[发明专利]从有机固体废弃物中回收氮磷的方法

说明书

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种从有机废弃物中回收氮磷的方法。

背景技术

厌氧发酵是高有机含量的固体废物通用的处理方式，例如、禽畜粪便、污水厂的剩余污泥、以及厨余等固体废弃物，同时厌氧发酵过程亦能实现固体废弃物的资源化回收，符合可持续发展的要求。一般而言，高有机含量的固体废物经过厌氧发酵后，沼液中含有高浓度的氨氮和磷酸盐，必须合理有效地处置后才能避免氮磷流入水体，防止出现水体富营养化。

围绕发酵液中氮磷的有效去除已经开展了大量的研究，其中鸟粪石（MgNH₄PO₄）技术因能同步回收氮磷并生成高价值的缓释肥料，而备受关注。鸟粪石沉淀技术是通过外源投加镁离子后，以MgNH₄PO₄沉淀形式回收氮磷，虽已经被证实是完全可行，然而，在此过程中必须严格控制溶液中Mg²⁺、NH₄⁺、及PO₄^3-的摩尔比和pH这两个关键因素，操作条件严苛。此外，溶液中常见的K⁺、Ca²⁺及CO₃^2-等共存离子也会都会影响鸟粪石的结晶形态和纯度，比如磷酸镁钾、无定型磷酸钙及MgCO₃的形成。此外，来源发酵液性质亦不稳定，少许变化（比如pH、氨氮及磷酸盐浓度等）就需要重新通过优化试验来保证鸟粪石合成工艺的稳定运行。在实际应用过程中，这些条件控制的难度相对较大。

天然沸石在自然界中分布广泛廉价易得，是分子筛的一种，内部的多孔结构使其具备较高的比表面积，结构组成上包括硅铝酸盐框架、可交换的阳离子（Na、K、Li、Ca、Mg、Ba、Sr）和水三部分。其在废水处理中已经被证实可以通过吸附作用高效去除氨氮（NH₄⁺），在吸附NH₄⁺后，沸石中的Na⁺、Ca²⁺、K⁺与Mg²⁺被交换下来，释放溶液中。理论上，这些被置换下来的二价阳离子在适当的条件下可以与磷酸盐发生沉淀反应，进而实现磷的资源化回收。同时，虽然在过程上是先后发生的两步反应，但是吸附过程和沉淀反应速率非常快，效果上仍然可以实现氨氮和磷酸盐的同步去除。而在沸石的吸附过程中，环境条件对沸石的吸附效果影响不大，其能够适应不同的pH及不同的底物浓度变化。同时，吸附过氮磷的天然沸石能够作为长效肥料应用于农业或作为能够长期储备的磷源使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简便、高效的从有机固体废弃物中回收氮磷的方法。

本发明提供的从有机固体废弃物中回收氮磷的方法，首先将有机固体废弃物进行厌氧发酵，形成沼液，采用分子筛吸附技术，从沼液中回收氮磷资源，即将沸石投入各种厌氧发酵的沼液中，通过离子交换作用，沼液中的氨氮被吸附到沸石上，吸附氨氮过程中沸石内的阳离子即被沼液中的NH₄⁺置换至溶液中，其中，以Ca²⁺和Mg²⁺为主的二价阳离子与沼液中磷酸盐反应生成磷酸盐沉淀，生成的磷酸盐沉淀会被沸石拦截吸附，或者在沼液中沉降下来，即完成沼液中氮磷回收过程。

本发明提供的从有机固体废弃物中回收氮磷的方法，具体操作步骤如下：

（1）有机固体废弃物用纯水调节至10000mg/L，随后用氢氧化钠饱和溶液调节pH至9-12，搅拌均匀后充入氮气建立厌氧环境后密闭，于35±2℃条件下发酵2天（即40-50小时）；

（2）取200±100mL上述发酵液至锥形瓶中，投入20±10g天然沸石（粒径1.1-1.4mm），用封口膜封住瓶口后，于室温条件下持续振荡4.5-5.5小时（一般为5小时），沸石即完成吸附饱和，沼液中氮磷得到充分回收。

本发明中，所述有机固体废弃物包括猪粪、鸡粪、剩余污泥、及除油后的厨余，等等。

本发明方法的结果表明，强碱处理后有机固体废物中的氮磷被充分地释放到沼液中，投加天然沸石后第5个小时，不同种有机固体废物的沼液中氮和磷的回收率在65.5–81.3%和80.3–92.1%之间。本发明操作条件简单，容易实施，吸附后的沸石依然能够还田使用，较鸟粪石等处理方法，简化了步骤，弱化了制约条件，同时节约了成本。