一种高效提升污泥热解生物炭中磷生物可利用性的方法技术

本发明专利技术公开了一种高效提升污泥热解生物炭中磷生物可利用性的方法，属于城市污泥资源化处置领域。本发明专利技术采用污泥或者污泥混掺有机废弃物进行堆肥和热解炭化，分别制备出解磷菌培养基和污泥生物炭。污泥生物炭经解磷菌培养基调理培育后使污泥生物炭中生物难利用态磷向生物可利用态磷的转化率提升，大幅度提高污泥生物炭在土地利用过程中磷的利用率。泥生物炭在土地利用过程中磷的利用率。泥生物炭在土地利用过程中磷的利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种高效提升污泥热解生物炭中磷生物可利用性的方法


[0001]本专利技术属于城市污泥资源化处置领域，涉及污泥堆肥、污泥热解炭化等领域。具体涉及一种高效提升污泥热解生物炭中磷生物可利用性的方法，涉及采用污泥或者污泥混掺有机废弃物进行堆肥和热解炭化，分别制备出解磷菌培养基和污泥生物炭，以解磷菌培养基调理培育污泥生物炭，高效提升污泥热解生物炭中磷生物可利用性的方法。

技术介绍

[0002]磷是生命系统中重要的组成成分，是植物生长过程不可或缺的重要元素。土壤中的磷可分为有机磷和无机磷，植物根系主要吸收无机磷。然而，据统计全球约43％的耕地土壤缺乏能够供植物直接吸收利用的有效磷，而我国土壤中缺少有效磷的耕地占70％以上，为满足农业生产需求，往往在土壤中施加化学磷肥以提高土壤磷的供应。但是制备磷肥的原材料—磷矿资源紧张，且为不可再生资源。此外，工业磷肥施加到土壤中，其当季利用率仅为10％
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25％，大量施用更会造成土壤磷流失，间接导致水污染，对环境系统不利。因此，实现磷的长期循环利用刻不容缓。研究发现，95％开采的磷矿用于制备磷肥进入农业土壤供作物吸收利用，随着作物被人体摄入，磷进入人体一部分随着人体新陈代谢以生活污水形式进入污水处理厂，最后富集在生活污泥中。2020年我国污泥年产量达到8000万吨，污泥中富集的磷含量高达160万吨，富集污水中85％
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95％上的磷，是仅次于磷矿的“第二大磷资源库”。
[0003]研究发现，热解炭化技术能够使污泥中的磷高度保留在污泥热解产物中。在热解终温为250℃
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600℃的中低温慢速热解过程中，污泥炭化产物中磷的回收率接近100％，且主要以无机形式存在，有机磷含量不足5％。污泥热解是一种高效的生物质转化技术，具有能量利用率高，二次污染小等优势，能够大幅度缩减污泥体积、破坏污泥病原体结构，有效抑制呋喃和二噁英产生，固定污泥中的重金属。具体是指在限氧/无氧的条件下，经高温加热使污泥发生裂解和一系列复杂的物理化学反应，最终生成热解气、焦油以及热解生物炭三相产物的过程。相比填埋等污泥处理处置方式，污泥热解炭化产生的污泥生物炭不仅保留了污泥中的绝大多数磷，并且污泥生物炭具有优异的孔隙结构，高阳离子交换量、较高的pH、丰富的表面含氧官能团等，使之成为高性价比的土壤改良基质材料。
[0004]从生物有效性角度可将污泥生物炭中的无机磷分为三大组分——即时生物可利用性磷、潜在生物有效性磷以及生物难利用性磷。即时生物可利用性磷包括溶解态正磷酸盐和弱吸附在碳酸盐矿物表面的颗粒态正磷酸盐；潜在生物可利用性磷包括无机聚磷酸盐、吸附在铁铝氧化物或者氢氧化物表面的PO
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以及无定形的正磷酸盐(AlPO4、FePO4、Fe3(PO4)2、Mg3(PO4)2、Ca3(PO4)2等)，这部分磷在短时间内难以被土壤/生物利用，需经过长时间的转化才能释放出供生物利用的PO
43
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；生物难利用性磷主要包括羟基磷灰石(HAP)、磷酸八钙(OCP)以及晶态的磷酸铝等结晶态的正磷酸盐矿物。污泥生物炭中有效磷(即时生物可利用性磷)含量极低，仅为0.95％，其余多以铁结合态(Fe
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P)、铝结合态磷(Al
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P)以及钙结合态磷(Ca
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P)等生物难利用性的磷形态存在，Ca
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P是主要存在形态，其中羟基磷灰石所占总
磷比率高达54％。因此，如何其污泥生物炭的磷生物可利用性对于磷的利用至关重要。
[0005]污泥中磷的利用主要有物化法、生物法以及物化
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生物联合法。物化法以在污泥中添加大量的化学试剂为核心，使磷与金属形成共溶物，在此基础上利用离子交换柱、纳滤技术、高选择性吸附剂/膜材料等等实现磷的清洁回收。此法不仅需要消耗大量的化学试剂以及高能耗，同时污泥的后续处理处置问题尚无明确指向；而以厌氧消化为核心的生物法/物化
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生物联合法同样需要投加化学试剂，并且该法对磷回收率较低(20％
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25％)的同时具有高运行成本，不利于规模化推广应用。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种高效提升污泥热解生物炭中磷生物可利用性的方法，采用污泥或者污泥混掺有机废弃物进行堆肥和热解炭化，分别制备出解磷菌培养基和污泥生物炭。以解磷菌培养基调理培育污泥生物炭，高效提升污泥热解生物炭中磷生物可利用性的方法。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种高效提升污泥热解生物炭中磷生物可利用性的方法，所述方法包括以下步骤：
[0009]步骤1：解磷菌培养基和生物炭的制备
[0010]解磷菌培养基：按葡萄糖8mg/g
‑
16mg/g、氯化铵4mg/g
‑
8mg/g将葡萄糖和氯化铵加入到原材料与秸秆的混合堆肥产物中，并将温度调至28℃
‑
40℃，pH调至6.8
‑
7.5，含盐量调节至5％
‑
15％，通气量控制在0.1L/kg
·
min
‑
0.2L/kg
·
min，经4d
‑
7d培养；
[0011]生物炭：原材料干燥后，经热解炭化、灭菌后备用；
[0012]其中，所述原材料为污泥或污泥与有机废弃物的混合物，解磷菌培养基和生物炭的制备中的原材料可不同；
[0013]步骤2：提升污泥热解生物炭中磷生物可利用性
[0014]将步骤1得到的解磷菌培养基与生物炭按混配比例为1:20
‑
1:5(w/w)混匀，调节温度至28℃
‑
30℃，pH调至6.8
‑
7.5，含盐量调节至2％
‑
10％，经过7d
‑
14d培养即可。
[0015]在本专利技术的一种实施方式中，步骤1中所述原材料中总磷含量≥3％(以干重计)。
[0016]在本专利技术的一种实施方式中，步骤1中，当原材料为污泥与有机废弃物的混合物时，污泥与有机废弃物的比例为12:5
‑
1:1(w/w)。
[0017]在本专利技术的一种实施方式中，步骤1中，所述有机废弃物为餐厨废弃物、畜禽粪便、市政污泥、园林绿化废弃物等的任一种或几种。
[0018]在本专利技术的一种实施方式中，所述步骤1中，所述原材料与秸秆的混合堆肥产物通过如下方法制备得到：在原材料中添加堆肥原材料总重的10％
‑
20％(湿重)的秸秆，进行为期30d
‑
45d的堆肥。
[0019]在本专利技术的一种实施方式中，所述步骤1中，混合堆肥产物制备条件：调节堆肥原料到合适的初始含水率(50％
‑
60％)、有机碳含量(40％
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45％)以及C/N(25
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效提升污泥热解生物炭中磷生物可利用性的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1：解磷菌培养基和生物炭的制备解磷菌培养基：按葡萄糖8mg/g
‑
16mg/g、氯化铵4mg/g
‑
8mg/g将葡萄糖和氯化铵加入到原材料与秸秆的混合堆肥产物中，并将温度调至28℃
‑
40℃，pH调至6.8
‑
7.5，含盐量调节至5％
‑
15％，通气量控制在0.1L/kg
·
min
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0.2L/kg
·
min，经4d
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7d培养；生物炭：原材料干燥后，经热解炭化、灭菌后备用；其中，所述原材料为污泥或污泥与有机废弃物的混合物，解磷菌培养基和生物炭的制备中的原材料可不同；步骤2：提升污泥热解生物炭中磷生物可利用性将步骤1得到的解磷菌培养基与生物炭按混配比例为1:20
‑
1:5(w/w)混匀，调节温度至28℃
‑
30℃，pH调至6.8
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7.5，含盐量调节至2％
‑
10％，经过7d
‑
14d培养即可。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中所述原材料中总磷含量≥3％(以干重计...

【专利技术属性】
技术研发人员：董滨，鹿莎莎，沈丹妮，徐祖信，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：