CN107400027A - 一种藻类生物质废弃物中磷素资源化提取回收的方法 - Google Patents

一种藻类生物质废弃物中磷素资源化提取回收的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107400027A
CN107400027A CN201710565679.2A CN201710565679A CN107400027A CN 107400027 A CN107400027 A CN 107400027A CN 201710565679 A CN201710565679 A CN 201710565679A CN 107400027 A CN107400027 A CN 107400027A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydro
liquid
thermal
solid
discarded object
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710565679.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107400027B (zh
Inventor
张涛
邓雅馨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Agricultural University
Original Assignee
China Agricultural University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Agricultural University filed Critical China Agricultural University
Priority to CN201710565679.2A priority Critical patent/CN107400027B/zh
Publication of CN107400027A publication Critical patent/CN107400027A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107400027B publication Critical patent/CN107400027B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05G—MIXTURES OF FERTILISERS COVERED INDIVIDUALLY BY DIFFERENT SUBCLASSES OF CLASS C05; MIXTURES OF ONE OR MORE FERTILISERS WITH MATERIALS NOT HAVING A SPECIFIC FERTILISING ACTIVITY, e.g. PESTICIDES, SOIL-CONDITIONERS, WETTING AGENTS; FERTILISERS CHARACTERISED BY THEIR FORM
    • C05G3/00—Mixtures of one or more fertilisers with additives not having a specially fertilising activity
    • C05G3/80—Soil conditioners
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D15/00—Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
    • B01D15/08—Selective adsorption, e.g. chromatography
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05D—INORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C; FERTILISERS PRODUCING CARBON DIOXIDE
    • C05D5/00—Fertilisers containing magnesium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/06—Lysis of microorganisms

Abstract

本发明提供一种藻类生物质废弃物中磷素资源化提取回收的方法，利用超声/水热集成技术实现藻类生物质废弃物的快速降解和磷素的高效释放，磷释放率大于98％，利用载镁水热炭吸附技术实现液相中磷素的高选择性提取回收，磷素吸附效率大于97％。本发明提供的藻类生物质废弃物中磷素资源化提取回收的方法可高效提取回收藻类生物质废弃物中的磷素，磷素回收率大于95％。

Description

一种藻类生物质废弃物中磷素资源化提取回收的方法
技术领域
本发明属于农业资源与环境技术领域，具体涉及一种藻类生物质废弃物中磷素资源化提取回收的方法。
背景技术
随着水体富营养化的加剧和藻类生物质炼制工程的高速发展，越来越多的藻类生物质废弃物由于没有得到合适科学的处置而对环境造成极大的负面影响。堆积的藻类生物质废弃物，一方面，由于生物降解过程会产生臭味污染空气，甚至流入水体污染水环境；另一方面，藻体中含有的藻毒素若不及时处理，会流入环境中威胁生物健康。同时，藻类生物质废弃物是一种富磷资源，藻类由于生长环境以及自身的结构功能，极易富集环境中的磷元素。目前，我国磷矿资源匮乏，高品位磷矿少，磷资源消耗过快。国家数据统计显示，我国磷矿石开采量自2008年的5074.06万吨增至2015年的32733.16万吨。因此，寻找科学有效的方法减量化无害化藻类生物质废弃物，同时回收其中的磷素资源，实现资源的可持续发展是必要并且紧急的。
目前，回收藻类中磷素主要存在以下难点：1.磷素主要以聚磷有机物的形式存在于藻类细胞体内，一方面，缺乏高效的方法快速破解细胞壁，使含磷化合物能释放到液相中；另一方面，藻类生物质中存在的高聚合含磷化合物难以降解；2.对于释放到液相中的小分子磷，由于伴存物质多，难以高效提取回收。
针对藻类生物质快速破解细胞壁困难的问题，专利CN104450509B公布了一种螺旋藻细胞破壁剪切装置，利用多刀刃快速切割技术，提高螺旋藻的切割效果，保证物料粉碎的细度，可以有效解决藻细胞破壁效率低下、功耗高、二次污染等问题缺陷。上述技术可以高效快速降解藻类，但是其对前处理有较高要求，只能针对特定含水率的藻类生物质，不利于实际技术推广应用。
针对液相中由于伴存物质过多，小分子磷难以高效提取回收的问题。Gifford等(Phosphorus recovery from microbial biofuel residual using microwave peroxidedigestion and anion exchange.[J].Water Research,2015,70:130-137)利用氧化剂(H2O2)辅助微波处理的方法将藻类生物质废弃物中的胞内含磷高聚物转化为单脂磷，然后采用负载纳米铁粒子树脂阴离子交换吸附技术回收释放的藻磷。上述技术开发的树脂材料能够高选择性吸附液相中87％-98％的藻类释放磷素，但饱和吸附负载纳米铁粒子树脂的脱附率只有23％-50％，吸附材料不易再生利用，提取的磷素难以循环作养分回用，耗费较高。
目前，单元技术已无法满足藻类生物质废弃物中磷素资源化提取回收的技术需要，开发集成组合新方法，克服现有技术难题，实现磷素资源从藻类生物质废弃物中的高效回收，具有重要价值。
发明内容
针对目前藻类生物质废弃物磷素资源回收过程中效率低、选择性差的问题，本发明提供了一种藻类生物质废弃物中磷素资源化提取回收的方法，利用超声/水热集成技术，克服藻类生物质废弃物难以降解和磷素破壁释放困难的问题，利用载镁水热炭吸附回收技术，克服液相中磷素容易流失与选择性回收效能低的问题。
本发明的目的是提供一种藻类生物质废弃物中磷素资源化提取回收的方法。
本发明所提供的藻类生物质废弃物中磷素资源化提取回收的方法，包括下述步骤：
(1)在破壁剂的作用下，对藻类生物质废弃物进行超声处理，得到超声处理后的藻类生物质废弃物；
(2)在催化剂作用下，对所述超声处理后的藻类生物质废弃物进行水热处理，得到超声/水热处理后的藻类生物质废弃物；
(3)对所述超声/水热处理后的藻类生物质废弃物进行固液分离，将液体部分引入间歇式吸附床，利用载镁水热炭为吸附剂对磷素进行间歇式吸附反应，排出吸附饱和的载镁水热炭；
(4)将排出的吸附饱和的载镁水热炭进行固液分离，脱水，将脱水后的饱和载镁水热炭干燥，得到吸附有磷素的载镁水热炭。
上述方法步骤(1)中，所述破壁剂具体可为H2O2。
所述藻类生物质废弃物可为含水率为60-90％的藻类生物质废弃物。
所述破壁剂的体积可为藻类生物质废弃物体积的1-5％。
所述超声处理的超声功率可为50-250W，超声频率可为20-60kHZ。
所述超声处理的时间为10-30min，温度可为20-40℃。
所述超声处理具体可为脉冲式超声处理，其中每个脉冲周期可包括运行1-2min，停止1-2min。
所述超声处理可在超声反应器中进行，藻类废弃物的体积与超声反应器容积比可为1-2:3。
上述方法步骤(2)中，所述催化剂具体可为NaOH或HCl。
所述催化剂的体积可为藻类生物质废弃物体积的1-10％。
催化剂NaOH或HCl的浓度可为1-5mol/L。
所述水热处理的温度可为75-180℃，时间可为30-120min。
所述水热处理可在水热反应釜中进行。
所述超声处理后的藻类生物质废弃物的体积与水热反应釜容积的比可为1-2:3。
上述方法步骤(3)中，所述固液分离可在螺旋式固液分离机中进行。
所述螺旋式固液分离机的处理能力可为2-20m3/h，筛网网孔径可为0.3-1.0mm，主轴转速可为10-30r/min。
所述间歇式吸附床分为机械搅拌区、水热炭悬浮吸附区、水热炭贮存区、出水区，其中机械搅拌区的高径比为5-15:1，机械搅拌区与悬浮吸附区中间设置消能板。
在间歇式吸附反应过程中，间歇式吸附床的水热炭悬浮吸附区的pH值为6-9，温度为10-30℃。
吸附剂载镁水热炭:待处理液体的固液比为1kg:50-200L。
间歇式吸附反应的时间可为3-6h，包括1-2个反应周期，每个周期包括进料—反应—进料—反应—排料，其中进料10-20min，反应70-140min，排料20-40min。
所述载镁水热炭通过包括下述步骤的方法制备得到：
将生物质与去离子水混合，进行水热反应，将得到的产物酸洗至中性后干燥，将得到的产物水热炭与MgCl2溶液混合，调节pH值至9-12，超声混合，对得到的体系进行固液分离，对得到的固体进行干燥，即得载镁水热炭。
其中，所述生物质可为粒径为1-3mm的玉米秸秆、麦秸秆、玉米芯、稻壳、甘蔗废渣等农业废弃物。
所述生物质与去离子水的固液比可为20-50g:100mL；
所述水热反应在水热反应釜中进行。
反应物(生物质与去离子水的总体积)占水热反应釜体积的1/2-2/3。
所述水热反应的温度可为200-400℃，时间可为30-100min。
所述对产物进行酸洗的具体操作为：将产物按固液比0.1-5g:10mL加入0.1-1mol/L的HCl溶液酸洗0.5-4h。
所述MgCl2溶液的浓度可为0.5-2mol/L。
所述MgCl2溶液以0.1-5g:10ml的固液比与水热炭混合。
所述超声混合的条件为：温度20-40℃，转速20-100r/min，超声功率30-150W，超声频率10-50MHz的条件下混合18-24h。
所述干燥的温度可为60-80℃，时间可为4-8h。
步骤(4)中，所述固液分离可在螺旋式固液分离机中进行，所述螺旋式固液分离机的处理能力可为5-30m3/h，筛网网孔孔径可为0.05-0.5mm，主轴转速可为25-60r/min。
所述干燥的条件为：在温度60-80℃条件下烘干3-8h。
所述吸附有磷素的载镁水热炭可施用于农田中作为缓释肥补充土壤所需的磷素及镁元素，也可作为土壤调理剂用于土壤的酸碱，有机质含量以及孔隙度的调节。
脱水后的残余液体回流至间歇式吸附床的水热炭悬浮吸附区再利用。
本发明的有益效果有：
(1)本发明提供一种藻类生物质废弃物中磷素资源化提取回收的方法，可高效提取回收藻类生物质废弃物中的磷素，回收率大于95％。
(2)本发明中采用超声/水热集成技术，快速降解藻类生物质废弃物，实现磷素的高效释放，磷释放率大于98％)。
(3)本发明中采用载镁水热炭吸附技术，可以实现液相中磷素的高选择性提取回收，磷素吸附效率大于97％。
本发明利用超声/水热集成技术实现藻类生物质废弃物的快速降解和磷素的高效释放，利用载镁水热炭吸附技术实现液相中磷素的高选择性提取回收。
附图说明
图1为本发明藻类生物质废弃物中磷素资源化提取回收的装置的示意图。其中1为脉冲式超声波反应器、2为蠕动泵、3为水热反应釜、4为螺旋式固液分离机、5为间歇式吸附床、6为水热炭储存槽、7为消能板、8为机械搅拌浆。Ⅰ为机械搅拌区、Ⅱ为水热炭悬浮吸附区、Ⅲ为水热炭贮存区、Ⅳ为出水区。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述方法中磷释放率的测定方法为：利用钼酸铵分光光度法(GB 11893-89)测定水热反应釜上清液中总磷的含量，利用偏钼酸铵分光光度法(HJ 712-2014)测定藻类生物质中总磷的含量，水热过程中磷素的释放率＝上清液中总磷的含量/藻类生物质中总磷的含量*100％；
磷素吸附效率的测定方法为：利用钼酸铵分光光度法测定间歇式吸附床的待处理废液中总磷的含量以及处理后废液中总磷的含量，水热炭对磷素的吸附效率＝(1-处理后废液中磷素的含量/待处理废液中磷素的含量)*100％；
磷素回收率＝磷素的释放率*磷素的吸附效率*100％。
实施例1
将含水率60％的藻类生物质废弃物引入超声反应器，加入体积比3％的破壁剂H2O2，调控藻类废弃物体积:超声反应器容积1:3，脉冲式超声反应10min(每个脉冲周期包括运行1min，停止2min)，超声功率250W，超声频率40kHZ，温度30℃。然后将处理后的藻类生物质废弃物引入水热反应釜，加入体积比10％的催化剂NaOH(3mol/L)，调控反应物体积:水热反应釜容积1:3，温度75℃的条件下反应60min。磷释放率大于98％。
然后采用螺旋式固液分离机(处理能力10m3/h，筛网网孔1.0mm，主轴转速20r/min)将处理后的藻类生物质废弃物进行固液分离，将液体部分引入间歇式吸附床(分为机械搅拌区、水热炭悬浮吸附区、水热炭贮存区、出水区，其中机械搅拌区的高径比为10:1，机械搅拌区与悬浮吸附区中间设置消能板)，吸附剂载镁水热炭加入机械搅拌区，调控载镁水热炭:处理液体的固液比1kg:100L，调控水热炭悬浮吸附区pH值9，温度20℃，进行间歇式吸附反应(反应时间3h，包括1个反应周期，每个周期包括进料—反应—进料—反应—排料，其中进料10min，反应70min，排料20min)，排出吸附饱和的载镁水热炭。磷素吸附效率大于97％。
其中，吸附剂载镁水热炭，其制备方法为将粉碎至2mm的生物质按50g:100ml的固液比与去离子水混合后，加入水热反应釜(反应物占水热反应釜体积的1/2)，在温度300℃条件下反应100min，将产物按固液比3g:10ml加入1mol/L的HCl溶液酸洗4h，清洗至中性后干燥，按固液比5g:10ml加入1mol/L的MgCl2溶液，用5mol/L的NaOH溶液调节pH值至12，然后在温度20℃，转速100r/min，超声功率30W，超声频率50MHz的条件下混合18h，固液分离后70℃干燥4h。
最后，采用螺旋式固液分离机(处理能力15m3/h，筛网网孔0.1mm，主轴转速60r/min)将处理后排出的饱和载镁水热炭进行固液分离，脱水后饱和载镁水热炭在温度70℃条件下烘干8h，磷素回收率大于95％，脱水后残余液体回流至间歇式吸附床的水热炭悬浮吸附区。
实施例2
将含水率90％的藻类生物质废弃物引入超声反应器，加入体积比4％的破壁剂H2O2，调控藻类废弃物体积:超声反应器容积2:3，脉冲式超声反应30min(每个脉冲周期包括运行1min，停止1min)，超声功率50W，超声频率20kHZ，温度20℃。然后将处理后的藻类生物质废弃物引入水热反应釜，加入体积比5％的催化剂HCl(1mol/L)，调控反应物体积:水热反应釜容积2:3，温度180℃的条件下反应90min。磷释放率大于99％。
然后采用螺旋式固液分离机(处理能力2m3/h，筛网网孔0.3mm，主轴转速10r/min)将处理后的藻类生物质废弃物进行固液分离，将液体部分引入间歇式吸附床(分为机械搅拌区、水热炭悬浮吸附区、水热炭贮存区、出水区，其中机械搅拌区的高径比为5:1，机械搅拌区与悬浮吸附区中间设置消能板)，吸附剂载镁水热炭加入机械搅拌区，调控载镁水热炭:处理液体的固液比1kg:50L，调控水热炭悬浮吸附区pH值8，温度30℃，进行间歇式吸附反应(反应时间6h，包括2个反应周期，每个周期包括进料—反应—进料—反应—排料，其中进料10min，反应70min，排料20min)，排出吸附饱和的载镁水热炭。磷素吸附效率大于99％。
其中，吸附剂载镁水热炭，其制备方法为将粉碎至3mm的生物质按40g:100ml的固液比与去离子水混合后，加入水热反应釜(反应物占水热反应釜体积的2/3)，在温度200℃条件下反应30min，将产物按固液比0.1g:10ml加入0.1mol/L的HCl溶液酸洗2h，清洗至中性后干燥，按固液比0.1g:10ml加入2mol/L的MgCl2溶液，用3mol/L的NaOH溶液调节pH值至9，然后在温度30℃，转速20r/min，超声功率150W，超声频率10MHz的条件下混合20h，固液分离后80℃干燥6h。
最后，采用螺旋式固液分离机(处理能力20m3/h，筛网网孔0.5mm，主轴转速50r/min)将处理后排出的饱和载镁水热炭进行固液分离，脱水后饱和载镁水热炭在温度60℃条件下烘干7h，磷素回收率大于98％，脱水后残余液体回流至间歇式吸附床的水热炭悬浮吸附区。
实施例3
将含水率70％的藻类生物质废弃物引入超声反应器，加入体积比5％的破壁剂H2O2，调控藻类废弃物体积:超声反应器容积1:3，脉冲式超声反应20min(每个脉冲周期包括运行2min，停止2min)，超声功率150W，超声频率60kHZ，温度40℃。然后将处理后的藻类生物质废弃物引入水热反应釜，加入体积比1％的催化剂NaOH(5mol/L)，调控反应物体积:水热反应釜容积2:3，温度100℃的条件下反应120min。磷释放率大于98％。
然后采用螺旋式固液分离机(处理能力20m3/h，筛网网孔0.5mm，主轴转速30r/min)将处理后的藻类生物质废弃物进行固液分离，将液体部分引入间歇式吸附床(分为机械搅拌区、水热炭悬浮吸附区、水热炭贮存区、出水区，其中机械搅拌区的高径比为15:1，机械搅拌区与悬浮吸附区中间设置消能板)，吸附剂载镁水热炭加入机械搅拌区，调控载镁水热炭:处理液体的固液比1kg:200L，调控水热炭悬浮吸附区pH值7，温度10℃，进行间歇式吸附反应(反应时间6h，包括1个反应周期，每个周期包括进料—反应—进料—反应—排料，其中进料20min，反应140min，排料40min)，排出吸附饱和的载镁水热炭。磷素吸附效率大于97％。
其中，吸附剂载镁水热炭，其制备方法为将粉碎至1mm的生物质按30g:100ml的固液比与去离子水混合后，加入水热反应釜(反应物占水热反应釜体积的1/2)，在温度400℃条件下反应50min，将产物按固液比5g:10ml加入0.5mol/L的HCl溶液酸洗0.5h，清洗至中性后干燥，按固液比3g:10ml加入0.5mol/L的MgCl2溶液，用1mol/L的NaOH溶液调节pH值至10，然后在温度40℃，转速50r/min，超声功率100W，超声频率30MHz的条件下混合22h，固液分离后60℃干燥8h。
最后，采用螺旋式固液分离机(处理能力5m3/h，筛网网孔0.05mm，主轴转速40r/min)将处理后排出的饱和载镁水热炭进行固液分离，脱水后饱和载镁水热炭在温度80℃条件下烘干6h，磷素回收率大于95％，脱水后残余液体回流至间歇式吸附床的水热炭悬浮吸附区。
实施例4
将含水率80％的藻类生物质废弃物引入超声反应器，加入体积比3％的破壁剂H2O2，调控藻类废弃物体积:超声反应器容积2:3，脉冲式超声反应20min(每个脉冲周期包括运行2min，停止1min)，超声功率100W，超声频率30kHZ，温度20℃。然后将处理后的藻类生物质废弃物引入水热反应釜，加入体积比3％的催化剂HCl(4mol/L)，调控反应物体积:水热反应釜容积1:3，温度150℃的条件下反应30min。磷释放率大于99％。
然后采用螺旋式固液分离机(处理能力5m3/h，筛网网孔0.3mm，主轴转速30r/min)将处理后的藻类生物质废弃物进行固液分离，将液体部分引入间歇式吸附床(分为机械搅拌区、水热炭悬浮吸附区、水热炭贮存区、出水区，其中机械搅拌区的高径比为15:1，机械搅拌区与悬浮吸附区中间设置消能板)，吸附剂载镁水热炭加入机械搅拌区，调控载镁水热炭:处理液体的固液比1kg:150L，调控水热炭悬浮吸附区pH值6，温度10℃，进行间歇式吸附反应(反应时间6h，包括2个反应周期，每个周期包括进料—反应—进料—反应—排料，其中进料10min，反应70min，排料20min)，排出吸附饱和的载镁水热炭。磷素吸附效率大于99％。
其中，吸附剂载镁水热炭，其制备方法为将粉碎至2mm的生物质按50g:100ml的固液比与去离子水混合后，加入水热反应釜(反应物占水热反应釜体积的2/3)，在温度200℃条件下反应100min，将产物按固液比5g:10ml加入1mol/L的HCl溶液酸洗2h，清洗至中性后干燥，按固液比1g:10ml加入1mol/L的MgCl2溶液，用3mol/L的NaOH溶液调节pH值至9，然后在温度30℃，转速20r/min，超声功率100W，超声频率50MHz的条件下混合18h，固液分离后70℃干燥6h。
最后，采用螺旋式固液分离机(处理能力30m3/h，筛网网孔0.4mm，主轴转速30r/min)将处理后排出的饱和载镁水热炭进行固液分离，脱水后饱和载镁水热炭在温度80℃条件下烘干5h，磷素回收率大于98％，脱水后残余液体回流至间歇式吸附床的水热炭悬浮吸附区。
实施例5
将含水率90％的藻类生物质废弃物引入超声反应器，加入体积比1％的破壁剂H2O2，调控藻类废弃物体积:超声反应器容积1:3，脉冲式超声反应30min(每个脉冲周期包括运行1min，停止2min)，超声功率200W，超声频率50kHZ，温度30℃。然后将处理后的藻类生物质废弃物引入水热反应釜，加入体积比7％的催化剂NaOH(2mol/L)，调控反应物体积:水热反应釜容积2:3，温度90℃的条件下反应120min。磷释放率大于99％。
然后采用螺旋式固液分离机(处理能力15m3/h，筛网网孔1.0mm，主轴转速20r/min)将处理后的藻类生物质废弃物进行固液分离，将液体部分引入间歇式吸附床(分为机械搅拌区、水热炭悬浮吸附区、水热炭贮存区、出水区，其中机械搅拌区的高径比为10:1，机械搅拌区与悬浮吸附区中间设置消能板)，吸附剂载镁水热炭加入机械搅拌区，调控载镁水热炭:处理液体的固液比1kg:50L，调控水热炭悬浮吸附区pH值6，温度20℃，进行间歇式吸附反应(反应时间6h，包括1个反应周期，每个周期包括进料—反应—进料—反应—排料，其中进料20min，反应140min，排料40min)，排出吸附饱和的载镁水热炭。磷素吸附效率大于99％。
其中，吸附剂载镁水热炭，其制备方法为将粉碎至1mm的生物质按20g:100ml的固液比与去离子水混合后，加入水热反应釜(反应物占水热反应釜体积的2/3)，在温度400℃条件下反应70min，将产物按固液比1g:10ml加入0.5mol/L的HCl溶液酸洗0.5h，清洗至中性后干燥，按固液比5g:10ml加入0.5mol/L的MgCl2溶液，用1mol/L的NaOH溶液调节pH值至11，然后在温度40℃，转速50r/min，超声功率30W，超声频率40MHz的条件下混合24h，固液分离后80℃干燥8h。
最后，采用螺旋式固液分离机(处理能力25m3/h，筛网网孔0.3mm，主轴转速25r/min)将处理后排出的饱和载镁水热炭进行固液分离，脱水后饱和载镁水热炭在温度60℃条件下烘干4h，磷素回收率大于98％，脱水后残余液体回流至间歇式吸附床的水热炭悬浮吸附区。
实施例6
将含水率60％的藻类生物质废弃物引入超声反应器，加入体积比2％的破壁剂H2O2，调控藻类废弃物体积:超声反应器容积2:3，脉冲式超声反应10min(每个脉冲周期包括运行2min，停止1min)，超声功率150W，超声频率40kHZ，温度40℃。然后将处理后的藻类生物质废弃物引入水热反应釜，加入体积比5％的催化剂HCl(3mol/L)，调控反应物体积:水热反应釜容积1:3，温度125℃的条件下反应30min。磷释放率大于98％。
然后采用螺旋式固液分离机(处理能力10m3/h，筛网网孔0.7mm，主轴转速10r/min)将处理后的藻类生物质废弃物进行固液分离，将液体部分引入间歇式吸附床(分为机械搅拌区、水热炭悬浮吸附区、水热炭贮存区、出水区，其中机械搅拌区的高径比为5:1，机械搅拌区与悬浮吸附区中间设置消能板)，吸附剂载镁水热炭加入机械搅拌区，调控载镁水热炭:处理液体的固液比1kg:200L，调控水热炭悬浮吸附区pH值9，温度30℃，进行间歇式吸附反应(反应时间3h，包括1个反应周期，每个周期包括进料—反应—进料—反应—排料，其中进料10min，反应70min，排料20min)，排出吸附饱和的载镁水热炭。磷素吸附效率大于97％。
其中，吸附剂载镁水热炭，其制备方法为将粉碎至3mm的生物质按20g:100ml的固液比与去离子水混合后，加入水热反应釜(反应物占水热反应釜体积的1/2)，在温度300℃条件下反应30min，将产物按固液比0.1g:10ml加入0.1mol/L的HCl溶液酸洗4h，清洗至中性后干燥，按固液比0.1g:10ml加入2mol/L的MgCl2溶液，用5mol/L的NaOH溶液调节pH值至12，然后在温度20℃，转速100r/min，超声功率150W，超声频率10MHz的条件下混合24h，固液分离后60℃干燥4h。
最后，采用螺旋式固液分离机(处理能力10m3/h，筛网网孔0.2mm，主轴转速40r/min)将处理后排出的饱和载镁水热炭进行固液分离，脱水后饱和载镁水热炭在温度70℃条件下烘干3h，磷素回收率大于95％，脱水后残余液体回流至间歇式吸附床的水热炭悬浮吸附区。

Claims (8)

1.一种藻类生物质废弃物中磷素资源化提取回收的方法，包括下述步骤：
(1)在破壁剂的作用下，对藻类生物质废弃物进行超声处理，得到超声处理后的藻类生物质废弃物；
(2)在催化剂作用下，对所述超声处理后的藻类生物质废弃物进行水热处理，得到超声/水热处理后的藻类生物质废弃物；
(3)对所述超声/水热处理后的藻类生物质废弃物进行固液分离，将液体部分引入间歇式吸附床，利用载镁水热炭为吸附剂对磷素进行间歇式吸附反应，排出吸附饱和的载镁水热炭；
(4)将排出的吸附饱和的载镁水热炭进行固液分离，脱水，将脱水后饱和载镁水热炭干燥，得到吸附有磷素的载镁水热炭。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
步骤(1)中，所述破壁剂为H2O2；
所述藻类生物质废弃物为含水率为60-90％的藻类生物质废弃物；
所述破壁剂的体积为藻类生物质废弃物体积的1-5％；
所述超声处理的超声功率为50-250W，超声频率可为20-60kHZ；
所述超声处理的时间为10-30min，温度可为20-40℃；
所述超声处理为脉冲式超声处理，其中每个脉冲周期包括运行1-2min，停止1-2min；
所述超声处理可在超声反应器中进行，藻类废弃物的体积与超声反应器容积比为1-2:3。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
步骤(2)中，所述催化剂为NaOH或HCl；
所述催化剂的体积为藻类生物质废弃物体积的1-10％；
所述水热处理的温度为75-180℃，时间为30-120min；
所述水热处理在水热反应釜中进行；
所述超声处理后的藻类生物质废弃物的体积与水热反应釜容积的比为1-2:3。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：
步骤(3)中，所述固液分离在螺旋式固液分离机中进行；
所述螺旋式固液分离机的处理能力为2-20m3/h，筛网网孔径为0.3-1.0mm，主轴转速为10-30r/min；
所述间歇式吸附床分为机械搅拌区、水热炭悬浮吸附区、水热炭贮存区、出水区，其中机械搅拌区的高径比为5-15:1，机械搅拌区与悬浮吸附区中间设置消能板；
在间歇式吸附反应过程中，间歇式吸附床的水热炭悬浮吸附区的pH值为6-9，温度为10-30℃；
吸附剂载镁水热炭与待处理液体的固液比为1kg:50-200L；
间歇式吸附反应的时间为3-6h，包括1-2个反应周期，每个周期包括进料—反应—进料—反应—排料，其中进料10-20min，反应70-140min，排料20-40min。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：
所述载镁水热炭通过包括下述步骤的方法制备得到：
将生物质与去离子水混合，进行水热反应，将得到的产物酸洗至中性后干燥，将得到的产物水热炭与MgCl2溶液混合，调节pH值至9-12，超声混合，对得到的体系进行固液分离，对得到的固体进行干燥，即得载镁水热炭；
其中，所述生物质为粒径为1-3mm的生物质；
所述生物质与去离子水的固液比为20-50g:100ml；
所述水热反应在水热反应釜中进行；
反应物占水热反应釜体积的1/2-2/3；
所述水热反应的温度为200-400℃，时间为30-100min；
所述对产物进行酸洗的操作为：将产物按固液比0.1-5g:10ml加入0.1-1mol/L的HCl溶液酸洗0.5-4h；
所述MgCl2溶液的浓度为0.5-2mol/L；
所述MgCl2溶液以0.1-5g:10ml的固液比与水热炭混合；
所述超声混合的条件为：温度20-40℃，转速20-100r/min，超声功率30-150W，超声频率10-50MHz的条件下混合18-24h；
所述干燥的温度为60-80℃，时间为4-8h。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于：
步骤(4)中，所述固液分离在螺旋式固液分离机中进行，所述螺旋式固液分离机的处理能力为5-30m3/h，筛网网孔孔径为0.05-0.5mm，主轴转速为25-60r/min。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于：步骤(4)中，所述干燥的条件为：在温度60-80℃条件下烘干3-8h。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于：步骤(4)中，脱水后的残余液体回流至间歇式吸附床的水热炭悬浮吸附区再利用。
CN201710565679.2A 2017-07-12 2017-07-12 一种藻类生物质废弃物中磷素资源化提取回收的方法 Active CN107400027B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710565679.2A CN107400027B (zh) 2017-07-12 2017-07-12 一种藻类生物质废弃物中磷素资源化提取回收的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710565679.2A CN107400027B (zh) 2017-07-12 2017-07-12 一种藻类生物质废弃物中磷素资源化提取回收的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107400027A true CN107400027A (zh) 2017-11-28
CN107400027B CN107400027B (zh) 2020-09-15

Family

ID=60404659

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710565679.2A Active CN107400027B (zh) 2017-07-12 2017-07-12 一种藻类生物质废弃物中磷素资源化提取回收的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107400027B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110563486A (zh) * 2019-08-08 2019-12-13 天津大学 一种利用水体修复植物聚草制备富磷水热炭及制备方法
CN110713853A (zh) * 2019-10-24 2020-01-21 江苏大学 一种电催化联合藻类参与含油废水利用的方法
CN112934947A (zh) * 2021-03-31 2021-06-11 郑州大学 一种矿业废弃地的生态修复方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103406099A (zh) * 2013-08-14 2013-11-27 中国农业大学 一种钙镁矿化生物炭及其制备方法与应用
CN104628137A (zh) * 2014-12-29 2015-05-20 南京大学 一种改性生物质炭-人工湿地耦合处理含磷污水的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103406099A (zh) * 2013-08-14 2013-11-27 中国农业大学 一种钙镁矿化生物炭及其制备方法与应用
CN104628137A (zh) * 2014-12-29 2015-05-20 南京大学 一种改性生物质炭-人工湿地耦合处理含磷污水的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MCKAY GIFFORD 等: ""Phosphorus recovery from microbial biofuel residual using microwave peroxide digestion and anion exchange"", 《WATER RESEARCH》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110563486A (zh) * 2019-08-08 2019-12-13 天津大学 一种利用水体修复植物聚草制备富磷水热炭及制备方法
CN110713853A (zh) * 2019-10-24 2020-01-21 江苏大学 一种电催化联合藻类参与含油废水利用的方法
CN110713853B (zh) * 2019-10-24 2021-09-10 江苏大学 一种电催化联合藻类参与含油废水利用的方法
CN112934947A (zh) * 2021-03-31 2021-06-11 郑州大学 一种矿业废弃地的生态修复方法
CN112934947B (zh) * 2021-03-31 2022-06-14 郑州大学 一种矿业废弃地的生态修复方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107400027B (zh) 2020-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101591130B (zh) 活性污泥全部资源化零排放的处理方法
CN105107828B (zh) 一种养殖废弃物中磷素资源化回收的方法
CN102633414B (zh) 一种利用微波处理污泥提取有机物的方法
CN102503019B (zh) 一种沼液回用实现沼液资源化的方法
CN107400027A (zh) 一种藻类生物质废弃物中磷素资源化提取回收的方法
CN102603135B (zh) 微波和碱联合处理循环回流污泥强化厌氧发酵产生沼气的方法
CN108101956B (zh) 一种土霉素菌渣处理及利用方法
CN105040498A (zh) 一种从木薯渣中提取纤维素的方法及其应用
CN110241140B (zh) 一种预处理提高餐厨垃圾和蓝藻混合产氢的方法
CN104743756A (zh) 一种资源化低能耗污泥处理方法
CN104098238A (zh) 一种剩余污泥的深度处理方法
CN105256081A (zh) 一种利用白酒酒糟制备木糖的方法
CN115196998A (zh) 一种强化纤维素类废弃生物质水热腐殖化的方法
CN113292216A (zh) 一种热碱解-磷酸铵镁固定磷氮-脱出水利用的联合工艺处理剩余污泥的方法
CN113912182B (zh) 一种植物基固液混合碳源的应用
CN105399963A (zh) 一种木质纤维素酯基氧化催化剂的机械活化固相制备方法
CN102838262A (zh) 一种污泥厌氧消化的化学强化预处理方法
CN112759210B (zh) 一种污泥处理系统及方法
CN101210033B (zh) 一种植物纤维原料综合利用技术
CN102702306B (zh) 一种超声梯度水解回收污泥蛋白质的方法
CN105506024A (zh) 一种生物质废弃物的预处理方法
CN109231331B (zh) 一种污泥消化沼液的脱co2脱氨专用装置及工艺
CN109607992B (zh) 一种降低水相中重金属的污泥水热处理方法
CN107298512B (zh) 一种畜禽粪水重金属钝化与养分氮磷回收的集成处理方法
CN104673858A (zh) 水体修复木质纤维类原料预处理法及相应的产氢法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant