畜禽粪污改性水热处理重金属风险的评估方法

本发明属于粪污处理，特别涉及一种畜禽粪污改性水热处理重金属风险的评估方法。

背景技术：

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2、目前，由于缺乏对畜禽粪污资源的合理规划与利用，未经处理的畜禽粪污常被抛弃于农田，导致重金属元素进入土壤中累积，一旦超过土壤自净能力，将会产生重金属污染，使得作物中的重金属含量超标，从而通过食物链危害人类健康。

3、水热处理作为一种新型处理技术，可以将城市废弃物转化成可利用的生物质能源。相对于传统的浓缩脱水、消化处理、干化处理等处理技术，畜禽粪污水热处理技术的水热碳化反应具有不受原料含水率的制约、反应条件温和、处理周期短(全程仅2-4小时)、处置能耗低、回收的产品用途广和价值高等特点。但是，现有畜禽粪污水热处理的技术研究主要关注点在于减量化和资源化，目前畜禽粪污水热处理产出水热炭还存在重金属脱除不彻底，具有潜在生态风险的问题。

技术实现思路

1、为了解决以上技术问题，本发明提供了一种畜禽粪污改性水热处理重金属风险的评估方法。

2、为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种畜禽粪污改性水热处理重金属风险的评估方法，包括以下步骤：

4、分析畜禽粪污中重金属形态：采用连续提取法分析畜禽粪污中重金属形态；

5、将畜禽粪污进行改性水热处理，反应温度采用80-280℃进行多组实验，反应产物固液分离后得到固相产物水热炭和液相产物水热液；

6、采用潜在生态风险指数peri来评估畜禽粪污的水热产物中固相在回收利用中重金属风险水平，计算公式如下：

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10、其中，ri值为每种重金属个体潜在生态风险的总和，为单个重金属i的潜在生态风险，为给定重金属i的毒性反应因子，为污染因子，为畜禽粪污的水热产物固相中重金属i的浓度，为重金属阈值，根据《土壤环境质量—农用地土壤污染风险管控标准》gb15618—2018选取；

11、根据和ri的数值来评估畜禽粪污的水热产物中固相的重金属潜在生态风险。

12、进一步，和ri的潜在风险评估水平分类如下：

13、当ri＜150时，潜在风险水平为低风险；

14、当150≤ri＜300时，潜在风险水平为中风险；

15、当ri≥600时，潜在风险水平较高；

16、当300≤ri＜600时，潜在风险水平为高风险；

17、当时，潜在风险水平非常高。

18、进一步的，所述重金属阈值根据《土壤环境质量—农用地土壤污染风险管控标准》gb15618—2018选取：cr为0.3mg·kg-1，cu为50mg·kg-1，zn为200mg·kg-1，cd为150mg·kg-1，pb为90mg·kg-1，as为40mg·kg-1；

19、cr、cu、zn、cd、pb和as的毒性反应因子分别为2、5、1、30、5和10。

20、进一步的，所述连续提取法采用连续分级提取方法，分别为离子交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态；

21、离子交换态：取待测样品,按土液比1:8加入mgcl2溶液，得到的混合液中mgcl2的浓度为1mol/l，ph＝7；震荡1h,于4000r/min下离心10min,过滤后于50ml比色管中定容；

22、碳酸盐结合态：取上步残渣,按土液比1:8加入hac-naac缓冲溶液，得到的混合液中hac-naac的浓度为1mol/l，ph＝5；在25℃下震荡8h后，于4000r/min下离心10min,过滤后于50ml比色管中定容；

23、铁锰氧化物结合态：取上步残渣，按土液比1:10加入nh2oh·hcl的25％的醋酸溶液，得到的混合液中nh2oh·hcl的浓度为0.04mol/l；于4000r/min下离心10min,过滤后于50ml比色管中定容；

24、有机结合态：取上步残渣，先按土液比1:3和1:5和分别加入hno3和30％h2o2，h2o2，得到的混合液中hno3及h2o2的浓度均为0.04mol/l；在85℃水浴下间歇搅拌2h，再按土液比1:3加入30％h2o2，得到的混合液中h2o2的浓度为0.04mol/l；在85℃水浴下间歇搅拌3h，冷却后，再按土液比加1:5加入nh4ac溶液，得到的混合液中nh4ac的浓度为3.2mol/l，防止再吸附，连续搅拌30min，离心过滤后于50ml比色管中定容；

25、残渣态：取上步残渣，按国家标准chineseenvironmentalprotectionagency,1997a；b；c,消化土壤中的残渣态重金属元素，过滤后于50ml比色管中定容。

26、进一步的，采用风险评估指数rac来评估畜禽粪污的水热产物中固相的重金属迁移程度及生物可利用度，rac指数根据tessier重金属连续提取法中离子交换态与碳酸盐结合态与总量计算，计算公式如下：

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28、式中：rac为风险评估指数，f1为离子交换态、f2为碳酸盐结合态、f3为铁锰氧化物结合态、f4为有机结合态、f5为残渣态。

29、进一步的，根据风险评估指数rac分为如下5个等级：

30、等级ⅰ：rac＜1，风险等级为安全水平；

31、等级ⅱ：1≤rac＜10，风险等级为低风险水平；

32、等级ⅲ：10≤rac＜30，风险等级为中风险水平；

33、等级ⅳ：30≤rac＜50，风险等级为高风险水平；

34、等级ⅴ：50≤rac＜100，风险等级为超高风险水平。

35、进一步的，畜禽粪污水热处理步骤如下：

36、量取一定量的畜禽粪污原料放入水热合成反应釜中，盖上反应釜盖密封水热合成反应釜，以保持内部高温高压反应环境；

37、启动水热合成反应釜的搅拌器，搅拌速度为100-300prm，搅拌时间30-60min；

38、畜禽粪污原料在水热合成反应釜中进行水热合成反应，反应过程中向水热合成反应釜内添加改性剂，每克干基畜禽粪污；

39、反应温度为80-280℃之间，进行多组实验；每组实验结束，待水热合成反应釜冷却后，取出水热合成反应釜内的固液混合物，进行固液分离得到固相产物和液相产物。

40、进一步的，所述改性剂为乙二胺四乙酸，每克干基畜禽粪污添加17.5mg的乙二胺四乙酸。

41、进一步，取出水热合成反应釜内的固液混合物进行固液分离，分离出来的固相产物放在恒温烘箱105℃下干燥24h得到水热炭，得到的液相产物为水热液，存放于0～4℃的冰箱中储存。

42、进一步的，所述水热合成反应釜包括反应釜盖和罐体，所述反应釜盖与罐体通过连接螺栓和法兰相连，所述反应釜盖与罐体的配合面之间设有密封圈，所述反应釜盖上设有搅拌器和压力表；所述罐体的外壳为304不锈钢材质、内衬为能够耐受800℃的石英材质，所述罐体的外部设有加热套，所述加热套设置于控制台座上，所述控制台座的内部设有控制器、侧面设有显示屏和控制键，所述压力表、加热套和搅拌器均与控制器相连。

43、本发明与现有技术相比，所取得的技术进步在于：

44、本发明通过分析畜禽粪污中重金属形态，对畜禽粪污进行改性水热处理，然后采用潜在生态风险指数peri来评估畜禽粪污的水热产物中固相在回收利用中重金属风险水平。通过改性水热处理法处理畜禽粪污能够实现其重金属元素的固化与稳定化，edta的投加对重金属离子起到很好的螯合作用，重金属离子形态更稳定从而降低了潜在的生态风险，有效降低了重金属元素的迁移性与生物毒性。