本發(fā)明涉及尿液廢水資源化處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種從尿液廢水中提取鉀并制造炭基緩釋型復(fù)合肥的方法。
背景技術(shù)：
：以下對(duì)本發(fā)明的相關(guān)技術(shù)背景進(jìn)行說(shuō)明，但這些說(shuō)明并不一定構(gòu)成本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。我國(guó)農(nóng)業(yè)中化肥使用過(guò)度，易造成土地肥力下降，土壤板結(jié)。生物炭的多孔結(jié)構(gòu)可以保水、保肥，防止肥料中的營(yíng)養(yǎng)元素快速流失，提高肥料的利用率。尿液中含有高濃度的營(yíng)養(yǎng)元素，每立方米尿液中含約有8千克氮、0.8千克磷和2.2千克鉀。對(duì)尿液廢水分離式收集并進(jìn)行資源化處理，從而制備可應(yīng)用于貧瘠土壤改良的緩釋肥料，可以在減輕污水中氮磷處理的壓力的同時(shí)，改善土壤肥力，實(shí)現(xiàn)環(huán)保與農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)尿液中營(yíng)養(yǎng)元素豐富以及土壤肥力下降等問(wèn)題，本發(fā)明提出一種從尿液廢水中提取鉀并制造炭基緩釋型復(fù)合肥的方法以及由此制得的炭基緩釋型復(fù)合肥。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種從尿液廢水中提取鉀并制造炭基緩釋型復(fù)合肥的方法，包括如下步驟：(1)將林木廢棄物洗凈破碎，然后浸泡于鎂鹽溶液中，浸泡時(shí)間不少于1h；所述鎂鹽為溶解性鎂鹽；(2)浸泡后的林木廢棄物置于隔絕氧氣的環(huán)境條件下熱解，得到改性生物炭；熱解溫度為400℃～700℃、熱解時(shí)間為0.5h～4h；(3)將所述改性生物炭投加到尿液廢水中，振蕩或攪拌后棄去上清液，收集沉淀物，晾干或烘干后得到炭基緩釋型復(fù)合肥。本發(fā)明中的鎂鹽可以為氯化鎂，鎂鹽溶液中氯化鎂的濃度為100g/L～500g/L。優(yōu)選地，步驟(3)中改性生物炭的投加量滿(mǎn)足如下關(guān)系：S=0.076CKVγαCMg]]>式中，S為改性生物炭的投加量，單位為kg/m3；CK為尿液廢水中的鉀濃度，單位為mg/L；V為尿液廢水的體積，單位為m3；γ為尿液廢水中鉀和磷濃度的比值，無(wú)量綱單位；CMg為鎂鹽溶液中氯化鎂的濃度，單位為g/L；α為改性生物炭中的鎂含量常數(shù)，單位為L(zhǎng)/mol。進(jìn)一步優(yōu)選地，當(dāng)CMg為100g/L～300g/L時(shí)，α＝0.08；6當(dāng)CMg為300g/L～500g/L時(shí)，α＝0.244/CMg。本發(fā)明中的尿液廢水可以是新鮮尿液、或者已經(jīng)去除氨氮的尿液污水、或者腐熟后的尿液污水。本發(fā)明的第二方面提供一種由本發(fā)明第一方面的方法制得的炭基緩釋型復(fù)合肥。本發(fā)明的方法用于腐熟后的尿液污水時(shí)，得到的肥料為炭基緩釋性氮磷復(fù)合肥，其中以氮計(jì)的氮肥含量為4％～6％，以五氧化二磷計(jì)的磷肥含量為20％～30％；本發(fā)明的方法用于新鮮尿液、或者已經(jīng)去除氨氮的尿液污水時(shí)，得到的肥料為炭基緩釋性磷鉀復(fù)合肥，其中以氧化二鉀計(jì)的鉀肥含量為15％～20％，以五氧化二磷計(jì)的磷肥含量為32％～50％。此外，由本發(fā)明的方法制得的炭基緩釋型復(fù)合肥富含有機(jī)碳，并且肥效釋放緩慢，可以顯著改良貧瘠土壤。具體實(shí)施方式下面對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。對(duì)示例性實(shí)施方式的描述僅僅是出于示范目的，而絕不是對(duì)本發(fā)明及其應(yīng)用或用法的限制。本發(fā)明在第一方面提供了從尿液廢水中提取鉀并制造炭基緩釋型復(fù)合肥的方法，所述方法包括如下步驟：(1)將林木廢棄物洗凈破碎，然后浸泡于鎂鹽溶液中；(2)浸泡后的林木廢棄物置于隔絕氧氣的環(huán)境條件下熱解，得到改性生物炭；(3)將所述改性生物炭投加到尿液廢水中，振蕩或攪拌后棄去上清液，收集沉淀物，晾干或烘干后得到炭基緩釋型復(fù)合肥。林木廢棄物在缺氧條件下高溫?zé)峤饪梢孕纬缮锾?，生物炭具有較大的比表面積和微孔結(jié)構(gòu)，表面官能團(tuán)豐富，能對(duì)重金屬和有機(jī)污染物產(chǎn)生吸附作用，從而降低污染物的生物有效性和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，此外，生物炭具有促進(jìn)植物生長(zhǎng)、分解慢等作用。為了盡量提高生物炭的吸附能力和吸附容量，本發(fā)明在高溫?zé)峤馇安捎面V鹽溶液浸泡林木廢棄物。氯化鎂浸泡能夠改變生物炭表面的官能團(tuán)，在改性生物炭表面形成大量的鎂氧化物，一方面這些鎂氧化物能夠通過(guò)形成磷酸鉀鎂沉淀來(lái)提取和固定鉀，另一方面這些鎂氧化物能夠與磷酸根和銨根離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，由此提取和固定磷、氮元素。浸泡時(shí)間不少于1h，若浸泡時(shí)間太短，鎂鹽無(wú)法與生物炭充分作用，若浸泡時(shí)間太長(zhǎng)，會(huì)增加制造炭基緩釋型復(fù)合肥的周期，間接地增加成本，降低本發(fā)明方法的實(shí)用性。本發(fā)明中熱解溫度為400℃～700℃、熱解時(shí)間為0.5h～4h。較高的熱解溫度雖然能夠使改性生物炭中C、P以及礦質(zhì)元素不斷富集、并增加改性生物炭的比表面積和持水量。但是熱解溫度越高，改性生物炭表面的官能團(tuán)密度越小，不利于充分提取和固定尿液廢水中的鉀。本發(fā)明中的鎂鹽為溶解性鎂鹽，例如可以采用硫酸鎂或氯化鎂。優(yōu)選地，采用氯化鎂制備鎂鹽，鎂鹽溶液中氯化鎂的濃度為100g/L～500g/L。在一定濃度范圍內(nèi)，鎂鹽溶液中氯化鎂的濃度越高，鎂對(duì)生物炭的改性作用越好，所得改性生物炭的吸附能力越高；若氯化鎂的濃度過(guò)低，鎂對(duì)生物炭的改性作用不明顯；若氯化鎂的濃度過(guò)高，改性作用并不會(huì)繼續(xù)顯著提升，而鎂過(guò)剩，會(huì)增加制備炭基緩釋型復(fù)合肥的成本。熱解反應(yīng)應(yīng)該在隔絕氧氣的環(huán)境條件，本發(fā)明中，可以通過(guò)采用密閉容器或者通入保護(hù)氣體的方式形成隔絕氧氣的環(huán)境條件。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，步驟(3)中改性生物炭的投加量滿(mǎn)足如下關(guān)系：S=0.076CKVγαCMg]]>式中，S為改性生物炭的投加量，單位為kg/m3；CK為尿液廢水中的鉀濃度，單位為mg/L；V為尿液廢水的體積，單位為m3；γ為尿液廢水中鉀和磷濃度的比值，無(wú)量綱單位；CMg為鎂鹽溶液中氯化鎂的濃度，單位為g/L；α為改性生物炭中的鎂含量常數(shù)，單位為L(zhǎng)/mol。優(yōu)選地，當(dāng)CMg為100g/L～300g/L時(shí)，α＝0.086；當(dāng)CMg為300g/L～500g/L時(shí)，α＝0.244/CMg。為了使改性生物炭與尿液廢水中的礦質(zhì)充分接觸反應(yīng)，步驟(3)中攪拌速度可以為100rpm～200rpm，攪拌時(shí)間為24h。本發(fā)明中，尿液廢水可以為新鮮尿液、或者已經(jīng)去除氨氮的尿液污水、或者腐熟后的尿液污水。本發(fā)明的方法用于腐熟后的尿液污水時(shí)，得到的肥料為炭基緩釋性氮磷復(fù)合肥，其中以氮計(jì)的氮肥含量為4％～6％，以五氧化二磷計(jì)的磷肥含量為20％～30％。本發(fā)明的方法用于新鮮尿液、或者已經(jīng)去除氨氮的尿液污水時(shí)，得到的肥料為炭基緩釋性磷鉀復(fù)合肥，其中以氧化二鉀計(jì)的鉀肥含量為15％～20％，以五氧化二磷計(jì)的磷肥含量為32％～50％。改性生物炭中含有一定量的灰分，一方面，灰分中的部分礦質(zhì)元素可以與改性生物炭表面的官能團(tuán)結(jié)合，減少改性生物炭表面能夠與尿液廢水中的鉀氮磷結(jié)合的官能團(tuán)的數(shù)量，進(jìn)而降低對(duì)尿液廢水中鉀氮磷的回收率。另一方面，礦質(zhì)元素如Na、K、Mg、Ca等以氧化物或碳酸鹽的形式存在于灰分中，溶于水后呈堿性，投加到尿液廢水中之后會(huì)改變尿液廢水的pH，進(jìn)而改變制造炭基緩釋型復(fù)合肥的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，影響炭基緩釋型復(fù)合肥的礦質(zhì)種類(lèi)以及對(duì)尿液中鉀氮磷的回收率?；诖?，步驟(2)可以進(jìn)一步包括：清洗改性生物炭，并出去其中的灰分。改性生物炭中含有豐富的C元素，能夠?qū)崿F(xiàn)土壤中碳元素的平衡。農(nóng)業(yè)中化肥使用過(guò)度，易造成土地肥力下降，土壤板結(jié)，改性生物碳的多孔結(jié)構(gòu)可以保水、保肥，改良貧瘠土壤，增強(qiáng)土壤的含蓄能力，提高土地的肥力。此外，改性生物炭表面對(duì)磷和鉀有吸附絡(luò)合作用，使得磷和鉀不是純水溶性的，實(shí)現(xiàn)磷和鉀的緩釋?zhuān)桓男陨锾康谋砻孢€可以通過(guò)電荷特性吸附磷酸鉀鎂沉淀，使作為肥力的磷酸鉀鎂緩釋。本發(fā)明的第二方面提供一種由本發(fā)明第一方面的方法制得的炭基緩釋型復(fù)合肥。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。這些實(shí)施例只是就本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行舉例說(shuō)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)解釋為僅限于這些實(shí)施例。實(shí)施例1按照表1的工藝參數(shù)，采用如下步驟從尿液廢水中提取鉀并制造炭基緩釋型復(fù)合肥：(1)將林木廢棄物洗凈破碎，然后浸泡于氯化鎂溶液中；(2)浸泡后的林木廢棄物置于隔絕氧氣的環(huán)境條件下熱解，得到改性生物炭；熱解時(shí)間為2h；(3)將所述改性生物炭投加到5L尿液廢水中，200rpm攪拌24h，攪拌后棄去上清液，收集沉淀物，烘干后得到炭基緩釋型復(fù)合肥。測(cè)量尿液廢水中的鉀濃度CK和制備炭基緩釋型復(fù)合肥之后尿液廢水中的鉀濃度C′K，每組實(shí)驗(yàn)測(cè)量3次，并按照如下公式計(jì)算尿液廢水中鉀的回收率R：R＝(CK-C′K)/CK×100％實(shí)施例2-12除了表1所示的內(nèi)容之外，以與以實(shí)施例1相似的方式進(jìn)行實(shí)施例2至12，并計(jì)算尿液廢水中鉀的回收率R。表1工藝參數(shù)及尿液廢水中鉀的回收率實(shí)施例氯化鎂濃度/(g/L)浸泡時(shí)間/(h)熱解溫度/(℃)鉀的回收率/(％)150340075210034008033003400854500340088570034009063000.540070730014008183005400859300330078103003550871130037008912300380088從表1可以看出，氯化鎂的濃度不宜過(guò)小。尿液廢水中鉀的回收率隨著林木廢棄物在氯化鎂溶液中浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，但是浸泡時(shí)間大于3h之后，尿液廢水中鉀的回收率的增加幅度不明顯，從經(jīng)濟(jì)效益的角度考慮，可以使浸泡時(shí)間保持在1h～3h。熱解溫度對(duì)尿液廢水中鉀的回收率也有影響，較高的溫度有利于提高尿液廢水中鉀的回收率，但是溫度高于550℃之后，尿液廢水中鉀的回收率的增幅不明顯，熱解溫度高于700℃之后，尿液廢水中鉀的回收率反而有所下降。雖然參照示例性實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不局限于文中詳細(xì)描述和示出的具體實(shí)施方式，在不偏離權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)所述示例性實(shí)施方式做出各種改變。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3