申请日2017.02.28
公开(公告)日2017.07.14
IPC分类号B01D53/00; C05G1/00
摘要
一种利用污泥和畜禽粪便制备空气净化材料和复合肥的方法，包括如下步骤：取污泥，加入纳米钛酸钙、硅藻土、双氧水和酸溶液，得到固体A和液体A;取粪便加入液体A、浓磷酸和硝酸银溶液，得到固体B和液体B;调整液体B的pH值，得到固体C和液体C;将固体B浸于氢氧化钾溶液中，得到固体D和液体D;将固体A、C和D混合，烘干球磨，润湿加压成型，干燥煅烧，浸泡于液体D中，加热，炭化活化，得陶瓷材料;液体C中加入纳米催化剂得到悬浊液，再将陶瓷材料浸泡其中，最后将悬浊液滤过陶瓷材料，得到剩余液E,将陶瓷材料烘干，保温老化，得到净化材料;滤液与剩余液E混合，喷雾干燥，得到复合肥料。本发明具有很高的环境效益和经济效益。
权利要求书
1.一种利用污泥和畜禽粪便制备空气净化材料和复合肥的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)取新鲜的剩余污泥，调整含水率80%～85%，加入污泥质量的0.5～2%的纳米钛酸钙、10%～20%的硅藻土、10%～20%的质量百分含量为30%的双氧水，搅拌均匀，加热至微沸10～20min，再按污泥质量千克数与混合酸溶液体积的升数之比为1Kg:1L比例，加入含0.1～0.2mol/L盐酸和0.2～1mol/L硫酸的混合酸溶液，搅拌均匀，密闭，90~100℃，反应10～20min，固液分离，得到固体A和液体A;
2)取与污泥等质量的含水率为80%～85%的新鲜畜禽粪便，加入步骤一得到液体A和粪便质量的10%～30%的质量百分浓度为85%浓磷酸，搅拌均匀，密闭，加热至60~100℃，反应5～10min，然后剧烈搅拌下，逐滴加入与步骤一中的盐酸等摩尔的硝酸银溶液，反应完全，固液分离，得到固体B和液体B;
3)用任意比例的氨水和氢氧化钾调整液体B的pH值为6～7，静置沉淀，固液分离，得到固体C和液体C;
4)将固体B浸没于氢氧化钾溶液中，调整并保持pH值为11～12，加热到60～90℃搅拌20～40min，固液分离，得到固体D和液体D;将固体A、固体C和固体D混合，120℃烘干，球磨2～8h，润湿，加压15-26MPa，成型，105℃烘干，于950～1250℃煅烧，得到多孔陶瓷;
5)将步骤四得到的液体D加热浓缩至波美度为26-32后，将步骤四得到的多孔陶瓷浸泡于其中，超声振荡，多孔陶瓷充分吸附饱和，取出，105℃烘干，置于炭化炉内，氮气保护下于400～500℃炭化20～40min，再置于活化炉内，通入多孔陶瓷1倍质量的水蒸气于800～1000℃活化10～20min，得到复合多孔陶瓷材料;
6)将步骤三得到的液体C中加入液体C质量0.1-1%的纳米催化剂粉体，超声分散，光照条件下搅拌反应120min，加热浓缩至近饱和，得到悬浊液，再将步骤五得到的复合多孔陶瓷材料浸泡其中，超声振荡，吸附饱和，最后将悬浊液滤过复合多孔陶瓷材料，直至悬浊液澄清，得到剩余液E，将复合多孔陶瓷材料60-80℃烘干，保温老化24h，得到多孔陶瓷基空气净化材料;
7)收集步骤六澄清的滤液与步骤五的剩余液E混合，浓缩干燥，得到复合肥料。
2.根据权利要求1所述的一种利用污泥和畜禽粪便制备空气净化材料和复合肥的方法，其特征在于，所述的畜禽粪便为草食性或杂食性动物的粪便。
3.根据权利要求1所述的一种利用污泥和畜禽粪便制备空气净化材料和复合肥的方法，其特征在于，所述的污泥为城市生活污水处理厂排放的剩余污泥。
4.根据权利要求1所述的一种利用污泥和畜禽粪便制备空气净化材料和复合肥的方法，其特征在于，所述的步骤二中加入的硝酸银溶液体积为不大于步骤一中加入混合酸溶液体积的十分之一。
5.根据权利要求1所述的一种利用污泥和畜禽粪便制备空气净化材料和复合肥的方法，其特征在于，所述的步骤四中煅烧方法为：以2.2℃/min的升温速度升到358 ℃, 并在此温度下保温20 min，再以5.5℃/min的速度继续升温到烧成温度, 并保温10～20 min，炉内冷却到室温。
6.根据权利要求1所述的一种利用污泥和畜禽粪便制备空气净化材料和复合肥的方法，其特征在于，所述的步骤六中加入的纳米催化剂为纳米钛酸钙、纳米钒酸铋、纳米钛酸锶、纳米二氧化钛中的一种或几种。
说明书
一种利用污泥和畜禽粪便制备空气净化材料和复合肥的方法
技术领域
本发明属于环境生态技术领域，具体涉及一种利用污泥和畜禽粪便制备空气净化材料和复合肥的方法。
背景技术
污水处理厂排放的大量的剩余污泥是环境领域的一大难题。目前，各国常采用卫生填埋和焚烧等方法处理。但是卫生填埋存在着环境安全隐患，焚烧法成本高，且易污染大气。污泥中含有大量的有机质和氮、磷、钾、氨基酸和微量元素等营养成分，其中的很多成分都是宝贵的资源。因而，积极探讨污泥的综合利用方法，变废为宝，是污泥处置的最好出路。但是污泥中也同时含有重金属和有毒有机物，传统的堆肥方法不能有效去除。李灵芝等人(ZL 201310671591.0，一种活性污泥肥料)通过添加EDTA、硫酸铁、柠檬酸、黄腐酸钾、山梨糖醇和ZnCl2等药剂，将污泥制成肥料，虽然可以提高作物产量，但是该方法制备的肥料没有考虑病原菌、有机有毒物质和重金属的问题;奥利·艾欧(ZL 200880012497.1，从污泥中生产肥料的方法)利用过热水蒸气对污泥处理，制备了有机肥料，杀灭了病原菌，但是，污泥中的重金属尚未除去，依然存在着污染风险;汤光华和曹先仲(申请号 201510078197.5，一种由污泥制备生态肥料的方法)采用添加污泥重金属阻断剂的方法，制备了污泥生态肥料，冯婷婷(成都理工大学硕士学位论文，2009，硕士改性粉煤灰钝化城市污泥中的重金属及其在农业上的应用研究)采用粉煤灰、隆梦佳(白腐菌对污泥堆肥木质素降解及重金属钝化影响，华中农业大学，2009-06-01 硕士)采用白腐菌、白天宇(添加热改性凹凸棒对污泥中重金属钝化效果的研究，兰州交通大学，2014-04-01，硕士)采用改性凹凸棒等对污泥中重金属进行钝化……，这些方法虽然可以暂时减缓重金属的释放，但是该方法没有彻底去除重金属，随着肥料进入土壤的重金属在微生物等的作用下，会释放出来，潜在危害巨大。污泥制备活性炭等水处理材料是当前污泥的另一个出路，但是污泥含碳量相对较低，杂质含量较高，制备活性炭成本高。
在传统农业中，畜禽粪便都是堆肥后用于农业生产。但是，在现代的畜禽养殖产业中，为了提高肉蛋奶的产量和品质，以及防病治病需要，会在饲料里添加大量的富含微量元素的营养成分和各种添加剂，畜禽进食后，这些物质会有很大一部分会以原形的形式随粪尿排泄出来，所以，畜禽粪便中除了含有蛋白质、氨基酸和纤维素木质素外，还会含有大量的铜铁锌等重金属，以及抗生素和生长促进剂等有害物质。传统的堆肥法，不能有效去除这些有害物质，这些有害物质随粪肥进入土壤，会对农产品和环境造成严重的危害。曹进采用畜禽粪便中添加吸附剂，混合后发酵的方法，制备有机肥(发明专利，申请号：201310511848.6，一种利用畜禽粪便生产有机肥料的方法)。李荣华采用玉米秸秆为调理剂，以工业废弃物粉煤灰、风化煤和膨润土为重金属钝化剂，发酵处理畜禽粪便(李荣华，西北农林科技大学，博士学位论文，添加重金属钝化剂对猪粪好氧堆肥的影响研究，2013)等等。这些仅仅依靠发酵的方法不能有效去除抗生素等有害物质，对重金属的钝化只是临时改变了重金属的状态，依然存在着环境风险。
随着室内外空气污染的加剧，空气净化材料和设备需求激增。目前空气净化材料和设备主要有活性炭(魏靖东，发明专利：200910187276.4，活性炭空气净化板;闵海龙，申请号：201510550472.9，一种活性炭滤网空气净化器)，多孔陶瓷(郭松林，王明刚，王海舟，发明专利ZL201310277791.8，杀菌除臭多功能陶瓷块;黄智锋，郭涛，申请号：201410820750.3，多孔陶瓷膜滤杀病原微生物的空气净化装置;常启兵，杨玉龙，等申请号：201610227125 .7，一种陶瓷基空气净化过滤介质及其过滤器;仲兆祥，赵阳，姚忠，申请号201510783917.8，一种用于空气净化的载银碳纳米管陶瓷复合膜的制备方法)，硅藻泥(董金龙，申请号：201410752210.6，一种室温下非光催化净化空中气甲醛的硅藻泥墙壁材料;张立功，于春生，申请号：201110276582.2，一种可喷涂的硅藻泥空气净化型内墙装饰材料)，纳米二氧化钛等光催化剂(袁国梁，发明专利ZL201210134422.9，室内自然光催化抗菌节能的陶瓷釉及其使用方法)。这些材料有的净化空气能力有限，有的制备成本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用污泥和畜禽粪便制备空气净化材料和复合肥的方法。将污泥用催化氧化法消灭微生物等有害物质，破坏污泥细胞壁，在用酸充分提取氨基酸和各种营养元素，提取液与牛粪混合，利用提取液中的酸提取牛粪中的氨基酸、胶体物质和金属离子，分离出提取液，用碱调pH值，利用牛粪中的胶体物质的络合絮凝作用，使得污泥和牛粪提取液中的重金属去除更为彻底。固体制备多孔陶瓷复合材料，各成分都充分利用。制备高性能空气净化材料和安全的有机无机复合肥的同时，无害化、资源化综合利用畜禽粪便和剩余污泥，废物利用，无二次污染，节能环保，具有很高的环境效益和经济效益。
采用的技术方案是
一种利用污泥和畜禽粪便制备空气净化材料和复合肥的方法，包括如下步骤：
1)取新鲜的剩余污泥，调整含水率80～85%，加入污泥质量的0.5～2%的纳米钛酸钙、10～20%的硅藻土、10～20%的质量百分含量为30%的双氧水，搅拌均匀，加热至微沸10～20min，再按污泥质量千克数与混合酸溶液体积的升数之比为1Kg:1L比例，加入含0.1～0.2mol/L盐酸和0.2～1mol/L硫酸的混合酸溶液，搅拌均匀，密闭，90~100℃，反应10～20min，固液分离，得到固体A和液体A;
2)取与污泥等质量的含水率为80～85%的新鲜畜禽粪便，加入步骤一得到液体A和粪便质量的10～30%的质量百分浓度为85%的浓磷酸，搅拌均匀，密闭，加热至60~100℃，反应5～10min，然后剧烈搅拌下，逐滴加入与步骤一中的盐酸等摩尔的硝酸银溶液，反应完全，固液分离，得到固体B和液体B;
3)用任意比例的氨水和氢氧化钾调整液体B的pH值为6～7，静置沉淀，固液分离，得到固体C和液体C;
4)将固体B浸没于氢氧化钾溶液中，调整并保持pH值为11～12，加热到60～90℃搅拌20～40min，固液分离，得到固体D和液体D;将固体A、固体C和固体D混合，120℃烘干，球磨2～8h，润湿，加压15-26MPa，成型，105℃烘干，于950～1250℃煅烧，得到多孔陶瓷;
5)将步骤四得到的液体D加热浓缩至波美度为26-32后，将步骤四得到的多孔陶瓷浸泡于其中，超声振荡，多孔陶瓷充分吸附饱和，取出，105℃烘干，置于炭化炉内，氮气保护下于400～500℃炭化20～40min，再置于活化炉内，通入多孔陶瓷1倍质量的水蒸气于800～1000℃活化10～20min，得到复合多孔陶瓷材料;
6)将步骤三得到的液体C中加入液体C质量0.1-1%的纳米催化剂，超声分散，光照条件下搅拌反应120min，加热浓缩至近饱和，得到悬浊液，再将步骤五得到的复合多孔陶瓷材料浸泡其中，超声振荡，吸附饱和，最后将悬浊液滤过复合多孔陶瓷材料，直至悬浊液澄清，得到剩余液E，将复合多孔陶瓷材料60-80℃烘干，保温老化24h，得到多孔陶瓷基空气净化材料;
7)收集步骤六澄清的滤液与步骤五的剩余液E混合，浓缩干燥，得到复合肥料。
所述的畜禽粪便为草食性或杂食性动物的粪便。
所述的污泥为城市生活污水处理厂排放的剩余污泥。
所述的步骤二中滴加的硝酸银溶液体积不超过步骤一中加入混合酸溶液体积的十分之一。
所述的步骤四中煅烧方法为：以2.2℃/min的升温速度升到358 ℃, 并在此温度下保温20 min，再以5.5℃/min的速度继续升温到烧成温度，并保温10～20 min，炉内冷却到室温。
所述的步骤六中加入的纳米催化剂为纳米钛酸钙、纳米钒酸铋、纳米钛酸锶、纳米二氧化钛中的一种或几种。
本发明的优点在于：制备高性能空气净化材料和安全的有机无机复合肥的同时，无害化、资源化综合利用畜禽粪便和剩余污泥，废物利用，无二次污染，节能环保，具有很高的环境效益和经济效益。
