【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及固体废弃物资源化利用与环境工程，具体涉及一种基于湿地植物循环水热碳化回收磷的方法。
技术介绍
1、磷是植物生长所必需的大量营养元素之一，施用磷肥是保证土壤肥力和提高农作物产量的有效途径。然而，作为磷肥生产的主要原料，磷矿石是一种不可再生的战略性资源，其资源风险和生态环境风险比较突出。在此背景下，开发可替代磷资源是十分必要的！磷资源在我国存在着陆地紧缺而水体相对富集的分布不均的现象，水体富营养化是全球范围内普遍存在的严重水质问题。人工湿地技术目前被广泛应用于富营养化水体中氮、磷的高效去除，我国人工湿地面积达675万公顷，每年可产生约107mt的湿地植物生物量。在自然条件下，湿地植物残体腐败分解后，其自身携带的营养元素(包括n、p和有机质等)会再次返回水体参与营养元素的生物地球化学循环，从而造成二次污染。如何实现这些湿地植物的资源化对于预防二次污染至关重要，更是实现水体中磷回收的关键。相较于农作物秸秆和木材等，湿地植物具有更高的磷回收潜力。考虑到湿地植物废弃物的固有性质(例如高水分含量、多种有机成分和多种磷物种)，从原料中直接提取磷并不是最佳方案，此外，直接施用湿地植物生物质还可能会导致致病菌的引入、磷的快速淋失和重金属的威胁等问题。因此，从富磷湿地植物中回收和有效再利用磷是一个值得关注的问题。
2、水热碳化是一种新型的低温制备水热炭的技术，可以直接处理高含水率的固体废弃物。湿地植物在水热碳化过程中，原料中的磷素势必会向液相产物迁移，目前的研究大多集中于水热炭的研究和改性，对碳化液的分析研究相对较少。由于液
3、当前大部分研究侧重于利用电化学技术和热处理技术从动物粪便和污水污泥中回收磷，对于含磷湿地植物残体中磷素回收的研究却少有聚焦。此外，目前关于水热碳化产物的研究大多针对水热炭中磷素的回收，对于磷素在液相产物中的高效富集及再利用的研究却相对较少。采取有效手段将湿地植物中的磷进行高效富集并回收，是缓解磷资源短缺和湿地植物废弃物处理的双赢策略，对于湿地植物水热碳化处理的产业应用具有实际推广意义。
技术实现思路
1、针对现有技术中对于湿地植物水热回收磷中缺乏对液相产物中磷素回收的缺陷，本专利技术提供了一种基于湿地植物循环水热碳化回收磷的方法，具体技术方案如下：
2、一种基于湿地植物循环水热碳化回收磷的方法，包括以下步骤：
3、(1)将收获的湿地植物洗净干燥后粉碎过筛；
4、(2)取湿地植物生物质粉末加入液相介质进行水热碳化处理，得到水热碳化产物；
5、(3)将步骤(2)所得碳化产物进行固液分离，收集固相产物与液相产物；
6、(4)将步骤(3)得到的碳化液作为液相介质，混合湿地植物生物质粉末进行多级循环碳化，多级循环碳化结束后，进行固液分离得到循环水热炭和富磷碳化液；
7、(5)通过调节步骤(4)得到的富磷碳化液的ph，形成磷结晶沉淀并回收。
8、进一步地，所述湿地植物包括金鱼藻、美人蕉、菖蒲或再力花等常见水体修复植物。
9、进一步地，步骤(2)中，所述液相介质为水、酸溶液中的一种。
10、进一步地，所述酸溶液包括硫酸、盐酸、醋酸中的一种，酸溶液的浓度为0.5～2mol/l。
11、进一步地，所述液相介质为去离子水或1mol/l的硫酸溶液。
12、进一步地，步骤(2)中，所述生物质与液相介质的质量比为1:5～20，碳化温度为200℃～240℃，保温时间为1～3h，搅拌转速为80～120rpm。
13、进一步地，生物质与液相介质的质量比为1:10，碳化温度为200℃，保温时间为2h，搅拌速度为100rpm。
14、进一步地，步骤(3)中，所述固相产物为水热炭，所述液相产物为碳化液。
15、进一步地，步骤(4)中，循环碳化次数为1～6次。
16、进一步地，步骤(4)中，循环碳化次数为5次。
17、进一步地，步骤(5)中，所述结晶过程中的ph稳定至9～10，在80～120r/min的转速下搅拌0.5～1.5h，反应结束后静置0.5～1.5h。
18、进一步地，步骤(5)中，富磷碳化液的ph调节至9.5，以100r/min的转速维持在该ph值下搅拌1h，反应结束后静置1h，收集沉淀，用蒸馏水清洗2～3次，于50℃恒温干燥箱干燥48h以上至沉淀物恒重。
19、进一步地，富磷碳化液的主要磷结晶产物为羟基磷灰石或鸟粪石。
20、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
21、(1)本专利技术通过循环利用液相产物混合生物质原料对湿地植物进行循环水热碳化处理，产出了高磷浓度的水热碳化液，实现了磷在液相产物中的有效富集，水热碳化液的循环使用有效减少了碳化废液的排放。
22、(2)以本专利技术得到的富磷碳化液为磷源，无需外源添加金属，仅通过调节碳化液的ph即可得到作为缓释磷肥的羟基磷灰石和鸟粪石结晶，磷酸盐回收率大于99％，实现了磷素的回收和碳化液的资源化利用，对于寻找可替代性磷源、缓解磷矿资源压力有正面意义。
23、(3)本专利技术对湿地植物中的磷素实现了有效回收，同时实现了湿地植物水热碳化产物的资源化利用，充分利用了液相产物中的营养元素，减少了生物质废弃物水热碳化对环境的影响，有效解决了湿地植物残体处理处置难题。
24、(4)本专利技术中得到的结晶产物中重金属含量较低，其生物利用度和环境风险显著降低，将其作为磷肥更为安全。
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1.一种基于湿地植物循环水热碳化回收磷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述湿地植物为金鱼藻、美人蕉、菖蒲、再力花中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述液相介质为水、酸溶液中的一种。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述酸溶液为硫酸、盐酸、醋酸中的一种，酸溶液的浓度为0.5～2mol/L。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述生物质与液相介质的质量比为1:5～20，碳化温度为200℃～240℃，保温时间为1～3h，搅拌转速为80～120rpm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中，所述固相产物为水热炭，所述液相产物为碳化液。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(4)中，循环碳化次数为1～6次。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(5)中，所述结晶过程中的pH为9～10，在80～120r/min的转速下搅拌0.5～1.5h，反应结束后静置0
...【技术特征摘要】
1.一种基于湿地植物循环水热碳化回收磷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述湿地植物为金鱼藻、美人蕉、菖蒲、再力花中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述液相介质为水、酸溶液中的一种。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述酸溶液为硫酸、盐酸、醋酸中的一种，酸溶液的浓度为0.5～2mol/l。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述生物质与液相...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔孝强，王军霞，陈冠益，余帆，王雨婷，王江涛，颜蓓蓓，程占军，林法伟，李宁，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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