[發明專利]熱解豬糞降低重金屬生物有效性的方法及其生物炭應用

在審

• 申請號: 201610223225.2
• 申請日: 2016-04-11
• 公開（公告）號: CN105776796A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 孟俊;徐建明;劉杏梅;戴中民;王麗麗
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C02F11/10
• 分類號: C02F11/10;B01J20/20;B01J20/30;C09K17/04;C09K101/00
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

技術領域

本發明屬于有機肥料處理與應用領域。具體地，本發明涉及一種熱解豬糞降低重金屬生 物有效性的方法及其生物炭應用。

背景技術

近年來，隨著我國規模化畜禽養殖業的迅猛發展，畜禽糞便產生量日益增加，2013年僅 豬糞排放量就高達7.26億噸。豬糞是一種肥料資源，其在培肥地力、提高土壤微生物和生物 化學活性以及促進養分循環和再利用等方面的作用已得到普遍的證實。但集約化養殖過程中， 豬糞中的物質組分及含量發生了很大變化，尤其是重金屬含量大幅增加。豬糞等有機糞肥正 在成為危害性和危險性不斷增加的一種污染源。豬糞中重金屬以各種形態存在，而重金屬的 形態與其生物有效性密切相關。目前，豬糞等有機糞肥多用于土地利用，且施用量較大，而 作物中重金屬的含量與施用糞肥土壤中有效性重金屬含量存在很好的相關性。因此，如何有 效降低豬糞中重金屬的生物有效性，減少其農田利用后環境風險的發生，是豬糞肥料化的關 鍵。

未經任何處理的畜禽糞便中重金屬的有效態含量較高。傳統堆肥法是實現畜禽糞便無害 化和資源化利用的重要手段，如發明專利ZL200710064905.5、ZL200910044699.0和 ZL200910084706.X等利用重金屬鈍化劑使畜禽糞肥中重金屬從活性較高的形態向活性較低 的形態轉化，從而降低畜禽糞便堆肥中重金屬生物有效性。然而，堆肥產品施入土壤后，在 土壤微生物的作用下很容易發生降解，造成重金屬再次釋放對土壤環境形成潛在風險。

熱解技術是指將生物質在無氧或缺氧和相對低溫條件下熱解，生成高能的制備成附加值 較高的最終產物如生物原油、燃料氣體和生物炭。目前，基于農業廢棄物的生物炭的研制及 其在農業、環境領域中的應用引起了國內外科學家的高度關注；一些學者研究認為畜禽糞便 可能是潛在的適合生物炭的原材料。通過熱解處理豬糞不僅可以通過高溫殺死病原菌，極大 減少糞肥體積，而且還能產生附加值高的生物炭，它是一條具有環境和經濟雙重效益的有效 途徑。

然而，關于熱解技術能否降低豬糞等有機糞肥中重金屬生物有效性及高重金屬含量生物 炭應用潛力的研究卻未有報道。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種降低豬糞中重金屬生物有效性的方法，本發明利用 高溫熱解技術降低豬糞中重金屬生物有效性，顯著降低豬糞中可交換態重金屬含量，并能產 生附加值高的生物炭。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種熱解豬糞降低重金屬生物有效性的方法，包括 如下步驟：

1)、將水分含量≤15％的干燥后豬糞粉碎，將水分含量≤15％的干燥后稻草粉碎；上述％ 均為重量％；

2)、將粉碎后豬糞與粉碎后稻草按照1：0～3(較佳為1:1)的重量比混合均勻，得生物 質原料；

3)、將生物質原料放入還原氣氛爐中，于300～700℃(較佳為400～700℃)高溫熱解2～4 小時，冷卻至室溫后得生物炭；所述生物炭中的重金屬含量(可交換態含量)相對于豬糞中 的重金屬含量而言能降低至少90％。

作為本發明的熱解豬糞降低重金屬生物有效性的方法的改進：所述重金屬為(主要包括) 鋅、銅。

作為本發明的熱解豬糞降低重金屬生物有效性的方法的進一步改進：所述步驟1)中： 干燥后豬糞粉碎至能過10目的篩，干燥后稻草粉碎至能過10目的篩。

本發明還同時提供了利用上述方法所得的生物炭制備化學改性生物炭的方法：

將生物炭粉碎至能過100目的篩，然后浸泡于改良劑中于150～250rpm振蕩器上水平振蕩 1.5～2.h；所述改良劑為0.1mol/L的鹽酸；

再重復上述浸泡1～3次后(目的是為了去除生物炭表面雜質組分)，真空抽濾，所得濾餅 用去離子水清洗至pH為近中性(即，pH為6.8～7.0)，再于70～90℃烘干至恒重，得化學改 性生物炭。

本發明告知了采用高溫熱解技術固定豬糞中重金屬生物有效性的新方法及所得的生物炭 在農業環境中的應用潛力。

本發明所得的生物炭能用于重金屬污染土壤的改良。

本發明所得的化學改性生物炭能應用于廢水金屬銅離子的去除。