[发明专利]从尿液废水中提取钾并制造炭基缓释型复合肥的方法

说明书

技术领域

本发明涉及尿液废水资源化处理技术领域，具体涉及一种从尿液废水中提取钾并制造炭基缓释型复合肥的方法。

背景技术

以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。

我国农业中化肥使用过度，易造成土地肥力下降，土壤板结。生物炭的多孔结构可以保水、保肥，防止肥料中的营养元素快速流失，提高肥料的利用率。尿液中含有高浓度的营养元素，每立方米尿液中含约有8千克氮、0.8千克磷和2.2千克钾。对尿液废水分离式收集并进行资源化处理，从而制备可应用于贫瘠土壤改良的缓释肥料，可以在减轻污水中氮磷处理的压力的同时，改善土壤肥力，实现环保与农业领域的可持续发展。

发明内容

针对尿液中营养元素丰富以及土壤肥力下降等问题，本发明提出一种从尿液废水中提取钾并制造炭基缓释型复合肥的方法以及由此制得的炭基缓释型复合肥。

根据本发明的一个方面，提供一种从尿液废水中提取钾并制造炭基缓释型复合肥的方法，包括如下步骤：

(1)将林木废弃物洗净破碎，然后浸泡于镁盐溶液中，浸泡时间不少于1h；所述镁盐为溶解性镁盐；

(2)浸泡后的林木废弃物置于隔绝氧气的环境条件下热解，得到改性生物炭；热解温度为400℃～700℃、热解时间为0.5h～4h；

(3)将所述改性生物炭投加到尿液废水中，振荡或搅拌后弃去上清液，收集沉淀物，晾干或烘干后得到炭基缓释型复合肥。

本发明中的镁盐可以为氯化镁，镁盐溶液中氯化镁的浓度为100g/L～500g/L。

优选地，步骤(3)中改性生物炭的投加量满足如下关系：

式中，S为改性生物炭的投加量，单位为kg/m³；C_K为尿液废水中的钾浓度，单位为mg/L；V为尿液废水的体积，单位为m³；γ为尿液废水中钾和磷浓度的比值，无量纲单位；C_Mg为镁盐溶液中氯化镁的浓度，单位为g/L；α为改性生物炭中的镁含量常数，单位为L/mol。

进一步优选地，当C_Mg为100g/L～300g/L时，α＝0.08；6当C_Mg为300g/L～500g/L时，α＝0.244/C_Mg。

本发明中的尿液废水可以是新鲜尿液、或者已经去除氨氮的尿液污水、或者腐熟后的尿液污水。

本发明的第二方面提供一种由本发明第一方面的方法制得的炭基缓释型复合肥。

本发明的方法用于腐熟后的尿液污水时，得到的肥料为炭基缓释性氮磷复合肥，其中以氮计的氮肥含量为4％～6％，以五氧化二磷计的磷肥含量为20％～30％；本发明的方法用于新鲜尿液、或者已经去除氨氮的尿液污水时，得到的肥料为炭基缓释性磷钾复合肥，其中以氧化二钾计的钾肥含量为15％～20％，以五氧化二磷计的磷肥含量为32％～50％。此外，由本发明的方法制得的炭基缓释型复合肥富含有机碳，并且肥效释放缓慢，可以显著改良贫瘠土壤。

具体实施方式

下面对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。

本发明在第一方面提供了从尿液废水中提取钾并制造炭基缓释型复合肥的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将林木废弃物洗净破碎，然后浸泡于镁盐溶液中；

(2)浸泡后的林木废弃物置于隔绝氧气的环境条件下热解，得到改性生物炭；

(3)将所述改性生物炭投加到尿液废水中，振荡或搅拌后弃去上清液，收集沉淀物，晾干或烘干后得到炭基缓释型复合肥。

林木废弃物在缺氧条件下高温热解可以形成生物炭，生物炭具有较大的比表面积和微孔结构，表面官能团丰富，能对重金属和有机污染物产生吸附作用，从而降低污染物的生物有效性和环境风险，此外，生物炭具有促进植物生长、分解慢等作用。为了尽量提高生物炭的吸附能力和吸附容量，本发明在高温热解前采用镁盐溶液浸泡林木废弃物。氯化镁浸泡能够改变生物炭表面的官能团，在改性生物炭表面形成大量的镁氧化物，一方面这些镁氧化物能够通过形成磷酸钾镁沉淀来提取和固定钾，另一方面这些镁氧化物能够与磷酸根和铵根离子发生化学反应，由此提取和固定磷、氮元素。浸泡时间不少于1h，若浸泡时间太短，镁盐无法与生物炭充分作用，若浸泡时间太长，会增加制造炭基缓释型复合肥的周期，间接地增加成本，降低本发明方法的实用性。