申请日2019.08.15
公开(公告)日2019.11.05
IPC分类号C05F15/00; C05F17/00; C05F17/02
摘要
本发明公开了蚯蚓堆肥用于削减污泥中纳米氧化铜毒性的应用，主要涉及固体废弃物的处理、处置与资源化利用技术领域。本发明的有益效果在于：提供了一种利用蚯蚓堆肥削减剩余污泥中纳米氧化铜毒性并提高堆肥肥效的方法。
权利要求书
1.蚯蚓堆肥用于削减污泥中纳米氧化铜毒性的应用。
2.根据权利要求1所述蚯蚓堆肥用于削减污泥中纳米氧化铜毒性的应用，其特征在于，采用以下方法进行蚯蚓堆肥：
步骤1，将含有纳米氧化铜污染的污泥在通风条件下放置5～9天，加入蓬松剂混合均匀，得堆肥基质;
步骤2，将干化的禽畜粪便调节湿度至60±5%，得缓冲物料;
步骤3，装填堆肥基质和缓冲物料，并接种蚯蚓，在在阴凉黑暗条件下，采用堆肥温度20℃～30℃，堆肥湿度55%～65%进行堆肥。
3.根据权利要求1所述蚯蚓堆肥用于削减污泥中纳米氧化铜毒性的应用，其特征在于，所述步骤3中，所述堆肥基质和缓冲物料按照逐层间隔填充的方法装料四层，且底层为堆肥基质层，蚯蚓接种在顶层的缓冲物料层内。
4.根据权利要求3所述蚯蚓堆肥用于削减污泥中纳米氧化铜毒性的应用，其特征在于，所述步骤3中，使用木质的蚯蚓堆肥反应器进行堆肥，所述蚯蚓堆肥反应器包括第一反应盒、第二反应盒、底盒，所述第一反应盒和第二反应盒均用于填充堆肥，所述第一反应盒和第二反应盒的底部均为网孔结构，所述第一反应盒和第二反应盒上下摞叠设置。
5.根据权利要求1所述蚯蚓堆肥用于削减污泥中纳米氧化铜毒性的应用，其特征在于，所述步骤3中的装填堆肥基质和缓冲物料，并接种蚯蚓，在在阴凉黑暗条件下，采用堆肥温度20℃～30℃，堆肥湿度55%～65%进行堆肥包括：
构建由第一反应盒、第二反应盒和底盒组成的蚯蚓堆肥反应器，第一反应盒摞放在第二反应盒的上方且二者的底板均为网孔结构，底盒设置在底部用于接取落料和逃逸蚯蚓，在第一反应盒和第二反应盒内按照堆肥基质和缓冲物料交替填装的方式填装4层，且最下层为缓冲物料，将蚯蚓接种在第一反应盒顶层的堆肥基质中，并覆盖一层1～2cm厚的稻草，在24小时日光灯照射条件下，使温度保持25℃，湿度保持60%，进行堆肥;至第一反应盒堆肥结束后，回收第一反应盒中的腐熟堆肥产品，并对第一反应盒进行重新装填后置于第二反应盒的下方继续堆肥;重复上述操作使第一反应盒与第二反应盒交替位于上方实现连续堆肥。
6.根据权利要求1所述蚯蚓堆肥用于削减污泥中纳米氧化铜毒性的应用，其特征在于，所应用污泥的纳米氧化铜浓度范围是100～2000mg纳米氧化铜/kg-TSS，纳米氧化铜的粒径为20-40nm。
7.根据权利要求1所述蚯蚓堆肥用于削减污泥中纳米氧化铜毒性的应用，其特征在于，
所述膨松剂包括锯末、木屑、秸秆、麦麸中的任意一种或任意多种的组合;
和/或
所述缓冲物料包括干牛粪、干猪粪、干鸡鸭鹅粪中的任一种或者几种的组合。
8.根据权利要求1所述蚯蚓堆肥用于削减污泥中纳米氧化铜毒性的应用，其特征在于，所述污泥与膨松剂按干重的重量比例10：0.5～1进行混合。
9.根据权利要求3或5所述蚯蚓堆肥用于削减污泥中纳米氧化铜毒性的应用，其特征在于，所述步骤3中，每层堆肥基质和/或缓冲物料的厚度为5～15cm。
10.根据权利要求1所述蚯蚓堆肥用于削减污泥中纳米氧化铜毒性的应用，其特征在于，接种的所述蚯蚓为赤子爱胜蚓，重量为0.2～0.5g/条。
和/或
所述蚯蚓的接种量按每1千克湿重的堆肥基质投加活体重量为150g的蚯蚓。
和/或
第一反应盒和/或第二反应盒的单次堆肥时间为50～70d。
说明书
蚯蚓堆肥用于削减污泥中纳米氧化铜毒性的应用
技术领域
本发明涉及固体废弃物的处理、处置与资源化利用技术领域，具体是蚯蚓堆肥用于削减污泥中纳米氧化铜毒性的应用。
背景技术
纳米科技是一把“双刃剑”，在促进科技发展的同时，也引发了相当严重的环境污染以及生态毒害问题。Science、Nature等权威期刊已先后刊登了评论员文章，以呼吁加强关于纳米金属氧化物的环境行为与生态毒性效应的研究。以纳米氧化铜为例，由于其磁性、热阻、化学活性、抗菌性以及光催化等方面的特性，已经广泛应用于新材料制备、抗菌涂层以及有机污染物的催化治理等领域，然而其在生产、运输、使用以及报废过程中不可避免的通过各种途径排放到环境当中，从而引发严重的环境污染与生态毒害问题。作为污水向环境水体排放的最后一道屏障，污水厂成为水体中的纳米金属氧化物的最终去向，并通过吸附、凝聚以及沉淀作用富集在剩余污泥当中。
目前纳米金属氧化物在剩余污泥中的含量从十几mg/g-TSS至几千mg/g-TSS不等，而且随着纳米材料的不断应用，其在剩余污泥中表现出不断增加的趋势，因此关于纳米金属氧化物对常规污泥处理工艺的危害性已经成为环境领域的研究热点。如Mu等人发现纳米ZnO会对剩余污泥厌氧发酵产甲烷过程中的厌氧微生物体系产生毒害作用，而由于Cu2+本身的抑菌效应，使得纳米氧化铜的毒性更加显著，富集在剩余污泥中的纳米氧化铜，在污泥理化性质改变的情况下，会释放出Cu2+,造成较为严重的重金属毒性，从而影响厌氧消化等常规的剩余污泥的处理方法，如Otero-onzález研究表明1.75mg/L的纳米氧化铜会对厌氧发酵系统产生长期影响，从而影响剩余污泥厌氧消化产甲烷的处理效果，而Luna-delRisco则发现15mg/L的纳米氧化铜就会导致剩余污泥厌氧发酵的甲烷产量下降30%，因而受纳米氧化铜污染的剩余污泥本身该如何去处理，处理后的污泥中纳米氧化铜的毒性是否会被削减，是否会通过污泥的处置途径再次进入环境当中造成二次污染，这些问题则亟待环境工作者解决。
发明内容
本发明的目的在于提供蚯蚓堆肥用于削减污泥中纳米氧化铜毒性的应用，它提供了一种利用蚯蚓堆肥削减剩余污泥中纳米氧化铜毒性并提高堆肥肥效的方法。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
蚯蚓堆肥用于削减污泥中纳米氧化铜毒性的应用。
进一步的，采用以下方法进行蚯蚓堆肥：
步骤1，将含有纳米氧化铜污染的污泥在通风条件下放置5～9天，加入蓬松剂混合均匀，得堆肥基质;
步骤2，讲干化的禽畜粪便调节湿度至60±5%，得缓冲物料;
步骤3，装填堆肥基质和缓冲物料，并接种蚯蚓，在在阴凉黑暗条件下，采用堆肥温度20℃～30℃，堆肥湿度55%～65%进行堆肥。
进一步的，所述步骤3中，所述堆肥基质和缓冲物料按照逐层间隔填充的方法装料四层，且底层为堆肥基质层，蚯蚓接种在顶层的缓冲物料层内。
进一步的，所述步骤3中，使用木质的蚯蚓堆肥反应器进行堆肥，所述蚯蚓堆肥反应器包括第一反应盒、第二反应盒、底盒，所述第一反应盒和第二反应盒均用于填充堆肥，所述第一反应盒和第二反应盒的底部均为网孔结构，所述第一反应盒和第二反应盒上下摞叠设置。
进一步的，所述步骤3中的装填堆肥基质和缓冲物料，并接种蚯蚓，在在阴凉黑暗条件下，采用堆肥温度20℃～30℃，堆肥湿度55%～65%进行堆肥包括：
构建由第一反应盒、第二反应盒和底盒组成的蚯蚓堆肥反应器，第一反应盒摞放在第二反应盒的上方且二者的底板均为网孔结构，底盒设置在底部用于接取落料和逃逸蚯蚓，在第一反应盒和第二反应盒内按照堆肥基质和缓冲物料交替填装的方式填装4层，且最下层为缓冲物料，将蚯蚓接种在第一反应盒顶层的堆肥基质中，并覆盖一层1～2cm厚的稻草，在24小时日光灯照射条件下，使温度保持25℃，湿度保持60%，进行堆肥;至第一反应盒堆肥结束后，回收第一反应盒中的腐熟堆肥产品，并对第一反应盒进行重新装填后置于第二反应盒的下方继续堆肥;重复上述操作使第一反应盒与第二反应盒交替位于上方实现连续堆肥。
进一步的，所应用污泥的纳米氧化铜浓度范围是100～2000mg纳米氧化铜/kg-TSS，纳米氧化铜的粒径为20-40nm。
进一步的，所述膨松剂包括锯末、木屑、秸秆、麦麸中的任意一种或任意多种的组合;
和/或
所述缓冲物料包括干牛粪、干猪粪、干鸡鸭鹅粪中的任一种或者几种的组合。
进一步的，所述污泥与膨松剂按干重的重量比例10：0.5～1进行混合。
进一步的，所述步骤3中，每层堆肥基质和/或缓冲物料的厚度为5～15cm。
进一步的，接种的所述蚯蚓为赤子爱胜蚓，重量为0.2～0.5g/条。
进一步的，所述蚯蚓的接种量按每1千克湿重的堆肥基质投加活体重量为150g的蚯蚓。
进一步的，第一反应盒和/或第二反应盒的单次堆肥时间为50～70d。
对比现有技术，本发明的有益效果在于：
蚯蚓堆肥作为一种生态处理技术，在处理城市剩余污泥中得到了较为广泛的应用。申请者在长期进行污泥蚯蚓堆肥的研究过程中发现，当堆肥基质中含有适量的纳米氧化铜时，蚯蚓的生长状况反而较没有纳米氧化铜时要好，分析其原因认为是由于纳米氧化铜作为碱性氧化物，在堆肥中能够缓和有机物降解矿化所导致基质pH值降低，从而为蚯蚓的生长创造良好的条件。而生长良好的蚯蚓，则又能够促进堆肥基质中速效氮、速效磷的形成，并提高堆肥基质的腐殖化程度，从而显著提高了堆肥产品的肥效。
在本发明中，采用欧洲共同体参考机构(欧盟标准测量和测试机构)所推荐的BCR连续提取法对蚯蚓堆肥削减纳米氧化铜的毒性效果进行评价，对剩余污泥中Cu的形态划分为酸溶态、可还原态、可氧化态及残渣态，并认为前两种形态(酸溶态和可还原态)为不稳定形态，其生态毒性高，后两种形态(可氧化态和残渣态)为稳定形态，其生态毒性低，通过添加膨松剂与缓冲物料，调节基质理化性质，借助堆肥过程中蚯蚓与微生物的协同作用机制，使得富集在剩余污泥当中的纳米氧化铜中Cu形态的从不稳定形态(毒性高)向稳定形态进行转化(毒性低)，从而实现了剩余污泥中纳米氧化铜毒性的削减。通过测定速效氮、速效磷并利用三维荧光光谱反映腐殖化程度来衡量堆肥后基质的肥效。
本发明的有益之处在于：显著降低了受纳米氧化铜污染的剩余污泥中不稳定形态的铜所占的比例，从而降低了纳米氧化铜的生态毒性，同时显著的提高了堆肥基质的肥效，为受纳米氧化铜污染的剩余污泥的处理、处置与资源化利用提供了一种新的方法。经过该方法处理后堆肥基质的速效氮、速效磷含量以及腐殖化程度显著提高，可以用作土壤改良剂提高土地肥力，从而实现了受纳米氧化铜污染的剩余污泥中纳米氧化铜的毒性削减和剩余污泥的资源化。（发明人赵春辉;王勇;赵越;牧辉;朱林旭;周赟;孙雅洁）