[发明专利]热解猪粪降低重金属生物有效性的方法及其生物炭应用

说明书

技术领域

本发明属于有机肥料处理与应用领域。具体地，本发明涉及一种热解猪粪降低重金属生 物有效性的方法及其生物炭应用。

背景技术

近年来，随着我国规模化畜禽养殖业的迅猛发展，畜禽粪便产生量日益增加，2013年仅 猪粪排放量就高达7.26亿吨。猪粪是一种肥料资源，其在培肥地力、提高土壤微生物和生物 化学活性以及促进养分循环和再利用等方面的作用已得到普遍的证实。但集约化养殖过程中， 猪粪中的物质组分及含量发生了很大变化，尤其是重金属含量大幅增加。猪粪等有机粪肥正 在成为危害性和危险性不断增加的一种污染源。猪粪中重金属以各种形态存在，而重金属的 形态与其生物有效性密切相关。目前，猪粪等有机粪肥多用于土地利用，且施用量较大，而 作物中重金属的含量与施用粪肥土壤中有效性重金属含量存在很好的相关性。因此，如何有 效降低猪粪中重金属的生物有效性，减少其农田利用后环境风险的发生，是猪粪肥料化的关 键。

未经任何处理的畜禽粪便中重金属的有效态含量较高。传统堆肥法是实现畜禽粪便无害 化和资源化利用的重要手段，如发明专利ZL200710064905.5、ZL200910044699.0和 ZL200910084706.X等利用重金属钝化剂使畜禽粪肥中重金属从活性较高的形态向活性较低 的形态转化，从而降低畜禽粪便堆肥中重金属生物有效性。然而，堆肥产品施入土壤后，在 土壤微生物的作用下很容易发生降解，造成重金属再次释放对土壤环境形成潜在风险。

热解技术是指将生物质在无氧或缺氧和相对低温条件下热解，生成高能的制备成附加值 较高的最终产物如生物原油、燃料气体和生物炭。目前，基于农业废弃物的生物炭的研制及 其在农业、环境领域中的应用引起了国内外科学家的高度关注；一些学者研究认为畜禽粪便 可能是潜在的适合生物炭的原材料。通过热解处理猪粪不仅可以通过高温杀死病原菌，极大 减少粪肥体积，而且还能产生附加值高的生物炭，它是一条具有环境和经济双重效益的有效 途径。

然而，关于热解技术能否降低猪粪等有机粪肥中重金属生物有效性及高重金属含量生物 炭应用潜力的研究却未有报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种降低猪粪中重金属生物有效性的方法，本发明利用 高温热解技术降低猪粪中重金属生物有效性，显著降低猪粪中可交换态重金属含量，并能产 生附加值高的生物炭。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种热解猪粪降低重金属生物有效性的方法，包括 如下步骤：

1)、将水分含量≤15％的干燥后猪粪粉碎，将水分含量≤15％的干燥后稻草粉碎；上述％ 均为重量％；

2)、将粉碎后猪粪与粉碎后稻草按照1：0～3(较佳为1:1)的重量比混合均匀，得生物 质原料；

3)、将生物质原料放入还原气氛炉中，于300～700℃(较佳为400～700℃)高温热解2～4 小时，冷却至室温后得生物炭；所述生物炭中的重金属含量(可交换态含量)相对于猪粪中 的重金属含量而言能降低至少90％。

作为本发明的热解猪粪降低重金属生物有效性的方法的改进：所述重金属为(主要包括) 锌、铜。

作为本发明的热解猪粪降低重金属生物有效性的方法的进一步改进：所述步骤1)中： 干燥后猪粪粉碎至能过10目的筛，干燥后稻草粉碎至能过10目的筛。

本发明还同时提供了利用上述方法所得的生物炭制备化学改性生物炭的方法：

将生物炭粉碎至能过100目的筛，然后浸泡于改良剂中于150～250rpm振荡器上水平振荡 1.5～2.h；所述改良剂为0.1mol/L的盐酸；

再重复上述浸泡1～3次后(目的是为了去除生物炭表面杂质组分)，真空抽滤，所得滤饼 用去离子水清洗至pH为近中性(即，pH为6.8～7.0)，再于70～90℃烘干至恒重，得化学改 性生物炭。

本发明告知了采用高温热解技术固定猪粪中重金属生物有效性的新方法及所得的生物炭 在农业环境中的应用潜力。

本发明所得的生物炭能用于重金属污染土壤的改良。

本发明所得的化学改性生物炭能应用于废水金属铜离子的去除。