申请日2016.05.23
公开(公告)日2016.10.12
IPC分类号B09C1/10; B09C1/00; C09K17/40; C09K17/00; C09K101/00
摘要
本发明公开了一种基于有机污泥的重金属修复材料及其使用方法，该修复材料由一定比例的有机处理污泥、矿物材料和复配稳定调节剂为原料制备而成。其使用方法为：将基于有机污泥的重金属修复材料加入重金属污染的污染土壤中，其中基于有机污泥的重金属修复材料与污染土壤的质量比为1:3‑10，加入水并搅拌混合均匀，在温度5℃‑45℃、空气湿度为25%‑90%、土壤含水率为10%‑60%的条件下静置陈化15‑60天。该修复材料不仅能实现城市污泥的资源化利用，还能固化污染土壤中的重金属，降低农作物对重金属的吸收，改善土壤结构，提高土壤肥力，活化贫瘠土地，而且原料成本极其低廉。该使用方法简单，操作方便。
权利要求书
1.一种基于有机污泥的重金属修复材料，其特征在于由以下质量分数的原料制备而成：
有机处理污泥40%-85%
矿物材料10%-45%
复配稳定调节剂1%-15%，
所述的有机处理污泥由以下工艺制备而成：1)将城市生活污泥用好氧消化工艺进行灭菌和预干化，然后压滤进行脱水，得到滤饼，滤饼的含水率为45%-65%;2)将滤饼进行堆肥，在30℃-65℃下发酵5-10天后，转入熟化房中熟化10-15天;3)熟化完成后进一步热干化脱水至含水率达30%以下，得到有机处理污泥。
2.根据权利要求1所述的基于有机污泥的重金属修复材料，其特征在于：
有机处理污泥50%-65%
矿物材料30%-40%
复配稳定调节剂5%-10%。
3.根据权利要求1所述的基于有机污泥的重金属修复材料，其特征在于：所述的矿物材料为硅藻土、海泡石、沸石、粉煤灰、矿渣和石灰石中的任意两种的组合，或者任意两种以上的组合。
4.根据权利要求1所述的基于有机污泥的重金属修复材料，其特征在于：所述的复配稳定调节剂为氢氧化钙、硅酸钠粉、磷酸二氢钙、过磷酸钙、硫酸铁和氯化铁中的任意一种，或者任意几种的组合。
5.一种权利要求1所述的基于有机污泥的重金属修复材料的使用方法，其特征在于包括如下步骤：
将权利要求1所述的基于有机污泥的重金属修复材料加入重金属污染的污染土壤中，其中基于有机污泥的重金属修复材料与污染土壤的质量比为1:3-10，加入水并搅拌混合均匀，在温度5℃-45℃、空气湿度为25%-90%、土壤含水率为10%-60%的条件下静置陈化15-60天。
说明书
一种基于有机污泥的重金属修复材料及其使用方法
技术领域
本发明属于环境保护与修复技术领域，具体涉及一种基于有机污泥的重金属修复材料及其使用方法，该修复材料既能提高土壤肥力，还能稳定固化污染土壤中的重金属元素。该修复材料主要适用于城市污泥的资源化利用和土壤重金属修复工程，特别适用于受重金属污染贫瘠土壤的处理、处置。
背景技术
土壤是人类赖以活动生存的基础，近年来，我国土壤的重金属污染问题日益严重，土壤中的重金属不断累积，研究结果表明，土壤中重金属总量并不能很好地反应重金属的向农作物富集的趋势，只有一部分形态的重金属具有生物有效性。尤其是其中可溶、可交换态重金属，能直接被作物吸收、富集，直接威胁人体健康，可以说土壤重金属污染问题已经成为倍受关注的公众问题。国家环保部门在出台“大气十条”、“水十条”后，表示“土十条”亦有望年内出台。传统的物理修复方法(换土、翻抛、热脱附法等)存在工程量较大，费用较高的缺点;利用生物富集(蚯蚓、植物和微生物富集)存在修复工期较长，适应性较差等缺点;传统的化学固化稳定化方法能改变重金属在土壤中存在的形态，显著降低土壤中水溶态、可交换态和有机结合态等易于被作物吸收的重金属的比例，因此化学固化稳定化方法依然是重金属修复市场较为可行的主流处置方法。
中国专利申请号为201310251933.3的发明专利，公开了一种在有机质中添加生物菌类的重金属固化剂，其配方包括有机质>40，有效活菌数>0.2亿/克、总养分>5%，能提高土壤肥力的同时对土壤重金属进行固化，然后其中有机质为专用有机肥，价格较高，而且生物菊的繁殖和修复周期长，适应性较为局限。
另一方面，随着城市化进程的加速，城镇污水处理能力超过1.5亿立方米/日，日产生脱水污泥超过10万吨。如何处理这些含水率高达80%的含水污泥亦是城市发展的突出问题。根据文献报道，现有实际情况，大部门污泥未经任何处理，以直接外运、弃置或者简单填埋或农用为主。现有的污泥处理处置技术成熟，但方法比较单一。对于重金属含量很低的污泥，小部分通过堆肥处理后，能直接应用到园林绿化及农用;一部分直接填埋处理;一部分污泥在加入10%--65%(甚至80%，取决于污泥中有机质含量)的FeCl3-CaO-粉煤灰-硅藻土等化学药剂后，采用深度脱水处理的方法，使之含水率降低到60%以下，然后在填埋于库容紧张的垃圾填埋场。现有的方法对污泥中的重金属、病原菌、臭味等不能进行有效的去除或控制，污泥深度脱水，甚至还使干物质的量显著增加，没有达到减容和资源化利用的初衷。因而具有较大的局限性。根据2008年国家环保部关于《城镇污水处理厂污泥处理处置技术政策(实行)(征求意见稿)》提出的污泥减量化、稳定化、无害化处理处置原则，结合我国污泥处置实际情况，寻求污泥的资源化利用具有深远的意义。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于有机污泥的重金属修复材料及其制备方法，该修复材料不仅能实现城市污泥的资源化利用，还能固化污染土壤中的重金属，降低农作物对重金属的吸收，改善土壤结构，提高土壤肥力，活化贫瘠土地，而且原料成本极其低廉。
该使用方法简单，操作方便。
实现本发明上述目的所采用的技术方案为：
一种基于有机污泥的重金属修复材料，由以下质量分数的原料制备而成：
有机处理污泥 40%-85%
矿物材料 10%-45%
复配稳定调节剂 1%-15%，
所述的有机处理污泥由以下工艺制备而成：1)将城市生活污泥用好氧消化工艺进行灭菌和预干化，然后压滤进行脱水，得到滤饼，滤饼的含水率为45%-65%;2)将滤饼进行堆肥，在30℃-65℃下发酵5-10天后，转入熟化房中熟化10-15天;3)熟化完成后进一步热干化脱水至含水率达30%以下，得到有机处理污泥。
一种基于有机污泥的重金属修复材料，由以下质量分数的原料制备而成：
有机处理污泥 50%-65%
矿物材料 30%-40%
复配稳定调节剂 5%-10%。
所述的矿物材料为硅藻土、海泡石、沸石、粉煤灰、矿渣和石灰石中的任意两种的组合，或者任意两种以上的组合。
所述的复配稳定调节剂为氢氧化钙、硅酸钠粉、磷酸二氢钙、过磷酸钙、硫酸铁和氯化铁中的任意一种，或者任意几种的组合。
一种基于有机污泥的重金属修复材料的使用方法，其特征在于包括如下步骤：
将上述的基于有机污泥的重金属修复材料加入重金属污染的污染土壤中，其中基于有机污泥的重金属修复材料与污染土壤的质量比为1:3-10，加入水并搅拌混合均匀，在温度5℃-45℃、空气湿度为25%-90%、土壤含水率为10%-60%的条件下静置陈化15-60天。
与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：
1)本发明以城市污水处理厂的污泥为基础材料(特别是其中重金属不超标的高有机质污泥)，利用其中的有益成分，通过形成金属-有机复合物，增加土壤阳离子交换量，降低土壤中重金属水溶态、可交换态含量，从而降低土壤中重金属的生物有效性，同时辅以匹配的无机重金属修复剂，促进其中可溶态、可交换态的重金属向残渣态等稳定化形式转化，从而实现有机、无机复合固化稳定化的双重稳定与固化。
2)本发明的修复材料以城市有机质污泥、工业废渣或其他常见矿物材料为基础原材料，对城市污泥进行综合利用，其基础材料来源广泛，便宜，符合对污泥资源化利用的原则，拓宽了对城市污泥的资源化利用领域;以污泥作为重金属修复材料的基础，“以污治污”，既能增加土壤有机质含量，提高土壤的肥力，还能有效固化稳定化土壤中的重金属。
3)本发明的修复材料的制备方法简单，操作方便，性能可控，易于在各城市推广。