[发明专利]含磷废水中除磷并生产缓释型炭基磷肥的方法

说明书

技术领域

本发明涉及含磷废水资源化处理技术领域，具体涉及一种含磷废水中除磷并生产缓释型炭基磷肥的方法。

背景技术

以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。

生物炭是农林废弃物和禽畜粪便等生物质材料在缺氧或无氧条件下通过热化学反应得到的一种富碳固体产物，是活性炭的前躯体。生物炭空隙结构丰富且大小不一，孔洞结构有利于微生物生长；生物炭吸附能力强，能吸附水、土壤或沉积物中的无机离子及极性或非极性有机化合物，特别是有利于吸附土壤和水体中重金属污染物质和有机污染物；生物炭环境稳定性高，可循环重复利用。鉴于上述一系列优良特性，以及成低，环境友好等优点，其环境效益已在国内外受到广泛关注。生物炭近年来被广泛应用于固碳减排、土壤修复改良，而作为污水处理填料的研究还不多。

随着工业的飞速发展，人们生活水平质量的提高，供水紧张和污水净化成为我国乃至世界各地面临的主要难题之一。随着人类逐渐加大对环境资源的开发利用，使大量含氮磷营养物质的工业废水、生活污水排入江河湖泊中，增加了水体营养物质的负荷，其直接后果是导致水体富营养化。与此同时，目前全球范围内存在磷资源匮乏的问题。据美国地质调查局统计，全球磷灰石储量基础仅为500亿吨，按目前开采技术状况将在125年左右耗尽，我国早已将磷矿列入2010年后不能满足国民经济发展的20种矿石之一。因此，在排放水中回收磷资源，将氮磷的环境污染控制与资源循环利用合并，既有利于水体富营养化和水体污染的治理，又有利于提高磷的利用效率，研究和开发新型氮磷吸附剂已成为环保领域的热点。

目前常采用的除氮磷的方法有离子交换法、物理化学法、膜分离法和生物法等处理。但这些方法往往处理成本高，处理效果不稳定，有较多局限性，有些方法还会带来二次污染。相比而言，将生物炭应用于吸附净化工业废水和生活污水的方法，具有工艺简单、高效低耗、操作方便且运行可靠等优点。从一定程度上弥补了其他方法的不足。然而，生物炭表面往往呈现一定的碱性，这也决定了生物炭对阳离子型物质(如重金属等)具有良好的吸附性能；同时对阴离子型物质(如硝酸根、磷酸根等)吸附能力普遍较弱。若利用生物炭吸附净化污水中的阴离子，则需要对其在一定条件下进行改良，以增加其表面正电荷，实现对阴离子较强的吸附能力。

发明内容

针对生物炭对阴离子吸附能力普遍较弱的问题，本发明提出一种含磷废水中除磷并生产缓释型炭基磷肥的方法以及由此制得的缓释型炭基磷肥。

根据本发明的一个方面，提供一种含磷废水中除磷并生产缓释型炭基磷肥的方法，包括如下步骤：

(1)将林木废弃物洗净破碎，干燥后筛分至0.5mm～4mm；

(2)使干燥后的林木废弃物与镁盐粉末混合均匀，然后将混合物料置于隔绝氧气的环境条件下热解，热解温度为400℃～700℃、热解时间为1h～3h，得到镁改性生物炭；

(3)将镁改性生物炭投加到含磷废水中，振荡或搅拌后弃去上清液，收集沉淀物，晾干或烘干后得到缓释型炭基磷肥。

优选地，所述镁盐为氧化镁，混合物料中氧化镁与林木废弃物的质量比为0.83～2.5:1；或者所述镁盐为氢氧化镁，混合物料中氢氧化镁与林木废弃物的质量比为0.57～1.72:1。

优选地法，其中，所述含磷废水中正磷酸盐磷的浓度不小于15mg/L。

本发明的一些实施例中，步骤(3)中镁改性生物炭的投加量满足如下关系：

式中，M为镁改性生物炭的投加量，单位为g；C为含磷废水中正磷酸盐磷的浓度，单位为mg/L；V为含磷废水的体积，单位为m³；S为混合物料中林木废弃物的质量，单位为g；γ为镁改性生物炭中镁元素的质量百分比；W为氧化镁或氢氧化镁的质量，单位为g。

优选地，γ的取值为20％～40％。

本发明中的含磷废水可以为污泥厌氧消化液、或污泥脱水清液、或畜禽养殖废水、或尿液废水。

本发明的第二方面提供一种由本发明第一方面的方法制得的缓释型炭基磷肥。

本发明利用镁盐改性生物炭，不仅能显著提高生物炭对磷酸根和铵根离子的吸附能力，有效回收含磷废水中的磷、氮元素，而且镁盐来源广泛、成本低，对环境无污染。由本发明的方法制得的缓释型炭基磷肥富含有机碳以及氮磷元素，肥效释放缓慢，可以显著改良贫瘠土壤。

具体实施方式