CN105036818B - 一种用于从含有磷、氮和碳的动物粪便中除去磷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生态环保技术领域，具体涉及一种用于从含有磷、氮和碳的动物粪便中除去磷的方法。所述方法包括以下步骤：将动物粪便过筛并用水稀释，搅拌均匀，用酸调节至pH值为3.2～4.0进行水解反应，水解反应完全后，静置，进行固液分离，得到水解反应的液体部分和固体部分；将液体部分用碱调节至pH为8.0～11.0，然后加入絮凝剂将磷进行沉淀，得到去除磷的液体部分和沉淀的含磷固体；将沉淀的含磷固体进行过滤，回收过滤产生的液体部分。本发明的方法除磷效率高，在除磷的同时对氮含量无明显影响。
Description
技术领域
本发明属于生态环保技术领域，具体涉及一种用于从含有磷、氮和碳的动物粪便中除去磷的方法。
背景技术
随着人口的增长和经济的发展，农业废物处理是人类面临的一个大问题，畜牧产生的粪便超过农业生产回收利用的粪便量的需要。尤其是在在高浓度畜牧业生产系统，影响可持续发展的主要问题是氮、磷不平衡，以动物粪便作为肥料时，其所含有的营养物质与作物所需营养物质的比例差异很大，所以当基于作物的氮要求量来施加粪便时，磷就会过量，过量磷施加导致磷累积在土壤中，磷随着径流导致地表水的富营养化等，富营养化限制渔业、休闲等产业用水。因此，采取有效措施控制以动物粪便为肥料的磷的含量，可以在很大程度上避免水体的富营养化。
目前，对于城市污水、化工生产污水等的除磷技术比较多，但还没有一种比较好的能够有效除去动物粪便中的磷的技术。
发明内容
为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种用于从含有磷、氮和碳的动物粪便中除去磷的方法。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种用于从含有磷、氮和碳的动物粪便中除去磷的方法，包括以下步骤：
(1)将动物粪便过筛并用水稀释，搅拌均匀，用酸调节至pH值为3.2～4.0进行水解反应，水解反应完全后，静置，进行固液分离，得到水解反应的液体部分和固体部分；
(2)将步骤(1)得到的液体部分用碱调节至pH为8.0～11.0，然后加入絮凝剂将磷进行沉淀，得到去除磷的液体部分和沉淀的含磷固体；
(3)将步骤(2)沉淀的含磷固体进行过滤，回收过滤产生的液体部分。
上述步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)可以是一个连续的循环过程：即步骤(3)过滤产生的液体部分与步骤(1)连续生产得到的水解反应的液体部分一起重复进行步骤(2)和步骤(3)的处理过程。
所述酸可以实现对磷的选择性水解反应，这个过程可以快速地水解有机含磷化合物，以便于后续对磷的去除；优选地，所述酸是那些不含磷或氮的酸，如柠檬酸、草酸、苹果酸、盐酸和硫酸中的一种或几种的混合；更优选柠檬酸。
所述的过筛优选经5～5.6mm的筛子过筛；所述的用水稀释是指用2～4倍量的水稀释；所述的调节PH是指调节pH值至3.6；所述的静置是指静置5h以上。
步骤(1)中所述的液体部分包含的可溶性磷不小于3.6g/L；所述的固体部分含有的N:P大于4，固体部分含有的磷不超过动物粪便总磷的30％。
步骤(2)中所述的碱的作用是与磷形成含碱土金属的磷化合物，优选地，所述碱为氢氧化钙、氢氧化镁、氧化钙和氧化镁中的一种或几种的混合。
所述絮凝剂可以提高沉淀的产物的沉淀量，优选地，所述絮凝剂为聚合氯化铝、聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺混合物；更优选聚合氯化铝、聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺的质量比9:4:1的混合物。
所述沉淀的时间不少于40分钟。
本发明的方法具有如下优点及有益效果：
(1)本发明的一种用于从含有磷、氮和碳的动物粪便中除去磷的方法，整个过程采用连续沉降操作，除磷效率高，成本低；
(2)本发明的一种用于从含有磷、氮和碳的动物粪便中除去磷的方法，在除去磷的同时，对其他元素的含量，如氮含量无明显的影响。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种用于从含有磷、氮和碳的动物粪便中除去磷的方法，具体操作步骤如下：
(1)将20g动物粪便研细，经5mm的筛子过筛，加入1.5倍量的水稀释后，搅拌均匀，在10℃的温度下，用质量浓度为37％的乙酸、柠檬酸和盐酸将上述稀释后的粪便pH值调节至为3.2，在往复式摇床中震荡1小时，震荡频率约130次/分钟，进行水解反应，待水解反应完全后，静置5h以上，用离心机1200r/min离心6分钟，进行固液分离，得到水解反应的液体部分和固体部分，其中所述液体部分包含的可溶性磷不小于3.6g/L，所述固体部分含有的N:P大于4，且固体部分含有的磷不超过所述动物粪便的总磷的30％；用酸可以实现对磷的选择性水解反应，这个过程可以快速地水解有机含磷化合物，以便于后续对磷的去除；
(2)将步骤(1)中水解反应的液体部分用氢氧化钙、氢氧化镁和氧化钙调节至pH为8.0，再用质量比9:4:1的聚合氯化铝、聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺的混合物作为絮凝剂，在絮凝反应池中将磷进行沉淀，沉淀时间不少于40分钟，得到去除磷的液体部分和沉淀的含磷固体。
(3)上述步骤(1)与步骤(2)是一个连续的过程，将步骤(2)得到的沉淀的含磷固体进入过滤器过滤，过滤产生的液体部分再次循环返回到步骤(2)的絮凝反应池中，与上述步骤(1)连续生产得到的水解反应的液体部分一起再次用碱调节至pH为8.0，然后再用絮凝剂进行沉淀，如此反复。
实施例2
一种用于从含有磷、氮和碳的动物粪便中除去磷的方法，具体操作步骤如下：
(1)将20g动物粪便研细，经5.3mm的筛子过筛，加入2.5倍量的水稀释后，搅拌均匀，在27℃的温度下，用质量浓度为55％的柠檬酸将上述稀释后的粪便pH值调节至为3.6，在往复式摇床中震荡1小时，震荡频率约130次/分钟，进行水解反应，待水解反应完全后，静置5h以上，用离心机1350r/min离心8分钟，进行固液分离，得到水解反应的液体部分和固体部分，其中所述液体部分包含的可溶性磷不小于3.6g/L，所述固体部分含有的N:P大于4，且固体部分含有的磷不超过所述动物粪便的总磷的30％；用酸可以实现对磷的选择性水解反应，这个过程可以快速地水解有机含磷化合物，以便于后续对磷的去除；
(2)将步骤(1)中水解反应的液体部分用氢氧化钙、氢氧化镁和氧化钙调节至pH为9.5，再用质量比9:4:1的聚合氯化铝、聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺的混合物作为絮凝剂，在絮凝反应池中将磷进行沉淀，沉淀时间不少于40分钟，得到去除磷的液体部分和沉淀的含磷固体。
(3)上述步骤(1)与步骤(2)是一个连续的过程，将步骤(2)得到的沉淀的含磷固体进入过滤器过滤，过滤产生的液体部分再次循环返回到步骤(2)的絮凝反应池中，与上述步骤(1)连续生产得到的水解反应的液体部分一起再次用碱调节至pH为9.5，然后再用絮凝剂进行沉淀，如此反复。
实施例3
一种用于从含有磷、氮和碳的动物粪便中除去磷的方法，具体操作步骤如下：
(1)将20g动物粪便研细，经5.6mm的筛子过筛，加入3.5倍量的水稀释后，搅拌均匀，在45℃的温度下，用质量浓度为37％的乙酸、柠檬酸和盐酸将上述稀释后的粪便pH值调节至为4.0，在往复式摇床中震荡1小时，震荡频率约130次/分钟，进行水解反应，待水解反应完全后，静置5h以上，用离心机1500r/min离心10分钟，进行固液分离，得到水解反应的液体部分和固体部分，其中所述液体部分包含的可溶性磷不小于3.6g/L，所述固体部分含有的N:P大于4，且固体部分含有的磷不超过所述动物粪便的总磷的30％；用酸可以实现对磷的选择性水解反应，这个过程可以快速地水解有机含磷化合物，以便于后续对磷的去除；
(2)将步骤(1)中水解反应的液体部分用氢氧化钙、氢氧化镁和氧化钙调节至pH为11.0，再用质量比9:4:1的聚合氯化铝、聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺的混合物作为絮凝剂，在絮凝反应池中将磷进行沉淀，沉淀时间不少于40分钟，得到去除磷的液体部分和沉淀的含磷固体。
(3)上述步骤(1)与步骤(2)是一个连续的过程，将步骤(2)得到的沉淀的含磷固体进入过滤器过滤，过滤产生的液体部分再次循环返回到步骤(2)的絮凝反应池中，与上述步骤(1)连续生产得到的水解反应的液体部分一起再次用碱调节至pH为11.0，然后再用絮凝剂进行沉淀，如此反复。
实施例4
一种用于从含有磷、氮和碳的动物粪便中除去磷的方法，具体操作步骤如下：
(1)将20g动物粪便研细，经5.3mm的筛子过筛，加入2.5倍量的水稀释后，搅拌均匀，在25℃的温度下，用质量浓度为45％的乙酸、65％的柠檬酸和50％盐酸按照体积比为1:1.2:3的比例配制成酸溶液，将上述稀释后的粪便pH值调节至为3.6，在往复式摇床中震荡1小时，震荡频率约130次/分钟，进行水解反应，待水解反应完全后，静置5h以上，用离心机1350r/min离心8分钟，进行固液分离，得到水解反应的液体部分和固体部分，对液体部分的总磷含量、总氮含量进行检测，得到的数据为：总磷含量0.593毫克、总氮含量0.021毫克；
(2)将步骤(1)中水解反应的液体部分用氢氧化钙、氢氧化镁和氧化钙调节至pH为10.0，再用质量比9:4:1的聚合氯化铝、聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺的混合物作为絮凝剂，在絮凝反应池中将磷进行沉淀，沉淀时间不少于40分钟，得到去除磷的液体部分和沉淀的含磷固体。
(3)上述步骤(1)与步骤(2)是一个连续的过程，将步骤(2)得到的沉淀的含磷固体进入过滤器过滤，过滤产生的液体部分再次循环返回到步骤(2)的絮凝反应池中，与上述步骤(1)连续生产得到的水解反应的液体部分一起再次用碱调节至pH为10.0，然后再用絮凝剂进行沉淀，如此反复。
实验对比：
对比例:对比例与实施例4相比，不同之处在于将步骤(1)中的加入酸溶液调节PH的过程替换为加入同等量的蒸馏水，其余部分完全相同。
对本对比例得到的水解反应的液体部分的总磷含量、总氮含量进行检测，得到的数据为：总磷含量0.012毫克、总氮含量0.018毫克。通过与实施例4的对比可知，用酸可以实现对磷的选择性水解反应，这个过程可以快速地水解有机含磷化合物，以便于后续对磷的去除。
将实施例4与对比例中最后所得的液体部分及未经处理的动物粪便进行总磷含量和总氮含量的检测，结果如表1所示：
表1总磷含量和总氮含量检测结果
| 总磷含量/毫克 | 总氮含量/毫克 | |
| 未经处理的动物粪便 | 0.681 | 0.377 |
| 实施例4 | 0.088 | 0.356 |
| 对比例 | 0.669 | 0.359 |
由表1结果可以看出：本发明的方法能够除去87.08％的磷，且对氮含量的影响非常小。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于从含有磷、氮和碳的动物粪便中除去磷的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将动物粪便过筛并用水稀释，搅拌均匀，用酸调节至pH值为3.2～4.0进行水解反应，水解反应完全后，静置，进行固液分离，得到水解反应的液体部分和固体部分；所述的酸是指柠檬酸、草酸、苹果酸、盐酸和硫酸中的一种或几种的混合；所述的液体部分包含的可溶性磷不小于3.6g/L；所述的固体部分含有的N:P大于4，固体部分含有的磷不超过动物粪便总磷的30％；
(2)将步骤(1)得到的液体部分用碱调节至pH为8.0～11.0，然后加入絮凝剂将磷进行沉淀，得到去除磷的液体部分和沉淀的含磷固体；所述的絮凝剂是指聚合氯化铝、聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺的质量比为9:4:1的混合物；
(3)将步骤(2)沉淀的含磷固体进行过滤，回收过滤产生的液体部分；
所述步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)是一个连续的循环过程：即步骤(3)过滤产生的液体部分与步骤(1)连续生产得到的水解反应的液体部分一起重复进行步骤(2)和步骤(3)的处理过程。
2.根据权利要求1所述的一种用于从含有磷、氮和碳的动物粪便中除去磷的方法，其特征在于：所述的酸是指柠檬酸。
3.根据权利要求1所述的一种用于从含有磷、氮和碳的动物粪便中除去磷的方法，其特征在于：所述的过筛是指经5～5.6mm的筛子过筛；所述的用水稀释是指用2～4倍量的水稀释；所述的调节p H是指调节pH值至3.6。
4.根据权利要求1所述的一种用于从含有磷、氮和碳的动物粪便中除去磷的方法，其特征在于：步骤(2)中所述的碱为氢氧化钙、氢氧化镁、氧化钙和氧化镁中的一种或几种的混合。
5.根据权利要求1所述的一种用于从含有磷、氮和碳的动物粪便中除去磷的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的静置是指静置5h以上；步骤(2)中所述沉淀的时间不少于40分钟。
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