[发明专利]一种高效稳定畜禽粪便生物炭中重金属的方法

说明书

本发明属于畜禽粪便综合利用技术领域，公开了一种高效稳定畜禽粪便生物炭中重金属的方法，包括以下步骤：S1.将浓度为20‑30%的碱液按照30‑50%干物质质量比与粉煤灰混合，混合后80‑90℃加热搅拌1‑2h后获得碱液处理粉煤灰；S2.将酸液与畜禽粪便充分混合0.5‑3h后，将S1处理后的粉煤灰按照2‑5%比例加入到混合物。通过添加盐酸促进畜禽粪便中可溶性重金属离子形成，然后将其与氢氧化钠处理的粉煤灰反应形成硅酸盐，再结合催化微波热解技术，更佳有效地促进硅酸铝盐矿物态重金属的形成，最终达到高效稳定畜禽粪便生物炭中重金属的效果。另外，该方法不但可以明显降低畜禽粪便生物炭制备过程中能源消耗，还能明显改善畜禽粪便生物炭的特性。

技术领域

本发明涉及畜禽粪便综合利用技术领域，具体的说是一种高效稳定畜禽粪便生物炭中重金属的方法。

背景技术

随着居民食物消费结构的变化，中国畜禽养殖业已向规模化和集约化发展，带来了巨大的经济和社会效益，与此同时也产生大量的畜禽粪便废弃物。据估算，中国目前每年畜禽粪便排放总量超过3x10⁹t(鲜重)。然而，畜禽养殖废弃物的治理和资源化利用工作却相对滞后，90％以上的规模化养殖场缺乏综合利用必要的治污措施。养殖污染已成为中国农村面源污染的主要来源，严重制约着畜禽养殖业持续高效发展，急需发展先进适用的畜禽粪便资源化回收利用技术。

与堆肥和厌氧发酵处理相比，热解技术具有明显优势：既可以快速实现畜禽粪便的减量化、无害化和资源化利用，又能降低畜禽粪便中重金属的有效性。目前的研究显示随着热解温度的升高，畜禽粪便生物炭中重金属有效性逐渐降低，然而，热解产物畜禽粪便生物炭中部分重金属的有效性仍然较高。另外，较高温度下制备的生物炭特性较差，使得其应用受限。同时较高温度下制备畜禽粪便生物炭意味着需要消耗更大的能源。因此，需要开发更加有效的热解技术以达到能源消耗低、重金属稳定效果好的目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高效稳定畜禽粪便生物炭中重金属的方法，通过添加盐酸促进畜禽粪便中可溶性重金属离子形成，然后将其与氢氧化钠处理的粉煤灰反应形成硅酸盐，再结合催化微波热解技术，更佳有效地促进硅酸铝盐矿物态重金属的形成，最终达到高效稳定畜禽粪便生物炭中重金属的效果。另外，该方法不但可以明显降低畜禽粪便生物炭制备过程中能源消耗，还能明显改善畜禽粪便生物炭的特性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高效稳定畜禽粪便生物炭中重金属的方法，包括以下步骤：

S1.将浓度为20-30％的碱液按照30-50％干物质质量比与粉煤灰混合，混合后80-90℃加热搅拌1-2h后获得碱液处理粉煤灰；

S2.将酸液与畜禽粪便充分混合0.5-3h后，将S1处理后的粉煤灰按照3-5％比例加入到混合物中，再超声处理0.5-3h后在60-80℃下烘干至含水量到5％以下；

S3.将S2中获得的烘干畜禽粪便采用粉碎机进行粉碎，并过20-50目筛；

S4.将S3中获得的粉碎畜禽粪便与热解催化剂充分混合；

S5.将S4中获得的畜禽粪便混合物在惰性气体保护下进行微波热解，热解温度450-550℃，热解时间1-3h，升温速率10℃-20℃/min；

S6.收集固体热解产物，完成稳定畜禽粪便生物炭中的重金属。

优选地，所述碱液为氢氧化钠或氢氧化钾中的一种。

进一步地，所述S2中酸液为稀盐酸，稀盐酸溶液浓度为2-5％，添加比例为50-60％。

优选地，所述S3中的热解催化剂由以下组分组成：钢渣40-50％、赤泥20-30％和膨润土20-30％，其具体制备方法是将三种原料分别烘干、粉碎后，按照重量比均匀混合即可。

进一步地，所述S3中的热解催化剂添加比例为畜禽粪便干物质重的5-10％。