CN116903414B - 一种自动调理剂在可持续的治理农业面源磷污染中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动调理剂在可持续的治理农业面源磷污染中的应用，其中调理剂的制备方法包括：将农林废弃物切碎后置于碱性溶液中，碱损曝气造孔，经过滤，然后将滤饼置于金属盐溶液中浸泡，得到混合物料，然后向混合物料中曝气，再调节混合物料的pH值，经过滤，将滤饼烘干，得到金属氧化物附着固体材料；将金属氧化物附着固体材料作为填充物填充至空心柱子内得到吸附柱，然后将畜禽养殖尾水流经吸附柱，待完成吸附畜禽养殖尾水中的磷后取出填充物，烘干，得到吸附磷后的金属氧化物附着吸磷剂，即为可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂。本发明能够同时对养殖业和种植业进行磷污染防控，治理效果显著，具有潜在的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及绿色农业技术领域，具体是一种自动调理剂在可持续的治理农业面源磷污染中的应用。
背景技术
磷是造成水体污染的重要因子之一，也是农业面源污染的污染物。磷是作物生长发育的必需营养元素，我国的磷资源正面临短缺的风险。养殖尾水中富含有大量的磷元素，而将养殖尾水中的磷用于种植业中，不仅能同步防控养殖业和种植业的磷污染，也能实现种养循环，资源节约是未来农业绿色发展的趋势。然而，直接将养殖尾水灌溉于农田土壤中，存在重金属、抗生素等污染风险，而且由于管道、运输等成本以及土地消纳的水量有限，因此如何安全并高效实现磷的循环利用是现在面临的困难。
吸附法因成本低、效率高等优点，被公认为是处理水体磷污染的高效手段。然而现阶段吸附剂的再生回用也是技术难题之一，完全洗脱需要耗费大量的成本。如何进行吸附剂的再利用限制了其在处理农业污染尾水中的广泛应用。除了考虑将吸附完成后的吸附剂洗脱再利用，现阶段，研发人员也同时考虑开发其剩余价值，将其作为土壤调理剂也许是可行的解决方法之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种一种自动调理剂在可持续的治理农业面源磷污染中的应用，以解决现有技术中如何安全并高效实现养殖业中磷污染的去除以及种植业进行持续性的磷污染防控的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）将农林废弃物切碎后置于碱性溶液中，碱损曝气造孔1-12h，曝气量为100-500mL/min，经过滤，收集滤饼，然后将滤饼置于金属盐溶液中浸泡1-10h，得到混合物料，然后向混合物料中曝气，曝气量为100-500mL/min，再调节混合物料的pH值至8-10，经过滤，收集滤饼，将滤饼置于30-70℃下烘干5-8h，得到金属氧化物附着固体材料；
（2）将金属氧化物附着固体材料作为填充物填充至空心柱子内得到吸附柱，所述填充物填充至空心柱子内的长度为1-3m，直径为20-30cm，然后将100000-200000L的畜禽养殖尾水以流速为0.05-0.1m/min流经吸附柱，待完成吸附畜禽养殖尾水中的磷后取出填充物，并置于30-70℃下烘干5-8h，得到吸附磷后的金属氧化物附着吸磷剂，即为可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂。
进一步的，所述农林废弃物与碱性溶液的质量体积比为1:1-2㎏/L，所述农林废弃物与金属盐溶液的质量体积比为1:2-5㎏/L。
进一步的，所述金属盐溶液为MgCl2溶液、CaCl2溶液、LaCl3溶液、Mg(NO3)2溶液、Ca(NO3)2溶液、La(NO3)3溶液中的任意一种；所述金属盐溶液的浓度为0.1-1mol/L。
进一步的，所述碱性溶液为NaOH溶液、KOH溶液、氨水溶液中的任意一种；所述碱性溶液的浓度为0.5-2mol/L。
进一步的，所述农林废弃物为水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、油菜秸秆、棉花秸秆、大豆秸秆、高粱秸秆、贝类壳、龙虾壳、田螺壳、稻壳、花生壳、豆壳、玉米芯、景观树枝、茶树枝、果树枝、坚果壳中的一种或多种；所述将农林废弃物切碎至0.1-10cm。
进一步的，所述过滤所用滤网的目数为50-80目。
进一步的，所述吸附柱的收集管的直径为2-6cm。
第二方面，本发明提供了由上述的可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂的制备方法制得的可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂。
第三方面，本发明提供了上述可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂的应用方法，包括如下步骤：
将磷质量比为1:5-20的可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂和无机磷肥混匀后作为一次性基肥，施入农田土壤中，深度为2-8cm。
进一步的，所述无机磷肥50-100%作基肥，0-50%作蘖肥，穗肥不再施用无机磷肥。
第四方面，本发明提供了上述的可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂在种植业和养殖业进行磷污染防控中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂及其制备方法和应用，以农林废弃物作为原料，可以将农林废弃物变废为宝，节约成本；利用碱损曝气造孔和金属盐改性得到的金属氧化物附着固体材料，对磷酸盐具有较强的吸附能力；利用金属氧化物附着固体材料吸附畜禽养殖尾水当中的磷酸盐得到吸附磷后的金属氧化物附着吸磷剂，能够有效回收畜禽养殖尾水中的磷元素，并能够高效治理畜禽养殖尾水中的磷污染；将吸附磷后的金属氧化物附着吸磷剂施入农田土壤中，不仅吸附磷后的金属氧化物附着吸磷剂上多余的活性位点能够固持土壤中易流失的磷，而且打通了种养循环，能根据作物生长需求自动释放出活性磷，起到缓释作用，进一步综合防控农业面源磷污染的产生。本发明操作过程简便，条件温和，所得产品便于运输和保存，能够同时对养殖业和种植业进行磷污染防控，并且持续性地对种植业产生防控功效，且能够助力减缓农林废弃物污染，对磷污染的治理效果显著，具有潜在的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例1所制得的金属氧化物附着固体材料和可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂的红外光谱图；
图2是本发明实施例2所制得的金属氧化物附着固体材料和可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂的红外光谱图；
图3是本发明实施例3所制得的金属氧化物附着固体材料和可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂的红外光谱图；
图4是本发明实施例4中种植小麦和种植水稻时耕作层土壤中的磷形态分级图；
图5是本发明实施例4中种植水稻时退水耕作层土壤中的总磷浓度分析；
图6是本发明实施例5中种植小麦和种植水稻时耕作层土壤中的磷形态分级图；
图7是本发明实施例5中种植水稻时退水耕作层土壤中的总磷浓度分析；
图8是本发明实施例6中种植小麦和种植水稻时耕作层土壤中的磷形态分级图；
图9是本发明实施例6中种植水稻时退水耕作层土壤中的总磷浓度分析；
图10是本发明制备以及应用可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）将水稻秸秆切碎至0.1cm后置于浓度为0.5mol/L的NaOH溶液中，所述水稻秸秆与NaOH溶液的质量体积比为1:1㎏/L，碱损曝气造孔1h，曝气量为100mL/min，经过滤，收集滤饼，然后将滤饼置于浓度为0.1mol/L的Mg(NO3)2溶液中浸泡1h，所述水稻秸秆与Mg(NO3)2溶液的质量体积比为1:2㎏/L，得到混合物料，然后向混合物料中曝气，曝气量为100mL/min，再调节混合物料的pH值至8，经过滤，收集滤饼，所述过滤所用滤网的目数为50目，将滤饼置于30℃下烘干5h，得到金属氧化物附着固体材料；
（2）将金属氧化物附着固体材料作为填充物填充至空心柱子内得到吸附柱，所述填充物填充至空心柱子内的长度为1m，直径为20cm，然后将100000L的畜禽养殖尾水以流速为0.05m/min流经吸附柱，所述吸附柱的收集管的直径为2cm，待完成吸附畜禽养殖尾水中的磷后取出填充物，并置于30℃下烘干5h，得到吸附磷后的金属氧化物附着吸磷剂，即为可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂。
图1是实施例1所制得的金属氧化物附着固体材料和可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂的红外光谱图，由图1当中吸磷前的红外光谱图可以看出，在855cm-1处出现的峰隶属于金属氧化物（M-O）键，表明金属氧化物附着固体材料成功制备，由图1当中吸磷后的红外光谱图可以看出，在695cm-1处的峰有明显的增强，隶属于O-P键，表明吸附磷后的金属氧化物附着吸磷剂，即可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂成功制备。
测量吸附前后畜禽养殖尾水中的磷浓度，并计算得到畜禽养殖尾水中磷的去除率为50.01%，去除磷的量为0.278㎏，可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂中的含磷量为14.01g/㎏。
实施例2
一种可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）将小麦秸秆切碎至5cm后置于浓度为1mol/L的KOH溶液中，所述小麦秸秆与KOH溶液的质量体积比为1:1.5㎏/L，碱损曝气造孔6h，曝气量为300mL/min，经过滤，收集滤饼，然后将滤饼置于浓度为0.5mol/L的LaCl3溶液中浸泡5h，所述小麦秸秆与LaCl3溶液的质量体积比为1:4㎏/L，得到混合物料，然后向混合物料中曝气，曝气量为300mL/min，再调节混合物料的pH值至9，经过滤，收集滤饼，所述过滤所用滤网的目数为60目，将滤饼置于50℃下烘干6h，得到金属氧化物附着固体材料；
（2）将金属氧化物附着固体材料作为填充物填充至空心柱子内得到吸附柱，所述填充物填充至空心柱子内的长度为2m，直径为28cm，然后将150000L的畜禽养殖尾水以流速为0.08m/min流经吸附柱，所述吸附柱的收集管的直径为4cm，待完成吸附畜禽养殖尾水中的磷后取出填充物，并置于50℃下烘干6h，得到吸附磷后的金属氧化物附着吸磷剂，即为可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂。
图2是实施例2所制得的金属氧化物附着固体材料和可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂的红外光谱图，由图2当中吸磷前的红外光谱图可以看出，在852cm-1处出现的峰隶属于金属氧化物（M-O）键，表明金属氧化物附着固体材料成功制备，由图2当中吸磷后的红外光谱图可以看出，在693cm-1和613cm-1处的峰有明显的增强，隶属于O-P键，表明吸附磷后的金属氧化物附着吸磷剂，即可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂成功制备。
测量吸附前后畜禽养殖尾水中的磷浓度，并计算得到畜禽养殖尾水中磷的去除率为98.35%，去除磷的量为8.20㎏，可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂中的含磷量为7.94g/㎏。
实施例3
一种可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）将玉米秸秆切碎至10cm后置于浓度为2mol/L的氨水溶液中，所述玉米秸秆与氨水溶液的质量体积比为1:2㎏/L，碱损曝气造孔12h，曝气量为500mL/min，经过滤，收集滤饼，然后将滤饼置于浓度为1mol/L的Ca(NO3)2溶液中浸泡10h，所述玉米秸秆与Ca(NO3)2溶液的质量体积比为1:5㎏/L，得到混合物料，然后向混合物料中曝气，曝气量为500mL/min，再调节混合物料的pH值至10，经过滤，收集滤饼，所述过滤所用滤网的目数为80目，将滤饼置于70℃下烘干8h，得到金属氧化物附着固体材料；
（2）将金属氧化物附着固体材料作为填充物填充至空心柱子内得到吸附柱，所述填充物填充至空心柱子内的长度为3m，直径为30cm，然后将200000L的畜禽养殖尾水以流速为0.1m/min流经吸附柱，所述吸附柱的收集管的直径为6cm，待完成吸附畜禽养殖尾水中的磷后取出填充物，并置于70℃下烘干8h，得到吸附磷后的金属氧化物附着吸磷剂，即为可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂。
图3是实施例3所制得的金属氧化物附着固体材料和可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂的红外光谱图，由图3当中吸磷前的红外光谱图可以看出，在854cm-1处出现的峰隶属于金属氧化物（M-O）键，表明金属氧化物附着固体材料成功制备，由图3当中吸磷后的红外光谱图可以看出，在695cm-1和615cm-1处的峰有明显的增强，隶属于O-P键，表明吸附磷后的金属氧化物附着吸磷剂，即可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂成功制备。
测量吸附前后畜禽养殖尾水中的磷浓度，并计算得到畜禽养殖尾水中磷的去除率为65.88%，去除磷的量为14.61㎏，可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂中的含磷量为9.8g/㎏。
实施例4
可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂的应用方法，包括如下步骤：
将磷质量比为1:5的可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂和无机磷肥混匀后作为一次性基肥，施入农田土壤中，深度为2cm，所述无机磷肥100%作基肥，0%作蘖肥，穗肥不再施用无机磷肥。
第一季种植植物为小麦，以将可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂施入农田土壤的日期作为第1天，分别取施入后第10天、第50天、第100天以及第150天的耕作层土壤，经冷冻干燥后利用修正的Hedley磷分级分析耕作层土壤中磷的形态。第二茬种植植物为水稻，以将磷肥施入农田土壤的日期作为第1天，分别取施入后第10天、第50天、第100天以及第130天的耕作层土壤，经冷冻干燥后利用修正的Hedley磷分级分析耕作层土壤中磷的形态。Hedley磷分级将土壤中磷的形态分为3种，分别为活性态磷（植物直接利用且易流失形态）、中度活性态磷（不易流失形态）和稳定态磷。图4为实施例4中种植小麦和种植水稻时耕作层土壤中的磷形态分级图。在水稻种植时，分别取施入后第3天、第7天、第14天、第28天和第48天的退水耕作层土壤进行总磷浓度分析，图5为实施例4中种植水稻时退水耕作层土壤中的总磷浓度分析。
由图4可以看出：施用本发明的调理剂后，在小麦生长的初期，活性态磷所占比例明显下降43.10%，中度活性态磷所占比例增加了12.8%，稳定态磷变化依然较小，随着小麦生长，中度活性态磷所占比例自动逐渐减少，活性态磷所占比例自动逐渐增加，极不活性态磷变化依然较小。该结果表明，本发明的调理剂进入土壤后短期內能将活性态磷转化为中度活性态磷并且随着作物的生长需求，逐渐将中度活性态磷转化为活性态磷，产生自动调理的效果。在第二茬水稻生长的过程中，出现了同样的效果，在生长的初期，活性态磷所占比例明显下降29.64%，中度活性态磷所占比例增加了9.8%，稳定态磷变化依然较小，随着水稻生长，中度活性态磷所占比例自动逐渐减少，活性态磷所占比例自动逐渐增加，极不活性态磷变化依然较小。上述结果表明，添加本发明的调理剂能有效预防前期土壤磷流失，随着作物生长需求自动调整土壤活性磷含量，进而预防农业面源磷污染。
由图5可以看出：添加本发明的调理剂后，总磷浓度下降速度更快，在第14天时，总磷浓度已经低于我国环境地表水五类水标准，由此说明，本发明的调理剂具备控制农业面源磷污染的功效。
实施例5
可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂的应用方法，包括如下步骤：
将磷质量比为1:15的可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂和无机磷肥混匀后作为一次性基肥，施入农田土壤中，深度为5cm，所述无机磷肥70%作基肥，30%作蘖肥，穗肥不再施用无机磷肥。
第一季种植植物为小麦，以将可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂施入农田土壤的日期作为第1天，分别取施入后第10天、第100天以及第150天的耕作层土壤，经冷冻干燥后利用修正的Hedley磷分级分析耕作层土壤中磷的形态。第二茬种植植物为水稻，以将磷肥施入农田土壤的日期作为第1天，分别取施入后第15天、第100天以及第130天的耕作层土壤，经冷冻干燥后利用修正的Hedley磷分级分析耕作层土壤中磷的形态。Hedley磷分级将土壤中磷的形态分为3种，分别为活性态磷（植物直接利用且易流失形态）、中度活性态磷（不易流失形态）和稳定态磷。图6为实施例5中种植小麦和种植水稻时耕作层土壤中的磷形态分级图。在水稻种植时，分别取施入后第3天、第7天、第10天、第14天、第28天和第48天的退水耕作层土壤进行总磷浓度分析，图7为实施例5中种植水稻时退水耕作层土壤中的总磷浓度分析。
由图6可以看出：施用本发明的调理剂后，在小麦生长的初期，活性态磷所占比例明显下降56.67%，中度活性态磷所占比例增加了22.57%，稳定态磷变化依然较小，随着小麦生长，中度活性态磷所占比例自动逐渐减少，活性态磷所占比例自动逐渐增加，极不活性态磷变化依然较小。该结果表明，本发明的调理剂进入土壤后短期內能将活性态磷转化为中度活性态磷并且随着作物的生长需求，逐渐将中度活性态磷转化为活性态磷，产生自动调理的效果。在第二茬水稻生长的过程中，出现了同样的效果，在生长的初期，活性态磷所占比例明显下降56.10%，中度活性态磷所占比例增加了43.51%，稳定态磷变化依然较小，随着水稻生长，中度活性态磷所占比例自动逐渐减少，活性态磷所占比例自动逐渐增加，极不活性态磷变化依然较小。上述结果表明，添加本发明调理剂能有效预防前期土壤磷流失，随着作物生长需求自动调整土壤活性磷含量，进而预防农业面源磷污染。
由图7可以看出：添加本发明的调理剂后，总磷浓度下降速度更快，在第10天时，总磷浓度已经低于我国环境地表水五类水标准。由此说明，本发明的调理剂具备控制农业面源磷污染的功效。
实施例6
可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂的应用方法，包括如下步骤：
将磷质量比为1:20的可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂和无机磷肥混匀后作为一次性基肥，施入农田土壤中，深度为8cm，所述无机磷肥50%作基肥，50%作蘖肥，穗肥不再施用无机磷肥。
第一季种植植物为小麦，以将可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂施入农田土壤的日期作为第1天，分别取施入后第10天、第100天以及第150天的耕作层土壤，经冷冻干燥后利用修正的Hedley磷分级分析耕作层土壤中磷的形态。第二茬种植植物为水稻，以将磷肥施入农田土壤的日期作为第1天，分别取施入后第15天、第100天以及第130天的耕作层土壤，经冷冻干燥后利用修正的Hedley磷分级分析耕作层土壤中磷的形态。Hedley磷分级将土壤中磷的形态分为3种，分别为活性态磷（植物直接利用且易流失形态）、中度活性态磷（不易流失形态）和稳定态磷。图8为实施例6中种植小麦和种植水稻时耕作层土壤中的磷形态分级图。在水稻种植时，分别取施入后第3天、第7天、第10天、第14天、第28天和第48天的退水耕作层土壤进行总磷浓度分析，图9为实施例6中种植水稻时退水耕作层土壤中的总磷浓度分析。
由图8可以看出：施用本发明的调理剂后，在小麦生长的初期，活性态磷所占比例明显下降31.63%，中度活性态磷所占比例增加了13.95%，稳定态磷变化依然较小，随着小麦生长，中度活性态磷所占比例自动逐渐减少，活性态磷所占比例自动逐渐增加，极不活性态磷变化依然较小。该结果表明，本发明的调理剂进入土壤后短期內能将活性态磷转化为中度活性态磷并且随着作物的生长需求，逐渐将中度活性态磷转化为活性态磷，产生自动调理的效果。在第二茬水稻生长的过程中，出现了同样的效果，在生长的初期，活性态磷所占比例明显下降22.93%，中度活性态磷所占比例增加了17%，稳定态磷变化依然较小，随着水稻生长，中度活性态磷所占比例自动逐渐减少，活性态磷所占比例自动逐渐增加，极不活性态磷变化依然较小。上述结果表明，添加本发明的调理剂能有效预防前期土壤磷流失，随着作物生长需求自动调整土壤活性磷含量，进而预防农业面源磷污染。
由图9可以看出：添加本发明的调理剂后，总磷浓度下降速度更快，在第14天时，总磷浓度低于我国环境地表水五类水标准，由此说明，本发明的调理剂具备控制农业面源磷污染的功效。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (6)
1.一种自动调理剂在可持续的治理农业面源磷污染中的应用，其特征在于，包括如下步骤：
将磷质量比为1:5-20的自动调理剂和无机磷肥混匀后作为一次性基肥，施入农田土壤中，深度为2-8cm；所述无机磷肥50-100%作基肥，0-50%作蘖肥，穗肥不再施用无机磷肥；其中，自动调理剂的制备过程如下：
（1）将农林废弃物切碎后置于碱性溶液中，碱损曝气造孔1-12h，曝气量为100-500mL/min，经过滤，收集滤饼，然后将滤饼置于金属盐溶液中浸泡1-10h，得到混合物料，然后向混合物料中曝气，曝气量为100-500mL/min，再调节混合物料的pH值至8-10，经过滤，收集滤饼，将滤饼置于30-70℃下烘干5-8h，得到金属氧化物附着固体材料；
（2）将金属氧化物附着固体材料作为填充物填充至空心柱子内得到吸附柱，所述填充物填充至空心柱子内的长度为1-3m，直径为20-30cm，然后将100000-200000L的畜禽养殖尾水以流速为0.05-0.1m/min流经吸附柱，待完成吸附畜禽养殖尾水中的磷后取出填充物，并置于30-70℃下烘干5-8h，得到吸附磷后的金属氧化物附着吸磷剂，即为可持续的治理农业面源磷污染的自动调理剂。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述农林废弃物与碱性溶液的质量体积比为1:1-2㎏/L，所述农林废弃物与金属盐溶液的质量体积比为1:2-5㎏/L。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述金属盐溶液为MgCl2溶液、CaCl2溶液、LaCl3溶液、Mg(NO3)2溶液、Ca(NO3)2溶液、La(NO3)3溶液中的任意一种；所述金属盐溶液的浓度为0.1-1mol/L。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述碱性溶液为NaOH溶液、KOH溶液、氨水溶液中的任意一种；所述碱性溶液的浓度为0.5-2mol/L。
5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述农林废弃物为水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、油菜秸秆、棉花秸秆、大豆秸秆、高粱秸秆、贝类壳、龙虾壳、田螺壳、稻壳、花生壳、豆壳、玉米芯、景观树枝、茶树枝、果树枝、坚果壳中的一种或多种；所述将农林废弃物切碎至0.1-10cm。
6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述过滤所用滤网的目数为50-80目；所述吸附柱的收集管的直径为2-6cm。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103721677A (zh) * | 2014-01-13 | 2014-04-16 | 农业部沼气科学研究所 | 一种用于废水除磷的生物质碳复合材料的制备方法 |
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| CN206232430U (zh) * | 2016-12-07 | 2017-06-09 | 江苏开放大学 | 一种畜禽废水处理的吸附柱装置 |
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