一种生活垃圾堆肥粒径分筛控制重金属污染的方法
阅读：796发布：2020-06-17
专利汇可以提供一种生活垃圾堆肥粒径分筛控制重金属污染的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及采用分筛生活垃圾堆肥粒径控制重金属污染与优化利用的方法。它是将生活垃圾堆肥预处理，再将垃圾堆肥采用＞1.6mm、1.6～0.8mm、0.8～0.4mm、0.4～0.2mm、0.2～0.1mm或＜0.1mm标准筛进行筛分，分别收集不同粒径的垃圾堆肥，测定有机质、微量元素、重金属含量，根据需要用于不同生产目标的 土壤 。本发明通过对生活垃圾堆肥粒径的分筛处理，达到去除堆肥中积累过多的重金属有害物质，保留为 植物 生长提供养分以及改善土壤理化性质的堆肥颗粒的目的，为生活垃圾堆肥安全、有效、合理的使用提供了科学依据。，下面是一种生活垃圾堆肥粒径分筛控制重金属污染的方法专利的具体信息内容。
1、一种生活垃圾堆肥粒径分筛控制重金属污染与优化利用的方法，其特征在于，将生活垃圾堆肥预处理，再将垃圾堆肥采用＞1.6mm、1.6～0.8mm、0.8～0.4mm、0.4～0.2mm、0.2～0.1mm或＜0.1mm标准筛进行筛分，分别收集不同粒径的垃圾堆肥，测定有机质、微量元素、重金属含量，根据需要用于不同生产目标的土壤。
2、 如权利要求l所述的方法，其中所述的生活垃圾堆肥预处理是指 由人工捡去垃圾堆肥中的各类木头、塑料、玻璃、金属等杂物。
3、如权利要求1所述的方法，其中的重金属为：Pb、 Zn、 Cu、 Cd、 Mn、 Ni 、 Cr、 Hg或As;所述有机质为N、 P、 K;所述微量元素为Ca、 Fe、 Mg或Mn。
4、如权利要求1所述的方法，其中所述堆肥有机质磷主要集中在>1.6 mm 、 1.6~0.8mm粒径范围内；钾主要集中在0.8mm的粒径范围内； 全氮含量主要集中在X).8mm粒径范围内。
5、如权利要求l所述的方法，其中所述微量元素Ca的含量主要集中 在H.6mm 、 1.6〜0.8mm粒径范围内；Fe的含量主要集中在》 0.2-0.1mm粒径范围内；Mg的含量主要集中在> 1.6mm、 0.2-0.1mm粒 径范围内；Mn的含量主要集中在〉1.6mm、 1.6~0.8mm、 0.2 ~ O.lmm粒 径范围内。
6、如权利要求l所述的方法，其中所述重金属铅在〈0.8mm颗粒粒径 中累积；铜主要集中0.4-0.8mm粒径中；锌主要集中在〉1.6mm的颗粒粒 径中，镉和镍元素主要集中在0.8mm的粒径范围内。
一种生活垃圾堆肥粒径分筛控制重金属污染的方法
技术领域
本发明属于农业环境科学技术领域，涉及城市生活垃圾无害化、资源 化利用的方法，更具体的说是一种生活垃圾堆肥粒径分筛控制重金属污 染与优化利用的方法。
背景技术
随着城市建设的发展和城市人口的不断扩大，生活垃圾产生量也与 日俱增，如何有效处理这些污染垃圾已成为困扰城市发展的严重社会问 题。目前，世界各国都把城市固体废弃物的减量化、无害化和资源化的"三 化"方针作为综合解决城市垃圾的原则。采用堆肥法处理城市垃圾符合 这一方向.堆肥化处理既解决了污染的问题，减轻废弃物给环境的压力， 又使废弃物资源得到充分利用，有利于农业可持续发展，是目前有机废物 处理的最理想的一种处理方式。更确切地说，垃圾堆肥法在消纳城市垃 圾的同时，还可以起到腐殖质源、补充土壤损失的营养成分，提高土壤 肥力，改善土壤环境及向植物提供各种基本微量元素的作用。例如可增 加土壤腐殖质和养分，而且堆肥中有机质与土壤结合，可使粘质土壤疏 松，对砂质土壤则促进其结成团粒，以致明显降低土壤结构，提高土壤 通风、保水和培肥的功能，同时能促进植物根系的增长，增加蔬菜中鈣、 钾含量，明显降低硝酸盐、亚硝酸盐含量等多方面作用。
但是，目前生活垃圾堆肥的生产及施肥利用较为粗放，如垃圾堆肥颗 粒大小不均，长期使用会使土壌明显渣化，物理性状变劣，土壤保水保 肥能力大大降低。另外，垃圾堆肥中重金属含量较高，土壤长期粗放施 用还会带来其它环境问题。因此，如果在堆肥生产的筛分环节中，通过 一些技术措施达到去除堆肥某些粒径中积累过多的有害物质，保留为植 物生长提供养分以及改善土壤理化性质的堆肥顆粒，那么对垃圾堆肥资源化利用将非常有意义。章明奎的研究发现，在土壤中，无论是有机物 质还是矿物质，因种类和颗粒大小不同，其理化性质与土壤中养分及作
用方式都存在4艮大差异。Christensen等研究发现，3种不同土壤施用堆 肥后，其不同粒径中的含氮量发生了变化。Bary和Hinds的研究也发现， 由于细顆粒具有较大的比表面积，因此养分、重金属及微量元素等优先 浓集于土壤细颗粒组分中。
尽管这些研究为垃圾堆肥通过粒径分筛方法改善其理化性质提供了 理论依据，但以往对垃圾堆肥理化性质及有机质、微量元素、重金属等 积累方式的研究还仅局限于未分选的原垃圾堆肥层面上，而对经过筛分 后不同粒径垃圾堆肥的研究尚未见文献报道。
但是，目前生活垃圾堆肥的生产及施肥利用较为粗放，如垃圾堆肥颗 粒大小不均，长期使用会使土壌明显渣化，物理性状变劣，土壤保水保 肥能力大大降低。另外，垃圾堆肥中重金属含量较高，土壤长期粗放施 用还会带来其它环境问题。因此，如果在堆肥生产的筛分环节中，通过 一些技术措施达到去除堆肥某些粒径中积累过多的有害物质，保留为植 物生长提供养分以及改善土壤理化性质的堆肥顆粒，那么对垃圾堆肥资源化利用将非常有意义。章明奎的研究发现，在土壤中，无论是有机物 质还是矿物质，因种类和颗粒大小不同，其理化性质与土壤中养分及作
用方式都存在4艮大差异。Christensen等研究发现，3种不同土壤施用堆 肥后，其不同粒径中的含氮量发生了变化。Bary和Hinds的研究也发现， 由于细顆粒具有较大的比表面积，因此养分、重金属及微量元素等优先 浓集于土壤细颗粒组分中。
尽管这些研究为垃圾堆肥通过粒径分筛方法改善其理化性质提供了 理论依据，但以往对垃圾堆肥理化性质及有机质、微量元素、重金属等 积累方式的研究还仅局限于未分选的原垃圾堆肥层面上，而对经过筛分 后不同粒径垃圾堆肥的研究尚未见文献报道。
发明内容
本发明的目的在于，公开了 一种采用分筛生活垃圾堆肥粒径控制重金 属污染与优化利用的方法。通过对城市生活垃圾堆肥颗粒筛分后理化性 质的测定，探索不同分选顆粒垃圾堆肥理化性质的变化规律，为生活垃 圾堆肥有效利用提供科学依据。
本发明的具体技术方案如下：
一种生活垃圾堆肥粒径分筛控制重金属污染与优化利用的方法，其特 征在于，将生活垃圾堆肥预处理，再将垃圾堆肥采用>1. 6mm、 1. 6 ~ 0. 8mm、 0. 8~0. 4咖、0. 4~0. 2mm、 0. 2 ~ 0. l咖或<0. l咖标准筛进行筛分，分别 收集不同粒径的垃圾堆肥，测定有机质、微量元素、重金属含量，根据 需要用于不同生产目标的土壤。
本发明所述的生活垃圾堆肥预处理是指由人工捡去垃圾堆肥中的各 类木头、塑料、玻璃、金属等杂物。
本发明所述的重金属为：Pb、 Zn、 Cu、 Cd、 Mn、 Ni 、 Cr、 Hg或As; 所述有机质为氮、磷、钾；所述微量元素为Ca、 Fe、 Mg或Mn。
本发明优选有机质含量测定采用>1.6 mm 、 1. 6 ~ 0. 8mm、 0. 8 ~ 0. 4mm 粒径标准筛进行筛分，测定有机质含量。更加优选堆肥有机质蜂主要集 中在>1.6 mm 、 1.6~0.8mm粒径范围内；钾主要集中在〈0.8mm的粒径范围内；全氮含量主要集中在＞0.8mm粒径范围内。
本发明优选微量元素含量测定采用＞1.6mm、 1.6~0.8mm、 0.2 ~ O.lmm 、 0. 4~0. 2mm或0. 2-0. lmm标准筛进行筛分，测定微量元素含 量。其中所述Ca的含量主要集中在a.6mm 、 1.6 ~ 0.8mm粒径范围内；Fe的含量主要集中在≥1.6mm、 0.2 ~ O.lmm粒径范围内；Mg的含量主要 集中在≥1.6mm、0.2 ~ O.lmm粒径范围内；Mn的含量主要集中在＞1.6mm、 1.6 — 0.8mm、 0.2〜0.1mm粒径范围内。
本发明优选重金属含量测定采用>1. 6mm、 1. 6 ~ 0. 8mm、 0. 8 ~ 0. 4咖或 0.4~0.2mm标准筛进行筛分，测定重金属含量。更加优选重金属铅在 ＜0.8mm颗粒粒径中累积；铜主要集中0.4 ~ 0.8mm粒径中，达到了1317.17mg.kg-1;锌主要集中在＞1.6mm的颗粒粒径中，镉和镍元素主要集中在＜0.8mm的颗粒范围内，总量分别是其余粒径的276.84%和239.65%。
本发明所述优化利用的方法，主要是指通过不同的技术分筛方式达到去除堆肥某些粒径中积累过多的有害物质，降低重金属含量，同时提高 为植物生长提供养分的有机质含量，提高土壤肥力，改善土壤环境及向 植物提供各种基本微童元素的能力。例如堆肥中重金属大多在0,8mm颗 粒粒径中累积，当堆肥用于重金属污染控制要低的农作物、蔬菜时，分 筛的堆肥要选择＞0.8mm粒径；而对于需要良好特性的高营养成分的花盆 观赏性植物的培养，分筛的堆肥要选择0.4~0.8mm粒径，就可以达到所 培养的花色泽鲜艳，有光泽，花期长的目的。
本发明通过分筛将生活垃圾堆肥分为个6种粒径，研究了不同粒径堆 肥的理化性质，结果表明：各粒径堆肥的pH值随着粒径减小而降低；随 着堆肥粒径的减小，容重逐渐增大，孔隙度逐渐减小，饱和含水量逐渐 减小。堆肥有机质含重随着粒径减小而逐渐减小，其中，以＞0.4mm粒径 范围内堆肥含量最高；全氮含重随着粒径减小而逐步减小，并主要集中在＞0.8mm粒径范围内，而全钾在0,8mm粒径范围内含量较高；堆肥中 钙、铁、镁、锰含量随粒径的减小呈明显下降趋势，在＜0.4mm粒径范围 内钙、铁、镁、锰的含量分别是＞0.4mm粒径含量的71.55%、 81.24%、80.86%、 90.26%,重金属铅大多在邻.8mm顆粒粒径中累积，是X).8mm 粒径的344.23%;铜主要集中0.4 ~ 0.8mm粒径中，达到了 1317.17mg.kg1; 锌主要集中在M.6mm的颗粒粒径中，镉和镍元素主要集中在0.8mm的 颗粒范闺内，总量分别是其余粒径的276.84%和239.65%。
下面通过详细的实验方法，进一步说明本发明选择不同标准筛进行筛 分，分别收集不同粒径的垃圾堆肥，测定有机质、营养元素、重金属含 量的实际效果。
1材料与方法
1. 1试验材料
供试垃圾堆肥取自天津市小淀生活垃圾堆肥处理场，先由人工捡去垃 圾堆肥中的各类木头、塑料、玻璃、金属等杂物，然后在1051C的烘箱中 烘干8h供试验以及其它指标测定之用。垃圾堆肥采用不同孔径的标准筛 进行筛分，分为M.6mm、 1. 6 ~ 0. 8mm、 0. 8 ~ 0. 4mm、 0. 4 ~ 0. 2mm、 0. 2 ~ 0. lmm、 <0. lmm6个堆肥颗粒粒径等级作为处理，没有经过筛分的堆肥为 对照（CK)。未筛前垃圾堆肥：垃圾堆肥（CK)的基本理化性质为：
有机质含量22. 容重0. 79g/cnf3， pH值7. 62,孔隙度67. 98%， 饱和含水量66. 58X，全氮0.57%,全磷0.34%,全钾1.21%, Ca含量 30. 62g/kg1, Fe 19. 95g/kg-1， Mg 5. 78g/kg_1， Cu 546.15 mg/kg-1, Zn 534. 53 mg/kg1， Pb 163. 62 mg/kg、 Cd 2. 06 mg/kg1， Mn 324. 59 mg/kg1， Cr 89. 87 mg/kg1， Ni 76. 26 mg/kg1, 1.2测定指标与方法
测定指标包括不同顆粒粒径堆肥的容重、pH值、孔隙度、饱和含水量、 有机质含量、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、微量营养元素和重金属 含量。垃圾堆肥的容重采用重量法；pH值采用pHS-3C型pH计测定；孔隙 度采用比重和容重比值法，依照如下公式进行计算：P00-(1-d/dj x 100 式中P为孔隙度，d,为比重，d为容重；饱和含水量采用重量法，依照如下 公式进行计算：饱和含水量00-(原堆肥重量-烘干堆肥重量）xioo/烘干 堆肥重量；以上测定方法均参照土壤农化分析方法。有机质采用浓硫酸
浴外加热重铬酸钾氧化法；全氮采用浓硫酸-高氯酸消煮，半微量凯式定 氮法；全裤、全钾、营养元素及重金属含量的测定以3ml H2S0" 7mlHN03 和21mlHCL在120〜140℃下分别对称取的垃圾堆肥和土样进行消化，当棕 黄色的烟散尽后，再加入2mlHCL04直到溶液变得澄清透明，然后将温度提 高到150~ 160"C以除尽残余的HCL04，最后加入lmlHN03和少量去离子水将 消化物溶解，过滤后再用去离子水定容到25 ml利用电感耦合等离子体发 射光谱测定仪（ICP-AES)测定。
1.3数据统计与分析
数据统计与分析采用EXCEL和SPSS 12. O分析软件进行处理。 2结果与分析
2.1筛分堆肥物理组成和性质的变化
表1各粒径堆肥之间物理组成和性质的差异
堆肥粒径(mm) pH值 容重(g/cm-3) 孔隙度(％) 饱和含水量(％)CK 7.62±0.011d 0.75士0.011d 67.98±0.67a 66.58士0.91b>1.6mm 7.85±0.006a 0.75±0.012d 68.79±0.58a 71.36士0.75a
1.6〜0.8mm 7.79±0.004b 0.76土0.016d 59.34土0.49b 54.47土0.72c
0.8〜0.4imn 7.71±0.008c 0.79±0.014c 51.88土0.72c 47.12士0.81d
0.4〜0.2mm 7.68±0.003c 0.81±0.010c 42.17土0.69d 39.87土0.84e
0.2〜0.1mm 7.63±0.049d 0.86±0.004b 30.07士1.12e 23.09±0.81f
<0.1mm 7.62±0.027d 0.91土0.023a 27.68士0.62f 17.12土0.25f
注：同一栏中不同小写字母表示差异显著（p从表1可以看出，筛分后各堆肥处理的pH值随着颗粒粒径的减小而 降低，但大都高于对照的pH值，除了 0. 2-0. 1mm和<0. lmm颗粒粒径夕卜， 其余的颗粒粒径与对照相比，方差分析达到显著差异（/K0. 05),这是因 为颗粒大小的变化对各粒径堆肥的性质产生了影响，pH值所产生的变化 可能是由于不同粒径的颗粒比表面积大小的差异引起对阳离子吸附能力 的不同而引起的.随着堆肥颗粒粒径的逐步减小，堆肥的容重逐渐增大， 0. 8 ~ 0. 4咖、0. 4 ~ 0. 2咖、0. 2 ~ 0. lmm、 <0. 1 mm颗未立粒径的容重与对照相比差异显著，这主要是由于堆肥的颗粒及团聚体结构逐渐变小引起的. 同时，由于颗粒之间的接触由疏松向紧实过度，作为决定容重大小的关 鍵因素孔隙度，随着堆肥容重的增大而逐渐减小，除了>1.60101颗粒粒径 外，其它各堆肥颗粒的孔隙度与对照相比均有显著差异。饱和含水量是 全部孔隙所能保持水分的最大值，所以随着孔隙度的减小，饱和含水量 也相应的降低，且各处理与对照之间的差异均达到显著水平。
2.2筛分堆肥的有机质与全氮含量
从图l (详见附图说明图l)中可知，堆肥有机质含量随着颗粒粒径的 减小而逐渐降低，不同堆肥颗粒粒径的有机质含量与对照相比都存在显 著差异（,0.05)，并且大量的有机质集中在〉1.6咖、1.6~0. 8咖、 0. 8~0. 4咖的粒径中，堆肥有机质的形成主要是由通气、水、热以及酸碱 度等条件综合作用的结果，由于较大的颗粒具有较高的孔隙度，利于形 成良好的通气条件，从而加快了有机质的分解和转化效率。同时，在大 颗粒环境下堆肥的持水能力显著增强，这样有利于微生物的活动和有机 质的分解，从而提高有机质了的积累效果。有研究表明，有机质的存在 降低了受侵蚀土壤的容重，改善了土壤的排水性、通气性、多孔性，提 高了植物根系的穿透能力。
堆肥经过筛分后（详见附图说明图2)，全氮的含量总体上呈下降趋 势，由于氮元素的存在与有机质的含量有直接关系，所以这种变化趋势 与有机质的变化大体相同，但是各粒径之间全氮含量的递减趋势不是很 明显，原因是对堆肥材料的筛分主要影响了大颗粒粒径中有机质含量的 变化，但对较小颗粒粒径的有机质含量影响并不是很大，并没有造成有 机物以及含氮顆粒的大量损失。
2.3筛分堆肥全轔和全钾含量的变化
堆肥经过筛分后，除了1.6〜0.8mm颗粒粒径外，其余粒径的全蜂含量 与对照均有显著差异（AO. 05)，大量的磷主要集中在〉1.6 mm 、 1.6~ 0.8咖的顆粒粒径范围内（图3)，由于磷主要存在于有机成分中，其含量 的多少主要与堆肥中有机质含量的多少有关，有机质含量相对较高的大
颗粒堆肥中，裤的含量也相应较高。通过对全钾的分析表明，与全磷的分 布规律不同的是，钾主要以无机形态存在于矿物质成分中，随着顆粒粒 径的逐渐减小无机组分的含量随之逐渐增大，即矿物质成分增大，所以
从图4,中可以看出，在O. 8~0. 4咖、0. 4~0. 2mm、 0. 2 ~ 0. lmm的较小颗 粒粒径范围内钟的含量较高，而且与〉1. 6咖、1.6~0. 8咖范围内的颗粒 相比差异显著(;KO. 05)。
2.4筛分堆肥营养元素含量的影响
表2各粒径堆肥微量元素的变化
堆肥粒径(mm) 微量元素含量(g/kg—1) ca Fe Mg Mn
CK 30.62±1.39cd 1990±2.01b 5.78±0.34c 324.59±5.24d
>1.6mm 55.54土0.92a 27.30i0.92a 8.69土0.32a 502.54±11.27a
1.6〜0.8mm 41.37士2.55b 30.04士0.93a 8.59i0.14a 448.96士22.41b
0.8〜0.4mm 28.22±3.97de 18.75士1.04b 5.33i0.36c 297.79±4.78e
0.4~0.2mm 30.71士2.51cd 17.75土0.67b 6.77±0.27b 377.33士5.91cd
0.2~0.1mm 33.79±2.12c 25.10±1.57a 7.33±0.50b 390.88±16.87c
<0.1mm 25.03土4.41e 19.70士1.02b 6.09±0.27c 359.42土7.52d
从表2可以看出，堆肥中微量元素Ca、 Fe、 Mg、 Mn的含量随堆肥顆粒 粒径的减小其含量在总体上是下降的，Ca的含量除了 0. 4 ~ 0. 2咖粒径外， 其它各顆粒粒径与对照相比差异达到显著水平（/K0. 05)。在M.6咖、 1. 6 ~ 0， 8咖、0. 2 ~ 0. lmm颗粒粒径内Fe的含量与对照相比存在显著差异. 在〉1.6咖、1.6~0. 8咖、0. 4~0. 2mm 、 0. 2 ~ 0. lmm颗粒粒径内Mg的含量 与对照相比差异显著.Mn元素除了〈0. 1 mm顆粒粒径外，其余各处理的含 量与对照相比差异显著，这主要是由于随着颗粒粒径的变化引起pH的变 化对可溶性Mn还原性的影响造成的。从微量元素Ca、 Fe、 Mg、 Mn含量整 体的变化趋势来看，大量的微量元素主要集中在>0. 4咖的粒径范围内，在 <0. 4ma粒径范围内Ca、 Fe、 Mg、 Mn的含量分别是〉0. 4mm粒径含量的71. 55%、 81.24、 80.86%、 90. 26%。这是因为这些微量元素主要存在于有机物中， 随着堆肥颗粒粒径的下降，堆肥的容重增大，无机组分含量增加，而有机成分的含量下降，从而引起微量元素的含量也随之下降。
2.5筛分堆肥的重金属含童的变化
一般情况下重金属主要存在于有机物中，所以随着堆肥颗粒粒径的变 小，重金属含量在总体上是随之降低的，有文献报道有效态重金属主要 存在于垃圾堆肥颗粒较细的组分中，并且粒径范围主要是在2 mm以下， 表3各粒径堆肥重金属的变化_
堆肥粒径(mm) 重金属含量(mg/kg-1)The content of heavy metal
Compostsize Pb Cu Zn Cd Cr Ni
CK 163.68±22.43cd S46.15土33.12c 534.53±26.94d 2.26±0.13a 89.87±2.65cd 76.26±7.94c
>1.6mm 117.76±10.50e 390.75±24.87d 911.46±69.75a 2.22±fl.la 73.91±1.55e 74.87±2.53c
1.6〜0.8mm 121.85±24.07de 411.42±21.29d 479.79±13.93d 2.24±0.11a 74.01±6.22e 73.63±4.72c
0.8〜0.4mm 223.67±29.81a 1317.17士159.10a 729.12±44.27b 2.33±0.06a 119.07±12.3a 108.06±7.26a
0.4~0.2mm 208.8ftt26.33ab 723.08±49.14b 635.75fct32.35c 2,35±0.06a 82.43±5.66de 96.41±3.54b
0.2~0.1mm 218.63±18.99a 395.96±37.12d 614.83±33.82c 2.26士0.13a 108.39±2.69b 88.36±2.7b
<0.1mm 173.63±30.69bc 499.75±29.24cd 545.38±27.6Sd 2.15±0.41a 99.63±1.28bc 63.04±2.02d
从表3可以看出，堆肥顆粒经过粒径分选之后，除了Cd元素在各粒径 下的含量差异不显著以外，其它元素的方差分析结果均有显著差异 (;K0.05)其中，Pb元素各处理的含量与对照相比均达到显著水平，且 大部分Pb元素集中在〈0. 8mm的颗粒粒径中，总量是>0. 8咖颗粒344. 23%。 Cu元素各处理的含重与对照相比均达到显著水平，且主要集中在O. 2~ 0. 4mm和0. 8 ~ 0. 4mm这两个粒径内积累，总量是其它颗粒粒径的120. 16%, 其中以O. 8~ 0. 4咖顆粒粒径内积累的最多，达到了1317.17mg.kg画1。在 >1. 6咖、0. 8 ~ 0. 4咖、0. 4 ~ 0. 2mm 、 0. 2 ~ 0. lmm的颗粒粒径内Zn元素 的含量与对照相比差异显著，大量的Zn元素集中在〉1. 6mm的颗粒中，同 时在O. 4 ~ 0. 8mm粒径范围内也有较高的积累，Cu和Zn在较小粒径中的积 累可能主要与这两种元素在堆肥中主要以矿物残渣态的形式存在有关， 而这种形态主要存在于较小的粘粒当中。Cr和Ni元素各处理的含量与对照相比方差分析结果有显著差异，两种元素主要集中在<0. 8mm的颗粒范 围内，总量分别是其余顆粒粒径的276. 84%和239. 65%。
3结论：
堆肥经过筛分后各粒径的pH值随着粒径的减小而降低，而且方差分析 结果存在显著差异；随着堆肥粒径的减小，堆肥的容重逐渐增大，孔隙 度逐渐减小，饱和含水量逐渐减小。堆肥各粒径性质的变化与土壤颗粒 随粒径大小不同产生的性质变化特点大体相同。堆肥的有机质含量随着 颗粒粒径的减小表现出下降的趋势，而且大部分有机质都集中在>0. 4咖 的颗粒粒径中；氮的含量随着颗粒粒径的减小也逐渐减少，磷主要集中 在>1.6咖、1. 6 ~ 0. 8咖的颗粒范围内，相反钾在<0. 8咖的颗粒范围内的 含量较高；堆肥中微量元素Ca、 Fe、 Mg、 Mn的含量随颗粒粒径的减小呈 明显下降的趋势，大量的微量元素主要集中在〉0.4咖的粒径范围内，在 <0. 4mm粒径范围内Ca、 Fe、 Mg、 Mn的含量分别是〉0. 4mm粒径含量的71. 55%、 81.24%、 80.86%、 90. 26X。堆肥经过筛分后，Cd元素在各粒径下的含量差 异不显著，Pb元素大多集中在".8咖的颗粒中，总量是>0. 8咖顆粒的 344. 23%; Cu元素主要集中在O. 2 ~ 0. 4mm和0. 4 ~ 0. 8mm这两个粒径内,总 量是其他粒径的120. 16X，其中以0. 4 - 0. 8mm粒径内积累的最多，达到了 1317.17mg. kg—1; Zn元素主要集中在〉1. 6mm的颗粒中，同时在O. 4~0. 8咖 粒径范围内也有较高的积累；Cr和Ni元素主要集中在<0. 8mm的颗粒范围 内，总量分别是其余粒径的276. 84%和239. 65%.经过筛分后各粒径堆肥 理化性质较大，这一结论可为生活垃圾堆肥通过筛分实现其安全有效利 用提供参考依据。
附图说明：
图1为各粒径堆肥有机质含量的变化。
图2为各粒径堆肥全N舍量的变化。
图3为各粒径堆肥全P含量的变化。
图4为各粒径堆肥全K含量的变化。
本发明的具体技术方案如下：
一种生活垃圾堆肥粒径分筛控制重金属污染与优化利用的方法，其特 征在于，将生活垃圾堆肥预处理，再将垃圾堆肥采用>1. 6mm、 1. 6 ~ 0. 8mm、 0. 8~0. 4咖、0. 4~0. 2mm、 0. 2 ~ 0. l咖或<0. l咖标准筛进行筛分，分别 收集不同粒径的垃圾堆肥，测定有机质、微量元素、重金属含量，根据 需要用于不同生产目标的土壤。
本发明所述的生活垃圾堆肥预处理是指由人工捡去垃圾堆肥中的各 类木头、塑料、玻璃、金属等杂物。
本发明所述的重金属为：Pb、 Zn、 Cu、 Cd、 Mn、 Ni 、 Cr、 Hg或As; 所述有机质为氮、磷、钾；所述微量元素为Ca、 Fe、 Mg或Mn。
本发明优选有机质含量测定采用>1.6 mm 、 1. 6 ~ 0. 8mm、 0. 8 ~ 0. 4mm 粒径标准筛进行筛分，测定有机质含量。更加优选堆肥有机质蜂主要集 中在>1.6 mm 、 1.6~0.8mm粒径范围内；钾主要集中在〈0.8mm的粒径范围内；全氮含量主要集中在＞0.8mm粒径范围内。
本发明优选微量元素含量测定采用＞1.6mm、 1.6~0.8mm、 0.2 ~ O.lmm 、 0. 4~0. 2mm或0. 2-0. lmm标准筛进行筛分，测定微量元素含 量。其中所述Ca的含量主要集中在a.6mm 、 1.6 ~ 0.8mm粒径范围内；Fe的含量主要集中在≥1.6mm、 0.2 ~ O.lmm粒径范围内；Mg的含量主要 集中在≥1.6mm、0.2 ~ O.lmm粒径范围内；Mn的含量主要集中在＞1.6mm、 1.6 — 0.8mm、 0.2〜0.1mm粒径范围内。
本发明优选重金属含量测定采用>1. 6mm、 1. 6 ~ 0. 8mm、 0. 8 ~ 0. 4咖或 0.4~0.2mm标准筛进行筛分，测定重金属含量。更加优选重金属铅在 ＜0.8mm颗粒粒径中累积；铜主要集中0.4 ~ 0.8mm粒径中，达到了1317.17mg.kg-1;锌主要集中在＞1.6mm的颗粒粒径中，镉和镍元素主要集中在＜0.8mm的颗粒范围内，总量分别是其余粒径的276.84%和239.65%。
本发明所述优化利用的方法，主要是指通过不同的技术分筛方式达到去除堆肥某些粒径中积累过多的有害物质，降低重金属含量，同时提高 为植物生长提供养分的有机质含量，提高土壤肥力，改善土壤环境及向 植物提供各种基本微童元素的能力。例如堆肥中重金属大多在0,8mm颗 粒粒径中累积，当堆肥用于重金属污染控制要低的农作物、蔬菜时，分 筛的堆肥要选择＞0.8mm粒径；而对于需要良好特性的高营养成分的花盆 观赏性植物的培养，分筛的堆肥要选择0.4~0.8mm粒径，就可以达到所 培养的花色泽鲜艳，有光泽，花期长的目的。
本发明通过分筛将生活垃圾堆肥分为个6种粒径，研究了不同粒径堆 肥的理化性质，结果表明：各粒径堆肥的pH值随着粒径减小而降低；随 着堆肥粒径的减小，容重逐渐增大，孔隙度逐渐减小，饱和含水量逐渐 减小。堆肥有机质含重随着粒径减小而逐渐减小，其中，以＞0.4mm粒径 范围内堆肥含量最高；全氮含重随着粒径减小而逐步减小，并主要集中在＞0.8mm粒径范围内，而全钾在0,8mm粒径范围内含量较高；堆肥中 钙、铁、镁、锰含量随粒径的减小呈明显下降趋势，在＜0.4mm粒径范围 内钙、铁、镁、锰的含量分别是＞0.4mm粒径含量的71.55%、 81.24%、80.86%、 90.26%,重金属铅大多在邻.8mm顆粒粒径中累积，是X).8mm 粒径的344.23%;铜主要集中0.4 ~ 0.8mm粒径中，达到了 1317.17mg.kg1; 锌主要集中在M.6mm的颗粒粒径中，镉和镍元素主要集中在0.8mm的 颗粒范闺内，总量分别是其余粒径的276.84%和239.65%。
下面通过详细的实验方法，进一步说明本发明选择不同标准筛进行筛 分，分别收集不同粒径的垃圾堆肥，测定有机质、营养元素、重金属含 量的实际效果。
1材料与方法
1. 1试验材料
供试垃圾堆肥取自天津市小淀生活垃圾堆肥处理场，先由人工捡去垃 圾堆肥中的各类木头、塑料、玻璃、金属等杂物，然后在1051C的烘箱中 烘干8h供试验以及其它指标测定之用。垃圾堆肥采用不同孔径的标准筛 进行筛分，分为M.6mm、 1. 6 ~ 0. 8mm、 0. 8 ~ 0. 4mm、 0. 4 ~ 0. 2mm、 0. 2 ~ 0. lmm、 <0. lmm6个堆肥颗粒粒径等级作为处理，没有经过筛分的堆肥为 对照（CK)。未筛前垃圾堆肥：垃圾堆肥（CK)的基本理化性质为：
有机质含量22. 容重0. 79g/cnf3， pH值7. 62,孔隙度67. 98%， 饱和含水量66. 58X，全氮0.57%,全磷0.34%,全钾1.21%, Ca含量 30. 62g/kg1, Fe 19. 95g/kg-1， Mg 5. 78g/kg_1， Cu 546.15 mg/kg-1, Zn 534. 53 mg/kg1， Pb 163. 62 mg/kg、 Cd 2. 06 mg/kg1， Mn 324. 59 mg/kg1， Cr 89. 87 mg/kg1， Ni 76. 26 mg/kg1, 1.2测定指标与方法
测定指标包括不同顆粒粒径堆肥的容重、pH值、孔隙度、饱和含水量、 有机质含量、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、微量营养元素和重金属 含量。垃圾堆肥的容重采用重量法；pH值采用pHS-3C型pH计测定；孔隙 度采用比重和容重比值法，依照如下公式进行计算：P00-(1-d/dj x 100 式中P为孔隙度，d,为比重，d为容重；饱和含水量采用重量法，依照如下 公式进行计算：饱和含水量00-(原堆肥重量-烘干堆肥重量）xioo/烘干 堆肥重量；以上测定方法均参照土壤农化分析方法。有机质采用浓硫酸
浴外加热重铬酸钾氧化法；全氮采用浓硫酸-高氯酸消煮，半微量凯式定 氮法；全裤、全钾、营养元素及重金属含量的测定以3ml H2S0" 7mlHN03 和21mlHCL在120〜140℃下分别对称取的垃圾堆肥和土样进行消化，当棕 黄色的烟散尽后，再加入2mlHCL04直到溶液变得澄清透明，然后将温度提 高到150~ 160"C以除尽残余的HCL04，最后加入lmlHN03和少量去离子水将 消化物溶解，过滤后再用去离子水定容到25 ml利用电感耦合等离子体发 射光谱测定仪（ICP-AES)测定。
1.3数据统计与分析
数据统计与分析采用EXCEL和SPSS 12. O分析软件进行处理。 2结果与分析
2.1筛分堆肥物理组成和性质的变化
表1各粒径堆肥之间物理组成和性质的差异
堆肥粒径(mm) pH值 容重(g/cm-3) 孔隙度(％) 饱和含水量(％)CK 7.62±0.011d 0.75士0.011d 67.98±0.67a 66.58士0.91b>1.6mm 7.85±0.006a 0.75±0.012d 68.79±0.58a 71.36士0.75a
1.6〜0.8mm 7.79±0.004b 0.76土0.016d 59.34土0.49b 54.47土0.72c
0.8〜0.4imn 7.71±0.008c 0.79±0.014c 51.88土0.72c 47.12士0.81d
0.4〜0.2mm 7.68±0.003c 0.81±0.010c 42.17土0.69d 39.87土0.84e
0.2〜0.1mm 7.63±0.049d 0.86±0.004b 30.07士1.12e 23.09±0.81f
<0.1mm 7.62±0.027d 0.91土0.023a 27.68士0.62f 17.12土0.25f
注：同一栏中不同小写字母表示差异显著（p
2.2筛分堆肥的有机质与全氮含量
从图l (详见附图说明图l)中可知，堆肥有机质含量随着颗粒粒径的 减小而逐渐降低，不同堆肥颗粒粒径的有机质含量与对照相比都存在显 著差异（,0.05)，并且大量的有机质集中在〉1.6咖、1.6~0. 8咖、 0. 8~0. 4咖的粒径中，堆肥有机质的形成主要是由通气、水、热以及酸碱 度等条件综合作用的结果，由于较大的颗粒具有较高的孔隙度，利于形 成良好的通气条件，从而加快了有机质的分解和转化效率。同时，在大 颗粒环境下堆肥的持水能力显著增强，这样有利于微生物的活动和有机 质的分解，从而提高有机质了的积累效果。有研究表明，有机质的存在 降低了受侵蚀土壤的容重，改善了土壤的排水性、通气性、多孔性，提 高了植物根系的穿透能力。
堆肥经过筛分后（详见附图说明图2)，全氮的含量总体上呈下降趋 势，由于氮元素的存在与有机质的含量有直接关系，所以这种变化趋势 与有机质的变化大体相同，但是各粒径之间全氮含量的递减趋势不是很 明显，原因是对堆肥材料的筛分主要影响了大颗粒粒径中有机质含量的 变化，但对较小颗粒粒径的有机质含量影响并不是很大，并没有造成有 机物以及含氮顆粒的大量损失。
2.3筛分堆肥全轔和全钾含量的变化
堆肥经过筛分后，除了1.6〜0.8mm颗粒粒径外，其余粒径的全蜂含量 与对照均有显著差异（AO. 05)，大量的磷主要集中在〉1.6 mm 、 1.6~ 0.8咖的顆粒粒径范围内（图3)，由于磷主要存在于有机成分中，其含量 的多少主要与堆肥中有机质含量的多少有关，有机质含量相对较高的大
颗粒堆肥中，裤的含量也相应较高。通过对全钾的分析表明，与全磷的分 布规律不同的是，钾主要以无机形态存在于矿物质成分中，随着顆粒粒 径的逐渐减小无机组分的含量随之逐渐增大，即矿物质成分增大，所以
从图4,中可以看出，在O. 8~0. 4咖、0. 4~0. 2mm、 0. 2 ~ 0. lmm的较小颗 粒粒径范围内钟的含量较高，而且与〉1. 6咖、1.6~0. 8咖范围内的颗粒 相比差异显著(;KO. 05)。
2.4筛分堆肥营养元素含量的影响
表2各粒径堆肥微量元素的变化
堆肥粒径(mm) 微量元素含量(g/kg—1) ca Fe Mg Mn
CK 30.62±1.39cd 1990±2.01b 5.78±0.34c 324.59±5.24d
>1.6mm 55.54土0.92a 27.30i0.92a 8.69土0.32a 502.54±11.27a
1.6〜0.8mm 41.37士2.55b 30.04士0.93a 8.59i0.14a 448.96士22.41b
0.8〜0.4mm 28.22±3.97de 18.75士1.04b 5.33i0.36c 297.79±4.78e
0.4~0.2mm 30.71士2.51cd 17.75土0.67b 6.77±0.27b 377.33士5.91cd
0.2~0.1mm 33.79±2.12c 25.10±1.57a 7.33±0.50b 390.88±16.87c
<0.1mm 25.03土4.41e 19.70士1.02b 6.09±0.27c 359.42土7.52d
从表2可以看出，堆肥中微量元素Ca、 Fe、 Mg、 Mn的含量随堆肥顆粒 粒径的减小其含量在总体上是下降的，Ca的含量除了 0. 4 ~ 0. 2咖粒径外， 其它各顆粒粒径与对照相比差异达到显著水平（/K0. 05)。在M.6咖、 1. 6 ~ 0， 8咖、0. 2 ~ 0. lmm颗粒粒径内Fe的含量与对照相比存在显著差异. 在〉1.6咖、1.6~0. 8咖、0. 4~0. 2mm 、 0. 2 ~ 0. lmm颗粒粒径内Mg的含量 与对照相比差异显著.Mn元素除了〈0. 1 mm顆粒粒径外，其余各处理的含 量与对照相比差异显著，这主要是由于随着颗粒粒径的变化引起pH的变 化对可溶性Mn还原性的影响造成的。从微量元素Ca、 Fe、 Mg、 Mn含量整 体的变化趋势来看，大量的微量元素主要集中在>0. 4咖的粒径范围内，在 <0. 4ma粒径范围内Ca、 Fe、 Mg、 Mn的含量分别是〉0. 4mm粒径含量的71. 55%、 81.24、 80.86%、 90. 26%。这是因为这些微量元素主要存在于有机物中， 随着堆肥颗粒粒径的下降，堆肥的容重增大，无机组分含量增加，而有机成分的含量下降，从而引起微量元素的含量也随之下降。
2.5筛分堆肥的重金属含童的变化
一般情况下重金属主要存在于有机物中，所以随着堆肥颗粒粒径的变 小，重金属含量在总体上是随之降低的，有文献报道有效态重金属主要 存在于垃圾堆肥颗粒较细的组分中，并且粒径范围主要是在2 mm以下， 表3各粒径堆肥重金属的变化_
堆肥粒径(mm) 重金属含量(mg/kg-1)The content of heavy metal
Compostsize Pb Cu Zn Cd Cr Ni
CK 163.68±22.43cd S46.15土33.12c 534.53±26.94d 2.26±0.13a 89.87±2.65cd 76.26±7.94c
>1.6mm 117.76±10.50e 390.75±24.87d 911.46±69.75a 2.22±fl.la 73.91±1.55e 74.87±2.53c
1.6〜0.8mm 121.85±24.07de 411.42±21.29d 479.79±13.93d 2.24±0.11a 74.01±6.22e 73.63±4.72c
0.8〜0.4mm 223.67±29.81a 1317.17士159.10a 729.12±44.27b 2.33±0.06a 119.07±12.3a 108.06±7.26a
0.4~0.2mm 208.8ftt26.33ab 723.08±49.14b 635.75fct32.35c 2,35±0.06a 82.43±5.66de 96.41±3.54b
0.2~0.1mm 218.63±18.99a 395.96±37.12d 614.83±33.82c 2.26士0.13a 108.39±2.69b 88.36±2.7b
<0.1mm 173.63±30.69bc 499.75±29.24cd 545.38±27.6Sd 2.15±0.41a 99.63±1.28bc 63.04±2.02d
从表3可以看出，堆肥顆粒经过粒径分选之后，除了Cd元素在各粒径 下的含量差异不显著以外，其它元素的方差分析结果均有显著差异 (;K0.05)其中，Pb元素各处理的含量与对照相比均达到显著水平，且 大部分Pb元素集中在〈0. 8mm的颗粒粒径中，总量是>0. 8咖颗粒344. 23%。 Cu元素各处理的含重与对照相比均达到显著水平，且主要集中在O. 2~ 0. 4mm和0. 8 ~ 0. 4mm这两个粒径内积累，总量是其它颗粒粒径的120. 16%, 其中以O. 8~ 0. 4咖顆粒粒径内积累的最多，达到了1317.17mg.kg画1。在 >1. 6咖、0. 8 ~ 0. 4咖、0. 4 ~ 0. 2mm 、 0. 2 ~ 0. lmm的颗粒粒径内Zn元素 的含量与对照相比差异显著，大量的Zn元素集中在〉1. 6mm的颗粒中，同 时在O. 4 ~ 0. 8mm粒径范围内也有较高的积累，Cu和Zn在较小粒径中的积 累可能主要与这两种元素在堆肥中主要以矿物残渣态的形式存在有关， 而这种形态主要存在于较小的粘粒当中。Cr和Ni元素各处理的含量与对照相比方差分析结果有显著差异，两种元素主要集中在<0. 8mm的颗粒范 围内，总量分别是其余顆粒粒径的276. 84%和239. 65%。
3结论：
堆肥经过筛分后各粒径的pH值随着粒径的减小而降低，而且方差分析 结果存在显著差异；随着堆肥粒径的减小，堆肥的容重逐渐增大，孔隙 度逐渐减小，饱和含水量逐渐减小。堆肥各粒径性质的变化与土壤颗粒 随粒径大小不同产生的性质变化特点大体相同。堆肥的有机质含量随着 颗粒粒径的减小表现出下降的趋势，而且大部分有机质都集中在>0. 4咖 的颗粒粒径中；氮的含量随着颗粒粒径的减小也逐渐减少，磷主要集中 在>1.6咖、1. 6 ~ 0. 8咖的颗粒范围内，相反钾在<0. 8咖的颗粒范围内的 含量较高；堆肥中微量元素Ca、 Fe、 Mg、 Mn的含量随颗粒粒径的减小呈 明显下降的趋势，大量的微量元素主要集中在〉0.4咖的粒径范围内，在 <0. 4mm粒径范围内Ca、 Fe、 Mg、 Mn的含量分别是〉0. 4mm粒径含量的71. 55%、 81.24%、 80.86%、 90. 26X。堆肥经过筛分后，Cd元素在各粒径下的含量差 异不显著，Pb元素大多集中在".8咖的颗粒中，总量是>0. 8咖顆粒的 344. 23%; Cu元素主要集中在O. 2 ~ 0. 4mm和0. 4 ~ 0. 8mm这两个粒径内,总 量是其他粒径的120. 16X，其中以0. 4 - 0. 8mm粒径内积累的最多，达到了 1317.17mg. kg—1; Zn元素主要集中在〉1. 6mm的颗粒中，同时在O. 4~0. 8咖 粒径范围内也有较高的积累；Cr和Ni元素主要集中在<0. 8mm的颗粒范围 内，总量分别是其余粒径的276. 84%和239. 65%.经过筛分后各粒径堆肥 理化性质较大，这一结论可为生活垃圾堆肥通过筛分实现其安全有效利 用提供参考依据。
附图说明：
图1为各粒径堆肥有机质含量的变化。
图2为各粒径堆肥全N舍量的变化。
图3为各粒径堆肥全P含量的变化。
图4为各粒径堆肥全K含量的变化。
具体实施方式
实施例1
取自天津市小淀生活垃圾堆肥处理场的垃圾堆肥，先由人工捡去垃圾 堆肥中的各类木头、塑料、玻璃、金属等杂物。垃圾堆肥采用不同孔径的标准筛进行筛分，分为〉1.6mm、 1.6 ~ 0.8mm、 0.8 ~ 0.4mm、 0.4 ~ 0.2mm、 0.2~0.1mm、 <0.1mm 6个堆肥颗粒粒径等级作为处理。然后进行比较性试验：
(1) 取垃圾堆肥>1.6111111粒径65% 、粉渣（普通土 ） 35% ，种植小 番茄，加水量为配料总量的45%,种植30天，测定土壤中重金属含量对 小番茄的影响。
(2) 未筛前垃圾堆肥CK (对照）65%、粉渣（普通土） 35%,种 植小番茄，加水量为配料总量的45%，种植30天，测定土壤中重金属含 量对小番茄的影响。
小番茄重金属残留结果表明：实验（2)中Pb的含量要明显要高与 实验（1)中Pb的含量。
表4堆肥重金属的变化
complex table see original document page 12complex table see original document page 13
取自天津市小淀生活垃圾堆肥处理场的垃圾堆肥，先由人工捡去垃圾 堆肥中的各类木头、塑料、玻璃、金属等杂物。垃圾堆肥采用不同孔径的标准筛进行筛分，分为〉1.6mm、 1.6 ~ 0.8mm、 0.8 ~ 0.4mm、 0.4 ~ 0.2mm、 0.2~0.1mm、 <0.1mm 6个堆肥颗粒粒径等级作为处理。然后进行比较性试验：
(1) 取垃圾堆肥>1.6111111粒径65% 、粉渣（普通土 ） 35% ，种植小 番茄，加水量为配料总量的45%,种植30天，测定土壤中重金属含量对 小番茄的影响。
(2) 未筛前垃圾堆肥CK (对照）65%、粉渣（普通土） 35%,种 植小番茄，加水量为配料总量的45%，种植30天，测定土壤中重金属含 量对小番茄的影响。
小番茄重金属残留结果表明：实验（2)中Pb的含量要明显要高与 实验（1)中Pb的含量。
表4堆肥重金属的变化
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