CN104310629B - 一种畜禽沼液农田安全利用的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种畜禽沼液农田安全利用的方法，具体地说是利用草木灰的碱性作用调节畜禽沼液到碱性条件，通过添加可溶性Mg2+盐，促使畜禽沼液中生成鸟粪石结晶，实现畜禽沼液中氮磷的回收。应用中，将含有鸟粪石结晶的畜禽沼液直接用于土地施肥，并通过施加草木灰，促使鸟粪石结晶缓慢溶解释放出PO4 3-离子，从而实现对重金属离子的高效稳定化。本发明方法实现了畜禽沼液中氮磷的回收和农业草木灰废弃物的资源化利用，省略了鸟粪石分离提纯步骤，大大降低了畜禽沼液氮磷资源化利用成本，达到畜禽沼液安全土地利用的目的。

Description

一种畜禽沼液农田安全利用的方法
技术领域
本发明属污水处理与资源化技术领域，具体涉及一种畜禽沼液农田安全利用的方法。
背景技术
近年来，随着市场经济的快速发展，我国集约化、规模化畜禽养殖业也得到了迅猛的发展，规模化畜禽养殖业正以每年3～5％的速度递增。目前，我国畜禽粪便年产量已经超过25亿吨，是工业废物的2.7倍，畜禽养殖环境污染成为我国面临的重要环境问题之一。在解决规模化畜禽养殖废物环境污染方面，厌氧发酵处理（沼气）技术发挥了重要的作用，通过沼气工程处理畜禽粪便污水不仅能够减轻环境污染，还可以提供清洁能源—沼气，同时，畜禽粪便的发酵产物—沼肥还可以作为有机肥施用于农田，可以增加作物产量，提高产品质量，改良土壤性质，减少化肥的施用量，“养一沼一灌”的生态模式正在被广泛采用，越来越受到人们的重视。
然而，近些年养殖业为了提高效益，在饲料中添加了含有As，Cd，Cu，Zn等元素的添加剂以促进动物生长，致使沼肥中重金属含量增加，其进入土壤后，随着时间和外在条件如pH、DOC和Eh等的变化，沼液中的重金属离子逐渐释放到土壤中，形成易被植物吸收的形态，因此在沼肥促进植物生长和产量增加的同时，也增加了作物中重金属的总量，从而危及到人类的健康。如何在实现畜禽沼液中氮磷高效农田利用的同时，对其重金属污染风险进行有效控制，成为当前畜禽沼液农田安全利用的关键问题之一。
针对畜禽沼液中氮磷资源化回用问题，专利CN103373793A公开了一种高效低耗的畜禽养殖废水处理与回用技术，利用生物脱氮和鸟粪石法回收剩余氮磷营养元素，实现了畜禽养殖废水的低成本处理与回用。专利CN103755111A公开了一种畜禽粪污中磷素高效回收的调控方法，通过脉冲式微波作用，有效提高了鸟粪石的粒度和纯度，从而实现对畜禽沼液中氮磷的回收。而在实际应用中，由于鸟粪石的晶体颗粒较小，难以实现从污水中分离回收，制备成本普遍较高，这在一定程度上限制了该技术的推广应用。另外，如上所述的类似专利技术均注重对畜禽沼液中氮磷回收的研究，而对其在农田利用中的重金属污染风险的防控并未涉及。
在农业固体废弃物中，农作物秸秆是资源丰富的生物质资源，由于未得到很好地利用，秸秆焚烧带来的污染已成为农村重要的环境污染问题之一。秸秆燃烧后产生大量的草木灰，主要由碳酸钾等矿物质组成，其水溶液呈碱性，pH值在11以上。而鸟粪石作为一种优质的缓释肥，其晶体析出的pH范围为7.5~9，在pH大于9.5的环境中鸟粪石结晶会溶解，其中铵离子变成气态氨挥发，同时Mg2+与OH-离子生成Mg(OH)2沉淀，释放出PO4 3-离子。因此，我们试图利用草木灰在水溶液中呈碱性的特点，调节畜禽沼液呈碱性促使其生成鸟粪石，实现畜禽沼液中氮磷的回收。然后将含有鸟粪石的沼液直接进行农田回用，再通过与草木灰复配使用，促使鸟粪石结晶缓慢溶解释放出PO4 3-离子，从而与土壤中的重金属离子结合，使其稳定化。上述过程在实现草木灰、畜禽沼液氮磷资源化利用的同时，能有效对其重金属污染风险进行控制。
发明内容
本发明旨在提供一种畜禽沼液农田安全利用的方法。具体是利用草木灰的碱性作用，促使畜禽沼液鸟粪石的生成及其在后续土地利用中的溶解，实现对畜禽沼液农田利用过程中的重金属污染进行有效控制，达到安全利用目的。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
(1)将草木灰和畜禽沼液按照质量体积比1~10%的比例充分混合后，过滤，草木灰调节畜禽沼液的酸碱度，使过渡液中pH维持在7.5~9.0；
(2)测定步骤(1)所得过滤液中磷酸根（PO4 3-）浓度，按照Mg2+:PO4 3-=1~2:1的摩尔比计量向过滤液中投加Mg2+化学药剂，充分混合30~60min，Mg2+与OH-反应生成Mg(OH)2沉淀，释放出PO4 3-离子生成鸟粪石结晶，实现畜禽沼液中氮磷的回收；
(3)经步骤(2)处理后的畜禽沼液可直接用于农田追肥，每亩用量300~800千克，在施用畜禽沼液的土地中，按照20~50千克/亩的用量均匀施加草木灰，保持土壤含水率不低于20%，稳定时间不低于5天，通过草木灰使畜禽沼液中的鸟粪石结晶释放出PO4 3-离子，即可实现畜禽沼液的安全土地利用。
本发明中，所述的Mg2+化学药剂可以是硫酸镁、氯化镁或硝酸镁等可溶性镁盐中任一种。
本发明中，所述的草木灰为农作物秸秆、杂草、灌木或薪材等燃烧后的产物中任一种。
原理：利用草木灰的碱性作用调节畜禽沼液到碱性条件，通过添加可溶性Mg2+盐，促使畜禽沼液中生成鸟粪石结晶，实现畜禽沼液中氮磷的回收。应用中，将含有鸟粪石结晶的畜禽沼液直接土地利用，通过施加草木灰，促使鸟粪石结晶缓慢溶解释放出PO4 3-离子，从而实现对重金属离子的高效稳定化，达到畜禽沼液安全土地利用的目的。
与已有的技术相比，本发明具有以下优点：
1.本发明以草木灰为主要原料，用于调节畜禽沼液产鸟粪石结晶和溶解所需的pH条件，最大限度地实现了废弃物资源化利用，并同时实现了草木灰中钾和磷资源回收，有效解决了农作物生物质资源的浪费和污染问题，且无新污染物引入，具有廉价、资源丰富和绿色等特点。
2.本发明将生成有鸟粪石结晶的畜禽沼液直接农田回用，省略了鸟粪石的分离提纯步骤，大大降低了畜禽沼液鸟粪石回收法氮磷资源化利用成本。
3.本发明利用鸟粪石的缓释性特点，通过投加草木灰有效控制鸟粪石的溶解，使其缓慢释放出PO4 3-离子，达到对土壤中重金属离子的长期稳定化，避免了畜禽沼液利用中的重金属污染风险。
具体实施方式
以下通过实施例将对本发明作进一步说明。
实施例1
（1）以稻草秸秆草木灰为原料，将草木灰和某养猪场沼液按照质量体积比5%充分混合后过滤，分析得过滤液中COD、NH4 +-N和TP的浓度分别为1125mg/L，540mg/L和63mg/L，pH值为8.4。按照Mg2+:PO4 3-=1:1的摩尔比计量投加MgCl2化学药剂，充分混合30min。将上述处理后的畜禽沼液按500千克/亩的用量用于Pb污染的土壤，Pb的浓度为756.7mg/kg。按照30千克/亩的用量均匀施加稻草秸秆草木灰，保持土壤含水率30%，养护时间为7d后，进行采样监测。经检测（USEPA6010C-2007），稳定化处理前重金属Pb的浸出液浓度为44.31mg/L，稳定化处理后的浸出值小于2.01mg/L，重金属稳定效果显著。
实施例2
（1）以小麦秸秆草木灰为原料，将草木灰和某养鸡场沼液按照质量体积比7%充分混合后过滤，分析得过滤液中COD、NH4 +-N和TP的浓度分别为6125mg/L，830mg/L和255mg/L，pH值为8.7。按照Mg2+:PO4 3-=1.5:1的摩尔比计量投加MgCl2化学药剂，充分混合45min。将上述处理后的畜禽沼液按300千克/亩的用量用于Cd污染的土壤，Cd的浓度为75.2mg/kg。按照40千克/亩的用量均匀施加小麦秸秆草木灰，保持土壤含水率30%，养护时间为10d后，进行采样监测。经检测（USEPA6010C-2007），稳定化处理前重金属Cd的浸出液浓度为3.21mg/L，稳定化处理后的浸出值小于0.01mg/L，重金属稳定效果显著。
实施例3
（1）以玉米秸秆草木灰为原料，将草木灰和某养牛场沼液按照质量体积比8%充分混合后过滤，分析得过滤液中COD、NH4 +-N和TP的浓度分别为1019mg/L，214.5mg/L和57.9mg/L，pH值为8.5。按照Mg2+:PO4 3-=1.2:1的摩尔比计量投加Mg(NO3)2化学药剂，充分混合30min。将上述处理后的畜禽沼液按500千克/亩的用量用于Zn污染的土壤，Zn的浓度为1932.2mg/kg。按照50千克/亩的用量均匀施加玉米秸秆草木灰，保持土壤含水率30%，养护时间为15d后，进行采样监测。经检测（USEPA6010C-2007），稳定化处理前重金属Zn的浸出液浓度为147.5mg/L，稳定化处理后的浸出值小于11.7mg/L，重金属稳定效果显著。

Claims (3)

1.一种畜禽沼液农田安全利用的方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)将草木灰和畜禽沼液按照质量体积比1~10%充分混合后，过滤，草木灰调节畜禽沼液的酸碱度，使过滤液中pH维持在7.5~9.0；
(2)测定步骤(1)所得过滤液中磷酸根PO4 3-浓度，按照Mg2+:PO4 3-=1~2:1的摩尔比计量向过滤液中投加Mg2+化学药剂，充分混合30~60min，Mg2+与OH-反应生成Mg(OH)2沉淀，释放出PO4 3-离子生成鸟粪石结晶，实现畜禽沼液中氮磷的回收；
(3)经步骤(2)处理后的含有鸟粪石结晶的畜禽沼液直接用于农田追肥，每亩用量300~800千克，在施用畜禽沼液的土地中，按照20~50千克/亩的用量均匀施加草木灰，保持土壤含水率不低于20%，稳定时间不低于5天，通过草木灰使畜禽沼液中的鸟粪石结晶释放出PO4 3-离子，即可实现畜禽沼液的安全土地利用。
2.根据权利要求1中所述的一种畜禽沼液农田安全利用的方法，其特征在于所述的Mg2+化学药剂是硫酸镁、氯化镁或硝酸镁中任一种。
3.根据权利要求1中所述的一种畜禽沼液农田安全利用的方法，其特征在于所述的草木灰为农作物秸秆、杂草、灌木或薪材燃烧后的产物中任一种。
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