[发明专利]载磷小龙虾壳生物炭的应用

说明书

本发明以餐饮垃圾小龙虾壳为原料，经Mg改性后制备生物炭，吸附去除废水中的磷，并进一步将吸附磷之后的小龙虾壳生物炭作为缓释肥施入农田，以促进种子发芽和幼苗生长；本发明经Mg改性的虾壳生物炭对磷的吸附能力显著增加，可与磷酸盐生成MgHPO₄和Mg(H₂PO₄)₂；磷吸附饱和后的生物炭可以再次缓慢释放，并在土培实验中显著促进苋菜和黄瓜幼苗生长；本发明制备方法简便可行，既实现对小龙虾壳这一餐饮垃圾的有效利用，又可廉价而有效的去除废水中磷，并作为缓释磷肥施用于土壤，促进植物生长，从而达到资源化的目的。

技术领域

本发明涉及生物炭利用领域，特别是小龙虾壳生物炭吸附磷的再应用。

背景技术

生物炭(Biochar)是生物质原材料在厌氧或缺氧的条件下，经一定的温度热解产生的含碳量高、具有较大比表面积的固体生物燃料，也称为生物质炭(Ahmedna et al.,1997；Demirbas andArin,2010)。由于生物炭具有比表面积大、来源广泛、价格低廉、吸附能力强等优点，被应用于环保领域去除废水中各种有害污染物质(Ahmad et al.,2014；Yaoet al.,2013；Inyang et al.,2016)。同时，生物炭由于能迅速恢复土壤的碳氮平衡、改良土壤的性质，也被应用到农业领域(李娇等，2018；徐敏等，2018)。日常生产和生活中产生的农作物如秸秆、谷壳、果皮、木屑，以及动物粪便和固体废物，都可以作为生物炭的原材料，并且生产方法相对简单。

磷是生物体和植物生长的限制性营养物质，排入水体的磷过量会导致水体富营养化(Ozacar,2003；Smith,2003；Penn andWarren,2009)。一般认为，水体中溶解磷酸盐～0.02mg·L^-1就有潜力导致水体中大量的藻类生长，进而水体富营养化(USEPA,1995)。2007年震惊全国的江苏省太湖水危机，始作俑者也是水中磷含量过高，导致蓝藻大量爆发，水体富营养化，不仅影响水生生态系统，而且阻碍了经济发展和民众的社会生活。长期以来，为了控制水体富营养化，科研人员一直致力于水体除磷工艺的研究和开发。磷作为一种不可再生且在工农业发展中不可缺少的资源，目前储备量急剧减少，我国的磷资源已不能满足经济发展的需求(刘颐华，2005)。因此，水体除磷技术已从简单除磷转向资源化利用。

克氏原螯虾(拉丁名Procambarus clarkii，英文名RedSwamp Crayfish)，也称红螯虾和淡水小龙虾，俗称小龙虾，是我国重要水产养殖品种。2007年至2016年，我国小龙虾养殖产量由26.55万吨增加到85.23万吨，全国养殖面积超过900万亩，是世界最大的小龙虾生产国(肖放等，2017)。预估2018年3月，全国养虾面积可能突破1,000万亩，养殖产量将达到100万多吨(秦勇等，2018)。江苏省湖泊众多，地理位置与小龙虾原产地同一纬度，十分适宜小龙虾的生长，是国内小龙虾最早的引入地。小龙虾已经成为江苏省水产养殖业发展最为迅速、最具特色、最具潜力的品种(沈毅，2010)；小龙虾养殖发展迅猛，消费市场持续放大，产业链不断延伸，目前小龙虾产业现已成为江苏省水产主导产业之一(陈焕根等,2017)。仅南京日均销售小龙虾25吨(陈焕根等,2017)。但每年餐饮业产生大量小龙虾壳，多数都作为生活垃圾处理，不仅浪费资源，而且影响环境。因此，以小龙虾壳为原料制备生物炭，研究其对磷的吸附性能，并进而探讨磷吸附饱和后生物炭作为缓释肥施入农田，达到资源化回用，具有广阔的应用前景和良好的经济效益。专利105771899A公开了一种利用甲壳类动物废弃物制备除磷和除重金属生物炭的方法，但该文献对生物炭吸附磷或者重金属后的再利用并未进一步研究，此外，该文献在制备生物炭之前，需将壳类动物废弃物洗净烘干，这一步骤也将消耗大量的人力资源和能源。

发明内容