本发明涉及土壤钝化剂制备技术领域，特别是一种污泥、餐厨垃圾生物炭土壤重金属钝化剂的制备方法。
背景技术：
随着现代工农业的飞速发展，大量的工业“三废”、城市生活垃圾等污染物的排放和不恰当的处置，使得重金属在土壤中不断地累积增加，含重金属的农药和化肥的过度使用也加重了土壤重金属污染的程度，对人、畜构成严重危害。
我国污水处理厂每天产生的污泥量在3000万吨左右，黑臭水体治理过程中也会产生大量的污泥，因其含水率高、重金属含量高的原因，其安全处置是一个巨大的难题。但污泥中有机质含量高达40％以上，同时还富含植物生长所需的氮磷钾等营养物质，恰恰是土壤所需要的。
同时，在垃圾分类的大趋势下，通过垃圾分类回收、利用和处置可以有效减少垃圾总量，降低垃圾处理成本。在家庭生活废弃物中，餐厨垃圾是很重要的一部分，含有丰富的有机质，可以作为肥料改良土壤。
生物炭是生物质在高温条件下热解的产物，具有多孔结构、特定官能团的稳定碳源，对多数污染物有较强的吸附能力。通过对污泥和餐厨垃圾的合理处理后，掺和制备生物炭作为土壤改良剂进行使用，可以有效降低污泥处理处置成本，减少生活垃圾处理量，改良土壤环境质量，取得巨大的经济、环境和社会效益。
关于土壤重金属钝化剂已有较多相关专利，但是目前大范围应用的不多，尤其是在农田土壤中应用的更少。
关于餐厨垃圾与污泥混合制备生物炭的专利仅有两项，cn201611190634.3公布了一种混合餐厨垃圾的污泥基生物炭的制备方法，但是方法过于繁琐，涉及到酸洗和去离子水洗涤等，不适合大规模应用；cn201610460139.3公布了一种污泥与餐厨垃圾的处理方法，重点在污泥与餐厨的垃圾的联合处理思路，没有对生物炭制备进行详细表述，不具备可操作性。因此，生物炭土壤重金属钝化剂的制备方法上的改进和创新是目前亟需解决的问题。
技术实现要素：
针对上述情况，为解决现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种污泥、餐厨垃圾生物炭土壤重金属钝化剂的制备方法，可有效解决大量的工业“三废”、城市生活垃圾等污染物的排放和不恰当的处置，使得重金属在土壤中不断地累积增加的问题。
本发明解决的技术方案是，原材料包括污泥和餐厨垃圾，所述的污泥指城市污水处理厂污泥或者水体底部疏浚污泥，脱水后使用；所述的餐厨垃圾，为果壳、果渣、果皮、蔬菜的一种或几种的混合；例如花生壳、核桃壳、瓜子壳等干果壳，甘蔗渣、玉米芯、或者香蕉皮、西瓜皮、蔬菜茎叶等富含钎纤维素或有机质的垃圾。
本发明方法制备的生物炭对重金属有很强的吸附能力，可以阻止土壤中的重金属向地下水迁移，防治地下水污染，同时，为土壤中异养型微生物提供碳源，有利于植物对水分和土壤养分的吸收，提高表层土壤中氧气的通量，是生物炭制备方法上的创新。
附图说明
图1为本发明的污泥、餐厨垃圾生物炭制备流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
由图1给出，本发明包括以下步骤：
1)城市污水处理厂污泥或水体疏浚污泥经过脱水处理后，添加淋洗剂，每1kg污泥中淋洗剂用量为1-3l，淋洗去除部分重金属；所述的淋洗剂浓度在0.01-0.30mol/l之间，为柠檬酸、草酸、腐殖酸、乙二胺四乙酸、三氯化铁溶液中的一种或两种以上的混合；
2)将餐厨垃圾破碎，所述的餐厨垃圾为果壳、果渣、果皮、蔬菜的一种或几种的混合；
3)将处理后的污泥与餐厨垃圾按照10-15：1的比例掺合，得混合物；
4)将混合物自然风干，或干燥机干燥，含水率降至10％以下；
5)将步骤4)干燥后的材料粉碎，过100目筛，置于热解装置内，在绝氧条件下，升温至500-700℃，烧制3-4h，让马弗炉自然降温到25-27℃，即可得到污泥生物炭。
为了保证制得的污泥生物炭效果，所述的污泥脱水处理为加药处理或机械脱水处理，含水率低于80％即可。
所述的淋洗剂为0.05-0.3mol/l草酸溶液、0.01-0.005mol/l乙二胺四乙酸溶液、0.05-0.2mol/l三氯化铁溶液、0.01-0.1mol/l腐殖酸溶液、0.01-0.1mol/l柠檬酸溶液中的一种或几种的组合；主要目的是活化或者螯合污泥中的重金属，使重金属与污泥不再紧密结合。
所述的餐厨垃圾为花生壳、瓜子壳、玉米芯、甘蔗渣、果皮、蔬菜茎叶富含纤维素或有机质的垃圾。
所述的热解装置为马弗炉或热解反应器或生活垃圾热解炉。
实施例1
1)城市污水处理厂污泥或水体疏浚污泥经过脱水处理后，添加0.06mol/l草酸溶液、0.08mol/l腐殖酸溶液，每1kg污泥中淋洗剂用量为2l，淋洗去除部分重金属；
2)将花生壳、瓜子壳、玉米芯、甘蔗渣破碎，破碎至粒径小于2cm，所述的餐厨垃圾为干果壳或果皮蔬菜；
3)将板框压滤机压滤后的污泥与餐厨垃圾按照10-15：1的质量比掺合，得混合物；
4)将混合物自然风干，使含水率在10％以下；
5)将步骤4)干燥后的材料粉碎，过100目筛，置于热解装置内，在绝氧条件下，升温至500-700℃，烧制4h后，让马弗炉自然降温到25℃，即可得到污泥生物炭。
实施例2
1)城市污水处理厂污泥经过污泥脱水机脱水处理后，添加0.09mol/l柠檬酸溶液、0.03mol/l乙二胺四乙酸溶液、0.013mol/l三氯化铁溶液，每1kg污泥中淋洗剂用量为3l，淋洗去除部分重金属；
2)将玉米芯、甘蔗渣、果皮、蔬菜茎叶破碎，破碎至粒径小于2cm；
3)将板框压滤机压滤后的污泥与餐厨垃圾按照10-15：1的质量比掺合，得混合物；
4)将混合物置于干燥机中400℃干燥，使含水率在10％以下；
5)将步骤4)干燥后的材料粉碎，过100目筛，置于热解装置内，在绝氧条件下，升温至500-700℃，烧制4h后，让马弗炉自然降温到25℃，即可得到污泥生物炭。
本发明污泥、餐厨垃圾生物炭的制备流程如图1所示，城市污水处理厂污泥或水体疏浚污泥经过脱水处理后，加入淋洗剂a淋洗去除污泥中大部分重金属，经板框压滤机压滤后的污泥与破碎后的餐厨垃圾混合按比例混合，板框压滤目的在于，通过压滤将淋洗剂活化或者螯合的重金属从污泥中去除掉，混合物干燥至含水率低于10％，然后在500-700℃高温条件下热解4小时，最后得到烧制好的污泥、餐厨垃圾生物炭。
为了研究污泥、餐厨垃圾生物炭对土壤中镉、铜、铅、锌重金属的吸附效果，分别进行四组实验，每组实验包括空白样共8个样品，每个样品做两组平行样，共96个样品。试验土壤中含有重金属的初始含量均为50mg，设置添加污泥、餐厨垃圾生物炭的含量梯度为0、0.2、0.4、0.6、0.8。分在管的底部和与土混合两种方式加到塑料管中。
一、将本发明污泥、餐厨垃圾生物炭放置塑料管底部
塑料管底部放置污泥、餐厨垃圾生物炭，准确称量0、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.8、1.0g污泥、餐厨垃圾生物炭，置于塑料管的底部，在此基础上在塑料管中加入50g的试验用土。将装入土的塑料管放置到漏斗架上，每个装置中加50ml的纯水，静置过滤，检测过滤下来的液体中重金属的剩余含量，计算得到钝化效率。结果如下：
表1底部投加污泥、餐厨垃圾生物炭对土壤中重金属的钝化效果
二、将本发明污泥生物炭与土壤混合
准确称量0、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.8、1.0g污泥生物炭，充分与50g实验用土混合均匀，将装入土的塑料管放置到漏斗架上，每个装置中加50ml的纯水，静置过滤，检测过滤下来的液体中重金属的剩余含量，计算得到钝化效率。结果如下：
表2混合投加污泥-餐厨垃圾生物炭对土壤中铅的钝化效果
由以上实验表明，无论是管底部添加，还是将污泥生物炭与土壤混合，污泥、餐厨垃圾生物炭对土壤中的重金属铜、锌、镉、铅都具有较好的吸附钝化效果，在实际生产中，考虑耕地实际情况，在土壤底部添加污泥生物炭的方式实施起来的条件有限，浪费人力物力，所以建议使用污泥、餐厨垃圾生物炭与土壤充分混合的方式添加。
在50g的试验用土中，最低使用剂量0.2g的条件下，吸附钝化效率即可达到70％以上，平均吸附量达到了184.4-212.5mg/g。污泥、餐厨垃圾生物炭使用量的增加，重金属吸附钝化效果不断加强，但是平均吸附量下降至58.8-60.2mg/g。根据试验结果，建议根据土壤重金属污染情况不同，污泥、餐厨垃圾生物炭实际投加量在10-40吨/公顷。
本发明的优点体现在以下几个方面，第一，生物炭对重金属有很强的吸附能力，可以阻止土壤中的重金属向地下水迁移，防治地下水污染，同时，餐厨垃圾的加入增加了生物炭有机质含量，可以使土壤碳氮比增加，为土壤中异养型微生物提供碳源，丰富土壤的生物多样性，第二，生物炭还具有较好的报水保肥性能，有利于植物对水分和土壤养分的吸收；第三，生物炭的投加有利于改良土壤的团粒结构，提高表层土壤中氧气的通量；第四，本发明属于废物协同处理与资源化利用方面的创新，其实施将会产生巨大的环境效应和社会效益。