从有机固体废弃物中回收氮磷的方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 厌氧发酵是高有机含量的固体废物通用的处理方式，例如、禽畜粪便、污水厂的剩 余污泥、以及厨余等固体废弃物，同时厌氧发酵过程亦能实现固体废弃物的资源化回收，符 合可持续发展的要求。一般而言，高有机含量的固体废物经过厌氧发酵后，沼液中含有高浓 度的氨氮和磷酸盐，必须合理有效地处置后才能避免氮磷流入水体，防止出现水体富营养 化。
[0003] 围绕发酵液中氮磷的有效去除已经开展了大量的研究，其中鸟粪石(MgNH4P04)技 术因能同步回收氮磷并生成高价值的缓释肥料，而备受关注。鸟粪石沉淀技术是通过外源 投加镁离子后，以MgNH 4P04沉淀形式回收氮磷，虽已经被证实是完全可行，然而，在此过程中 必须严格控制溶液中Mg 2+、NH4+、及P0,的摩尔比和pH这两个关键因素，操作条件严苛。此 外，溶液中常见的K+、Ca 2+及C0,等共存离子也会都会影响鸟粪石的结晶形态和纯度，比如 磷酸镁钾、无定型磷酸钙及MgC03的形成。此外，来源发酵液性质亦不稳定，少许变化（比如 PH、氨氮及磷酸盐浓度等)就需要重新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相对较大。
[0004] 天然沸石在自然界中分布广泛廉价易得，是分子筛的一种，内部的多孔结构使其 具备较高的比表面积，结构组成上包括硅铝酸盐框架、可交换的阳离子(Na、K、Li、Ca、Mg、 Ba、Sr)和水三部分。其在废水处理中已经被证实可以通过吸附作用高效去除氨氮(NH4+)，在 吸附NH4+后，沸石中的Na+、Ca 2+、K+与Mg2+被交换下来，释放溶液中。理论上，这些被置换下来 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，虽然在过程上是先后发生的两步反应，但是吸附过程和沉淀反应速率非常快，效果上仍 然可以实现氨氮和磷酸盐的同步去除。而在沸石的吸附过程中，环境条件对沸石的吸附效 果影响不大，其能够适应不同的pH及不同的底物浓度变化。同时，吸附过氮磷的天然沸石能 够作为长效肥料应用于农业或作为能够长期储备的磷源使用。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种简便、高效的从有机固体废弃物中回收氮磷的方法。
[0006] 本发明提供的从有机固体废弃物中回收氮磷的方法，首先将有机固体废弃物进行 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，即将沸石投入各种厌 氧发酵的沼液中，通过离子交换作用，沼液中的氨氮被吸附到沸石上，吸附氨氮过程中沸石 内的阳离子即被沼液中的NH4+置换至溶液中，其中，以Ca 2+和Mg2+为主的二价阳离子与沼液 中磷酸盐反应生成磷酸盐沉淀，生成的磷酸盐沉淀会被沸石拦截吸附，或者在沼液中沉降 下来，即完成沼液中氮磷回收过程。
[0007] 本发明提供的从有机固体废弃物中回收氮磷的方法，具体操作步骤如下： (1) 有机固体废弃物用纯水调节至10000 mg/L，随后用氢氧化钠饱和溶液调节pH至9-12,搅拌均匀后充入氮气建立厌氧环境后密闭，于35±2°C条件下发酵2天（即40-50小时）； (2) 取200± 100 mL上述发酵液至锥形瓶中，投入20± 10 g天然沸石（粒径1.1-1.4 mm)，用封口膜封住瓶口后，于室温条件下持续振荡4.5-5.5小时（一般为5小时），沸石即完 成吸附饱和，沼液中氮磷得到充分回收。
[0008] 本发明中，所述有机固体废弃物包括猪粪、鸡粪、剩余污泥、及除油后的厨余，等 等。
[0009] 本发明方法的结果表明，强碱处理后有机固体废物中的氮磷被充分地释放到沼液 中，投加天然沸石后第5个小时，不同种有机固体废物的沼液中氮和磷的回收率在65.5-81.3%和80.3- 92.1 %之间。本发明操作条件简单，容易实施，吸附后的沸石依然能够还田 使用，较鸟粪石等处理方法，简化了步骤，弱化了制约条件，同时节约了成本。
【具体实施方式】
[0010]下面通过具体实施例进一步描述本发明。
[0011]实施例1:鸡粪厌氧发酵后沼液中氮磷的同步回收 试验用鸡粪来自江苏昆山某禽畜养殖场，含水率为86.1 ±6.1%。将各固体废物用水将 固体浓度调节至10000 mg/L，随后用氢氧化钠饱和溶液调节pH至9、10、11、12，充入氮气营 造厌氧环境后密闭，于35°C条件下进行厌氧发酵，发酵2天后沼液中的氨氮和磷酸盐浓度分 别为401.2-611.911^/1和125.5 - 157.2 11^/1。
[0012] 取200 mL污泥厌氧发酵厚的沼液至锥形瓶中，投入10 g天然沸石（粒径1.1-1.4 mm)，用封口膜封住瓶口后，于室温条件下持续振荡5个小时。待氮磷被充分吸附后，沼液中 氨氮和磷酸盐浓度分别为65.8 - 114.4mg/L和13.8 - 19.6mg/L，回收率分别在81.3-83.8%和87.5 - 89%之间。
[0013]实施例2:猪粪厌氧发酵后沼液中氮磷的同步回收 试验用猪粪样品来自江苏昆山某某禽畜养殖场，含水率为80.3 ± 3.2%。将各固体废物 用水将固体浓度调节至10000 mg/L，随后用氢氧化钠饱和溶液调节pH至9、10、11、12，充入 氮气营造厌氧环境后密闭，于37°C条件下进行厌氧发酵，发酵2天后沼液中的氨氮和磷酸盐 浓度分别在501.5 - 827.911^/1和133.7 - 152.511^/1，具体如附表1所示。
[0014] 取300 mL污泥厌氧发酵厚的沼液至锥形瓶中，投入20 g天然沸石（粒径1.1-1.4 mm)，用封口膜封住瓶口后，于室温条件下持续振荡5个小时。待氮磷被充分吸附后，沼液中 氨氮和磷酸盐浓度分别为95.9 - 185.4mg/L和8.8 - 12. Omg/L，回收率分别在80.9-83.8% 和92.5-93.5% 之间。
[0015] 实施例3:剩余污泥厌氧发酵后沼液中氮磷的同步回收 试验用污泥样品来自上海某污水处理厂，含水率为97.2±5.7%;将各固体废物用水将 固体浓度调节至10000 mg/L，随后用氢氧化钠饱和溶液调节pH至12.0，充入氮气营造厌氧 环境后密闭，于35°C条件下进行厌氧发酵，发酵2天后沼液中的氨氮和磷酸盐浓度分别为 433.2 - 756.9mg/UP82.5 - 106.5mg/L。
[0016] 取200mL污泥厌氧发酵厚的沼液至锥形瓶中，投入20 g天然沸石（粒径1.1-1.4 mm)，用封口膜封住瓶口后，于室温条件下持续振荡5个小时以上。待氮磷被充分吸附后，沼 液中氨氮和磷酸盐浓度分别为121.6 - 201. lmg/L和9.7 - 11.9mg/L，回收率分别在70.5-75.7% 和84.3-89.4% 之间。
[0017] 实施4:厨余厌氧发酵后沼液中氮磷的同步回收 试验用除油预处理后的厨余来自上海某大学食堂，含水率为92.1 ±4.8%，将各固体废 物用水将固体浓度调节至10000 mg/L，随后用氢氧化钠饱和溶液调节pH至12.0,充入氮气 营造厌氧环境后密闭，于33°C条件下进行厌氧发酵，发酵2天后沼液中的氨氮和磷酸盐浓度 分别为391.1 - 584.2 mg/L和97.9 - 141.5mg/L。
[0018] 取100 mL污泥厌氧发酵厚的沼液至锥形瓶中，投入15 g天然沸石（粒径1.1-1.4 mm)，用封口膜封住瓶口后，于室温条件下持续振荡5个小时。待氮磷被充分吸附后，沼液中 氨氮和磷酸盐浓度分别为169.1 - 201 .Omg/L和17.7 - 27.9 mg/L，回收率分别在56.8 -65.5%和80.3- 81.9%之间。
[0019] 表1、不同pH条件下鸡粪发酵后及经天然沸石吸附后氨氮和磷酸盐的浓度
[0020] 表2、不同pH条件下猪粪发酵后及经天然沸石吸附后氨氮和磷酸盐的浓度
[0021] 表3、不同pH条件下剩余污泥发酵后及经天然沸石吸附后氨氮和磷酸盐的浓度
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[0022]表4、不同pH条件下除油后厨余发酵后及经天然沸石吸附后氨氮和磷酸盐的浓度
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【主权项】
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如下：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，即将沸石投入厌氧发酵的 沼液中，通过离子交换作用，沼液中的氨氮被吸附到沸石上，吸附氨氮过程中沸石内的阳离 子被沼液中的NH4+置换至溶液中，其中，以Ca 2+和Mg2+为主的二价阳离子与沼液中磷酸盐反 应生成磷酸盐沉淀，生成的磷酸盐沉淀被沸石拦截吸附，或者在沼液中沉降下来，即完成沼 液中氮磷回收过程。2. 根据权利要求1所述的从有机固体废弃物中回收氮磷的方法，其特征在于具体操作 如下： (1) 有机固体废弃物用纯水调节至10000 mg/L，随后用氢氧化钠饱和溶液调节pH至9-12,搅拌均匀后充入氮气建立厌氧环境后密闭，于35±2°C条件下进行发酵2天； (2) 取200±10〇11^上述发酵液至锥形瓶中，投入20±1〇8天然沸石，粒径1.1-1.4 1111]1， 用封口膜封住瓶口后，于室温条件下持续振荡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弃物中回收氮磷的方法，其特征在于所述有 机固体废弃物包括猪粪、鸡粪、剩余污泥、及除油后的厨余。
【专利摘要】本发明属于环境保护技术领域，具体为一种从有机固体废弃物中回收氮磷的方法。本发明首先将有机固体废弃物（包括猪粪、鸡粪、剩余污泥、及除油后的厨余等）进行厌氧发酵，形成沼液；然后采用分子筛吸附技术，向沼液中投放天然沸石，从沼液中回收氮磷资源。结果表明，经天然沸石吸附后，氮磷回收效率最高可以达到83.8%和93.5%。本发明操作条件简单，容易实施，吸附后的沸石依然能够还田使用，较鸟粪石等处理方法，简化了步骤，弱化了制约条件，同时节约了成本。
【IPC分类】C02F11/04, C02F1/28
【公开号】CN105621522
【申请号】CN201610063333
【发明人】万春黎, 刘翔, 丁帅
【申请人】复旦大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年1月31日