申请日2013.05.15
公开(公告)日2013.09.04
IPC分类号A01G1/00; C02F11/00; C05G3/00
摘要
本发明公开了一种采用粉煤灰与生物炭隔层防污泥基质重金属渗漏的方法。所述的防污泥基质重金属渗漏的粉煤灰与生物炭隔层由40-70污泥;5-10生物炭;25-50粉煤灰组成。本发明利用粉煤灰生物炭污泥配成的人工土壤，能够满足黑麦草生长所需，且能够较好地改善污泥的理化环境使得黑麦草生长良好，其养分具有缓慢释放的效果。粉煤灰的比例对黑麦草及渗漏液中重金属含量影响较大，且50%的粉煤灰10%的生物炭配置成的人工土壤黑麦草长势最好，其体内Pb、Cr、Cd、Zn和Cu含量最低，对减少重金属的贡献较好。
权利要求书
1.一种防污泥基质重金属渗漏的粉煤灰与生物炭隔层，其特征在于它是由下述重量分数的原料组成：
40-70 污泥;
5-10 生物炭;
25-50 粉煤灰。
2.一种采用粉煤灰与生物炭隔层防污泥基质重金属渗漏的方法，其特征在于按如下的步骤进行：
(1)先将污泥、生物炭、粉煤灰按上述重量比混合并搅拌均匀，然后将该混合基质均匀装入PVC管，每个管高24 cm直径7.5 cm，每个PVC管装入基质总量850 g，上层8 cm为污泥生物炭粉煤灰的混合基质350 g，下层16 cm为园土500 g;
(2)每PVC管种植0.6 g黑麦草种籽，种籽下种前经浸泡崔芽，栽种期间定期等量浇水，保持其整体田间持水量为60%，种植期间室内的温度和相对湿度分别为16-25°C和36-57%，光照强度为450-700 μmol?m-2?s-1;
(3)待草坪草生长一个月后，测量黑麦草的株高，刈割，留1 cm茬，将刈割下的草坪草置于80℃的烘箱中烘干至衡重，记地上生物量，刈割第二天用150 mL人工雨水进行第一次淋洗，之后每7 d淋洗一次，每次150 mL，共三次，三次分别称重，并收集同在一个锥形瓶中，混合均匀，测量黑麦草和淋溶液的重金属含量;
(4)待植物二茬草生长30 d后，刈割，将刈割下的草坪草置于80℃的烘箱中烘干至衡重，记地上生物量，刈割第二天用150 mL人工雨水进行第二次淋洗，之后每7 d淋洗一次，每次150 mL，共三次淋下450 mL，三次分别称重，并收集同在一个锥形瓶中，混合均匀，待淋洗结束后，挖出地下部分，用蒸馏水洗净、烘干，分别测量地上部分、地下部分的生物量、重金属含量以及淋溶液重金属含量;
所述的人工雨水淋洗指的是：用(NH4)2SO4、Na2SO4、K2SO4、MgSO4、Ca(NO3)2、Mg(NO3)2、H2SO4配制出SO42-、NO3-、Cl-、NH+、Mg2+、Ca2+、K+、Na+浓度分别为14.96、6.54、1.68、3.71、0.82、1.38、0.64和0.78 mg·L-1的雨水，并用HCl调配pH为5.59-5.61。
3.权利要求2所述采用粉煤灰与生物炭隔层防污泥基质重金属渗漏方法在制备促进黑麦草生长中的应用。
4.权利要求2所述应用，其中所述促进黑麦草生长指的是50%的粉煤灰、10%的生物炭配置成的人工土壤。
说明书
采用粉煤灰与生物炭隔层防污泥基质重金属渗漏的方法
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，涉及络合剂强化植物修复污染土壤的研究，特别是一种采用粉煤灰与生物炭隔层防污泥基质重金属渗漏的方法。
背景技术
随着我国城市化进程的加快、城市人口的增加，城市生活污水排放量日益增多，污泥的产出量也相应迅速增加。据统计，我国目前建成运转的污水处理厂420 多个，年处理能力113.6亿t，年产干污泥量达130多万t，而且以每年10% 的速度增加。目前，国内外污泥的主要处置方式有卫生填埋、焚烧处理、填海处理、土地利用等。其中焚烧、填埋和投海为耗竭性处理处置方法。
农用资源化是城市污泥最有发展前景的处置方法，利于城市和农业的可持续发展。污泥的土地利用主要包括污泥农用、污泥园林利用、污泥林地施用、污泥修复受损土壤利用等内容它不仅可以有效地利用污泥所含有的营养物质，而且费用低，消纳量大，被认为污泥最有发展潜力的处置方式。污泥中含有很高的N、P、K和有机质，并且含有许多植物所必需的微量营养元素，是一种经济有效的肥料来源，因此，污泥是可被植物利用的养分资源，是很好的土壤的改良剂和肥料。增加土壤有机质和N、P水平，并增加土壤生物活性。施用污泥处理的作物产量较高，且可满足后茬作物生长的营养需求。但污泥中的重金属以及病原菌含量仍是不可小觑的问题。污泥土地利用包括直接施用和间接施用两种。直接施用是将未经处理的污水污泥直接施用在土地上，如农业用地，林业用地;间接施用包括污泥消化后或堆肥化后的农用或制成复合肥料使用，这种方法一方面可以对污泥中的养分资源回用，另一方面可以减少污泥中的部分有害细菌，增加污泥的稳定性。据有关研究我国许多农田缺乏有机质，直接施用污泥或者堆肥后施用都会显著提高农产品的产量和质量。在我国，污泥的农业利用开始较早，如1961年北京高碑店污水处理厂的污泥被当地农民用于土地。但对污泥及污泥农用的研究起步较晚。
污泥堆肥化利用，会增加利用成本;因此，风干污泥直接利用，应具有重要的价值。但无论如何，污泥中的重金属是其安全利用的限制因素。
近些年来，尽管无土栽培技术在农业栽培各个领域发展很快，但在草皮生产中的应用仍处于研究阶段。此外，现有无土栽培营养液不但制备具有一定难度，而且价格较高。在前期实验中，在草坪建植体系下，通过施加不同浓度的DTPA以及设置隔层对风干污泥重金属进行修复，取得良好的实验预期效果，10 mmol·kg-1 DTPA协同由沸石、蛭石和玉米芯组成隔层对污泥中重金属的修复效果最好，黑麦草中重金属的富集最多。考虑到利用DTPA强化植物修复的同时会造成重金属的淋溶，实验中设置了隔层，在植物收获后模拟降水条件来对污泥进行淋洗，通过对淋洗液中重金属进行分析，表明隔层的存在阻碍了重金属向下迁移，在此淋洗过程中产生了大量的淋洗液。由于淋洗液中含有重金属及其它有害成分，不能直接排放到环境中，因此有必要对淋洗液进行处理及循环利用，且淋洗液中也含有植物所需的多种营养物质，若能将其回收作为无土栽培营养液，进行草皮培植，则无疑是一条利用途径。
粉煤灰(电厂飞灰)是以煤为燃料，从烟道气体中收捕下来的细灰，其含量约占燃煤总量的5%~20%，为燃煤电厂排出的主要固体废弃物。目前，世界上粉煤灰年排放量约5×108 t，我国年排放量1×107 t 以上。粉煤灰可以改善土壤结构，降低容重，增加孔隙度，提高地温，缩小膨胀率，特别是对粘质土壤有很好的效果。粉煤灰是由很多具有不同结构和形态的微粒组成的，它的化学成分主要是SiO2、Al2O3和Fe2O3等，因此具有吸附作用、凝聚作用、助凝作用和沉淀作用，其作为碱性物质加入到污泥中会影响有机物质的腐殖化过程，而且由于本身不含有机质，因此重金属的有机结合态含量有所下降。高pH值的粉煤灰与污泥混合后，可使污泥中的重金属活性降低，并且作为碱性稳定剂，可以消除或显著降低污泥中的病原体含量。在污泥改良的土壤中添加粉煤灰作为改良剂可实现小白菜的质量明显提升，从而使之成为一种土地利用资源。生物炭具有多孔以及比表面积较大的特性， 使其对空气中的氮、二氧化炭和水蒸气有一定吸附性， 起到固氮、保水、保肥、调整土壤酸碱平衡作用， 同时对土壤水中的有机物质、氯、氨氮、苯酚以及重金属铜、汞、镍、铬等都有一定的吸附作用。因此，本技术可为粉煤灰修复污泥重金属的应用提供科学依据。
发明内容
本发明公开了一种防污泥基质重金属渗漏的粉煤灰与生物炭隔层，其特征在于它是由下述重量分数的原料组成：
40-70 污泥;
5-10 生物炭;
25-50 粉煤灰。
本发明进一步公开了采用粉煤灰与生物炭隔层防污泥基质重金属渗漏的方法，其特征在于按如下的步骤进行：
(1)先将污泥、生物炭、粉煤灰按上述重量比混合并搅拌均匀，然后，该混合基质均匀装入PVC管，每个管高24 cm直径7.5 cm，每个PVC管装入基质总量850 g，上层8 cm为污泥生物炭粉煤灰的混合基质350 g，下层16 cm为园土500 g;
(2)每PVC种植0.6 g黑麦草种籽，种籽下种前经浸泡崔芽，栽种期间定期等量浇水，保持其整体田间持水量为60%，种植期间室内的温度和相对湿度分别为16-25°C和36-57%，光照强度为450-700 μmol?m-2?s-1;
(3)待草坪草生长一个月后，测量黑麦草的株高，刈割，留1 cm茬，将刈割下的草坪草置于80℃的烘箱中烘干至衡重，记地上生物量，刈割第二天用150 mL人工雨水进行第一次淋洗，之后每7 d淋洗一次，每次150 mL，共三次，三次分别称重，并收集同在一个锥形瓶中，混合均匀，测量黑麦草和淋溶液的重金属含量;
(4)待植物二茬草生长30 d后，刈割，将刈割下的草坪草置于80℃的烘箱中烘干至衡重，记地上生物量，刈割第二天用150 mL人工雨水进行第二次淋洗，之后每7 d淋洗一次，每次150 mL，共三次淋下450 mL，三次分别称重，并收集同在一个锥形瓶中，混合均匀，待淋洗结束后，挖出地下部分，用蒸馏水洗净、烘干，分别测量地上部分、地下部分的生物量、重金属含量以及淋溶液重金属含量。
所述的人工雨水淋洗指的是：用(NH4)2SO4、Na2SO4、K2SO4、MgSO4、Ca(NO3)2、Mg(NO3)2、H2SO4配制出SO42-、NO3-、Cl-、NH+、Mg2+、Ca2+、K+、Na+浓度分别为14.96、6.54、1.68、3.71、0.82、1.38、0.64和0.78 mg·L-1的雨水，并用HCl调配pH为5.59-5.61。
