一种利用含有灰分磷的沼渣炭有效回收沼液养分的方法技术

本发明专利技术属于养殖废弃物中养分回收技术领域，公开了一种利用含有灰分磷的沼渣炭有效回收沼液养分的方法。该方法利用沼渣炭化富磷，制备沼渣炭；再利用草酸和盐酸的混合酸对菱镁石粉和含有灰分磷的沼渣炭进行酸浸预处理，释放菱镁石粉中镁作为MAP的镁源以及沼渣炭中磷作为MAP的磷源，最后通过MAP反应和酸浸功能化沼渣炭的物理吸附作用，协同回收沼液沼渣中氮磷养分。本发明专利技术方法利用沼渣炭化回收沼液养分工艺回收效果明显，沼液中99％的磷及97％的氮被回收，同时可产生富含鸟粪石的沼渣炭基缓释氮

【技术实现步骤摘要】
一种利用含有灰分磷的沼渣炭有效回收沼液养分的方法


[0001]本专利技术属于养殖废弃物中养分回收
，更具体地，涉及一种利用含有灰分磷的沼渣炭有效回收沼液养分的方法。

技术介绍

[0002]现中国大部分规模化养殖场处理粪污普遍采用沼气工程，但该方式也会产生大量沼液沼渣。传统后续处理方式有两种，一是粪污还田；二是深度处理达标排放。采用粪污还田，由于沼液沼渣中污染物浓度高，需配套大量农田才能完全消纳；特别是现种养脱节严重，猪场周边无法有足够农田进行消纳。采用深度处理达标排放，处理成本高，且沼液中含有大量氮磷营养成分，深度处理会造成氮磷资源浪费。氮磷是生物体不可缺少的元素，并且磷属于不可再生资源，在未来的几十年内可能会面临枯竭问题。因此，如何实现高效回收猪场沼液沼渣中氮磷养分，并实现猪场废弃物减量化，有利于降低处理成本，提高猪场粪污资源化利用，对于环境保护及生物资源化利用具有重要意义。
[0003]迄今为止，从沼液中进行氮磷回收的技术主要有生物处理、膜分离、化学沉淀、电解吸附等。其中，磷酸铵镁化学沉淀法(MAP)是被认为最有前景的氮磷回收工艺，因为在回收氮磷的同时，还能生成一种具有价值的缓释功能肥料鸟粪石结晶。许多研究证明可以利用MAP回收沼液中的氮磷，且效果明显；但在利用MAP反应对猪场沼液进行氮磷回收时，由于猪场沼液中氨氮浓度高，沼液中N:P:Mg的摩尔比要远远大于1:1:1，因此，反应体系中镁、磷元素是限制性影响因子。研究者们为了提高氮磷回收率，往往需要外加磷盐及镁盐作为MAP反应的磷源及镁源，从而提高回收率。但这些磷盐及镁盐通常是纯化学药品，从而造成氮磷回收成本高，限制了MAP工艺在猪场废水中的应用。另一方面，规模化猪场沼气工程还会产生大量固体废渣(俗称沼渣)，以广东省地区一家生猪存栏量4000头的规模化猪场为例，3年堆积沼渣高达350吨，大量沼渣废物如不妥善处置将对周围居民生活环境造成恶劣影响。采用磷酸铵镁沉淀法回收猪场沼液氮磷通常需外加磷源提高氮磷回收率。而该方式忽视了富磷沼渣可作为磷源，未对其进行利用，造成资源浪费。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术的不足，本专利技术首要目的在于提供了一种利用含有灰分磷的沼渣炭有效回收沼液养分的方法，该方法利用内部沼渣废弃物作为MAP磷源，采用草酸&盐酸的混合酸作为浸出剂，不仅通过酸浸沼渣炭能够促进Mg
2+
和磷的溶解，为MAP提供了大量磷源，同时首次提出结合MAP反应及酸浸功能化沼渣炭的物理吸附协同回收沼液沼渣中的氮磷养分，提高了氮磷回收效率。解决了猪场富磷沼渣及富氮沼液两种废弃物处置难和MAP工艺回收成本高的问题；同时Ca
2+
抑制MAP中鸟粪石形成的问题。
[0005]本专利技术的目的通过下述技术方案来实现：
[0006]一种利用含有灰分磷的沼渣炭有效回收沼液养分的方法，包括如下具体步骤：
[0007]S1.将烘干的猪场沼渣装入干燥坩埚中，用铝箔纸将坩埚包裹，置于气氛炉中通入
N2，在无氧条件下，升温至500～600℃热解，待反应结束后，置于干燥器中冷却至室温，制得含有灰分磷的沼渣炭；
[0008]S2.将菱镁石粉加入草酸和盐酸的混合酸中浸出3h溶镁后过滤，得到浸出滤液，将步骤S1制得的含有灰分磷的沼渣炭加入到上述浸出滤液中浸出1h溶磷；然后将所得滤液和浸后的沼渣炭倒入MAP处理罐中，加入猪场沼液，用氢氧化钠调节pH＝9～9.5，进行MAP沉淀反应，得到含有鸟粪石的沼渣炭混合物沉淀和上清液；
[0009]S3.将步骤S2所得的MAP沉淀后的上清液泵入后续生化池作为后续生化处理的进水，结晶沉淀泵入MAP沉淀干燥池，通过生物干化，得到富含鸟粪石的沼渣炭基缓释氮
‑
磷肥。
[0010]优选地，步骤S1中所述通入N2的气流速率为8～8.5L/h；所述的升温速率为10～15℃/min。
[0011]优选地，步骤S1中所述热解的时间为1～1.5h。
[0012]优选地，步骤S2中所述草酸的浓度为0.5～0.6mol/L；所述盐酸的浓度为0.5～0.6mol/L；所述草酸和盐酸的体积比为(1～1.1):1。
[0013]优选地，步骤S2中所述菱镁石粉和混合酸的质量比为(10～10.5):1；所述沼渣炭和浸出滤液的的质量比为(6.5～6.7):1。
[0014]优选地，步骤S2中所述浸后的沼渣炭的质量和猪场沼液的体积比为(15～16)g:1L。
[0015]优选地，步骤S2中所述MAP沉淀反应的时间为6～6.5h。
[0016]本专利技术的方法分为酸浸沼渣炭及菱镁石粉溶镁释磷及MAP处理协同酸浸后沼渣炭回收沼液氮磷两个部分。利用猪场沼渣进行炭化富磷，制备沼渣炭；再利用草酸和盐酸的混合酸对菱镁石粉和沼渣炭进行酸浸功能化预处理，释放菱镁石粉中镁作为镁源，沼渣炭中磷作为磷源，最后通过磷酸铵镁化学沉淀法反应及功能化沼渣炭的物理吸附协同，回收沼液和沼渣中的氮磷养分。主要目的在于减少外部投入，并以内部沼渣废弃物为磷源，加快内部资源高效转化，提高氮磷回收效率，降低成本，实现沼液沼渣的无害化、资源化、高值化，为磷酸铵镁化学沉淀法实际应用于猪场废弃物养分回收提供一种经济上可行的新方法。
[0017]本专利技术中磷源和镁源是提供鸟粪石的反应(式1
‑
3)中的Mg
2+
及PO
43
‑
含量，从而提高NH
4+
的回收效果，生成更多的鸟粪石(磷酸铵镁)
[0018]Mg
2+
+NH
4+
+PO
43
‑
+6H2O
→
MgNH
4 PO4·
6H
20↓ꢀꢀꢀ
式(1)
[0019]Mg
2+
+NH
4+
+HPO
42
‑
+6H2O
→
MgNH
4 PO4·
6H
20↓
+H
+
ꢀꢀꢀ
式(2)
[0020]Mg
2+
+NH
4+
+H2PO4‑
+6H2O
→
MgNH
4 PO4·
6H
20↓
+2H
+
ꢀꢀꢀ
式(3)
[0021]本专利技术在厌氧发酵过程中大部分的磷会沉淀在沼渣中，猪粪沼渣属于富磷废弃物，其含磷量能达到2～5％(w/w)；同时沼渣也含有丰富的碳元素是制备生物炭的理想材料.因此，沼渣经过炭化后，可以利用其富磷特性作为磷源，不仅降低磷源成本，而且利用猪场内部产生的废弃物沼渣治理沼液，实现“以废治废”的原位处理理念。在镁源的选择上，廉价易得的菱镁石粉是很好的选择。在相关研究中证实生物炭对水体中的氮磷具有吸附作用，因此利用沼渣炭作为磷源对沼液氮磷进行MAP反应过程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用含有灰分磷的沼渣炭有效回收沼液养分的方法，其特征在于，包括如下具体步骤：S1.将烘干的猪场沼渣装入干燥坩埚中，用铝箔纸将坩埚包裹，置于气氛炉中通入N2，在无氧条件下，升温至500～600℃热解，待反应结束后，置于干燥器中冷却至室温，制得含有灰分磷的沼渣炭；S2.将菱镁石粉加入草酸和盐酸的混合酸中浸出溶镁后过滤，得到浸出滤液，将步骤S1制得的含有灰分磷的沼渣炭加入到上述浸出滤液中浸出溶磷；然后将所得滤液和浸后的沼渣炭倒入MAP处理罐中，加入猪场沼液，用氢氧化钠调节pH＝9～9.5，进行MAP沉淀反应，得到含有鸟粪石的沼渣炭混合物沉淀和上清液；S3.将步骤S2所得的MAP沉淀后的上清液泵入后续生化池作为后续生化处理的进水，结晶沉淀泵入MAP沉淀干燥池，通过生物干化，得到富含鸟粪石的沼渣炭基缓释氮
‑
磷肥。2.根据权利要求1所述的利用含有灰分磷的沼渣炭有效回收沼液养分的方法，其特征在于，步骤S1中所述通入N2的气流速率为8～8.5L/h；所述的升温速率为10～15℃/min。3.根据权利要求1所述的利用含有灰分磷的沼渣炭有效回收沼液养分的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永涛，罗子锋，张振，张玉龙，徐会娟，张皓天，李允亮，陈天毅，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：