不同钝化剂对猪粪中重金属Cu、Zn、Mn钝化效果的研究

2022年9月23日，技术部马智萍将“不同钝化剂对猪粪中重金属Cu、Zn、Mn钝化效果的研究”此篇文章与同事们分享，此文章由南开大学环境科学与工程学院刘东方研究员团队于2018年在《农业环境科学学报》上发表。

此次文献汇报采取线上+线下的模式，技术部、外贸部、品控质检部、销售部和项目部等同事均参与讨论。

文章旨在研究硫化钠、凹凸棒土、粉煤灰、熟石灰4种钝化剂对猪粪中重金属钝化效果的影响。作者通过实验发现，凹凸棒土和硫化钠对猪粪中的Cu、Zn、Mn均有钝化作用。其中凹凸棒土作为一种水化镁铝酸盐矿物，具有较强的吸附能力和阳离子交换能力，是钝化猪粪重金属的良好钝化剂；而硫化钠虽然对猪粪中的重金属有钝化作用，但会使猪粪中的盐分增加，如在土壤使用时，可能会导致土壤盐碱化，需谨慎使用。粉煤灰对Cu有钝化作用，通过吸附作用固定猪粪中的部分Cu。其原理为粉煤灰所含的氧化钙和氧化镁溶于水后，使水溶液呈碱性，并产生氢氧根离子，其可以与离子态的Cu反应，使部分Cu转化为相对稳定的形态，降低猪粪中重金属Cu的生物可利用性。但粉煤灰对Zn和Mn则是起活化作用，作者猜测粉煤灰可能对猪粪中铁锰氧化物结合态的Zn具有一定的破坏作用，使其转化为离子交换态或碳酸盐结合态，将其活化。熟石灰对Zn、Mn起钝化作用，而对Cu是活化作用。其原理为猪粪中Zn主要是以离子和氧化物的形态存在，熟石灰加入猪粪后所产生的氢氧根离子可与Zn发生沉淀反应，将其钝化。另一方面，因为熟石灰不但使粪便pH升高，同时还降低猪粪中的微生物量，造成的强碱环境会破坏有机物的结构导致重金属溶出，从而提高猪粪中重金属的生物可利用性，因此熟石灰活化Cu可能是由此原因导致。

综上所述，以上结果表明，凹凸棒土是最适合作为钝化猪粪中重金属的钝化剂。

经过马智萍的精彩分享得到了现场评委的肯定，同时参会人员都积极的参与了讨论。并就此篇文章提出了几个非常有趣的问题，如：

答疑解惑 Q&A

1、实验结果中，粉煤灰对Zn、Mn起活化作用的原理是什么？

  答：猪粪中离子态Zn、Mn的含量相对较少，粉煤灰无法通过吸附作用稳定Zn和Mn，作者猜测粉煤灰对猪粪中铁锰氧化物结合态的Zn和Mn具有一定的破坏作用，使其转化为离子交换态或碳酸盐结合态，将其活化。

2、全量Cu、Zn、Mn的测定为什么采用王水-高氯酸消解？

  答：王水消解法可以完全提取出土壤中重金属的离子交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、硫化物及有机物结合态等直接或潜在的有效态含量，同时避免了高毒、强腐蚀管制试剂氢氟酸和高氯酸的使用，方便省时，且试验精密度、耐用性良好，一次消解可以测定6种重金属，可以适应大范围的检测需求。

3、请问文章中说的凹凸棒土究竟是个什么物体？真的是土吗？

  答：凹凸棒土又称坡缕石或坡缕缟石，存在于沉积岩中，是一种具链层状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物。

4、粉煤灰和凹凸棒土这两种钝化剂不是通过猪粪的酸碱性来钝化金属的，而是通过其他特性钝化猪粪中重金属，其他特性指的是什么？

  答：猪粪中离子交换态Cu的含量相对较多，粉煤灰可以通过吸附作用固定这一部分Cu；此外，粉煤灰所含的氧化钙和氧化镁溶于水后，产生氢氧根离子，其可与离子态的Cu反应，使部分Cu转化为相对稳定的形态，降低猪粪中重金属Cu的生物可利用性。凹凸棒土具有较强的吸附能力和阳离子交换能力，可将猪粪中重金属吸附于内外表面，或与猪粪中的重金属发生反应，生成稳定的化合物。

5、结论那里说凹凸棒土不会增加猪粪的盐分，为什么？

  答：和硫化钠对比，因为钠离子和硫离子的加入会使猪粪中盐分增加，而凹凸棒土是一种粘土矿物，是通过吸附和阳离子交换能力来钝化猪粪中重金属，所以说凹凸棒土不会增加猪粪的盐分。

6、何为好氧堆肥，其原理是什么？

  答：好氧堆肥是在通气条件好，氧气充足的条件下，好氧菌对废物进行吸收、氧化以及分解的过程。其原理为：好氧堆肥是依靠专性和兼性好氧细菌的作用降解有机物的生化过程，将要堆肥腐熟（堆肥工艺流程有一次发酵和二次发酵，二次发酵是指物料经过一次发酵后，还有一部分易分解和大量难分解的有机物存在，将剩下的有机物料送到后发酵室，堆成1-2米高的垛进行二次发酵并腐熟）的有机物料与填充料按一定的比例混合，在合适的水分、通气条件下，通过微生物繁殖使有机质降解，同时产生的高温可杀死其中的病原菌及杂草种子，使有机物达到稳定的状态。

7、文章提到Tessier连续提取法，该法详细划分了金属元素各种不同结合形态的分布，该方法将重金属分为5种结合形态：即金属可交换态(可交换态)、碳酸盐结合态(碳酸盐态)、铁(锰)氧化物结合态(铁/锰态)、有机质及硫化物结合态(有机态)、残渣晶格结合态(残渣态)，此方法的优缺点分别是什么？

  答：优点：该法经历了较长时间的研究与测试，应用范围较广。

    缺点：（1）缺少完整的标准物，操作规范无统一标准；

        （2）反应不够彻底和完全，提取剂的选择性差；

        （3）没有考虑土壤的初始PH值，使用一种提取剂或同一浓度提取剂，会导致 提取出来的重金属浓度偏高或偏低。

8、生物可利用性是个什么样的概念？

  答：生物可利用性是指物质进入生物体内并被直接消化吸收的难易程度。生物可利用性越高，就越容易被生物所吸收和利用。

9、为什么说凹凸棒土具有的独特性结构拥有强大吸附能力和离子交换能力？

  答：凹凸棒土内部具有密集的微孔结构使其具有巨大的比表面积，可将猪粪中重金属吸附于内外表面；同时，凹凸棒土表面物理化学结构和离子状态独特，分子之间可以产生化学键，使凹凸棒土的表面可形成吸附猪粪中重金属的中心；同时，凹凸棒土可吸附阳离子并使其与其他离子进行交换，降低猪粪中重金属的生物可利用性。

10、PPT第23页提到硫化钠会导致土地盐碱化，那么土地盐碱化有何危害？

  答：（1）土地盐碱化可使土壤的理化性质发生改变，并导致作物、林木和牧草的生存环境变坏。比如土壤盐碱化会抑制土壤的植物生长过程和土壤有机质的累积过程，从而影响到土壤的理化性质，最终使得土壤有机质含量均相对降低；  

    （2）土壤盐碱化易引起土壤沙化，导致水土流失，严重时生态环境会恶化；

    （3）土壤盐碱化会使土壤溶液盐浓度过高，影响作物的生长，出现发黄、发蔫、根系不牢等症状，严重时还会导致根系死亡，进一步阻碍农业生产的发展。

11、通过这篇文献，你学到了什么？

  答：通过此次文献的学习，我认识到畜禽粪便中含有大量的有机物及丰富的氮、磷、钾等营养元素；同时其中也含有源于饲料添加剂未被畜禽吸收的重金属。由于畜禽粪便的直接施用可能会给环境和农产品带来重金属污染的风险。因此，在畜禽粪便用作肥料之前需对粪便中的重金属进行处理。即可在堆肥过程中添加钝化剂的方法来降低粪便中重金属的生物可利用性。目前，钝化剂的种类繁多，本实验选用硫化钠、凹凸棒土、粉煤灰和熟石灰4种钝化剂，进行猪粪中重金属Cu、Zn、Mn钝化效果比较研究，实验结果得出，硫化钠和凹凸棒土对粪便中重金属的钝化效果显著，但由于硫化钠的加入可能会导致土壤盐碱化，使用时需谨慎。同时，通过此次文献学习，了解到重金属的不同形态可以采用Tessier连续提取法浸提，以及土壤盐碱化的危害，土壤盐碱化的造成也有一部分原因是人类在耕种时使用过量的化肥，导致土壤酸碱度失衡。同时也有两点浅薄的想法与大家分享：（1）饲料行业也存在环境污染的问题，例如废气和污水的排放，这也提醒我们日常要加强污水排放及粉尘的管理，抱有保护生态环境的理念才能使行业和企业发展更长远，也能为国家的青山绿水贡献绵薄之力；（2）饲料配方师在设计配方时，要考虑到动物的营养均衡及具体情况，合理设计出各营养物质的搭配，防止营养物质因过多而排放至环境中造成对环境的污染。

文献引用：

李文姣，张丽，刘东方，等. 不同钝化剂对猪粪中重金属Cu、Zn、Mn钝化效果的研究[J]. 农业环境科学学报，2018，37（6）：1262-1269.

原文链接：

https://www.doc88.com/p-1176401454121.html