一种具有Pb、Cd吸附性能的功能蚓粪制备方法

摘要

本发明具有Pb、Cd吸附性能的功能蚓粪制备方法，属于固体废弃物资源化利用领域。该功能蚯蚓粪具有良好的Pb、Cd去除特性，有机质含量约为40%，总养分约5%。其制备方法，包括以下步骤：（1）以牛粪为主料，贝壳粉改性物为矿物辅料构建蚯蚓反应器；矿物蚯蚓反应器的矿物辅料添加量为2%～10%；（2）待基质发酵7天后，将活跃的蚯蚓接种于蚯蚓反应器中，培养30～42d后，获得功能蚓粪。本发明提供的功能蚓粪具有良好的Pb2+、Cd2+去除能力，能够较好的修复土壤Pb、Cd污染，含有丰富的有机质基及营养元素，较大的比表面积以及丰富的孔隙，可提高土壤肥力，改善土壤物理性能。

说明书

技术领域

本发明属于固体废弃物资源化利用技术领域，具体涉及一种具有Pb、Cd吸附性能的功能蚓粪制备方法。

背景技术

随着我国畜禽养殖业的规模化发展，产生了大量畜禽粪便。据报道，2020年末全国畜禽粪便产生量将高达42.44亿t，大量粪便排放给环境带来了严重污染。从畜禽粪便组成上看，牛粪占比最高，因此，牛粪处理及资源化利用具有必要性。蚯蚓堆肥是通过蚯蚓和微生物的联合作用，能够较为高效的处理有机废弃物，能够实现牛粪的资源化无害化处理。

同时，由于采矿、汽车尾气以及农药化肥的施用等各种人为活动所造成的与重金属相关的环境污染受到了广泛关注。据报道，我国耕地土壤重金属超标率为35%左右，受重金属污染的耕地面积达到2000万hm

常见的重金属修复技术有电化学法、化学氧化法、生物修复法和吸附法等，其中吸附法因其效率高、操作简单、运行方便，而被广泛的应用。吸附法的关键是选择合适的吸附材料，然而，目前大部分材料由于其处理效率低，容易造成二次污染，而限制了吸附法的应用。因此，探索高效、价廉且环境友好的新型材料用于去除环境中的Pb、Cd迫在眉睫。蚓粪具有较大的比表面积、阳离子交换量，具有丰富的羧基和羟基等官能团，且对重金属具有较好的亲和力，可作为一种良好的吸附剂。然而，蚓粪作为单一的有机材料对重金属修复效果相对有限，因此，改变蚓粪性状以提高其重金属吸附力具有必要性。同时，矿物材料由于其具有高效、成本低廉、环保等优势被视为21世纪的“绿色材料”广泛应用于土壤重金属污染修复。因此，制备兼具蚓粪和矿物吸附性能的有机无机复合材料用于重金属污染修复具有重要潜力及环境意义。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于土壤中Pb、Cd污染物去除的功能蚓粪及制备方法，既能实现牛粪的资源化利用，又能解决土壤因Pb、Cd污染而影响其可持续利用的问题。

本发明通过以下技术方案加以实现:

所述的一种具有Pb、Cd吸附性能的功能蚓粪制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）以牛粪为主料，贝壳粉改性物为矿物辅料构建蚯蚓反应器；

2） 将蚯蚓反应器中的牛粪及贝壳粉改性物的混合物作为基质，于室温下预发酵7天；

3）将活跃的蚯蚓接种于蚯蚓反应器中，培养30～42d后，获得功能蚓粪。

进一步地，步骤1）中所述贝壳粉改性物由贝壳粉经800～1100℃高温煅烧后获得。

进一步地，矿物辅料添加量占基质总质量的2%-10%，牛粪的质量含量为90%～98%。

进一步地，步骤2）中预发酵过程中，基质湿度保持在70-80%。

进一步地，步骤3）中蚯蚓种类选用赤子爱胜蚓，其接种密度为10～60mg/g，培养温度为15～25℃，湿度为60～80％。

进一步地，所述功能蚓粪，其有机质含量35～45%，总养分4～6%，pH为7.0～8.0，具有良好的Pb

本发明通过向蚯蚓反应器中添加贝壳粉改性物，可改善蚯蚓堆肥过程的曝气率和透水率，减缓盐度及pH对蚯蚓的影响，加速了腐殖化和降解速率，提高了功能蚓粪的生产效率。采用本发明制备方法得到的功能蚓粪具有丰富的孔隙和较大的比表面积，富含有机质和养分，可改善土壤的物理性能增强土壤的持水性，提高土壤肥力。

本发明作为蚯蚓饲料的材料均为常见的废弃物，来源广泛，价格低廉，适合规模化生产。同时实现了牛粪及贝壳粉废弃物的资源化利用；适量贝壳粉改性物的添加，改善了堆肥环境，一定程度上加速了腐殖化和降解速率，提高了功能蚓粪的生产效率；本发明制得的功能蚓粪养分全面，富含有机质微生物菌群，有利于提高土壤肥力，增强农作物抗性，减少农作物病害，促进植物生长；同时还具有良好的Pb、Cd吸附能力，可降低稳定土壤中的Pb、Cd有效性，并降低植株对Pb、Cd的富集。

附图说明

图1为功能蚓粪对Pb

图2为功能 蚓粪对Cd

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做进一步详细描述，以更好地理解本技术方案。

本发明提供一种用于土壤中Pb、Cd污染物去除的功能蚓粪制备方法，包括以下步骤：1）以牛粪为主料，贝壳粉改性物为矿物辅料构建蚯蚓反应器；2）将蚯蚓反应器中的基质于室温下预发酵7天；3）将活跃的蚯蚓接种于蚯蚓反应器中，培养30～42d后，获得功能蚓粪。

本发明中，牛粪的种类和来源没有特殊要求，含水率60%～80%；牛粪的质量含量优选的为90～98％。

在本发明中，矿物辅料贝壳粉改性物由贝壳粉经800～1100℃高温煅烧后获得；贝壳粉为贝壳经机械粉碎过0.15mm筛后获得；贝壳的种类和来源没有特殊要求；矿物辅料的添加比例为2%～10%。

本发明中，蚯蚓反应器为常规设计，比如其形状可选圆柱状，高20～40cm，圆面半径为30～50cm；蚯蚓反应器内置筛网，孔径为0.15mm，方便功能蚓粪的收集；蚯蚓反应器上部设有筛网，孔径为0.15mm，以防蚯蚓逃逸和利于气体交换。多个蚯蚓反应器之间设置10cm～30cm间距。

反应器的设置应根据实际需求进行相应的调整，该调整，对于本领域技术人员来说是易于实现的，如若在室外大棚培养，可调整反应器形状及尺寸。优选的，其形状可为条状，厚度10～60cm、长度为1～100m、宽度为1～3m。基质预发酵时间可适当延长至10～40天；为方便大棚蚯蚓培养操作，接种密度可调整为0.4～4.0kg/m

由于蚯蚓不耐高温和低温，本发明中蚯蚓反应器置于人工气候室中；人工气候室的温度优选的为15～25℃。若为大棚培养，大棚顶端夏季应遮阳防晒，冬季应注意保温。蚯蚓反应器上端应设喷水装置，两个喷水孔间的距离优选50～100cm,以保持养殖床的湿度约为75%。

本发明牛粪矿物混合基质发酵后，将蚯蚓接种于蚯蚓反应器中培养30～42d后，获得功能蚓粪。蚯蚓优选为赤子爱胜蚓(

本发明在蚯蚓培养之后，可采用光照促进蚯蚓向反应器底部移动，从而实现蚯蚓和功能蚓粪的分离。收集时，可直接将反应器内的筛网提出，准备下一轮培养。

下面结合具体实例对本发明实施方式作进一步的详细描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述：

实施例1：功能蚓粪的制备

1）以牛粪为主料，添加2.5%的贝壳粉或贝壳改性物作为矿物辅料经充分混合（300g干重）后置于内有细网格袋（孔径≤0.15mm) 的蚯蚓反应器中，桶口直径30cm，桶高20cm，并调节含水率至70%后，于室温下预发酵约7天。

其中，牛粪取自海宁某蚯蚓养殖厂；贻贝贝壳取自于杭州市某水产养殖场，经机械粉碎过0.15mm筛后制得贝壳粉；贝壳粉改性物为将贝壳粉经马弗炉1100℃煅烧后过0.15mm筛后所得。

2）将体重相近、环带明显的赤子爱胜蚓接种于步骤1）所述的蚯蚓反应器中，其密度为40mg/g，约18条，并用孔径为0.15mm的纱布对蚯蚓反应器进行封口，以防止蚯蚓逃逸。

3）将上述蚯蚓反应器置于温度为18℃、湿度为70%及光照度为0 Lux，通风良好的人工气候室，每隔2d浇1次超纯水以维持基质湿度，培养42d后收获功能蚓粪。

试验设置6个处理，每个处理设3个重复。C：纯牛粪不接种蚯蚓；CS：牛粪和贝壳粉混合不接种蚯蚓；CMS：牛粪和贝壳粉改性物混合不接种蚯蚓；V：纯牛粪接种蚯蚓；VS：牛粪和贝壳粉混合接种蚯蚓；VMS：牛粪和贝壳粉改性物混合接种蚯蚓。

功能蚓粪的表征：对功能蚓粪的基本理化性质进行了测定，主要包括以下指标：pH、阳离子交换量、比表面积、有机质含量、总养分。

功能蚓粪对Pb

表1功能蚓粪的基本理化性状

注：表1中不同小写字母表示5%显著差异水平。

由表1可知，各样品的pH范围为7.22-7.76，均为弱碱性，其中VMS的pH为7.44。比较各样品的阳离子交换量和比表面积的大小可知，VMS具有最高的阳离子交换量以及最大的比表面积。各样品含有丰富的有机质含量，均为40%左右。此外，各样品的总养分含量大小顺序为VMS＞VS＞V＞CMS＞CS＞ C，即VMS具有最高的总养分含量，为4.93%。因此VMS处理功能蚓粪具有良好的基本理化特性以及含有丰富的有机质及养分。

本实施例制得的功能蚓粪对Pb

由图1及图2可知，各样品对Pb