CN110937695A - 一种用于沼液资源化处理的复合材料和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于沼液资源化处理的复合材料,其包括复合颗粒,所述复合颗粒含有聚磷菌Malikia spinosa ATCC 14606,所述复合颗粒包括如下重量份的组分:铁尾矿砂30~50份;钢渣15~30份、园林落叶10~20份以及黏土10~20份。本发明的复合材料具有处理效果好且成本低的优点。本发明同时提供一种用于沼液资源化处理的方法,以废治废,对保护生态环境、促进工农业可持续发展具有重要意义。

Description

一种用于沼液资源化处理的复合材料和方法
技术领域
本发明涉及固体废弃物资源化利用和沼液处理技术,具体涉及一种用于沼液资源化处理的复合材料和方法。
背景技术
随着沼气工程的快速发展,其产生的沼液量随之增大。全国每年沼液排放量超过1.3亿吨。沼液中含有高浓度的有机物以及氮、磷、钾等营养物质,但是沼液作为肥料在利用过程中需要随出随施,不便于存放,且含有一定有害菌及有害物质,不能大量施用,造成了资源化利用率较低的现状。另一方面,沼液直接排放会对对环境造成污染,因此,沼液如何消纳,成为沼气工程发展的瓶颈。
目前,对沼液处理的方法可概括为资源化利用和达标处理两方面。沼液资源化利用主要方式是沼液还田,但存在农田消纳能力不足、冬季用量小、远距离运输成本高等利用时空不均和经济性问题;或者利用超滤、反渗透和各种膜反应器对沼液进行浓缩,回收氮、磷、钾等营养物质用作肥料。沼液达标处理是以好氧生物降解为核心工艺,通过降解有机物、脱氮除磷,实现水质达标排放。但是,这些沼液深度处理技术存在技术工艺复杂、运行成本高等问题。
吸附法对沼液中氮磷去除较为彻底、操作较为简单,正被越来越多的研究人员所关注,常用的吸附材料多是粉煤灰、活性炭、沸石等廉价天然材料经过改性之后,对沼液中的氨氮和磷进行吸附,虽然效果相对较好,但是其综合成本较高,因此,寻找一种高效、廉价的新型材料是十分必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种处理效果好且成本低的用于沼液资源化处理的复合材料,同时提供一种用于沼液资源化处理的方法,以废治废,对保护生态环境、促进工农业可持续发展具有重要意义。
本发明采用如下技术方案:
一种用于沼液资源化处理的复合材料,其包括复合颗粒,所述复合颗粒含有聚磷菌Malikia spinosa ATCC 14606,所述复合颗粒包括如下重量份的组分:铁尾矿砂30~50份;钢渣15~30份、园林落叶10~20份以及黏土10~20份。
其中,所述复合颗粒中聚磷菌Malikia spinosa ATCC 14606含量大于1×108cfu/g。
其中,铁尾矿砂为铁矿石磨细选取有用组分后所排放的固体废料,钢渣为转炉炼钢或熔化在电弧炉中的废料制钢的副产品。
其中,园林落叶为晾干后的法桐叶、国槐叶、银杏叶、樟树叶、柳树叶和杨树叶中的一种或几种。
其中,黏土为常规用黏土。
其中,所述用于沼液资源化处理的复合材料通过如下方法制备:
(1)将铁尾矿砂、钢渣以及园林落叶分别粉碎,过100目筛;
(2)依照重量份配比,将经粉碎后得到的铁尾矿砂粉、钢渣粉以及园林落叶粉混合均匀,在造粒机中造粒,粒径为2~5mm(优选为2~3mm),再在105℃烘干,600-850 ℃下焙烧2-5h,得到复合颗粒;
(3)复合颗粒冷却后,向其表面喷施聚磷菌Malikia spinosa ATCC 14606菌液,之后再喷施质量浓度为3-5%的海藻酸钠溶液,低温烘干,即得。
其中,步骤(1)中,铁尾矿砂和钢渣采用球磨粉碎。
其中,所述聚磷菌Malikia spinosa ATCC 14606菌液的制备方法为:将聚磷菌Malikia spinosa ATCC 14606保存菌种复活,液体发酵培养,培养基为营养肉汤NB培养基,培养温度25 ℃,培养时间48 h,发酵液中菌体含量大于1×109 cfu/mL。
其中,营养肉汤NB培养基为:蛋白胨10.0 g/L、牛肉浸粉 3.0 g/L、氯化钠5.0 g/L,pH值7.2±0.2。
一种利用上述复合材料对沼液资源化处理的方法,其包括如下步骤:
(I)将沼气发酵残留物进行固液分离,得到沼液;
(II)在沼液中加入复合材料,搅拌,并于25~30℃保持20-48 h;所述复合材料的投入量为沼液质量的1~10%;
(III)将复合材料从沼液中过滤回收,得到滤后颗粒,滤后颗粒用于制备缓释有机肥或育苗基质;处理后的沼液全量回流入沼气发酵罐。
一种缓释有机肥,由复合材料经沼液资源化处理后得到的滤后颗粒制备。
一种人工育苗基质,由复合材料经沼液资源化处理后得到的滤后颗粒制备。
本发明的有益效果在于:首先原料主要为铁尾矿砂、钢渣等固体废弃物,量大、廉价易得,用其对沼液进行处理,相当于以废治废、变废为宝,同步实现沼液处理和固体废弃物资源化处理的双重目标。其次,将物理吸附和生物处理相结合,大幅度提高沼液中氮磷去除效率。第三,铁尾矿砂复合材料吸附沼液中的氮磷等有机营养物质后,可以作为缓释肥和营养土的基质,生产有机肥;第四,经铁尾矿砂复合材料吸附后的沼液可以回流进厌氧发酵罐,解除由于沼液回流造成的氨氮抑制,提高系统运行稳定性,进而减少沼液大量排放对环境造成的污染压力。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案进行详述,但不作为对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种用于沼液资源化处理的复合材料,按重量份数计,包括以下原料:30份铁尾矿砂、30份钢渣、10份园林落叶和20份黏土,其中,行道树落叶为法桐树叶。
分别粉碎,过100目筛,按重量份混合均匀,水分含量控制在45~60%,造粒(2-3mm),105 ℃烘干,650 ℃下焙烧5 h。
在烧结冷却后得到的复合材料表层喷施聚磷菌Malikia spinosa ATCC 14606,之后再喷施质量浓度为3%的海藻酸钠溶液,低温烘干,复合材料含菌量为1.5×108 cfu/g。
实施例2
一种用于沼液资源化处理的复合材料,按重量份数计,包括以下原料:50份铁尾矿砂、15份钢渣、20份园林落叶和15份黏土,其中,行道树落叶为国槐落叶、樟树落叶和杨树落叶的混合物(等质量混合)。
分别粉碎、过100目筛,按重量份混合均匀,水分含量控制在45~60%,造粒(2-5mm),105 ℃烘干,850℃下焙烧2 h。
在烧结冷却后得到的复合材料表层喷施聚磷菌Malikia spinosa ATCC 14606,之后再喷施质量浓度为5%的海藻酸钠溶液,低温烘干,复合材料含菌量为2.7×108 cfu/g。
实施例3
一种用于沼液资源化处理的复合材料,按重量份数计,包括以下原料:40份铁尾矿砂、20份钢渣、15份园林落叶和10份黏土,其中,行道树落叶为法桐叶、银杏叶和柳树叶的混合物(等质量混合)。
分别粉碎,过100目筛,按重量份混合均匀,水分含量控制在45~60%,造粒(2-3mm),105 ℃烘干,600℃下焙烧3 h。
在烧结冷却后得到的复合材料表层喷施聚磷菌Malikia spinosa ATCC 14606,之后再喷施质量浓度为4%的海藻酸钠溶液,低温烘干,复合材料含菌量为1.9×108 cfu/g。
实施例4-6
实施例4采用的是猪场粪水厌氧发酵沼液、实施例5采用的是奶牛场粪水厌氧发酵沼液,实施例6采用的是青霉素菌渣厌氧发酵沼液。
具体处理步骤如下:
(1)将固液分离后的沼液,倒入反应池中。
(2)在反应池中投加质量比为1~10%的经加工后的复合材料,搅拌混匀,保持20-48h。
(3)将复合材料与沼液分离出来,得到滤后颗粒。将滤后颗粒用于缓释有机肥料或人工育苗基质的生产。
结果见表1,在沼液中投加不同量复合材料后,氨氮和总磷的浓度均显著下降,去除率大于80%。
表1复合材料处理沼液结果
Figure DEST_PATH_IMAGE001
实施例7
以青霉素菌渣为厌氧发酵原料,采用5 L厌氧罐,分别设进样口、出料口、集气口等,中温35±2 ℃,半连续发酵系统,有机负荷2.5 gVS/d/L,水力停留时间30 d。每天定时测定沼气产量、甲烷含量、pH值、氨氮浓度等。
每次出料的沼液用复合材料处理,参照实施例5,处理后的沼液全量回流,同时再设一个处理,未处理沼液全量回流。结果利用未处理沼液回流的厌氧发酵系统运行48 d时系统产气量显著下降,出现抑制现象。而利用复合材料处理后的沼液回流,正常运行150 d时还没有出现抑制现象,进一步说明,经过复合材料处理,大幅度降低氮磷浓度,减少沼液回流过程中的氨氮抑制,提高系统运行稳定性。
对比例1
一种复合材料,按重量份数计,包括以下原料:50份铁尾矿砂、15份钢渣和15份黏土。
分别粉碎、过100目筛,按重量份混合均匀,调整含水量,造粒(2-5 mm),105 ℃烘干,850℃下焙烧2 h。
在烧结冷却后得到的铁尾矿砂复合材料表层喷施聚磷菌Malikia spinosa ATCC14606,之后再喷施质量浓度为5%的海藻酸钠溶液,低温烘干,复合材料含菌量为2.7×108 cfu/g。
对比例2
一种复合材料,按重量份数计,包括以下原料:50份铁尾矿砂、15份钢渣、20份园林落叶和15份黏土,其中,行道树落叶为国槐落叶、樟树落叶和杨树落叶的混合物(等质量混合)。
分别粉碎、过100目筛,混合均匀,调整含水量,造粒(2-5 mm),105 ℃烘干,850 ℃下焙烧2 h。
依照实施例6的试验步骤,区别在于,使用对比例1或对比例2制得的复合材料对青霉素菌渣厌氧发酵沼液进行处理,结果如表2所示。
表2对比例复合材料处理沼液结果
Figure 58850DEST_PATH_IMAGE002
根据上述的实施例对本发明作了详细描述。需说明的是,以上的实施例仅仅为了举例说明发明而已。在不偏离本发明的精神和实质的前提下,本领域技术人员可以设计出本发明的多种替换方案和改进方案,其均应被理解为在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于沼液资源化处理的复合材料,其特征在于,其包括复合颗粒,所述复合颗粒含有聚磷菌Malikia spinosa ATCC 14606,所述复合颗粒包括如下重量份的组分:铁尾矿砂30~50份;钢渣15~30份、园林落叶10~20份以及黏土10~20份。
2.根据权利要求1所述的复合材料,其特征在于,所述复合颗粒中聚磷菌Malikia spinosa ATCC 14606含量大于1×108cfu/g。
3.根据权利要求1所述的复合材料,其特征在于,其通过如下方法制备:
(1)将铁尾矿砂、钢渣以及园林落叶分别粉碎,过100目筛;
(2)依照重量份配比,将经粉碎后得到的铁尾矿砂粉、钢渣粉以及园林落叶粉混合均匀,在造粒机中造粒,再在105℃烘干,600-850℃下焙烧2-5 h,得到复合颗粒;
(3)复合颗粒冷却后,向其表面喷施聚磷菌Malikia spinosa ATCC 14606菌液,再喷施质量浓度为3~5%的海藻酸钠溶液,低温烘干,即得。
4.根据权利要求3所述的复合材料,其特征在于,所述聚磷菌Malikia spinosa ATCC14606菌液的制备方法为:将聚磷菌Malikia spinosa ATCC 14606保存菌种复活,液体发酵培养,培养基为营养肉汤NB培养基,培养温度25 ℃,培养时间48 h,发酵液中菌体含量大于1×109 cfu/mL。
5.一种利用权利要求1~4任一项所述的复合材料对沼液资源化处理的方法,其特征在于,其包括如下步骤:
(I)将沼气发酵残留物进行固液分离,得到沼液;
(II)在沼液中加入复合材料,搅拌,并于25~30℃保持20-48 h;所述复合材料的投入量为沼液质量的1~10%;
(III)将复合材料从沼液中过滤回收,得到滤后颗粒;处理后的沼液全量回流入沼气发酵罐。
6.一种如权利要求5所述的方法得到的滤后颗粒制备的缓释有机肥。
7.一种如权利要求5所述的方法得到的滤后颗粒制备的人工育苗基质。
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