[发明专利]一种同步回收沼液中的氮磷和去除抗生素的阳极电渗析方法

说明书

本发明公开了一种同步回收沼液中的氮磷和去除抗生素的阳极电渗析方法，是将经简单预处理的沼液先后泵入电渗析装置中的阳极室和淡化室，同步实现沼液中氮磷资源的回收和抗生素的氧化去除。装置运行电流密度范围为5～50mA/cm²，沼液在装置中的循环流量为1～5L/(min·m²)，浓缩倍数为2～10。本发明原位利用了电渗析装置中的阳极，在沼液氮磷资源回收的过程中去除了抗生素，避免了去除抗生素所需的额外能耗投入，提高了所产氮磷肥料的生物安全性。反应结束后的电渗析处理水不含病原菌，可回收用作场地冲洗水。

技术领域

本发明涉及一种同步回收沼液中的氮磷和去除抗生素的阳极电渗析方法，属于废水及固体废弃物处理技术领域。

技术背景

全球每年产生大量的有机质废弃物，包括剩余污泥、畜禽粪便和餐厨垃圾等。厌氧发酵是一种被人们广为采用的有机质废弃物处理方式，其利用厌氧微生物将大分子有机物降解为小分子有机酸，并最终产生可燃烧的生物甲烷和少量二氧化碳。在这一过程中，有机废物中的有机氮和磷也转变为游离的无机态而被释放出来，从而产生富含氮磷的肥料——沼液。沼液中的氨氮和磷浓度可分别高达5000mg/L和1000mg/L，直接排放入水体则会造成巨大的环境污染。但其被施以农田后，能够有效的促进农作物的生长。目前，我国很多大型养殖场、污水处理厂和有机垃圾处理厂都采用厌氧发酵的方法来处理有机废弃物，所产生的生物沼气进行热电联产，而沼液作为肥料则被施于附近的农田或使用复杂和昂贵的废水工艺进行处理后排放。

然而，沼液中常常含有对环境有危害的人用或者兽用抗生素，这些抗生素的使用是为了抵抗疾病或促进动物的生长。人或动物摄入的抗生素大部分都未被肠道吸收而直接随排泄物排出体外。某些抗生素，如磺胺类药物和四环素类药物，很难被生物降解，这导致了排泄物经厌氧发酵后也常含有大量的此类抗生素。据报道，猪粪沼液中的磺胺类药物曾被检测到高达80mg/kg，而其土霉素和金霉素含量也高达249mg/kg和228mg/kg。如果长时间将此类沼液施以农田或排入水体，将造成环境中难降解抗生素的积累。环境中的抗生素经过长期作用能够诱发微生物产生耐药基因，从而对人类和动物的健康造成巨大危害。目前在我国大部分地区及广阔的海洋水体中，都检测到了抗生素的污染。因此，在沼液还田或排放之前，对沼液中的抗生素进行去除意义重大。未来沼液的处理必须要朝着减少抗生素污染的方向发展。

随着近几年畜禽养殖规模、污水处理厂和城市有机垃圾厂建设规模的不断扩大，沼液产量不断增加。出于可持续发展的考量，人们开始着手于将沼液中的氮磷资源进行回收并转换为含有高浓度氮磷的化学肥料。然而在氮磷回收这一过程中，抗生素不能够被有效去除。甚至，在某些情况下，抗生素会随氮磷发生转移并浓缩，生成含有高浓度抗生素的产品肥料。例如，在以鸟粪石为目标的氮磷回收过程中，抗生素可被吸附富集于鸟粪石表面；在某些膜技术中，如反渗透、纳滤和电渗析等，氮磷离子可与抗生素一起被浓缩于产品溶液中。因此，在开发新工艺进行氮磷资源回收的同时，也应该考虑同步去除抗生素，以能够生产清洁的肥料用于农田使用。这一举措能够在源头上避免抗生素污染环境。

在众多针对沼液的氮磷回收技术中，电渗析技术脱颖而出。沼液经简单的预处理去除大部分悬浮固体后泵入电渗析膜堆，在电场的作用下，沼液中的铵离子和磷酸根离子可穿过阴阳离子交换膜并浓缩到产品溶液中。如果每隔15～30分钟颠倒阴阳极，并且交换淡化室和浓缩室的溶液，则可形成频繁倒极电渗析技术，其能够有效地减少处理沼液时产生的膜污染。值得注意的是，电渗析使用较高的直流电压，可达几十伏甚至上百伏，这导致电渗析的阳极具有很高氧化性。然而，电渗析阳极具有的这一氧化功能一直被人们所忽略。阳极氧化是一种高效去除微量污染物的高级氧化技术，其能够利用阳极所产生的氧化物在分子水平上破坏难降解污染物。在电渗析处理沼液的同时，对阳极加以利用，则可原位氧化沼液中的抗生素，以生产出不含抗生素的肥料。此外，经氮磷提取和氧化消毒后的沼液可作为回用水用于场地冲刷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同步回收沼液中的氮磷和去除抗生素的阳极电渗析方法，以实现沼液中氮磷资源回收的同时去除其所含抗生素。