[發明專利]一種高效穩定畜禽糞便生物炭中重金屬的方法

有效

• 申請號: 202011535298.8
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112794588B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 徐永剛;白天霞;羅玉明;楊威;孫寶義;彭凱;張興洲
• 申請（專利權）人: 淮陰師范學院
• 主分類號: C02F11/00
• 分類號: C02F11/00;C02F11/10;C02F11/13;B01J23/78
• 代理公司: 淮安市科文知識產權事務所 32223
• 代理人: 馬海清

本發明屬于畜禽糞便綜合利用技術領域，公開了一種高效穩定畜禽糞便生物炭中重金屬的方法，包括以下步驟：S1.將濃度為20?30%的堿液按照30?50%干物質質量比與粉煤灰混合，混合后80?90℃加熱攪拌1?2h后獲得堿液處理粉煤灰；S2.將酸液與畜禽糞便充分混合0.5?3h后，將S1處理后的粉煤灰按照2?5%比例加入到混合物。通過添加鹽酸促進畜禽糞便中可溶性重金屬離子形成，然后將其與氫氧化鈉處理的粉煤灰反應形成硅酸鹽，再結合催化微波熱解技術，更佳有效地促進硅酸鋁鹽礦物態重金屬的形成，最終達到高效穩定畜禽糞便生物炭中重金屬的效果。另外，該方法不但可以明顯降低畜禽糞便生物炭制備過程中能源消耗，還能明顯改善畜禽糞便生物炭的特性。

技術領域

本發明涉及畜禽糞便綜合利用技術領域，具體的說是一種高效穩定畜禽糞便生物炭中重金屬的方法。

背景技術

隨著居民食物消費結構的變化，中國畜禽養殖業已向規模化和集約化發展，帶來了巨大的經濟和社會效益，與此同時也產生大量的畜禽糞便廢棄物。據估算，中國目前每年畜禽糞便排放總量超過3x10⁹t(鮮重)。然而，畜禽養殖廢棄物的治理和資源化利用工作卻相對滯后，90％以上的規模化養殖場缺乏綜合利用必要的治污措施。養殖污染已成為中國農村面源污染的主要來源，嚴重制約著畜禽養殖業持續高效發展，急需發展先進適用的畜禽糞便資源化回收利用技術。

與堆肥和厭氧發酵處理相比，熱解技術具有明顯優勢：既可以快速實現畜禽糞便的減量化、無害化和資源化利用，又能降低畜禽糞便中重金屬的有效性。目前的研究顯示隨著熱解溫度的升高，畜禽糞便生物炭中重金屬有效性逐漸降低，然而，熱解產物畜禽糞便生物炭中部分重金屬的有效性仍然較高。另外，較高溫度下制備的生物炭特性較差，使得其應用受限。同時較高溫度下制備畜禽糞便生物炭意味著需要消耗更大的能源。因此，需要開發更加有效的熱解技術以達到能源消耗低、重金屬穩定效果好的目的。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種高效穩定畜禽糞便生物炭中重金屬的方法，通過添加鹽酸促進畜禽糞便中可溶性重金屬離子形成，然后將其與氫氧化鈉處理的粉煤灰反應形成硅酸鹽，再結合催化微波熱解技術，更佳有效地促進硅酸鋁鹽礦物態重金屬的形成，最終達到高效穩定畜禽糞便生物炭中重金屬的效果。另外，該方法不但可以明顯降低畜禽糞便生物炭制備過程中能源消耗，還能明顯改善畜禽糞便生物炭的特性。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種高效穩定畜禽糞便生物炭中重金屬的方法，包括以下步驟：

S1.將濃度為20-30％的堿液按照30-50％干物質質量比與粉煤灰混合，混合后80-90℃加熱攪拌1-2h后獲得堿液處理粉煤灰；

S2.將酸液與畜禽糞便充分混合0.5-3h后，將S1處理后的粉煤灰按照3-5％比例加入到混合物中，再超聲處理0.5-3h后在60-80℃下烘干至含水量到5％以下；

S3.將S2中獲得的烘干畜禽糞便采用粉碎機進行粉碎，并過20-50目篩；

S4.將S3中獲得的粉碎畜禽糞便與熱解催化劑充分混合；

S5.將S4中獲得的畜禽糞便混合物在惰性氣體保護下進行微波熱解，熱解溫度450-550℃，熱解時間1-3h，升溫速率10℃-20℃/min；

S6.收集固體熱解產物，完成穩定畜禽糞便生物炭中的重金屬。

優選地，所述堿液為氫氧化鈉或氫氧化鉀中的一種。

進一步地，所述S2中酸液為稀鹽酸，稀鹽酸溶液濃度為2-5％，添加比例為50-60％。

優選地，所述S3中的熱解催化劑由以下組分組成：鋼渣40-50％、赤泥20-30％和膨潤土20-30％，其具體制備方法是將三種原料分別烘干、粉碎后，按照重量比均勻混合即可。

進一步地，所述S3中的熱解催化劑添加比例為畜禽糞便干物質重的5-10％。