[发明专利]一种提高畜禽粪便生物炭中碳酸氢钠提取态磷含量的方法

说明书

本发明属于固体废弃物资源化利用技术领域，涉及一种提高畜禽粪便生物炭中碳酸氢钠提取态磷含量的方法，该方法包括：将畜禽粪便烘干至水分含量为0.1wt％以下，将所得干燥样品细磨至粒度≤100目，再将所得细磨样品与米糠混合均匀，接着将所得改性混合样品热解后随炉冷却，得到畜禽粪便生物炭。本发明操作简单，成本较低，可有效解决了现有猪粪热解制备生物炭有效磷含量偏低的问题，使解生物炭中的磷向易于被植物吸收利用的碳酸氢钠提取态磷方向转化，与畜禽粪便单独热解所得生物炭相比碳酸氢钠提取态磷含量提高100％。

技术领域

本发明属于固体废弃物资源化利用技术领域，具体涉及一种提高畜禽粪便生物炭中碳酸氢钠提取态磷含量的方法。

背景技术

我国农牧产业重点地区因畜禽粪便未得到及时无害化处理与科学利用，致使其任意排放造成的环境污染问题日益突出。近年来，畜禽粪便的热解炭化技术得到了广泛关注。该技术将畜禽粪便通过绝氧中温炭化，彻底分解病原菌和抗生素，不仅能够钝化有害重金属，而且还能够将粪便中绝大部分磷元素保留在生物炭中。由于土地利用过程中，土壤中磷的形态对其植物吸收利用具有重要意义，因此需要对于磷的形态进行调控。当前对于畜禽粪便中磷的分析多数采用化学连续提取法，分成五大类，即H₂O-P(水溶态磷)、NaHCO₃-P(NaHCO₃提取态磷)、NaOH-P(NaOH溶解态磷)、HCl-P(酸溶态磷)和Residual-P(残渣磷)。其中，不同形态磷的生物学意义如表1所示。水溶性磷含量高的畜禽粪便未经处理易于导致地表径流中可溶态磷含量的增加，因此，畜禽粪便水溶性磷H₂O-P含量高易导致环境流失风险。在磷组分中，NaHCO₃-P不流失，易矿化，有效性较高，能够与土壤溶液中的磷快速交换供植物根系吸收利用。因此，降低水溶态磷H₂O-P含量并提高NaHCO₃-P含量是畜禽粪便制备生物炭用于土壤改良或生物肥料的重要环节。

表1不同形态磷的生物学意义

关于磷元素的调控，有部分研究者开展了相关工作。例如，CN108793415A公开了一种利用微生物燃料电池-沉水植物原位控制沉积物磷释放的方法及装置，步骤包括：A、在富营养化水体沉积物中种植沉水植物；B、在底泥层-水界面下处、沉水植物根系附近埋设阳极板；C、在水-空气界面设置阴极板，使阴极材料悬浮在水面中，阴极板部分暴露在空气中；D、将阳极板和阴极板用导线和外电阻连接，形成电流回路。该方法通过形成更稳定的磷形态吸附在沉积物中，显著减少了沉积物磷的释放。CN111377769A公开了一种氮磷形态调控剂及其制备方法和应用，所述调控剂包括如下组分：三七总皂苷5％～15％、海藻酸23％～30％、柠檬酸30％～35％、植酸酶2％～5％、硝化抑制剂3％～8％、解磷菌剂8％～10％、蚯蚓蚓激酶1.5％～10％、小分子氨基酸复配物5％～10％。该氮磷形态调控剂通过激活土壤中微生物活性、改善土壤环境、调节氮磷储存形态等方式，提高土壤中大量富集氮磷的转化能力，促进作物吸收利用。CN107352766A公开了一种采用微生物电催化促进污泥有机磷向无机磷转化的方法，该方法要解决目前存在的污泥中有机磷转化为无机磷进而释放到上清液效率低的问题，旨在通过利用微生物电解池辅以游离亚硝酸(FNA)预处理来实现污泥中有机磷向无机磷的转化，以更好地实现氮、磷的同步回收和利用。然而，上述专利申请公开的技术方案均不涉及畜禽粪便中磷元素的调控，更不涉及畜禽粪便热解生物炭中的磷元素的调控。

由于采用热解工艺可以实现畜禽粪便的快速减量化与无害化，并获得含磷的生物炭，可以施用于土壤利用实现资源利用，是集约化养殖场处理畜禽粪便的重要手段。由于NaHCO₃-P易矿化，有效性较高，植物短期利用，不易流失，因此，开发提高畜禽粪便热解生物炭中NaHCO₃-P含量的技术方案，对于畜禽粪污的资源化、土壤改良和作物生长等方面都具有重要意义。

发明内容