回收尿液中氮磷制備緩釋肥的方法技術

本發明專利技術提供了一種回收尿液中氮磷制備緩釋肥的方法，包括以下步驟：1）將生物炭與溶解性鎂鹽投加到尿液中，在pH值為9～11的條件下進行攪拌，直至溶液中生成灰白色沉淀物鳥糞石，并附著到生物炭表面使其飽和；2）停止攪拌，使得鳥糞石及飽和生物炭在溶液中充分沉降，收集沉淀物；3）將收集的沉淀物烘干造粒，即得富含碳氮磷營養元素的土壤改良緩釋肥。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及生活污水資源化處理，具體地說，涉及一種回收尿液中氮磷制備緩釋 肥的方法。
技術介紹
隨著我國大規模城市化的推進，污水中氮磷未得到有效控制，使得水環境保護遭 受越來越大的壓力，水體富營養化問題越來越嚴重。與此同時，隨著化肥使用的推廣，農業 土壤潛在養分過度釋放導致土壤貧瘠化問題日益嚴重。面對這些問題，從源頭上實現尿液 廢水分離式收集并進行資源化處理，從而制備可應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，改善土壤肥力，實現環保與農業領域的可持續發展。生 物炭作為一種新型生物質吸附材料，可以在吸附營養元素的同時，直接作為緩釋肥料應用 于貧瘠土壤；將生物炭引入傳統的利用鳥糞石結晶進行尿液資源化的處理系統中，具有諸 多積極意義。 生物炭是一種通過生物質原料的熱解炭化制備的結構相對穩定的多孔含碳物質， 具有較大的比表面積和較強的離子交換能力，從而可以將有機和無機物質吸附到表面。生 物炭本身也是一種較好的氮肥替代品，可以保證作物產量的同時減少化學肥料的使用。目 前，在農業領域的利用方面，生物炭的作用主要體現在增強土壤肥效，減少營養元素流失， 從而在相對貧瘠的土地上實現作物增產。同時，生物炭的礦化速率明顯低于其他直接應用 的生物質材料，從而使其在土壤中相對穩定，也使得生物炭具有顯著的碳固定潛力。 雖然生物炭本身具有諸多優點，但其肥效依舊明顯不足于工業化學肥料；將尿液 中的營養元素富集到生物炭，可以顯著改善這一缺點。尿液中含有豐富的氮磷鉀元素，在 城鎮生活污水中，約有80%的氮、50%的磷和50~90%的鉀來自于尿液，具有較大的應用潛 力。研究結果顯示，在中性環境下，生物炭的Zeta電位一般為負值，表明生物炭表面通常情 況下帶負電；從而使得生物炭較易吸收銨根等帶正電的離子，但較難吸附帶負電的離子，如 磷酸根等。從而，依靠生物炭回收尿液中的氨氮具有可行性，但還需要尋找其他途徑實現尿 液中磷和鉀的高效回收。 有研究表明，鳥糞石（MgNH4P04 ? 6H20)沉淀結晶可以高效地從尿液中回收磷，同時 可以通過鳥糞石系的另一種晶體(MgKP04 ? 6H20)實現尿液中的氮磷鉀的同步回收，這為從 尿液中利用生物炭回收磷和鉀提供了新思路。有學者提出利用沸石等吸附劑從尿液中回收 氨氮，再結合鳥糞石結晶提高對磷和鉀的回收效率。但若要將吸附劑所回收的氨氮用于農 業土壤，還需要對吸附飽和的沸石進行脫附，該過程的回收效率一般只有60%。 因此，亟需一種能夠解決傳統氨氮吸附劑成本較高、脫附困難且收率不高的技術 方案。
技術實現思路
為了解決現有技術中存在的問題，本專利技術的目的是提供一種利用生物碳和溶解性 鎂鹽回收尿液中的氮和磷制備富含碳氮磷緩釋肥的方法。 為了實現本專利技術目的，本專利技術提供一種，所述 方法包括以下步驟： 1)將生物炭與溶解性鎂鹽投加到尿液中進行攪拌，直至溶液中生成灰白色沉淀物 鳥糞石，并附著到生物炭表面使其飽和； 攪拌過程中控制pH值為9~11 ; 2)停止攪拌，使得鳥糞石及飽和生物炭在溶液中充分沉降，收集沉淀物； 3)將收集的沉淀物烘干造粒，即得富含碳氮磷營養元素的土壤改良緩釋肥。 進一步地，所述生物炭的投加量為50-100g/L，所述溶解性鎂鹽的投加量為 0.25-〇. 5g/L〇 進一步地，所述溶解性鎂鹽為氧化鎂或氯化鎂。投加氯化鎂時需要對應投加氫氧 化鈉等堿性試劑調節pH。 作為優選，所述溶解性鎂鹽為氧化鎂。 作為優選，所述步驟1)中的攪拌速度至少為100r/min。 作為優選，所述步驟1)中通過氫氧化鈉調節pH值。 作為優選，所述步驟1)中的攪拌時間至少為4小時，所述步驟2)中沉降時間至少 為2小時。 作為優選，為了提高氨氮的回收效率，將富含高氨氮的原尿稀釋5-10倍后再進行 步驟1)的吸附。一般需將原始尿液貯存6個月，從而使尿液中大部分的尿素轉化為氨氮， 以利于前述方法對尿液中氨氮的回收。 其中，所述步驟1)中的生物碳是以農業秸桿為原料，通過慢速熱解，制備得到的。 本專利技術還提供了前述方法制備得到的富含碳氮磷營養元素的土壤改良緩釋肥。 本專利技術的有益效果在于： 本專利技術利用生物炭作為吸附材料，可以解決傳統氨氮吸附劑成本較高、脫附困難 的問題。將尿液中的營養元素以鳥糞石和飽和生物炭的形式固定并作為緩釋肥料，可彌補 傳統鳥糞石結晶工藝與生物炭直接農用領域的諸多不足，具有顯著優勢。首先，生物炭在吸 附固定氨氮的同時，可以捕獲鳥糞石晶粒，降低鳥糞石晶體成核的難度，從而顯著提升氮磷 鉀元素的回收效率。其次，相比于利用其他廢棄資源回收得到的肥料或有機肥，該緩釋肥料 在用于貧瘠土壤改良的過程中對原始土壤不會帶來重金屬污染等新問題。此外，生物炭在 作為吸附材料的同時，可直接作為緩釋肥料，不會因脫附等過程造成營養元素的二次流失， 具有更高的利用效率；同時，生物炭對于鳥糞石晶粒的捕獲及固定也使得營養元素在土壤 中的釋放時間得以延長，肥效的緩釋效果得以進一步加強。 利用本專利技術所述方法回收尿液中的氮和磷：氮的回收率可達50%以上，磷的回收 率可達90%以上；所制得的肥料富含碳氮磷，同時含有豐富的鉀、鈣、鈉、鎂等營養元素，具 有土壤改良的效果；所得復合肥的肥效釋放緩慢，為緩釋型氮磷復合肥，且肥效不易隨雨水 和灌溉水流失。【具體實施方式】 以下實施例用于說明本專利技術，但不用來限制本專利技術的范圍。 實施例1 本實施例回收的尿液來自貯存六個月的原始尿液，原始尿液的氨氮濃度為 7925mg/L，磷酸鹽濃度為 161. 3mg/L。 首先將原始尿液稀釋10倍，量取100mL尿液至密閉容器； 然后，投加5g生物炭與0.025g氯化鎂到尿液中，在150r/min搖床震蕩條件下，充 分攪拌4h，期間通過氫氧化鈉溶液控制pH值為9~11; 停止攪拌，是沉淀物充分沉降2h，收集沉淀物； 將收集的沉淀物烘干造粒，即得富含碳氮磷營養元素的土壤改良緩釋肥。 所述緩釋肥含碳量為84. 1-93. 5%，含氮量為5.當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種回收尿液中氮磷制備緩釋肥的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：1）將生物炭與溶解性鎂鹽投加到尿液中進行攪拌，直至溶液中生成灰白色沉淀物鳥糞石，并附著到生物炭表面使其飽和；攪拌過程中控制pH值為9～11；2）停止攪拌，使得鳥糞石及飽和生物炭在溶液中充分沉降，收集沉淀物；3）將收集的沉淀物烘干造粒，即得富含碳氮磷營養元素的土壤改良緩釋肥。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：汪誠文，謝淘，徐康寧，張馳，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：北京;11