回收尿液中氮磷制备缓释肥的方法技术

本发明专利技术提供了一种回收尿液中氮磷制备缓释肥的方法，包括以下步骤：1）将生物炭与溶解性镁盐投加到尿液中，在pH值为9～11的条件下进行搅拌，直至溶液中生成灰白色沉淀物鸟粪石，并附着到生物炭表面使其饱和；2）停止搅拌，使得鸟粪石及饱和生物炭在溶液中充分沉降，收集沉淀物；3）将收集的沉淀物烘干造粒，即得富含碳氮磷营养元素的土壤改良缓释肥。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生活污水资源化处理，具体地说，涉及一种回收尿液中氮磷制备缓释 肥的方法。
技术介绍
随着我国大规模城市化的推进，污水中氮磷未得到有效控制，使得水环境保护遭 受越来越大的压力，水体富营养化问题越来越严重。与此同时，随着化肥使用的推广，农业 土壤潜在养分过度释放导致土壤贫瘠化问题日益严重。面对这些问题，从源头上实现尿液 废水分离式收集并进行资源化处理，从而制备可应用于贫瘠土壤改良的缓释肥料，可以在 减轻污水中氮磷处理的压力的同时，改善土壤肥力，实现环保与农业领域的可持续发展。生 物炭作为一种新型生物质吸附材料，可以在吸附营养元素的同时，直接作为缓释肥料应用 于贫瘠土壤；将生物炭引入传统的利用鸟粪石结晶进行尿液资源化的处理系统中，具有诸 多积极意义。 生物炭是一种通过生物质原料的热解炭化制备的结构相对稳定的多孔含碳物质， 具有较大的比表面积和较强的离子交换能力，从而可以将有机和无机物质吸附到表面。生 物炭本身也是一种较好的氮肥替代品，可以保证作物产量的同时减少化学肥料的使用。目 前，在农业领域的利用方面，生物炭的作用主要体现在增强土壤肥效，减少营养元素流失， 从而在相对贫瘠的土地上实现作物增产。同时，生物炭的矿化速率明显低于其他直接应用 的生物质材料，从而使其在土壤中相对稳定，也使得生物炭具有显著的碳固定潜力。 虽然生物炭本身具有诸多优点，但其肥效依旧明显不足于工业化学肥料；将尿液 中的营养元素富集到生物炭，可以显著改善这一缺点。尿液中含有丰富的氮磷钾元素，在 城镇生活污水中，约有80%的氮、50%的磷和50~90%的钾来自于尿液，具有较大的应用潜 力。研究结果显示，在中性环境下，生物炭的Zeta电位一般为负值，表明生物炭表面通常情 况下带负电；从而使得生物炭较易吸收铵根等带正电的离子，但较难吸附带负电的离子，如 磷酸根等。从而，依靠生物炭回收尿液中的氨氮具有可行性，但还需要寻找其他途径实现尿 液中磷和钾的高效回收。 有研究表明，鸟粪石（MgNH4P04 ? 6H20)沉淀结晶可以高效地从尿液中回收磷，同时 可以通过鸟粪石系的另一种晶体(MgKP04 ? 6H20)实现尿液中的氮磷钾的同步回收，这为从 尿液中利用生物炭回收磷和钾提供了新思路。有学者提出利用沸石等吸附剂从尿液中回收 氨氮，再结合鸟粪石结晶提高对磷和钾的回收效率。但若要将吸附剂所回收的氨氮用于农 业土壤，还需要对吸附饱和的沸石进行脱附，该过程的回收效率一般只有60%。 因此，亟需一种能够解决传统氨氮吸附剂成本较高、脱附困难且收率不高的技术 方案。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种利用生物碳和溶解性 镁盐回收尿液中的氮和磷制备富含碳氮磷缓释肥的方法。 为了实现本专利技术目的，本专利技术提供一种，所述 方法包括以下步骤： 1)将生物炭与溶解性镁盐投加到尿液中进行搅拌，直至溶液中生成灰白色沉淀物 鸟粪石，并附着到生物炭表面使其饱和； 搅拌过程中控制pH值为9~11 ; 2)停止搅拌，使得鸟粪石及饱和生物炭在溶液中充分沉降，收集沉淀物； 3)将收集的沉淀物烘干造粒，即得富含碳氮磷营养元素的土壤改良缓释肥。 进一步地，所述生物炭的投加量为50-100g/L，所述溶解性镁盐的投加量为 0.25-〇. 5g/L〇 进一步地，所述溶解性镁盐为氧化镁或氯化镁。投加氯化镁时需要对应投加氢氧 化钠等碱性试剂调节pH。 作为优选，所述溶解性镁盐为氧化镁。 作为优选，所述步骤1)中的搅拌速度至少为100r/min。 作为优选，所述步骤1)中通过氢氧化钠调节pH值。 作为优选，所述步骤1)中的搅拌时间至少为4小时，所述步骤2)中沉降时间至少 为2小时。 作为优选，为了提高氨氮的回收效率，将富含高氨氮的原尿稀释5-10倍后再进行 步骤1)的吸附。一般需将原始尿液贮存6个月，从而使尿液中大部分的尿素转化为氨氮， 以利于前述方法对尿液中氨氮的回收。 其中，所述步骤1)中的生物碳是以农业秸杆为原料，通过慢速热解，制备得到的。 本专利技术还提供了前述方法制备得到的富含碳氮磷营养元素的土壤改良缓释肥。 本专利技术的有益效果在于： 本专利技术利用生物炭作为吸附材料，可以解决传统氨氮吸附剂成本较高、脱附困难 的问题。将尿液中的营养元素以鸟粪石和饱和生物炭的形式固定并作为缓释肥料，可弥补 传统鸟粪石结晶工艺与生物炭直接农用领域的诸多不足，具有显著优势。首先，生物炭在吸 附固定氨氮的同时，可以捕获鸟粪石晶粒，降低鸟粪石晶体成核的难度，从而显著提升氮磷 钾元素的回收效率。其次，相比于利用其他废弃资源回收得到的肥料或有机肥，该缓释肥料 在用于贫瘠土壤改良的过程中对原始土壤不会带来重金属污染等新问题。此外，生物炭在 作为吸附材料的同时，可直接作为缓释肥料，不会因脱附等过程造成营养元素的二次流失， 具有更高的利用效率；同时，生物炭对于鸟粪石晶粒的捕获及固定也使得营养元素在土壤 中的释放时间得以延长，肥效的缓释效果得以进一步加强。 利用本专利技术所述方法回收尿液中的氮和磷：氮的回收率可达50%以上，磷的回收 率可达90%以上；所制得的肥料富含碳氮磷，同时含有丰富的钾、钙、钠、镁等营养元素，具 有土壤改良的效果；所得复合肥的肥效释放缓慢，为缓释型氮磷复合肥，且肥效不易随雨水 和灌溉水流失。【具体实施方式】 以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。 实施例1 本实施例回收的尿液来自贮存六个月的原始尿液，原始尿液的氨氮浓度为 7925mg/L，磷酸盐浓度为 161. 3mg/L。 首先将原始尿液稀释10倍，量取100mL尿液至密闭容器； 然后，投加5g生物炭与0.025g氯化镁到尿液中，在150r/min摇床震荡条件下，充 分搅拌4h，期间通过氢氧化钠溶液控制pH值为9~11; 停止搅拌，是沉淀物充分沉降2h，收集沉淀物； 将收集的沉淀物烘干造粒，即得富含碳氮磷营养元素的土壤改良缓释肥。 所述缓释肥含碳量为84. 1-93. 5%，含氮量为5.当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种回收尿液中氮磷制备缓释肥的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1）将生物炭与溶解性镁盐投加到尿液中进行搅拌，直至溶液中生成灰白色沉淀物鸟粪石，并附着到生物炭表面使其饱和；搅拌过程中控制pH值为9～11；2）停止搅拌，使得鸟粪石及饱和生物炭在溶液中充分沉降，收集沉淀物；3）将收集的沉淀物烘干造粒，即得富含碳氮磷营养元素的土壤改良缓释肥。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汪诚文，谢淘，徐康宁，张驰，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11