[發(fā)明專利]一種基于生物炭的尿液廢水處理方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201811077617.8
• 申請日: 2018-09-15
• 公開（公告）號: CN109160570A
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李志鵬;孫佩哲;張若純
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: C02F1/28
• 分類號: C02F1/28;B01J20/20;B01J20/30;C02F101/16
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 程小艷

本發(fā)明涉及含有新興污染物的尿液廢水的資源化處置，具體涉及一種基于生物炭的尿液廢水處理方法，主要包括確定處理目標(biāo)、制備材料的選擇、生物炭的制備、處理實驗的進(jìn)行。本發(fā)明還公開一種基于生物炭的尿液廢水處理方法，采用該方法處理過后的尿液廢水中，其本身所含的新興污染物濃度大幅度下降，尿液本身作為一種可回收利用的資源，富含各種營養(yǎng)元素，如氮、磷等，因此經(jīng)過處理過后的尿液廢水可以作為一種液體肥料，施加入土壤中，實現(xiàn)氮、磷元素的循環(huán)，進(jìn)一步完善資源回收的任務(wù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及含有新興污染物的尿液廢水的資源化處置，具體涉及一種基于生物炭的尿液廢水處理方法。

背景技術(shù)

當(dāng)代社會，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，人口的不斷爆發(fā)性增長，對于糧食的需要也隨之越來越大，而更大的糧食需求，促使在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中為了獲得更大的糧食產(chǎn)量而不斷增加化肥的使用量，尤其是氮肥、磷肥，施加量更是不斷增加。磷肥，主要來自于磷礦石的開采，而在使用中，大部分的磷會經(jīng)過地表徑流和水土流失以及元素循環(huán)作用，最終以沉積物的形式沉積到海洋中，從而難以實現(xiàn)磷元素在全球范圍內(nèi)的循環(huán)作用，使磷成為一種不可再生的資源。當(dāng)今社會，隨著工業(yè)文明的不斷發(fā)展，現(xiàn)階段，磷需求預(yù)計將進(jìn)一步增長，全球磷產(chǎn)量峰值預(yù)計將在2030年左右出現(xiàn)，磷不僅是保障糧食生產(chǎn)以滿足日益增長的世界人口的必不可少的資源；同時生物燃料生產(chǎn)的產(chǎn)量不斷增加，給全球的磷儲備帶來了額外的負(fù)擔(dān)。

同時，施用的肥料中，很大一部分并未被作物固定、利用，而是隱藏在土壤中，隨著地表徑流與水土流失。肥料中的營養(yǎng)物質(zhì)隨之遷移，最終進(jìn)入到湖泊、河流等水體中，水環(huán)境中積聚了過多的氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)，會使水中的藻類及浮游植物大規(guī)模爆發(fā)性增殖，消耗水中的溶解氧，使水生動物因缺氧而死亡。同時藻類死亡后，尸體分解，會產(chǎn)生大量的營養(yǎng)物質(zhì)，惡性循環(huán)。

由于尿液中富含各種營養(yǎng)元素，使其在資源恢復(fù)領(lǐng)域引起了越來越多的關(guān)注。雖然尿液的總體積僅占城市污水總量的4％左右，但它卻提供了城市污水中接近80％的氮和超過50％的磷，由于城市污水處理后會排入到天然水體中，甚至部分污廢水未經(jīng)處理就會直接排放，因此污廢水中較高的氮磷濃度會對水體產(chǎn)生極大的影響，最直接的影響就是水體的富營養(yǎng)化，導(dǎo)致水體惡化，水生動物死亡，污染水域。因此對城市污水中的尿液進(jìn)行單獨處理，從而實現(xiàn)實現(xiàn)循環(huán)利用，對于資源回收以及減輕天然水體的負(fù)荷具有重要的作用。

生物炭是一種多孔性的富碳材料，主要是由廢棄的生物質(zhì)在缺氧的條件下，經(jīng)高溫?zé)峤猱a(chǎn)生，是一種廉價的吸附性材料。一般生成的生物炭大多具有較大的比表面積和表面能，具有較強(qiáng)的吸附作用，生物炭能夠通過吸附環(huán)境中污染物從而降低其生物有效性。Mahtabet等認(rèn)為生物炭能通過含氧官能團(tuán)、經(jīng)典引力等去除無機(jī)和極性有機(jī)污染物。Verhejen等綜合許多研究發(fā)現(xiàn)，生物炭對疏水性有機(jī)污染物的親和力是有機(jī)質(zhì)的10到1000倍，生物碳能去除土壤和沉積物中80-90％的痕量疏水性有機(jī)污染物。此外，生物炭通過對污染物的吸附-解吸影響污染物的遷移。Jeong等研究了木基生物炭對土壤中泰樂菌素(大環(huán)內(nèi)酯類)吸附-解吸過程的影響，證實了生物炭使用對土壤中泰樂菌素的吸附具有明顯的促進(jìn)作用，并且通過對比添加(5％w/w)和不添加生物炭的易混合置換土柱實驗結(jié)果表明，在土壤中使用生物炭后，抗生素從土柱中淋出濃度的峰值減小，峰值出現(xiàn)的時間延遲，同時穿透曲線的形狀由對稱變?yōu)榉菍ΨQ并出現(xiàn)長拖尾，說明生物炭對抗生素的解吸過程具有延滯作用。

經(jīng)過生物炭吸附處理過后的尿液廢水，其中的新興污染物質(zhì)濃度會大幅度下降，在這樣的情況下，尿液可以作為一種富含氮磷資源的液體肥料進(jìn)行回收利用，如用作農(nóng)業(yè)施肥過程，施加入土壤，或者對尿液廢水進(jìn)行進(jìn)一步的處理，回收其中的氮磷資源，同時，污染物濃度的下降，在一定程度上保證了回收產(chǎn)物的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于生物炭的尿液廢水處理方法。

本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中提出的技術(shù)問題提出的技術(shù)方案是：一種基于生物炭的尿液廢水處理方法，包括以下步驟：