[发明专利]一种生物炭强化土著氧化亚铁细菌去除猪粪中重金属的方法

说明书

本发明公布了一种生物炭强化土著氧化亚铁细菌去除猪粪中重金属的方法，这是一项生物炭强化氧化亚铁细菌去除猪粪和其他畜禽粪便中重金属的方法。生物炭为小麦秸秆500℃缺氧煅烧制备而成。向生物反应器加入待处理猪粪，分别接种10％～15％土著氧化亚铁细菌和5～10g/L生物炭，在30℃±2℃条件下曝气处理4～7天，泵出处理过的猪粪，猪粪脱水后，调节液相部分pH沉淀重金属，固相部分中和后农用。猪粪中重金属去除率高达90％～98％，猪粪中养分损失量减少10％以上。该方法操作简便，经济可行，安全，是一种高效去除猪粪中重金属的方法。

一、技术领域

本发明涉及一种生物炭强化土著氧化亚铁细菌去除猪粪中重金属的方法，是一项利用生物炭的氧化还原活性和吸附性促进氧化亚铁细菌生长进而去除畜禽粪便中重金属同时减少营养物质流失的技术，属于环境工程技术领域。

二、背景技术

近年来，随着规模化畜禽养殖的快速发展，每年有大量的畜禽粪便产生，据统计2010年畜禽粪便产量为2.43亿吨。由于畜禽粪便中富含丰富的氮，磷，有机物等营养物质，被广泛的用作农用土壤肥料。然而，在畜禽养殖生产过程中，为了能够促进动物生长、提高饲料使用率和便于治疗控制疾病，饲料中添加了大量的微量元素添加剂，如Cu，Zn，As等，而这些元素在畜禽体内的消化吸收率极低，因此畜禽固体排泄物中聚集了高浓度的重金属元素。据报道，猪粪中Cu，Zn的含量可达数百至数千mg/kg，As的含量可达数十mg/kg。这些重金属污染的畜禽废弃物一方面应用到农业生产中会被农作物吸收富集，进而直接导致粮食、蔬菜的重金属污染；另一方面会随着迁移转化造成水环境和土壤的污染，间接导致水生生物和植物的重金属污染，最终危害人的身体健康。采用经济高效的技术手段解决畜禽粪便重金属在粪便资源化过程中的污染问题是目前我国农业与环境方面面临的重要问题。

目前，畜禽粪便重金属处理最常用的方法是堆肥法和固化剂法，属于重金属钝化技术。国家专利局201610604784.8和200910084706.X分别公开了一种堆肥法和固化剂法处理猪粪中重金属的方法。这类方法在一定程度上可有效降低重金属的活性、减少重金属浸出量。但钝化法并没有从根本上减少重金属的含量，长期看来对人类健康和环境仍具有潜在威胁。还有研究者采用化学沥浸法，利用无机酸、有机酸或络合剂等处理猪粪以溶解和浸提重金属达到去除猪粪中重金属的目的。但是化学沥浸法耗酸量大，处理成本高，反应强烈，操作不安全，难以投入实际的工程应用，且化学法对部分重金属的处理效果差(如对Cu的去除率低于50％)。

近年来，生物沥浸法已被广泛的用于污泥、河道底泥和土壤等污染物中重金属的去除。国家专利局02137921.1公开了一种氧化亚铁硫杆菌及其去除污泥中重金属的方法，它利用污泥中分离的氧化亚铁硫杆菌氧化底物，产酸溶解重金属，然后固液分离去除重金属。但氧化亚铁细菌普遍生长速率缓慢、生长周期长，且污泥生物沥浸过程会造成大量的氮、磷等营养物质流失，总氮(TN)和总磷(TP)的损失率分别可以达到20～33％和17～68％。

针对目前畜禽粪便重金属固化技术去除不彻底、易造成二次污染，而常规的生物沥浸技术周期较长、去除效率低、营养流失严重等问题，特开展本项目生物炭强化氧化亚铁细菌生物沥浸分离畜禽粪便重金属技术研究，以期为我国畜禽废弃物中重金属的去除提供技术支撑和工程实践参考，保证畜禽废物在资源化过程中实现无害资源化利用，为粮食生产、食品安全和人类健康提供有力保障。

三、发明内容

发明目的

本发明的目的在于提供一种利用小麦秸秆制备生物炭及其用于猪粪营养物质保留和强化重金属生物沥浸脱除的方法，生物炭可促进亚铁与微生物之间的电子传递，加快氧化亚铁细菌的生长，缩短生物沥浸周期，降低动力消耗，同时通过吸附等作用减少氮、磷等营养物质的流失。

技术方案