的主要途径， 一是从堆肥中去除重金属；二是通过改变 堆肥中重金属存在形态使其固定，降低其可移动性和可利用性。从堆肥中去除重金属主要 是利用重金属化合物的酸溶解性，在堆肥化过程中加入酸溶液或络合剂，使不可溶重金属 化合物向可溶形态转化而淋洗掉。酸化处理方法虽然是一个处理效果好、技术成熟、耗时 短的方法，但是酸的耗用量大，并且酸处理后需要用大量的石灰来中和，这样不但使成本增 加，而且易造成二次污染，而使用EDTA等络合剂处理后含有重金属的络合物处理也是一个 令人棘手的问题。且酸化法主要应用于污泥等重金属含量较高的堆肥中，在畜禽粪便堆肥 化应用时难以实现。 目前，在堆肥化过程中加入重金属钝化剂，使其重金属从活性较高的形态向活性 较低的形态转化，越来越受到人们的重视。目前对重金属钝化剂的研究重点是研究单个矿 物对堆肥化过程中重金属的钝化效果。如添加10%风化煤的猪粪堆肥处理，堆肥后比堆 肥前其重金属元素Zn、 Cu、 Cr和As的水溶态含量，分别减少了 6. 17% 、6. 40% 、4. 17 %和 1.83% ;添加10%风化煤的鸡粪堆肥处理，堆肥后比堆肥前分别减少了 7. 07%、5. 69%、 5.50%和2.07% (张树清，张夫道，刘秀梅，等.高温堆肥对畜禽粪中抗生素降解和重金属 钝化的作用.中国农业科学，2006，39(2) :337 343)。利用重金属钝化剂对堆肥化过程中 重金属进行固定，钝化剂来源广泛，方法原理比较简单，操作简便，但对高效重金属钝化剂 的筛选仍需进一步研究和完善。
发明内容
本发明的目的在于提供一种重金属钝化剂，并用这种重金属钝化剂处理畜禽粪 便，从而降低畜禽粪便堆肥中重金属生物有效性，对猪粪等畜禽粪便可交换态重金属钝化 效率高、有害物质产生少、适用性广。
本发明是通过下述方式实现的 (1)用机械粉碎法对晒干后的稻草或其他农作物秸秆进行预处理，所述的机械粉 碎法采用粉碎机对晒干后稻草或其他农作物秸秆进行粉碎，粉碎的粗细度为过4 7目筛， 处理后备用； (2)将鲜猪粪等畜禽粪便与粉碎后的农作物秸秆按重量比2 8 : 1的比例均匀 混合，制成堆肥原料，堆肥原料中要求水分含量为60% 65%;也可用按重量比2 4 : 1
(3)加入重金属钝化剂，重金属钝化剂在堆肥开始前与堆肥原料混合均匀。按每 1000kg堆肥原料添加20 35kg重金属钝化剂的比例添加重金属钝化剂，混合均匀后进行 普通高温堆肥，堆肥中控制温度不超过70°C 。在升温期和高温期采用翻堆或强制通风的方 式。30天左右堆肥腐熟。重金属由可交换态转变为难溶态，可以作为肥料使用。在堆肥过 程中注意防水。 重金属钝化剂包含沸石、粉煤灰和钙镁磷肥； 重金属钝化剂配比8 15kg沸石、10 15kg粉煤灰和5 10kgf丐镁磷肥，按比 例把原料混合后进行粉碎，过10 100目筛。 采用条垛式堆肥，将添加有重金属钝化剂的堆肥原料堆积成高度为0. 7 1. 3m， 堆体宽度为1. 2 2. Om的条垛状，在堆肥升温和高温阶段根据发酵温度的情况进行降温 处理，可以每两天翻堆1次，尤其是在高温期，当堆体温度超过65t:时要马上翻堆或通风降 温，高温期堆肥堆体温度不能超过70°C 。温度过高不利于微生态环境及微生物的生长，降温 阶段和后熟保肥阶段每5天翻堆1次或不翻堆，30天左右堆肥腐熟，可以直接施用。在堆肥 时，要注意防防雨水冲淋，造成流失或环境污染。堆肥中可交换态As的钝化效果为70%以 上，可交换态Cd和Pb的钝化效果为85%以上，可交换态Cr、Cu和Zn的钝化效果为90%以 上。 本发明的优点在于 1、使用机械粉碎法对稻草或其他农作物秸秆进行预处理，能降低纤维素的聚合 度，从而有效解决纤维素降解困难的问题；而且，粉碎的农作物秸秆的添加能改善堆肥堆体 中氧气和水分条件，能加速堆肥腐熟，粉碎的农作物秸秆对猪粪及其堆肥过程中产生的臭 质物质具有较强的吸附能力，减少堆肥过程中臭味产生量。 2、重金属钝化剂对猪粪堆肥中可交换态重金属具有极强的钝化能力，应用重金属 钝化剂，猪粪堆肥中可交换态As的钝化效果为70%以上，可交换态Cd、 Cr、 Cu、 Pb、 Zn等重 金属的钝化效果均在85 %以上。 3、重金属钝化剂能极大地降低猪粪堆肥中重金属的生物有效性，应用了重金属钝 化剂的猪粪堆肥，作物对堆肥中重金属的吸收量显著降低。 4、钙镁磷肥不仅能降低猪粪堆肥中重金属活性，在堆肥过程中，钙镁磷肥中的磷 的生物有效性显著提高，极大提高了猪粪堆肥供应磷素营养的能力。
具体实施例方式
非限定性实施例 实施例1 :重金属钝化剂对猪粪堆肥中可交换态重金属钝化效果的影响 将鲜猪粪等畜禽粪便和粉碎后的农作物秸秆按重量比3 : l的比例调配，按每
1000kg含水量为63%的堆肥原料中添加25kg重金属钝化剂(11kg沸石、8kg粉煤灰和6kg
钙镁磷肥)的比例添加重金属钝化剂。堆肥原料装入底面半径为0.4m、高为l.Om的塑料桶
内，每个塑料桶发酵原料为100kg，堆制35d。采用普通高温堆肥，通气状况采用翻堆措施控
制，在堆体升温期、高温期每2d翻堆一次，降温期不翻堆。设3次重复。以不添加重金属钝
化剂做为对照。 由表(1)可知，添加重金属钝化剂能大幅度降低猪粪堆肥中可交换态As、 Cd、 Cr、 Cu、Pb、Zn等重金属含量，重金属钝化效果显著(重金属钝化效果=(堆前重金属可交换态 含量-堆后重金属可交换态含量)/堆前重金属可交换态含量X100% )。堆肥后，添加重 金属钝化剂猪粪堆肥中可交换态As、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn钝化效果分别为72. 18% ，88. 46%， 93. 93% ，90. 15% ，89. 35% ，92. 67% ;对照猪粪堆肥中可交换态As、 Cd、 Cr、 Cu、 Pb、 Zn钝化 效果分别为20. 75%， 11. 11%，47. 03%，42. 56%，46. 82%，48. 84%。
表1重金属钝化剂对猪粪堆肥中可交换态重金属钝化效果的影响
处理可交换态 As可交换态可交换态 Cr可交换态 (::unj—交换态 Pb可交换态 Zn
逢离綠堆前4,35±0.33(U6士0.012.1械2116.75±1,322.16土0.0317,32±1.49
堆后1,21 ±0.020.03*0,010.13±0.021,65±0.180,23±0,011,27±0,25
堆,—4.24±0.130.27士0.03!,85±0.06L73土(U4",63+U.(S'5
堆后0.24±0,030,98±0.088.53±0.470"2士0.025.()7士).5S 实施例2 :重金属钝化剂对猪粪堆肥中重金属生物有效性的影响
采用盆栽试验，供试蔬菜为湘潭矮脚白，供试肥料为添加重金属钝化剂的猪粪堆 肥、未添加重金属钝化剂的堆肥、尿素(氮含量为46%)、钙镁磷肥(五氧化二磷含量为 12%)和氯化钾(氧化钾含量为60%)。试验设3个处理，对照未添加重金属钝化剂的堆肥 处理；处理二 添加重金属钝化剂的猪粪堆肥处理；处理三纯化肥处理。选用20cmX35cm 陶瓷盆钵，内装过lcm筛的风干土 6kg，施肥量为纯氮0. 35g/kg ;P2050. 10g/kg ;K20 0. 30g/ kg，按照所需养分标准，用含氮量最高的猪粪堆肥处理满足需氮量计算得出腐熟堆肥的施 用量，其他处理不足氮素用尿素补充，磷肥用钙镁磷肥补充，钾肥采用氯化钾补充。所有肥 料均作基肥一次施入。每钵播入8 IO粒种子，待长到约10cm高时定苗2株，60天后收 犾。 由表(2)可知，与对照处理相比，添加重金属钝化剂的堆肥处理能显著降低小白 菜中重金属As、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn的含量，说明重金属钝化剂能显著降低猪粪堆肥中重金属 的生物有效性。添加重金属钝化剂，猪粪堆肥中重金属As、 Cd、 Cr、 Cu、 Pb、 Zn生物有效性 的降低效果(重金属生物有效性的降低效果(％)=(对照含量-处理二含量)/对照含
5量X100% )分别为82. 93% ，77. 78% ，80. 22% ，72. 41% ，83. 18% ，79. 12%。添加重金属 钝化剂的堆肥处理小白菜中重金属含量与纯化肥处理之间的差异不显著，但产量显著高于 纯化肥处理。 表2金属钝化剂对猪粪堆肥中重金属生物有效性及小白菜产量的影响
处理As (mg/kg)Cd (mg/kg)Cr (mg/kg)Cu (mg/kg)Pb (mg/kg)Zn (mg/kg)(g/钵)
对照0. 41 ± 0. 04Aa0. 09± 0.OlAa0. 91 ± 0. 02Aa3. 95 ± 0. 02Aa1. 07± 0. 04Aa22. 75± 1. 03Aa478. 38 ±3 7. 39Aa
处理二0. 07±0. 0 lBb0. 02 ± 0. OOBb0. 18± 0. 02Bb1. 09± 0. 05Bb0. 18± 0. 03Bb4. 75± 0.31Bb490. 43±3 2.96Aa
处理三0. 07 ± 0. OIBb0. 02 ± 0. OOBb0. 25± 0.02Bb1. 19± 0. 02Bb0. 21± 0. 03Bb5. 04± 0.34Bb379. 63±2 0.75Bb 注小字母表示P < 0. 5显著水平，大字母表示P < 0. 01显著水平。
权利要求
一种降低畜禽粪便堆肥中重金属生物有效性的钝化剂及使用方法，其特征在于重金属钝化剂基本由沸石、粉煤灰和钙镁磷肥组成，畜禽粪便与稻草或其他农作物秸秆进行预处理后，添加一定比例的重金属钝化剂并搅拌均匀，进行普通高温堆肥处理。
2. 根据权利要求1所述的降低畜禽粪便堆肥中重金属生物有效性的钝化剂及使用 方法，其特征在于将鲜猪粪等畜禽粪便与粉碎后的稻草或其它农作物秸秆按重量比2 8 : 1的比例均匀混合，堆肥原料水分含量为60% 65%，进行简单高温堆肥，高温期堆肥 温度不超过70°C。
3. 根据权利要求1所述降低畜禽粪便堆肥中重金属生物有效性的钝化剂及使用方法， 其特征在于重金属钝化剂各组分的比例为8 15kg沸石、10 15kg粉煤灰和5 10kg 牵丐镁磷肥。
4. 根据权利要求1所述的降低畜禽粪便堆肥中重金属生物有效性的钝化剂及使用方 法，其特征在于重金属钝化剂的添加比例为每1000kg含水量为60X 65X的堆肥原料中 添加20 35kg。
全文摘要
本发明涉及一种降低畜禽粪便堆肥中重金属生物有效性的钝化剂及使用方法。本发明涉及了一种重金属钝化剂用于降低猪粪堆肥中重金属生物有效性的使用方法。将鲜猪粪等畜禽粪便与粉碎后的稻草或其它农作物秸秆按重量比2～8∶1的比例均匀混合，水分含量为60％～65％，进行简单高温堆肥，高温期堆肥温度不超过70℃，采用翻堆或强制通风的方式；在堆肥时，按每1000kg堆肥原料添加20～35kg重金属钝化剂；堆肥30天左右腐熟后的堆肥中可交换态As的钝化效果为70％以上，可交换态Cd的钝化效果为85％以上，可交换态Cr的钝化效果为90％以上，可交换态Cu的钝化效果为90％以上，可交换态Pb的钝化效果为85％以上，可交换态Zn的钝化效果为90％以上。本发明显著降低了猪粪堆肥中重金属的有效性，同时具备简单易操作的优点，适于在有机肥料厂和广大农村推广使用。
文档编号C05G3/00GK101696136SQ200910044699
公开日2010年4月21日 申请日期2009年11月5日 优先权日2009年11月5日
发明者刘强, 宋海星, 彭建伟, 荣湘民, 谢桂先 申请人:湖南农业大学;