用于钝化畜禽粪污中重金属的添加剂及其使用方法和应用

无机化学及其化合物制造及其合成,应用技术1.本发明属于重金属污染领域，涉及畜禽粪污中重金属的环保处理，特别是指用于钝化畜禽粪污中重金属的添加剂及其使用方法和应用。背景技术：2.为了提高畜禽的生产性能和饲料效率，常常在饲料中添加适量的铜、铁、锰和锌等微量重金属元素。由于饲料中添加的重金属元素只有约30％被动物吸收利用，绝大部分随着粪便排出。畜禽粪污进行无害化处理后作为有机肥料还田利用，是畜禽粪污资源化利用最经济有效的方式。另外，铜、铁、锰和锌等重金属元素也是植物正常生长发育所必需的，畜禽粪污中含有适量重金属对土壤和作物不会产生影响。但是由于这些重金属元素无法分解掉，长期施肥导致土壤和水环境中铜、铁、锰和锌等重金属元素浓度过高，造成幼苗生长缓慢，长势不良，影响作物产量；同时作物过量吸收的铜和锌等重金属元素，会在粮食中沉积，通过膳食和饮水进入人体，导致人体内重金属元素含量过高，影响人类健康。因此，如何控制土壤中适宜含量的铜、铁、锰和锌等重金属元素变得越来越重要。3.为了减少畜禽粪污还田过程中重金属累积对水域、农田土壤和作物产生不利影响，安全合理地施用有机肥料，降低重金属污染风险，最有效的方法是对畜禽粪污中的重金属元素进行钝化，即利用物理、化学或生物学的方法改变重金属元素的价态结构，使容易释放的离子态变成难以释放或缓慢释放的有机态，从而降低重金属元素对环境的危害。物理方法主要依靠腐殖酸钠、凹凸棒土和沸石粉等物理吸附剂的吸附功能，阻止离子态的重金属元素释放进入环境，此种方法存在吸附力弱及解吸附问题；化学方法是利用添加其它化学物质，通过螯合反应使重金属元素由离子态变为难以释放的有机态，由于此方法存在环境污染和成本高等问题，难以大面积推广应用；生物学方法是利用微生物发酵的方法，依靠微生物的吸附和转化功能把重金属元素由离子态变为难以释放的有机态，降低重金属元素对环境的污染，但存在优良微生物少及效果不稳定等问题。4.面对上述问题，本研究通过筛选对重金属元素具有高度钝化作用的微生物，再与物理吸附剂相结合，以期达到对畜禽粪污中多种重金属元素具有高度钝化目的，从而减缓重金属元素对环境的污染。技术实现要素：5.为了解决上述技术问题，本发明提出一种用于钝化畜禽粪污中重金属的添加剂及其使用方法和应用。6.本发明的技术方案是这样实现的：7.用于钝化畜禽粪污中重金属的添加剂，包括产朊假丝酵母和复合型物理吸附剂，其中复合型物理吸附剂包括腐殖酸钠、沸石粉和凹凸棒土。8.优选的，所述产朊假丝酵母candida utilis购自中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为cgmcc 2.0615，使用浓度为0.1-10×106cfu/g，复合型物理吸附剂的质量为畜禽粪污中干物质质量的4-12％。9.优选的，所述复合型物理吸附剂中腐殖酸钠、沸石粉和凹凸棒土的质量比为27-28:9:61-63。10.优选的，所述畜禽粪污中的干物质为猪粪和作物秸秆。11.优选的，所述畜禽粪和作物秸秆的质量比为4-6:1。12.上述的添加剂的使用方法，步骤如下：将畜禽粪与作物秸秆按比例混合后，调节含水率，作为畜禽粪污，然后加入添加剂，进行发酵，完成畜禽粪污中重金属钝化处理。13.优选的，所述畜禽粪与作物秸秆的质量比为4-6:1；含水率为58％-62％。14.优选的，所述发酵的温度为37℃、时间为14天。15.上述的添加剂在钝化畜禽粪污中重金属中的应用。16.进一步的，所述重金属为cu、fe和zn中的一种或多种。17.本发明具有以下有益效果：18.1、本技术为了降低畜禽粪污中重金属元素对环境的污染，本研究以含高浓度重金属的培养基作为选择性培养基，得到铁(fe)、锌(zn)、锰(mn)综合钝化率较好的产朊假丝酵母，但对铜(cu)无钝化作用。腐殖酸钠、凹凸棒土、沸石粉等物理吸附剂的试验结果表明，15％凹凸棒土对cu、fe、zn具有比较好的综合钝化作用，但对mn却无钝化作用。发现沸石粉3％、腐殖酸钠1％、凹凸棒土6.8％组合具有良好的重金属钝化作用，得到复合型物理吸附剂，使fe和zn的钝化率分别达到23.94％和36.38％。19.2、本技术通过产朊假丝酵母与复合型物理吸附剂进行组合发现，在猪粪发酵过程中按干物质量添加1.0×106cfu/g与8％复合型物理吸附剂，对cu、fe、zn的钝化率分别达到了86.93％、38.95％和59.28％，总钝化率达到了185.16％，附图说明20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。21.图1为沸石粉与腐质酸钠的交互作用图。22.图2为沸石粉与凹凸棒土的交互作用图。23.图3为腐质酸钠与凹凸棒土的交互作用图。具体实施方式24.下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。25.材料与方法26.利用含有高浓度铜(50mg/l)、铁(500mg/l)、锌(1000mg/l)和锰(200mg/l)的lb培养基(胰蛋白胨10g/l、酵母提取物5g/l、氯化钠10g/l)，依次从实验室保存的微生物进行筛选，发现购自中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的产朊假丝酵母(candida utilis,cgmcc 2.0615)，具有很好的重金属钝化作用，用于下一步畜禽粪污中重金属元素的钝化试验。27.重金属元素钝化率的测定：称取1.00g样品，加入40ml 0.11m乙酸，在22±5℃条件下，振荡16h，3000r/min离心20min。采用火焰原子吸收仪(沈阳华光9601)测定上清液中重金属元素含量。重金属元素钝化率＝(发酵前上清液中重金属元素含量-发酵后上清液中重金属元素总量)/发酵前上清液中重金属元素总量╳100。28.实施例1：钝化重金属的微生物筛选29.利用本研究室保存的微生物，根据重金属元素钝化试验发现，产朊假丝酵母对fe、zn、mn具有很好的钝化作用，但对cu却无钝化作用。结果如表1所示。30.表1产朊假丝酵母对不同重金属元素的钝化率(％)[0031][0032]注：“—”表示未检出，下同。产朊假丝酵母的使用剂量为1.0×106cfu/g。对照组：没有接种微生物。[0033]实施例2：多种物理吸附剂配伍对多种重金属元素的钝化作用[0034]为了提高物理吸附剂对多种重金属元素的钝化效果，按照表2和表3的响应面回归试验设计制备对多种重金属元素具有吸附作用的复合物理吸附剂。取新鲜猪粪与粉碎的玉米秸秆，按照干物质5:1的比例混合均匀，调节含水率为58％-62％。取1kg混合猪粪于2l烧杯中，按干物质的百分比加入添加不同剂量的物理吸附剂或菌液，混合均匀，每组设三个重复。然后用保鲜膜密封，防止水分过度流失。静置发酵14d后取样，测定重金属钝化率。[0035]表2 box-behnke设计因素及编码水平[0036][0037]表3制备复合型物理吸附剂的响应面回归设计[0038][0039]表4不同物理吸附剂对不同重金属元素的钝化率(％)[0040][0041]注：对照组：无物理吸附剂添加。[0042]表5响应面回归设计中不同物理吸附剂组合对不同重金属的钝化率(％)[0043][0044][0045]由表4可知，不同添加量的腐殖酸钠、凹凸棒土、沸石粉对cu、fe、zn都具有一定的钝化作用，尤其以15％凹凸棒土对cu、fe、zn具有比较好的钝化作用，但对mn却无钝化作用。对表5中的数值进行响应面优化分析，预测出最优复合物理吸附剂为沸石粉3％、腐殖酸钠1％、凹凸棒土6.8％(制备复合型物理吸附剂的组成为：28％沸石粉、9％腐殖酸钠、63％凹凸棒土)。在最优组合下，fe钝化率达23.94％，zn钝化率达36.38％，mn钝化率达5.43％。[0046]实施例3：产朊假丝酵母与复合物理吸附剂配伍对多种重金属元素的钝化作用[0047]在获得复合物理吸附剂的最佳配比后，为了进一步地提高多种重金属元素的钝化率，进行产朊假丝酵母与复合物理吸附剂配伍试验(见表6)。试验共分为10组，其中设对照组1个，每组3个重复，取新鲜猪粪与粉碎的玉米秸秆按照混合，调节含水率为60％左右。取1kg猪粪于2l烧杯中，按照下表添加不同的菌液与复合物理吸附剂，混合均匀，后用保鲜膜密封，防止水分过度流失。放入培养箱中，37℃发酵14d后取样，选出重金属钝化率高的组合。[0048]表6产朊假丝酵母与复合型物理吸附剂组合的试验设计[0049][0050]注：复合型物理吸附剂组成为：9％腐殖酸钠、28％沸石粉、63％凹凸棒土，按干物质量添加。[0051]结果如表7所示：[0052]表7产朊假丝酵母与复合型物理吸附剂组合对重金属的钝化率的影响(％)[0053][0054][0055]注：对照组：没有接种微生物。[0056]由表7可知，1.0×106cfu/g产朊假丝酵母与8％复合型物理吸附剂组合对cu、fe、zn钝化的综合作用最好，总钝化率达到了185.16％。因而，1.0×106cfu/g产朊假丝酵母与8％复合型物理吸附剂组合将作为畜禽粪污重金属钝化剂进行推广应用。[0057]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。









图片声明：本站部分配图来自人工智能系统AI生成,觅知网授权图片,PxHere摄影无版权图库。本站只作为美观性配图使用,无任何非法侵犯第三方意图,一切解释权归图片著作权方,本站不承担任何责任。如有恶意碰瓷者,必当奉陪到底严惩不贷!




内容声明：本文中引用的各种信息及资料（包括但不限于文字、数据、图表及超链接等）均来源于该信息及资料的相关主体（包括但不限于公司、媒体、协会等机构）的官方网站或公开发表的信息。部分内容参考包括:(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供参考使用,不准确地方联系删除处理！本站为非盈利性质站点,发布内容不收取任何费用也不接任何广告!




免责声明：我们致力于保护作者版权，注重分享，被刊用文章因无法核实真实出处，未能及时与作者取得联系，或有版权异议的，请联系管理员，我们会立即处理，本文部分文字与图片资源来自于网络，部分文章是来自自研大数据AI进行生成,内容摘自(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供学习参考,不准确地方联系删除处理!的,若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请立即通知我们，情况属实，我们会第一时间予以删除，并同时向您表示歉意,谢谢!