测定污泥堆肥中腐殖质及其组分含量的方法

中国污水处理工程网时间：2018-1-19 12:18:38

　　申请日2016.10.10

　　公开(公告)日2017.02.01

　　IPC分类号G01N31/16; G01N31/22; G01N1/34

　　摘要

　　本发明涉及测定污泥堆肥中腐殖质及其组分含量的方法，包括如下步骤：测定污泥堆肥样品含水率，向其中加入浸提液水浴后离心得清液，从中取出第一腐殖质溶液和第二腐殖质溶液;将第二腐殖质溶液的pH值调至1～2，离心，将沉淀分离出来，然后经水洗后加入氢氧化钠至其完全溶解，得到胡敏酸溶液，从其中取出第一胡敏酸溶液，向第一腐殖质溶液和第一胡敏酸溶液中各自加入重铬酸钾溶液和浓硫酸，分别得到第一试样和第二试样，向其中各自加入等量的指示剂，分别得到第一滴定试样和第二滴定试样，并用硫酸亚铁标准溶液依次滴定至预定颜色，然后按预设公式计算组分含量。该方法克服了传统方法存在的提取不完全及提取周期长的缺点，测定结果准确度高。

　　权利要求书

　　1.一种测定污泥堆肥中腐殖质及其组分含量的方法，其特征在于，包括如下步骤：

　　S1、将污泥堆肥风干后得到污泥堆肥样品，测定并获取所述污泥堆肥样品的含水率ω;

　　S2、取质量为m的所述污泥堆肥样品，向其中加入含有氢氧化钠和焦磷酸钠的浸提液，混匀后进行沸水浴至腐殖质浸提完全，冷却后离心，所得上清液即为腐殖质溶液，体积为V2，从中取出体积分别为V3和V4的第一腐殖质溶液和第二腐殖质溶液;另取等量的所述浸提液进行所述沸水浴，然后从中取出体积分别为V3和V4的第一空白试样和第二空白试样;

　　S3、将所述第二腐殖质溶液的pH值调至1～2，静置后离心，将所得沉淀分离出来，然后将所述沉淀经水洗后加入氢氧化钠溶液至沉淀完全溶解，得到体积为V5的胡敏酸溶液;另将所述第二空白试样的pH值调至1～2，并从中取出体积为V5的第三空白试样;

　　S4、从所述胡敏酸溶液中取出体积为V3′的第一胡敏酸溶液，从所述第三空白试样中取出体积为V3′的第四空白试样，向所述第一腐殖质溶液、第一空白试样、第一胡敏酸溶液和第四空白试样中各自加入重铬酸钾溶液和浓硫酸的混合液，混匀后进行沸水浴至所述第一腐殖质溶液、第一胡敏酸溶液反应完全，冷却后分别得到第一试样、空白试样一、第二试样和空白试样二;

　　S5、向所述第一试样、空白试样一、第二试样和空白试样二中各自加入等量的指示剂，分别得到第一滴定试样、空白滴定试样一、第二滴定试样和空白滴定试样二，用浓度为c的硫酸亚铁标准溶液依次滴定所述第一滴定试样、空白滴定试样一、第二滴定试样和空白滴定试样二至所述硫酸亚铁标准溶液开始过量时所呈现的预定颜色，然后按下述公式计算所述污泥堆肥样品中的腐殖质碳HS-C、胡敏酸碳HA-C和富里酸碳FA-C的含量：

　　 $H S - C = \frac{c (V_{0} - V_{1}) \times M}{m \times (1 - ω)} \times \frac{V_{2}}{V_{3}} \times 1000$

　　 $H A - C = \frac{c (V_{0} - {V_{1}}^{'}) \times M}{m \times (1 - ω)} \times \frac{V_{2}}{V_{4}} \times \frac{V_{5}}{{V_{3}}^{'}} \times 1000,$

　　FA-C=(HS-C)-(HA-C)

　　式中，

　　HS-C：腐殖质碳，单位g/kg;

　　HA-C：胡敏酸碳，单位g/kg;

　　FA-C：富里酸碳，单位g/kg;

　　V0：滴定空白滴定试样一所消耗的硫酸亚铁标准溶液的体积，单位mL;

　　V0′：滴定空白滴定试样二所消耗的硫酸亚铁标准溶液的体积，单位mL;

　　V1：滴定第一滴定试样所消耗的硫酸亚铁标准溶液的体积，单位mL;

　　V1′：滴定第二滴定试样所消耗的硫酸亚铁标准溶液的体积，单位mL;

　　m：步骤S2所述污泥堆肥样品的质量，单位g;

　　c：硫酸亚铁标准溶液的浓度，单位mol/L;

　　M：1/4碳原子的摩尔质量。

　　2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述浸提液中氢氧化钠和焦磷酸钠的摩尔浓度相等。

　　3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述浸提液中氢氧化钠和焦磷酸钠的摩尔浓度均为0.1mol/L。

　　4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，步骤S2中，每1g所述污泥堆肥样品中加入所述浸提液的量为10～14mL。

　　5.根据权利要求1～4任一项所述方法，其特征在于，步骤S3采用盐酸调节所述第二腐殖质溶液和第二空白试样的pH值。

　　6.根据权利要求1～5任一项所述方法，其特征在于，步骤S3所述氢氧化钠溶液的浓度为0.1～0.15mol/L;和/或，所述硫酸亚铁标准溶液的浓度为0.15～0.25mol/L。

　　7.根据权利要求1～6任一项所述方法，其特征在于，包括如下步骤：

　　S1、将污泥堆肥风干并粉碎后得到污泥堆肥样品，测定并获取所述污泥堆肥样品的含水率ω;

　　S2、取5g所述污泥堆肥样品，在其中加入50～70mL含有氢氧化钠和焦磷酸钠的浸提液，混匀后进行沸水浴至腐殖质浸提完全，冷却后加去离子水定容至200mL，然后离心，所得上清液即为腐殖质溶液，体积为V2，从中取出体积分别为V3和V4的第一腐殖质溶液和第二腐殖质溶液，所述浸提液中氢氧化钠和焦磷酸钠的摩尔浓度均为0.1mol/L;另取等量的所述浸提液进行所述沸水浴，然后从中取出体积分别为V3和V4的第一空白试样和第二空白试样;

　　S3、用盐酸将所述第二腐殖质溶液的pH值调至1～2，静置10～12h后进行离心，将离心所得沉淀分离出来，然后将所述沉淀经水洗后加入氢氧化钠溶液至沉淀完全溶解，得到体积均为V5的胡敏酸溶液;另将所述第二空白试样的pH值调至1～2，并从中取出体积为V5的第三空白试样;

　　S5、向所述第一试样、空白试样一、第二试样和空白试样二中各自加入等量的指示剂，分别得到第一滴定试样、空白滴定试样一、第二滴定试样和空白滴定试样二，用浓度为0.2mol/L的硫酸亚铁标准溶液依次滴定所述第一滴定试样、空白滴定试样一、第二滴定试样和空白滴定试样二至所述硫酸亚铁标准溶液开始过量时所呈现的预定颜色，然后按所述公式计算所述污泥堆肥样品中的腐殖质碳HS-C、胡敏酸碳HA-C和富里酸碳FA-C的含量。

　　8.根据权利要求1～7任一项所述方法，其特征在于，所述重铬酸钾溶液的浓度为0.1～0.15mol/L。

　　9.根据权利要求1～8任一项所述方法，其特征在于，所述指示剂由硫酸亚铁和1,10-菲罗啉混合而成;和或，所述预定颜色为砖红色。

　　10.根据权利要求9所述方法，其特征在于，所述指示剂是由0.695g硫酸亚铁和1.485g1,10-菲罗啉溶于100mL去离子水中制备得到的。

　　说明书

　　一种测定污泥堆肥中腐殖质及其组分含量的方法

　　技术领域

　　本发明涉及腐殖质测定技术领域，具体涉及一种测定污泥堆肥中腐殖质及其组分含量的方法。

　　背景技术

　　高温好氧堆肥是处理污泥、畜禽粪便等固体废弃物，使其无害化和资源化的有效途径，通过堆肥固体废弃物中不稳定的有机物质被逐步降解，同时生成稳定的腐殖质类物质。堆肥腐殖质类物质是评价腐熟度的重要指标。腐殖质类肥料可以改善土壤结构、提高肥料的利用率，减少对环境的污染，同时调节作物生理功能，影响酶活性和微生物活性。

　　根据其在酸碱中的溶解度不同，腐殖质可以分为胡敏酸、富里酸、胡敏素。胡敏酸、富里酸对腐殖质的活性影响较大，胡敏素是腐殖质中的惰性物质。因此，研究胡敏酸、富里酸含量对腐殖质类肥料农用效果影响较大。腐殖质的测定受多种因素的影响，如交换剂的性质、盐溶液浓度、pH、淋洗方法及被测物质矿物种类与数量、有机质含量等。目前测定腐殖质的提取剂有强碱或某些无机盐(NaOH、KOH、Na2CO3、Na4P2O7等)以及有机碱(乙二胺四乙酸钠盐EDTA、乙二胺EDA、二甲基甲酰胺DMF、二甲基亚砜EMSO等)。但目前这几种提取剂都存在提取不完全，提取周期长的缺点。关于腐殖质的提取测定目前国内外缺乏标准规范。

　　发明内容

　　为解决上述技术问题，本发明提供了一种测定污泥堆肥中腐殖质及其组分含量的方法，其包括如下步骤：

　　S1、将污泥堆肥风干后得到污泥堆肥样品，测定并获取所述污泥堆肥样品的含水率ω;

　　S2、取质量为m的所述污泥堆肥样品，向其中加入含有氢氧化钠和焦磷酸钠的浸提液，混匀后进行沸水浴至腐殖质浸提完全，冷却后离心，所得上清液即为腐殖质溶液，体积为V2，从中取出体积分别为V3和V4的第一腐殖质溶液和第二腐殖质溶液;另取等量(即与所述污泥堆肥样品中加入的浸提液等量)的所述浸提液进行所述沸水浴，然后从中取出体积分别为V3和V4的第一空白试样和第二空白试样;

　　 $\begin{matrix} H S - C = \frac{c (V_{0} - V_{1}) \times M}{m \times (1 - ω)} \times \frac{V_{2}}{V_{3}} \times 1000 \\ H A - C = \frac{c (V_{0} - {V_{1}}^{'}) \times M}{m \times (1 - ω)} \times \frac{V_{2}}{V_{3}} \times \frac{V_{5}}{{V_{3}}^{'}} \times 1000 \\ F A - C = (H S - C) - (H A - C) \end{matrix},$

　　式中，

　　HS-C：腐殖质碳，单位g/kg(即每kg所述污泥堆肥样品所含的腐殖质碳的质量g);

　　HA-C：胡敏酸碳，单位g/kg(即每kg所述污泥堆肥样品所含的胡敏酸碳的质量g);

　　FA-C：富里酸碳，单位g/kg(即每kg所述污泥堆肥样品所含的富里酸碳的质量g);

　　V0：滴定空白滴定试样一所消耗的硫酸亚铁标准溶液的体积，单位mL;

　　V0′：滴定空白滴定试样二所消耗的硫酸亚铁标准溶液的体积，单位mL;

　　V1：滴定第一滴定试样所消耗的硫酸亚铁标准溶液的体积，单位mL;

　　V1′：滴定第二滴定试样所消耗的硫酸亚铁标准溶液的体积，单位mL;

　　m：步骤S2所述污泥堆肥样品的质量，单位g;

　　c：硫酸亚铁标准溶液的浓度，单位mol/L;

　　M：1/4碳原子的摩尔质量，即3g/mol。

　　本发明所述的污泥堆肥为常规的污泥堆肥。本发明中的腐殖质、胡敏酸和富里酸均是以其碳含量进行定量的，所述腐殖质碳、胡敏酸碳和富里酸碳含量与其盐溶液中碳含量是等量的，因此术语腐殖质溶液、胡敏酸溶液和富里酸溶液是为了描述简便起见而定义的，它们分别指代腐殖质、胡敏酸和富里酸的盐溶液，即在所述腐殖质溶液、胡敏酸溶液和富里酸溶液中，腐殖质、胡敏酸和富里酸分别以腐殖质盐、胡敏酸盐和富里酸盐的形式存在。

　　与传统的氢氧化钠震荡提取方法相比，本发明所述方法显著增加了腐殖质的提取量，克服了传统提取方法存在的提取不完全的缺点。由于显著增加了腐殖质的提取量，因而测得的腐殖质含量更加贴近堆肥中实际的腐殖质含量;因此，相对于现有测定技术，本发明的方法提高了堆肥中腐殖质的测量准确度。提取过程简便快捷，所用浸提剂种类少，成本低，而且不含有毒或强腐蚀性的有机碱，提取过程安全。提供的计算公式，填补了国内外在该领域的空白;测定方法简便快捷，整个测定过程对仪器设备的要求低，并且所用试剂种类少，成本低。

　　本发明所述方法，所述浸提液中氢氧化钠和焦磷酸钠的摩尔浓度相等。

　　优选的，所述浸提液中氢氧化钠和焦磷酸钠的摩尔浓度均为0.1mol/L。

　　进一步的，步骤S2中，每1g所述污泥堆肥样品中加入所述浸提液的量为10～14mL。该配比下的污泥堆肥和浸提液，使得腐殖质的提取进一步优化，进一步提高了腐殖质的产量。

　　本发明所述方法，步骤S2中所述沸水浴的时间为20～35min，优选25～30min。在该沸水浴条件下，腐殖质的提取更加完全。

　　本发明所述方法，步骤S3采用盐酸调节所述第二腐殖质溶液和第二空白试样的pH值，所用盐酸优选浓度为6mol/L的盐酸溶液。

　　本发明所述方法，步骤S3所述氢氧化钠溶液的浓度为0.1～0.15mol/L;和/或，所述硫酸亚铁标准溶液的浓度为0.15～0.25mol/L。

　　作为一种优选方案，本发明所述方法包括如下步骤：

　　S1、将污泥堆肥风干并粉碎后得到污泥堆肥样品，测定并获取所述污泥堆肥样品的含水率ω;

　　本发明所述方法，步骤S2所述离心的方式优选为：在4000r/min的离心转速下，离心10min。

　　本发明所述方法，所述重铬酸钾溶液的浓度为0.1～0.15mol/L。

　　本发明所述方法，所述指示剂由硫酸亚铁和1,10-菲罗啉混合而成;和或，所述预定颜色为砖红色;优选的，所述指示剂是由0.695g硫酸亚铁和1.485g1,10-菲罗啉溶于100mL去离子水中制备得到的。

　　本发明的上述技术方案具有以下有益效果：

　　1、本发明所述方法显著增加了腐殖质的提取量，腐殖质增产量达40%之上，克服了传统提取方法存在的提取不完全及提取周期长的缺点，提取过程简便快捷，所用浸提剂种类少，成本低，提取过程安全。

　　2、本发明所述方法由于显著增加了腐殖质的提取量，因而测得的腐殖质含量更加贴近堆肥中实际的腐殖质含量;因此，相对于现有测定技术，本发明的方法提高了堆肥中腐殖质的测量准确度，从而对于堆肥的选择和利用具有重要的指示意义。

　　3、本发明所述方法提供的用于腐殖质测定的计算公式，填补了国内外在该领域的空白;测定方法简便快捷，整个测定过程中对仪器设备的要求低，并且所用试剂种类少，成本低。