从有机固体废弃物中回收氮磷的方法
一种从有机固体废弃物中回收氮磷的方法
【技术领域】
本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种从有机废弃物中回收氮磷的方法。
【背景技术】
厌氧发酵是针对有机含量较高的固体废弃物，如畜禽粪便、污水处理厂剩余污泥、餐厨垃圾等固体废弃物的通用处理方法。厌氧发酵工艺还可以实现固体废弃物的资源化回收，符合可持续发展的要求。一般来说，有机含量较高的固体废弃物经过厌氧发酵后，沼液中含有较高的氨氮和磷酸盐，经过合理有效的处置后必须避免氮磷流入水体，防止水体富营养化。
围绕发酵液中氮磷的有效去除开展了大量的研究，其中鸟粪石（）技术因能同步回收氮磷并生成高价值缓释肥料而备受关注。鸟粪石沉淀技术是外加镁离子后以MgNH 4PO4沉淀形式回收氮磷，虽然已经证实完全可行，但是该过程必须严格控制溶液中Mg 2+、NH 4+、PO 4 的摩尔比和pH值，操作条件苛刻。另外，溶液中常见的K 2+、Ca 2+、CO 4+等共存离子也会影响鸟粪石的晶型和纯度，如钾镁磷酸盐、无定形钙磷酸盐和MgCO 3 的形成。 另外，源发酵液性质也不稳定，一点点变化（如pH、氨氮、磷酸盐浓度等）就需要再通过优化试验来保证鸟粪石合成工艺的稳定运行，在实际应用过程中，这些条件控制的难度比较大。
天然沸石在自然界分布广泛，廉价易得，是一种分子筛，内部的多孔结构使其具有较高的比表面积，结构组成包括铝硅酸盐骨架、可交换阳离子（Na、K、Li、Ca、Mg、Ba、Sr）和水三部分。已证明其在废水处理中能高效吸附去除氨氮（NH4+），吸附后NH4+与沸石中的Na+、Ca2+、K+、Mg2+发生交换，释放出溶液。理论上这些被取代的二价阳离子在适当的条件下可以与磷酸盐发生沉淀反应，进而实现磷的资源化回收。同时，虽然在过程中是两步反应依次发生，但吸附过程和沉淀反应速度很快，仍然可以有效实现氨氮和磷酸盐的同步去除。 并且在沸石的吸附过程中，环境条件对沸石的吸附效果影响很小，能适应不同pH值、不同底物浓度的变化，同时吸附了氮、磷的天然沸石可以作为长效肥料应用于农业或作为可长期储存的磷源。
【发明概要】
本发明的目的在于提供一种简便、高效的从有机固体废物中回收氮和磷的方法。
本发明提供的从有机固废中回收氮磷的方法，包括以下步骤：首先将有机固废进行厌氧发酵形成沼液，采用分子筛吸附技术从沼液中回收氮磷资源，即在各种厌氧发酵的沼液中投入沸石，通过离子交换将沼液中的氨氮吸附到沸石上，在氨氮吸附过程中沸石中的阳离子被沼液中的NH4+取代进入溶液中，以Ca2+、Mg2+为主的二价阳离子与沼液中的磷酸盐发生反应生成磷酸盐沉淀，生成的磷酸盐沉淀被沸石拦截吸附或者沉降在沼液中，完成沼液中氮磷的回收过程。
[0007] 本发明提供的从有机固废中回收氮、磷的方法，具体操作步骤如下： (1) 用纯水将有机固废调节至/L，再用饱和氢氧化钠溶液调节pH为9-12，搅拌均匀，充入氮气建立厌氧环境，然后密封，在35±2℃条件下发酵2天(即40-50小时)； (2) 取200±100mL上述发酵液放入锥形瓶中，加入20±10g天然沸石(粒径1.1-1.4mm)，用封口膜封住瓶口，常温下不断振摇4.5-5.5小时(一般为5小时)，沸石达到吸附饱和，沼液中的氮、磷被充分回收。
本发明中，有机固体废物包括猪粪、鸡粪、剩余污泥、脱脂后的餐厨垃圾等。
本发明方法结果表明，经过强碱处理后，有机固废中的氮、磷充分释放到沼液中，添加天然沸石后第5小时，不同有机固废沼液中氮、磷的回收率在65.5-81.3%和80.3-92.1%之间。本发明操作条件简单，易于实施，吸附后的沸石仍可在现场使用，与鸟粪石等处理方法相比，简化了步骤，减弱了约束，同时节省了成本。
【详细方式】
[0010] 下面通过具体实施例对本发明进一步说明。
实施例1：鸡粪厌氧发酵后沼液中氮磷同步回收试验来自江苏昆山某畜禽养殖场，鸡粪，含水量为86.1±6.1%。用水将各固废固浓度调节至/L，用饱和氢氧化钠溶液依次调节pH为9，10，11，12，充氮后密闭营造厌氧环境，在35℃条件下进行厌氧发酵，发酵2天后沼液中氨氮、磷酸盐浓度分别为401.2～611.9mg/L、125.5～157.2mg/L。
取厌氧发酵污泥浓沼液200mL放入锥形瓶中，放入10g天然沸石（粒径1.1～1.4mm），用封口膜封住瓶口，常温下继续振荡5h，待氮、磷充分吸附后，沼液中氨氮、磷酸盐浓度分别为65.8～114.4mg/L、13.8～19.6mg/L，回收率分别在81.3～83.8%、87.5～89%之间。
实施例2：猪粪厌氧发酵后沼液中氮磷同步回收试验，来自江苏昆山某畜牧养殖场，猪粪样品，含水量为80.3±3.2%。用水将各固废浓缩至/L，然后用氢氧化钠饱和溶液调节pH为9，10，11，12，营造厌氧环境后充入氮气密闭，在37℃条件下进行厌氧发酵，发酵2天后沼液中氨氮、磷酸盐浓度分别为501.5～827.9mg/L、133.7～152.5mg/L，如附表1所示。
取污泥厌氧发酵沼液300mL放入锥形瓶中，放入20g天然沸石（粒径1.1～1.4mm），用封口膜封住瓶口，常温下继续振荡5h，氮、磷充分吸附后沼液中氨氮、磷酸盐浓度分别为95.9～185.4mg/L、8.8～12.0mg/L，回收率分别在80.9～83.8%、92.5～93.5%之间。
实施例3：剩余污泥厌氧发酵后沼液中氮、磷的同步回收试验，采用上海某污水处理厂的污泥样品，含水率为97.2±5.7％；用水调节各固废固体浓度为/L，随后用氢氧化钠饱和溶液调节pH为12.0，向厌氧环境中充入氮气并密封，在35℃下进行厌氧发酵。发酵2天后，沼液中氨氮、磷酸盐浓度分别为433.2-756.9mg/1、82.5-106.5mg/L。
取200mL厌氧发酵污泥浓沼液放入锥形瓶中，投入20g天然沸石（粒径1.1～1.4mm），用封口膜封住瓶口，常温下继续振荡5小时以上，待氮、磷充分吸附后，沼液中氨氮、磷酸盐浓度分别为121.6～201.1mg/L、9.7～11.9mg/L，回收率分别在70.5～75.7%、84.3～89.4%之间。
[0017]实施方案4：餐厨垃圾厌氧发酵后沼液中氮磷同步回收试验除油预处理后的餐厨垃圾来自上海某高校食堂，含水量为92.1±4.8%。用水调节各固废固体浓度为/L，再用饱和氢氧化钠溶液调节pH为12.0。充入氮气后进入厌氧环境，密闭后在33℃下进行厌氧发酵。发酵2天后沼液中氨氮、磷酸盐浓度分别为391.1-584.2mg/L、97.9-141.5mg/L。
取100mL厌氧发酵污泥浓沼液放入锥形瓶中，投入15g天然沸石(粒径1.1～1.4mm)，用封口膜封住瓶口，常温下继续振荡5h，待氮、磷充分吸附后，沼液中氨氮、磷酸盐浓度分别为169.1～201.0mg/L、17.7～27.9mg/L，回收率分别在56.8～65.5%、80.3～81.9%之间。
表1：不同pH条件下鸡粪发酵后及天然沸石吸收后的氨氮和磷酸盐浓度
表2：不同pH条件下猪粪发酵后及天然沸石吸附后的氨氮和磷酸盐浓度
表3 不同pH条件下剩余污泥发酵后及天然沸石吸附后的氨氮和磷酸盐浓度
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表4 不同pH条件下脱油餐厨垃圾经天然沸石发酵吸附后氨氮和磷酸盐浓度
主权
1.一种从有机固体废弃物中回收氮磷的方法，其特征在于，具体步骤为：首先将有机固体废弃物进行厌氧发酵，形成沼液；然后采用分子筛吸附技术，即将沸石放入厌氧发酵后的沼液中，通过离子交换将沼液中的氨氮吸附到沸石上。在氨氮吸附过程中，沸石中的阳离子被沼液中的NH4+取代进入溶液中，其中以Ca2+、Mg2+为主的二价阳离子与沼液中的磷酸盐发生反应生成磷酸盐沉淀，生成的磷酸盐沉淀被沸石拦截吸附或沉降在沼液中，从而完成沼液中氮磷的回收过程。 2.根据权利要求1所述的从有机固废中回收氮磷的方法，其特征在于具体操作如下： (1)用纯水将有机固废调节至/L，再用饱和氢氧化钠溶液调节pH为9-12，搅拌均匀后向厌氧环境中通入氮气，然后在35±2℃下密封厌氧环境发酵2天； (2)取200±100ml上述发酵液于锥形瓶中，加入20±10g粒径为1.1-1.4μm的天然沸石，用封口膜密封瓶口，然后在室温下不断振摇瓶内发酵4.5-5.5小时。 3.根据权利要求1或2所述的从有机固体废物中回收氮磷的方法，其特征在于，所述有机固体废物包括脱脂后的猪粪、鸡粪、剩余污泥、厨余垃圾。
[专利摘要] 本发明属于环境保护技术领域，具体是一种从有机固体废弃物中回收氮磷的方法。本发明首先对有机固体废弃物（包括除油后的猪粪、鸡粪、剩余污泥、厨余垃圾）进行厌氧发酵，形成沼液；然后利用分子筛吸附技术，向沼液中添加天然沸石，回收沼液中的氮磷资源。结果表明，经天然沸石吸附后，氮磷回收率最高可达83.8%和93.5%。本发明操作条件简单，易于实施，吸附后的沸石仍可返回田间使用，与鸟粪石等处理方法相比，简化了步骤，减弱了约束条件，节省了成本。
【IPC分类】/04,C02F1/28
【公众账号】
【申请编号】CN2
【发明人】万春丽、刘翔、丁帅
【申请人】复旦大学
【发布日期】2016年6月1日
【申请日期】2016年1月31日