一種畜禽沼液農(nóng)田安全利用的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種畜禽沼液農(nóng)田安全利用的方法，具體地說是利用草木灰的堿性作用調(diào)節(jié)畜禽沼液到堿性條件，通過添加可溶性Mg2+鹽，促使畜禽沼液中生成鳥糞石結(jié)晶，實現(xiàn)畜禽沼液中氮磷的回收。應(yīng)用中，將含有鳥糞石結(jié)晶的畜禽沼液直接用于土地施肥，并通過施加草木灰，促使鳥糞石結(jié)晶緩慢溶解釋放出PO43-離子，從而實現(xiàn)對重金屬離子的高效穩(wěn)定化。本發(fā)明方法實現(xiàn)了畜禽沼液中氮磷的回收和農(nóng)業(yè)草木灰廢棄物的資源化利用，省略了鳥糞石分離提純步驟，大大降低了畜禽沼液氮磷資源化利用成本，達(dá)到畜禽沼液安全土地利用的目的。
【專利說明】一種畜禽沼液農(nóng)田安全利用的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬污水處理與資源化【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種畜禽沼液農(nóng)田安全利用的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著市場經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國集約化、規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)也得到了迅猛的發(fā)展，規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)正以每年3?5%的速度遞增。目前，我國畜禽糞便年產(chǎn)量已經(jīng)超過25億噸，是工業(yè)廢物的2.7倍，畜禽養(yǎng)殖環(huán)境污染成為我國面臨的重要環(huán)境問題之一。在解決規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖廢物環(huán)境污染方面，厭氧發(fā)酵處理(沼氣)技術(shù)發(fā)揮了重要的作用，通過沼氣工程處理畜禽糞便污水不僅能夠減輕環(huán)境污染，還可以提供清潔能源一沼氣，同時，畜禽糞便的發(fā)酵產(chǎn)物一沼肥還可以作為有機(jī)肥施用于農(nóng)田，可以增加作物產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，改良土壤性質(zhì)，減少化肥的施用量，“養(yǎng)一沼一灌”的生態(tài)模式正在被廣泛采用，越來越受到人們的重視。
[0003]然而，近些年養(yǎng)殖業(yè)為了提高效益，在飼料中添加了含有As，Cd，Cu, Zn等元素的添加劑以促進(jìn)動物生長，致使沼肥中重金屬含量增加，其進(jìn)入土壤后，隨著時間和外在條件如pH、D0C和Eh等的變化，沼液中的重金屬離子逐漸釋放到土壤中，形成易被植物吸收的形態(tài)，因此在沼肥促進(jìn)植物生長和產(chǎn)量增加的同時，也增加了作物中重金屬的總量，從而危及到人類的健康。如何在實現(xiàn)畜禽沼液中氮磷高效農(nóng)田利用的同時，對其重金屬污染風(fēng)險進(jìn)行有效控制，成為當(dāng)前畜禽沼液農(nóng)田安全利用的關(guān)鍵問題之一。
[0004]針對畜禽沼液中氮磷資源化回用問題，專利CN 103373793 A公開了一種高效低耗的畜禽養(yǎng)殖廢水處理與回用技術(shù)，利用生物脫氮和鳥糞石法回收剩余氮磷營養(yǎng)元素，實現(xiàn)了畜禽養(yǎng)殖廢水的低成本處理與回用。專利CN 103755111 A公開了一種畜禽糞污中磷素高效回收的調(diào)控方法，通過脈沖式微波作用，有效提高了鳥糞石的粒度和純度，從而實現(xiàn)對畜禽沼液中氮磷的回收。而在實際應(yīng)用中，由于鳥糞石的晶體顆粒較小，難以實現(xiàn)從污水中分離回收，制備成本普遍較高，這在一定程度上限制了該技術(shù)的推廣應(yīng)用。另外，如上所述的類似專利技術(shù)均注重對畜禽沼液中氮磷回收的研究，而對其在農(nóng)田利用中的重金屬污染風(fēng)險的防控并未涉及。
[0005]在農(nóng)業(yè)固體廢棄物中，農(nóng)作物秸桿是資源豐富的生物質(zhì)資源，由于未得到很好地利用，秸桿焚燒帶來的污染已成為農(nóng)村重要的環(huán)境污染問題之一。秸桿燃燒后產(chǎn)生大量的草木灰，主要由碳酸鉀等礦物質(zhì)組成，其水溶液呈堿性，pH值在11以上。而鳥糞石作為一種優(yōu)質(zhì)的緩釋肥，其晶體析出的PH范圍為7.5?9，在pH大于9.5的環(huán)境中鳥糞石結(jié)晶會溶解，其中銨離子變成氣態(tài)氨揮發(fā)，同時Mg2+與0H_離子生成Mg (OH) 2沉淀，釋放出P043_離子。因此，我們試圖利用草木灰在水溶液中呈堿性的特點，調(diào)節(jié)畜禽沼液呈堿性促使其生成鳥糞石，實現(xiàn)畜禽沼液中氮磷的回收。然后將含有鳥糞石的沼液直接進(jìn)行農(nóng)田回用，再通過與草木灰復(fù)配使用，促使鳥糞石結(jié)晶緩慢溶解釋放出PO/—離子，從而與土壤中的重金屬離子結(jié)合，使其穩(wěn)定化。上述過程在實現(xiàn)草木灰、畜禽沼液氮磷資源化利用的同時，能有效對其重金屬污染風(fēng)險進(jìn)行控制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在提供一種畜禽沼液農(nóng)田安全利用的方法。具體是利用草木灰的堿性作用，促使畜禽沼液鳥糞石的生成及其在后續(xù)土地利用中的溶解，實現(xiàn)對畜禽沼液農(nóng)田利用過程中的重金屬污染進(jìn)行有效控制，達(dá)到安全利用目的。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
(1)將草木灰和畜禽沼液按照質(zhì)量體積比f10%的比例充分混合后，過濾，草木灰調(diào)節(jié)畜禽沼液的酸堿度，使過渡液中PH維持在7.5^9.0 ；
(2)測定步驟⑴所得過濾液中磷酸根(P043_)濃度，按照Mg2+:P043_=f2:l的摩爾比計量向過濾液中投加Mg2+化學(xué)藥劑，充分混合3(T60min，Mg2+與0H_反應(yīng)生成Mg(OH)2沉淀，釋放出P043_離子生成鳥糞石結(jié)晶，實現(xiàn)畜禽沼液中氮磷的回收；
(3)經(jīng)步驟(2)處理后的畜禽沼液可直接用于農(nóng)田追肥，每畝用量30(Γ800千克，在施用畜禽沼液的土地中，按照2(Γ50千克/畝的用量均勻施加草木灰，保持土壤含水率不低于20%，穩(wěn)定時間不低于5天，通過草木灰使畜禽沼液中的鳥糞石結(jié)晶釋放出Ρ043_離子，即可實現(xiàn)畜禽沼液的安全土地利用。
[0008]本發(fā)明中，所述的Mg2+化學(xué)藥劑可以是硫酸鎂、氯化鎂或硝酸鎂等可溶性鎂鹽中任一種。
[0009]本發(fā)明中，所述的草木灰為農(nóng)作物秸桿、雜草、灌木或薪材等燃燒后的產(chǎn)物中任一種。
[0010]原理:利用草木灰的堿性作用調(diào)節(jié)畜禽沼液到堿性條件，通過添加可溶性Mg2+鹽，促使畜禽沼液中生成鳥糞石結(jié)晶，實現(xiàn)畜禽沼液中氮磷的回收。應(yīng)用中，將含有鳥糞石結(jié)晶的畜禽沼液直接土地利用，通過施加草木灰，促使鳥糞石結(jié)晶緩慢溶解釋放出PO43-離子，從而實現(xiàn)對重金屬離子的高效穩(wěn)定化，達(dá)到畜禽沼液安全土地利用的目的。
[0011]與已有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
1.本發(fā)明以草木灰為主要原料，用于調(diào)節(jié)畜禽沼液產(chǎn)鳥糞石結(jié)晶和溶解所需的pH條件，最大限度地實現(xiàn)了廢棄物資源化利用，并同時實現(xiàn)了草木灰中鉀和磷資源回收，有效解決了農(nóng)作物生物質(zhì)資源的浪費(fèi)和污染問題，且無新污染物引入，具有廉價、資源豐富和綠色等特點。
[0012]2.本發(fā)明將生成有鳥糞石結(jié)晶的畜禽沼液直接農(nóng)田回用，省略了鳥糞石的分離提純步驟，大大降低了畜禽沼液鳥糞石回收法氮磷資源化利用成本。
[0013]3.本發(fā)明利用鳥糞石的緩釋性特點，通過投加草木灰有效控制鳥糞石的溶解，使其緩慢釋放出PO43-離子，達(dá)到對土壤中重金屬離子的長期穩(wěn)定化，避免了畜禽沼液利用中的重金屬污染風(fēng)險。

【具體實施方式】
[0014]以下通過實施例將對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0015]實施例1
(I)以稻草稻桿草木灰為原料，將草木灰和某養(yǎng)豬場沼液按照質(zhì)量體積比5%充分混合后過濾，分析得過濾液中COD、NH:-N和TP的濃度分別為1125 mg/L, 540 mg/L和63 mg/L, pH值為8.4。按照Mg2+:P043_=1:1的摩爾比計量投加MgCl2化學(xué)藥劑，充分混合30 min。將上述處理后的畜禽沼液按500千克/畝的用量用于Pb污染的土壤，Pb的濃度為756.7mg/kg。按照30千克/畝的用量均勻施加稻草秸桿草木灰，保持土壤含水率30%，養(yǎng)護(hù)時間為7d后，進(jìn)行采樣監(jiān)測。經(jīng)檢測(USEPA6010C-2007)，穩(wěn)定化處理前重金屬Pb的浸出液濃度為44.31 mg/L,穩(wěn)定化處理后的浸出值小于2.01 mg/L,重金屬穩(wěn)定效果顯著。
[0016]實施例2
(O以小麥稻桿草木灰為原料，將草木灰和某養(yǎng)雞場沼液按照質(zhì)量體積比7%充分混合后過濾，分析得過濾液中COD、NH4+-N和TP的濃度分別為6125 mg/L,830 mg/L和255mg/L, pH值為8.7。按照Mg2+:P043_=1.5:1的摩爾比計量投加MgCl2化學(xué)藥劑，充分混合45min。將上述處理后的畜禽沼液按300千克/畝的用量用于Cd污染的土壤，Cd的濃度為75.2mg/kg。按照40千克/畝的用量均勻施加小麥秸桿草木灰，保持土壤含水率30%，養(yǎng)護(hù)時間為1d后，進(jìn)行采樣監(jiān)測。經(jīng)檢測(USEPA6010C-2007)，穩(wěn)定化處理前重金屬Cd的浸出液濃度為3.21 mg/L,穩(wěn)定化處理后的浸出值小于0.01 mg/L,重金屬穩(wěn)定效果顯著。
[0017]實施例3
(I)以玉米秸桿草木灰為原料，將草木灰和某養(yǎng)牛場沼液按照質(zhì)量體積比8%充分混合后過濾，分析得過濾液中C0D、NH4+-N和TP的濃度分別為1019 mg/L, 214.5 mg/L和57.9mg/L, pH值為8.5。按照Mg2+:P043_=1.2:1的摩爾比計量投加Mg(NO3)2化學(xué)藥劑，充分混合30 min。將上述處理后的畜禽沼液按500千克/畝的用量用于Zn污染的土壤，Zn的濃度為1932.2mg/kg。按照50千克/畝的用量均勻施加玉米秸桿草木灰，保持土壤含水率30%，養(yǎng)護(hù)時間為15d后，進(jìn)行采樣監(jiān)測。經(jīng)檢測(USEPA6010C-2007)，穩(wěn)定化處理前重金屬Zn的浸出液濃度為147.5 mg/L,穩(wěn)定化處理后的浸出值小于11.7mg/L,重金屬穩(wěn)定效果顯著。
【權(quán)利要求】
1.一種畜禽沼液農(nóng)田安全利用的方法，其特征在于具體步驟如下: (1)將草木灰和畜禽沼液按照質(zhì)量體積比f10%充分混合后，過濾，草木灰調(diào)節(jié)畜禽沼液的酸堿度，使過渡液中PH維持在7.5^9.0 ； (2)測定步驟⑴所得過濾液中磷酸根P043_濃度，按照Mg2+:P043_=f2:l的摩爾比計量向過濾液中投加Mg2+化學(xué)藥劑，充分混合3(T60min，Mg2+與OH_反應(yīng)生成Mg (OH) 2沉淀，釋放出P0/_離子生成鳥糞石結(jié)晶，實現(xiàn)畜禽沼液中氮磷的回收； (3)經(jīng)步驟(2)處理后的畜禽沼液可直接用于農(nóng)田追肥，每畝用量30(Γ800千克，在施用畜禽沼液的土地中，按照2(Γ50千克/畝的用量均勻施加草木灰，保持土壤含水率不低于20%，穩(wěn)定時間不低于5天，通過草木灰使畜禽沼液中的鳥糞石結(jié)晶釋放出Ρ043_離子，即可實現(xiàn)畜禽沼液的安全土地利用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種畜禽沼液農(nóng)田安全利用的方法，其特征在于所述的Mg2+化學(xué)藥劑是硫酸鎂、氯化鎂或硝酸鎂中任一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種畜禽沼液農(nóng)田安全利用的方法，其特征在于所述的草木灰為農(nóng)作物秸桿、雜草、灌木或薪材燃燒后的產(chǎn)物中任一種。
【文檔編號】C05F3/00GK104310629SQ201410490056
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】王學(xué)江, 趙建夫, 陳杰, 馬榮生, 王鑫, 張晶, 黃嘉瑜, 顏湘波, 卜云杰, 馬嵩, 夏四清 申請人:同濟(jì)大學(xué)