一種畜禽沼液農田安全利用的方法
2023-04-26 10:15:11
一種畜禽沼液農田安全利用的方法
【專利摘要】本發明涉及一種畜禽沼液農田安全利用的方法，具體地說是利用草木灰的鹼性作用調節畜禽沼液到鹼性條件，通過添加可溶性Mg2+鹽，促使畜禽沼液中生成鳥糞石結晶，實現畜禽沼液中氮磷的回收。應用中，將含有鳥糞石結晶的畜禽沼液直接用於土地施肥，並通過施加草木灰，促使鳥糞石結晶緩慢溶解釋放出PO43-離子，從而實現對重金屬離子的高效穩定化。本發明方法實現了畜禽沼液中氮磷的回收和農業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】一種畜禽沼液農田安全利用的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬汙水處理與資源化【技術領域】，具體涉及一種畜禽沼液農田安全利用的方法。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著市場經濟的快速發展，我國集約化、規模化畜禽養殖業也得到了迅猛的發展，規模化畜禽養殖業正以每年3?5%的速度遞增。目前，我國畜禽糞便年產量已經超過25億噸，是工業廢物的2.7倍，畜禽養殖環境汙染成為我國面臨的重要環境問題之一。在解決規模化畜禽養殖廢物環境汙染方面，厭氧發酵處理(沼氣)技術發揮了重要的作用，通過沼氣工程處理畜禽糞便汙水不僅能夠減輕環境汙染，還可以提供清潔能源一沼氣，同時，畜禽糞便的發酵產物一沼肥還可以作為有機肥施用於農田，可以增加作物產量，提高產品質量，改良土壤性質，減少化肥的施用量，「養一沼一灌」的生態模式正在被廣泛採用，越來越受到人們的重視。
[0003]然而，近些年養殖業為了提高效益，在飼料中添加了含有As，Cd，Cu, Zn等元素的添加劑以促進動物生長，致使沼肥中重金屬含量增加，其進入土壤後，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，因此在沼肥促進植物生長和產量增加的同時，也增加了作物中重金屬的總量，從而危及到人類的健康。如何在實現畜禽沼液中氮磷高效農田利用的同時，對其重金屬汙染風險進行有效控制，成為當前畜禽沼液農田安全利用的關鍵問題之一。
[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殖廢水處理與回用技術，利用生物脫氮和鳥糞石法回收剩餘氮磷營養元素，實現了畜禽養殖廢水的低成本處理與回用。專利CN 103755111 A公開了一種畜禽糞汙中磷素高效回收的調控方法，通過脈衝式微波作用，有效提高了鳥糞石的粒度和純度，從而實現對畜禽沼液中氮磷的回收。而在實際應用中，由於鳥糞石的晶體顆粒較小，難以實現從汙水中分離回收，製備成本普遍較高，這在一定程度上限制了該技術的推廣應用。另外，如上所述的類似專利技術均注重對畜禽沼液中氮磷回收的研究，而對其在農田利用中的重金屬汙染風險的防控並未涉及。
[0005]在農業固體廢棄物中，農作物秸杆是資源豐富的生物質資源，由於未得到很好地利用，秸杆焚燒帶來的汙染已成為農村重要的環境汙染問題之一。秸杆燃燒後產生大量的草木灰，主要由碳酸鉀等礦物質組成，其水溶液呈鹼性，pH值在11以上。而鳥糞石作為一種優質的緩釋肥，其晶體析出的PH範圍為7.5?9，在pH大於9.5的環境中鳥糞石結晶會溶解，其中銨離子變成氣態氨揮發，同時Mg2+與0H_離子生成Mg (OH) 2沉澱，釋放出P043_離子。因此，我們試圖利用草木灰在水溶液中呈鹼性的特點，調節畜禽沼液呈鹼性促使其生成鳥糞石，實現畜禽沼液中氮磷的回收。然後將含有鳥糞石的沼液直接進行農田回用，再通過與草木灰復配使用，促使鳥糞石結晶緩慢溶解釋放出PO/—離子，從而與土壤中的重金屬離子結合，使其穩定化。上述過程在實現草木灰、畜禽沼液氮磷資源化利用的同時，能有效對其重金屬汙染風險進行控制。
【發明內容】
[0006]本發明旨在提供一種畜禽沼液農田安全利用的方法。具體是利用草木灰的鹼性作用，促使畜禽沼液鳥糞石的生成及其在後續土地利用中的溶解，實現對畜禽沼液農田利用過程中的重金屬汙染進行有效控制，達到安全利用目的。
[0007]為實現上述目的，本發明的技術方案是:
(1)將草木灰和畜禽沼液按照質量體積比f10%的比例充分混合後，過濾，草木灰調節畜禽沼液的酸鹼度，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+化學藥劑，充分混合3(T60min，Mg2+與0H_反應生成Mg(OH)2沉澱，釋放出P043_離子生成鳥糞石結晶，實現畜禽沼液中氮磷的回收；
(3)經步驟(2)處理後的畜禽沼液可直接用於農田追肥，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於20%，穩定時間不低於5天，通過草木灰使畜禽沼液中的鳥糞石結晶釋放出Ρ043_離子，即可實現畜禽沼液的安全土地利用。
[0008]本發明中，所述的Mg2+化學藥劑可以是硫酸鎂、氯化鎂或硝酸鎂等可溶性鎂鹽中任一種。
[0009]本發明中，所述的草木灰為農作物秸杆、雜草、灌木或薪材等燃燒後的產物中任一種。
[0010]原理:利用草木灰的鹼性作用調節畜禽沼液到鹼性條件，通過添加可溶性Mg2+鹽，促使畜禽沼液中生成鳥糞石結晶，實現畜禽沼液中氮磷的回收。應用中，將含有鳥糞石結晶的畜禽沼液直接土地利用，通過施加草木灰，促使鳥糞石結晶緩慢溶解釋放出PO43-離子，從而實現對重金屬離子的高效穩定化，達到畜禽沼液安全土地利用的目的。
[0011]與已有的技術相比，本發明具有以下優點:
1.本發明以草木灰為主要原料，用於調節畜禽沼液產鳥糞石結晶和溶解所需的pH條件，最大限度地實現了廢棄物資源化利用，並同時實現了草木灰中鉀和磷資源回收，有效解決了農作物生物質資源的浪費和汙染問題，且無新汙染物引入，具有廉價、資源豐富和綠色等特點。
[0012]2.本發明將生成有鳥糞石結晶的畜禽沼液直接農田回用，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，達到對土壤中重金屬離子的長期穩定化，避免了畜禽沼液利用中的重金屬汙染風險。
【具體實施方式】
[0014]以下通過實施例將對本發明作進一步說明。
[0015]實施例1
(I)以稻草稻杆草木灰為原料，將草木灰和某養豬場沼液按照質量體積比5%充分混合後過濾，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化學藥劑，充分混合30 min。將上述處理後的畜禽沼液按500千克/畝的用量用於Pb汙染的土壤，Pb的濃度為756.7mg/kg。按照30千克/畝的用量均勻施加稻草秸杆草木灰，保持土壤含水率30%，養護時間為7d後，進行採樣監測。經檢測(USEPA6010C-2007)，穩定化處理前重金屬Pb的浸出液濃度為44.31 mg/L,穩定化處理後的浸出值小於2.01 mg/L,重金屬穩定效果顯著。
[0016]實施例2
(O以小麥稻杆草木灰為原料，將草木灰和某養雞場沼液按照質量體積比7%充分混合後過濾，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化學藥劑，充分混合45min。將上述處理後的畜禽沼液按300千克/畝的用量用於Cd汙染的土壤，Cd的濃度為75.2mg/kg。按照40千克/畝的用量均勻施加小麥秸杆草木灰，保持土壤含水率30%，養護時間為1d後，進行採樣監測。經檢測(USEPA6010C-2007)，穩定化處理前重金屬Cd的浸出液濃度為3.21 mg/L,穩定化處理後的浸出值小於0.01 mg/L,重金屬穩定效果顯著。
[0017]實施例3
(I)以玉米秸杆草木灰為原料，將草木灰和某養牛場沼液按照質量體積比8%充分混合後過濾，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化學藥劑，充分混合30 min。將上述處理後的畜禽沼液按500千克/畝的用量用於Zn汙染的土壤，Zn的濃度為1932.2mg/kg。按照50千克/畝的用量均勻施加玉米秸杆草木灰，保持土壤含水率30%，養護時間為15d後，進行採樣監測。經檢測(USEPA6010C-2007)，穩定化處理前重金屬Zn的浸出液濃度為147.5 mg/L,穩定化處理後的浸出值小於11.7mg/L,重金屬穩定效果顯著。
【權利要求】
1.一種畜禽沼液農田安全利用的方法，其特徵在於具體步驟如下: (1)將草木灰和畜禽沼液按照質量體積比f10%充分混合後，過濾，草木灰調節畜禽沼液的酸鹼度，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+化學藥劑，充分混合3(T60min，Mg2+與OH_反應生成Mg (OH) 2沉澱，釋放出P0/_離子生成鳥糞石結晶，實現畜禽沼液中氮磷的回收； (3)經步驟(2)處理後的畜禽沼液可直接用於農田追肥，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於20%，穩定時間不低於5天，通過草木灰使畜禽沼液中的鳥糞石結晶釋放出Ρ043_離子，即可實現畜禽沼液的安全土地利用。
2.根據權利要求1中所述的一種畜禽沼液農田安全利用的方法，其特徵在於所述的Mg2+化學藥劑是硫酸鎂、氯化鎂或硝酸鎂中任一種。
3.根據權利要求1中所述的一種畜禽沼液農田安全利用的方法，其特徵在於所述的草木灰為農作物秸杆、雜草、灌木或薪材燃燒後的產物中任一種。
【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 優先權日:2014年9月24日
【發明者】王學江, 趙建夫, 陳杰, 馬榮生, 王鑫, 張晶, 黃嘉瑜, 顏湘波, 卜雲傑, 馬嵩, 夏四清 申請人:同濟大學