專利名稱：一種清除重金屬修復(fù)生活垃圾堆肥的淋洗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(fù)生活垃圾堆肥的淋洗方法。
背景技術(shù)：
目前，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)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(huì)發(fā)展中的棘手問題，不僅對(duì)社會(huì)、環(huán)境造成公害，而且對(duì)資源造成巨大的浪費(fèi)。當(dāng)今人們環(huán)保意識(shí)日益增強(qiáng)，對(duì)可持續(xù)發(fā)展問題認(rèn)識(shí)不斷深入，城市生活垃圾處理應(yīng)走資源化這條路已被越來越多的人接受。中國(guó)城市生活垃圾處理問題刻不容緩。城市垃圾除簡(jiǎn)單回收一些物品外，如何在資源化的深度和廣度上進(jìn)一步深入，是目前人們關(guān)注的焦點(diǎn)問題。
堆肥法是利用微生物的活動(dòng)將垃圾中的易腐有機(jī)物分解，轉(zhuǎn)變成富含有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素和微量元素的有機(jī)質(zhì)肥料，使垃圾實(shí)現(xiàn)從自然界來又回歸自然界的良性循環(huán)，是經(jīng)濟(jì)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于植物生長(zhǎng)的有機(jī)質(zhì)和礦質(zhì)元素，如能開發(fā)利用，不僅能解決環(huán)境問題，而且可以變廢為寶，增加新的經(jīng)濟(jì)效益。
但堆肥中仍存在有害物質(zhì)。垃圾堆肥中含有一定量不同形態(tài)的重金屬和鹽分，即存在多種重金屬復(fù)合污染的問題。當(dāng)生活垃圾堆肥施入土壤后，將引起土壤重金屬和鹽分含量增加，直接危害植物生長(zhǎng)或成為潛在的威脅。土壤中累積過多的重金屬，一旦進(jìn)入食物鏈或地下水，還能造成新的環(huán)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(shì)。堆肥施用量過大可使青菜地上部分重金屬濃度超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。因此，在堆肥合理施用過程中，應(yīng)進(jìn)一步嚴(yán)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，采取各種方法來提高垃圾堆肥的質(zhì)量，減少生活垃圾堆肥中的重金屬含量，對(duì)城市生活垃圾堆肥進(jìn)行修復(fù)，更具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和充分的試驗(yàn)價(jià)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(zhuǎn)移到堆肥液相中去，再把富含重金屬的廢水進(jìn)一步回收處理的堆肥修復(fù)方法。該方法的技術(shù)關(guān)鍵是尋找一種既能提取各種形態(tài)的重金屬，又不破壞垃圾堆肥結(jié)構(gòu)的淋洗液。
目前，在土壤重金屬污染修復(fù)研究中，選用的淋洗劑較多，其中包括有機(jī)或無機(jī)酸、堿、鹽和合劑。前人曾對(duì)多種淋洗劑進(jìn)行研究，比如Beveridge等研究了化學(xué)合成的陰離子、陽離子和非離子表面活性劑對(duì)粘土中重金屬吸附的影響，發(fā)現(xiàn)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(duì)污染土壤中的Pb進(jìn)行活化，其強(qiáng)弱順序?yàn)镋DTA＞HEDTA＞DTPA＞EGTA＞EDDHA。螯合劑不但能活化Pb，對(duì)其它重金屬如Cu、Zn、Cd、Ni也有很強(qiáng)的活化能力。據(jù)Blaylock等報(bào)道，一些人工螯合劑如EDTA、DTPA、EGTA、CDTA及檸檬酸有明顯促進(jìn)印度芥菜(Brassicajuncea)對(duì)鎘和鉛吸收的效果。但EDTA的這種絡(luò)合強(qiáng)化修復(fù)的環(huán)境效應(yīng)，易造成二次污染，尤其對(duì)地下水的潛在污染威脅已愈來愈引起人們的關(guān)注。但這里需要指出的是，選用適當(dāng)淋洗劑修復(fù)垃圾堆肥中復(fù)合重金屬污染的研究涉及內(nèi)容則并不多見；尤其是利用LAS、DL-蘋果酸、檸檬酸對(duì)城市生活垃圾堆肥中的重金屬的修復(fù)尚未見研究報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足之處，意在研究各種處理方法對(duì)堆肥重金屬M(fèi)n、Ni、Cu、Zn、Cd修復(fù)的效果，提供一種利用表面活性劑或和有機(jī)酸清除重金屬修復(fù)生活垃圾堆肥污染的淋洗方法；以達(dá)到城市生活垃圾堆肥的安全有效利用的目的。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種清除重金屬修復(fù)生活垃圾堆肥的淋洗方法；其特征在于實(shí)施方法如下配制淋洗劑單一淋洗劑配制分別配制只含表面活性劑LAS、有機(jī)酸DL-蘋果酸或檸檬酸淋洗劑，每種溶液配制的濃度范圍為10mmol/L-30mmol/L；復(fù)合淋洗劑配制采用表面活性劑LAS分別與有機(jī)酸DL-蘋果酸或檸檬酸配制淋洗劑；LAS與DL-蘋果酸復(fù)合淋洗劑配制的濃度范圍為L(zhǎng)AS濃度范圍為10mmol/L-30mmol/L；DL-蘋果酸濃度范圍為10mmol/L-30mmol/L；LAS與檸檬酸復(fù)合淋洗劑配制的濃度范圍為L(zhǎng)AS濃度范圍為10mmol/L-30mmol/L；檸檬酸濃度范圍為10mmol/L-30mmol/L；淋洗步驟(1)對(duì)垃圾堆肥進(jìn)行預(yù)處理，除去其中的塑料薄膜、磚瓦、石塊、玻璃等雜物；(2)將預(yù)處理后的垃圾堆肥在60℃-100℃條件下烘干以去除堆肥中的水分，烘干過程所需時(shí)間范圍2-8小時(shí)；(3)將垃圾堆肥均勻置于可收集淋洗液的滲漏裝置中，對(duì)垃圾堆肥進(jìn)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，并收集淋洗液。
本發(fā)明的有益效果是選用表面活性劑LAS、有機(jī)酸DL-蘋果酸、檸檬酸單一或復(fù)合應(yīng)用，大量的試驗(yàn)研究，證實(shí)它們單獨(dú)作用于垃圾堆肥的重金屬淋溶效果，而且嘗試將這些表面活性劑、螯合劑復(fù)合作用于堆肥，為城市生活垃圾堆肥的重金屬修復(fù)提供依據(jù)。由于LAS其有效性、多功能性、性價(jià)比、環(huán)境相對(duì)安全性而成為目前世界上普遍使用的表面活性劑；同時(shí)，由于蘋果酸、檸檬酸無害、無毒，經(jīng)常在食品加工業(yè)中使用，基于以上特征，我們選用配制作為垃圾堆肥的淋洗劑。
本發(fā)明中配制淋洗劑且實(shí)施淋洗技術(shù)操作工藝簡(jiǎn)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(fù)生活垃圾堆肥，降低污染。本發(fā)明應(yīng)用方便、成本低，具有非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益，應(yīng)用前景非常廣泛。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1一種表面活性劑及其有機(jī)酸清除重金屬修復(fù)生活垃圾堆肥污染的淋洗方法；其特征在于實(shí)施方法如下配制淋洗劑分別配制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三種濃度配制；試驗(yàn)材料選用垃圾堆肥，采自天津市河北區(qū)小淀垃圾處理廠。如稱量100g的垃圾堆肥作為實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。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(duì)垃圾堆肥進(jìn)行預(yù)處理，除去其中的塑料薄膜、磚瓦、石塊、玻璃等雜物；(2)將預(yù)處理后的垃圾堆肥在60℃-100℃條件下烘干以去除堆肥中的水分，烘干過程所需時(shí)間范圍2-8小時(shí)；(3)將垃圾堆肥均勻置于可收集淋洗液的滲漏裝置中，對(duì)垃圾堆肥進(jìn)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，并收集淋洗液。
用電感藕合等離子體原子發(fā)射光譜儀(ICP-AES)同時(shí)測(cè)定某一濃度淋洗后溶液中的Mn、Ni、Cu、Zn、Cd的含量；實(shí)施效果顯著，參見表1。
實(shí)施例2采用LAS、DL-蘋果酸；設(shè)定DL-蘋果酸的濃度為20mmol/L，(設(shè)定10mmol/L-30mmol/L范圍內(nèi)均可)改變LAS的濃度分別為10mmol/L、20mmol/L、30mmol/L；或者設(shè)定LAS的濃度為20mmol/L，(設(shè)定10mmol/L-30mmol/L范圍內(nèi)均可)改變DL-蘋果酸的濃度分別為10mmol/L、20mmol/L、30mmol/L。
試驗(yàn)材料選用垃圾堆肥，先對(duì)垃圾堆肥進(jìn)行預(yù)處理，稱量100g的垃圾堆肥作為實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。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(duì)垃圾堆肥進(jìn)行預(yù)處理，除去其中的塑料薄膜、磚瓦、石塊、玻璃等雜物；(2)將預(yù)處理后的垃圾堆肥在60℃-100℃條件下烘干以去除堆肥中的水分，烘干過程所需時(shí)間范圍2-8小時(shí)；(3)將垃圾堆肥均勻置于可收集淋洗液的滲漏裝置中，對(duì)垃圾堆肥進(jìn)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，并收集淋洗液。
用電感藕合等離子體原子發(fā)射光譜儀(ICP-AES)同時(shí)測(cè)定某一濃度淋洗后溶液中的Mn、Ni、Cu、Zn、Cd的含量；實(shí)施效果顯著，參見表2。
實(shí)施例3采用LAS、檸檬酸；設(shè)定檸檬酸的濃度為20mmol/L，(設(shè)定10mmol/L-30mmol/L范圍內(nèi)均可)改變LAS的濃度分別為10mmol/L、20mmol/L、30mmol/L；或者設(shè)定LAS的濃度為20mmol/L，(設(shè)定10mmol/L-30mmol/L范圍內(nèi)均可)改變檸檬酸的濃度分別為10mmol/L、20mmol/L、30mmol/L。
試驗(yàn)材料選用垃圾堆肥，先對(duì)垃圾堆肥進(jìn)行預(yù)處理，稱量100g的垃圾堆肥作為實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。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(duì)垃圾堆肥進(jìn)行預(yù)處理，除去其中的塑料薄膜、磚瓦、石塊、玻璃等雜物；(2)將預(yù)處理后的垃圾堆肥在60℃-100℃條件下烘干以去除堆肥中的水分，烘干過程所需時(shí)間范圍2-8小時(shí)；(3)將垃圾堆肥均勻置于可收集淋洗液的滲漏裝置中，對(duì)垃圾堆肥進(jìn)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，并收集淋洗液。
用電感藕合等離子體原子發(fā)射光譜儀(ICP-AES)同時(shí)測(cè)定某一濃度淋洗后溶液中的Mn、Ni、Cu、Zn、Cd的含量；實(shí)施效果顯著，參見表2。
發(fā)明結(jié)果分析1、表面活性劑與螯合劑單獨(dú)對(duì)堆肥重金屬淋洗量的影響。
表面活性劑與螯合劑單獨(dú)作用對(duì)堆肥重金屬淋洗量影響測(cè)定結(jié)果見表1。當(dāng)淋洗劑為L(zhǎng)AS時(shí)，Mn、Cu的溶出量隨著LAS濃度的增加而增加。但LAS淋洗重金屬M(fèi)n的效果不如對(duì)照水。只有當(dāng)LAS濃度為20mmol/L時(shí)，Ni才有淋洗量。Cd的淋洗量在LAS濃度為30mmol/L時(shí)為最多，并為原垃圾堆肥中Cd含量的1.25％。因?yàn)長(zhǎng)AS是一種絡(luò)合劑，可以與Cd形成穩(wěn)定的絡(luò)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(dāng)淋洗劑為DL-蘋果酸時(shí)，Mn、Zn的溶出量隨著蘋果酸濃度的增加而增加。當(dāng)蘋果酸濃度為30mmol/L時(shí)，Mn的淋洗量為對(duì)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(shí)淋洗效果最好，是對(duì)照水的9.33倍。只有當(dāng)蘋果酸濃度為10mmol/L時(shí)，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(yīng)形成螯合物。數(shù)據(jù)顯示，Mn、Cu、Zn與DL-蘋果酸的螯合效果最好。
當(dāng)淋溶劑為檸檬酸時(shí)，Mn的淋洗量比較顯著，是對(duì)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(dāng)檸檬酸濃度為20mmol/L時(shí)，Cd的淋洗量與30mmol/L的LAS的Cd淋洗量相當(dāng)。
表1單一表面活性劑或有機(jī)酸(螯合劑)對(duì)垃圾堆肥重金屬淋洗量的影響對(duì)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(dòng)性，提高了修復(fù)的效率。同時(shí)德國(guó)的科學(xué)家的研究證實(shí)，檸檬酸能有效去除土壤中遷移性較強(qiáng)的金屬離子，而且其生物可降解性強(qiáng)，不溶解土壤中的粘土成分，可循環(huán)使用。美國(guó)科學(xué)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，并能有效回收。使用檸檬酸的另一個(gè)好處在于它對(duì)土壤環(huán)境中的天然細(xì)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(duì)堆肥重金屬的淋溶效果相對(duì)還是比較明顯的。
2、表面活性劑與螯合劑復(fù)合作用對(duì)堆肥重金屬淋洗量的影響。
表面活性劑與螯合劑復(fù)合作用對(duì)堆肥重金屬淋洗量影響測(cè)定結(jié)果見表2。
在本發(fā)明中，當(dāng)DL-蘋果酸濃度一定時(shí)，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(shí)，除了Ni、Cd的淋洗量與對(duì)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(dú)使用時(shí)最大淋洗量的9.4倍。Mn的淋洗量是對(duì)照水的58.9倍。當(dāng)檸檬酸濃度固定時(shí)，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(dāng)LAS濃度為20mmol/L時(shí)，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(shí)，Mn的淋洗量是LAS單獨(dú)使用時(shí)的6576倍，Cd的淋洗量都比對(duì)照水高。
表2表面活性劑和有機(jī)酸(螯合劑)復(fù)合作用對(duì)垃圾堆肥重金屬淋洗量的影響對(duì)比

由此可見，LAS與螯合劑復(fù)合使用的重金屬淋洗量比LAS單獨(dú)使用時(shí)的淋溶效果明顯。而且，LAS與檸檬酸共同作用時(shí)Mn、Ni、Zn、Cd的淋洗量要比LAS與DL-蘋果酸復(fù)合時(shí)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(dú)、復(fù)合作用于堆肥中的重金屬的方式，對(duì)垃圾堆肥中的重金屬進(jìn)行修復(fù)，將重金屬從堆肥中分離出來，提高堆肥的再次使用率，擴(kuò)大堆肥的適用范圍。通過研究，可以得出以下結(jié)論使用表面活性劑、螯合劑重金屬的淋洗效果比對(duì)照水有明顯的提高。表面活性劑與螯合劑的復(fù)合作用效果比單獨(dú)使用的效果更明顯。不同的金屬對(duì)不同的淋洗劑，淋洗效果不同。在螯合劑的單獨(dú)使用過程中，DL-蘋果酸和檸檬酸對(duì)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、螯合劑復(fù)合作用中，Mn、Ni、Zn的溶出效果最明顯。本發(fā)明的實(shí)施不但完全復(fù)合城市發(fā)展綠色環(huán)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(fù)及應(yīng)用拓寬了道路。
上述參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明一種清除重金屬修復(fù)生活垃圾堆肥的淋洗方法進(jìn)行的詳細(xì)描述，是說明性的而不是限定性的，可根據(jù)需要例舉出若干限定范圍內(nèi)的實(shí)施例，因此在不脫離本發(fā)明總體構(gòu)思下的變化和修改，應(yīng)屬本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種清除重金屬修復(fù)生活垃圾堆肥的淋洗方法；其特征在于實(shí)施方法如下配制淋洗劑單一淋洗劑配制分別配制只含表面活性劑LAS、有機(jī)酸DL-蘋果酸或檸檬酸淋洗劑，每種溶液配制的濃度范圍為10mmol/L-30mmol/L；復(fù)合淋洗劑配制采用表面活性劑LAS分別與有機(jī)酸DL-蘋果酸或檸檬酸配制淋洗劑；LAS與DL-蘋果酸復(fù)合淋洗劑配制的濃度范圍為L(zhǎng)AS濃度范圍為10mmol/L-30mmol/L；DL-蘋果酸濃度范圍為10mmol/L-30mmol/L；LAS與檸檬酸復(fù)合淋洗劑配制的濃度范圍為L(zhǎng)AS濃度范圍為10mmol/L-30mmol/L；檸檬酸濃度范圍為10mmol/L-30mmol/L；淋洗步驟(1)對(duì)垃圾堆肥進(jìn)行預(yù)處理，除去其中的塑料薄膜、磚瓦、石塊、玻璃等雜物；(2)將預(yù)處理后的垃圾堆肥在60℃-100℃條件下烘干以去除堆肥中的水分，烘干過程所需時(shí)間范圍2-8小時(shí)；(3)將垃圾堆肥均勻置于可收集淋洗液的滲漏裝置中，對(duì)垃圾堆肥進(jìn)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，并收集淋洗液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種清除重金屬修復(fù)生活垃圾堆肥的淋洗方法；該實(shí)施方法如下，淋洗劑配制分別配制各種濃度的表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉(LAS)、有機(jī)酸DL－蘋果酸、檸檬酸單一或復(fù)合淋洗劑。淋洗步驟(1)對(duì)垃圾堆肥進(jìn)行預(yù)處理，除去其中的塑料薄膜、磚瓦、石塊、玻璃等雜物；(2)將預(yù)處理后的垃圾堆肥在60℃－100℃條件下烘干以去除堆肥中的水分，烘干2－8小時(shí)；(3)將垃圾堆肥均勻置于可收集淋洗液的滲漏裝置中，對(duì)垃圾堆肥進(jìn)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，并收集淋洗液。本發(fā)明有效降低生活垃圾堆肥中的重金屬含量，修復(fù)生活垃圾堆肥污染；其技術(shù)操作工藝簡(jiǎn)單，效益非常顯著，應(yīng)用前景廣泛。
文檔編號(hào)B09B3/00GK1962562SQ20061012987
公開日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2006年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月5日
發(fā)明者多立安, 趙樹蘭, 夢(mèng)婕 申請(qǐng)人:天津師范大學(xué)