公布日：2023.01.24
申请日：2022.12.09
分类号：B01J20/20(2006.01)I;B01J20/30(2006.01)I;C01B25/45(2006.01)I;C02F1/28(2006.01)N;C02F1/461(2006.01)N;C02F1/52(2006.01)N;C02F3/28(2006.01)N;
C02F103/20(2006.01)N;C02F101/16(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种养殖废水的资源化处理方法，属于污水处理技术领域；该方法包括以下步骤：S1、将养殖废水进行厌氧发酵处理后，固液分离，收集液相，制得厌氧发酵废水；S2、将镁源、吸附剂添加至所述厌氧发酵废水中结晶，固液分离，收集得鸟粪石；收集液相为结晶后废水；S3、将所述结晶后废水进行电解处理；所述吸附剂包括以下制备原料：生物质原料、氧化石墨烯和铁源。本发明的资源化处理方法中，利用吸附剂本身的吸附作用，初步实现对氨氮和磷酸根的吸附；在吸附的同时，镁源中镁离子、氨氮和磷酸根会结合形成鸟粪石，从而实现了养殖废水中氨氮和磷元素的资源化。
权利要求书
1.一种养殖废水的资源化处理方法，其特征在于，由以下步骤组成：S1、将养殖废水依次经过初沉淀、粗格栅、细格栅和沉降池，进行固液分离后，制得预处理养殖废水；再将预处理养殖废水进行厌氧发酵处理后，固液分离，收集液相，制得厌氧发酵废水；S2、将镁源、吸附剂添加至所述厌氧发酵废水中结晶，固液分离，收集得鸟粪石；收集液相为结晶后废水；S3、将所述结晶后废水进行电解处理；所述电解处理后的废水进行加热蒸发，制得处理后的养殖废水；所述养殖废水为含磷废水；所述吸附剂包括以下重量份数的制备原料：生物质原料100份、氧化石墨烯40份和铁源3份；所述吸附剂的制备方法，包括以下步骤：S01、制备氧化石墨烯分散液；S02、将所述铁源添加至所述氧化石墨烯分散液中，制得铁改性氧化石墨烯分散液；S03、将所述生物质原料添加至所述铁改性氧化石墨烯分散液中超声分散，固液分离，收集固相；S04、将步骤S03所得固相煅烧；所述氧化石墨烯的横向尺寸为40μm-50μm；所述吸附剂与所述厌氧发酵废水的质量体积比为10mg：1L-2L；所述镁源中镁和所述养殖废水中磷酸根的摩尔比为1:0.9-1；步骤S04中所述煅烧的温度为400℃-500℃；所述电解的电流密度为3A/cm2-5A/cm2；所述加热蒸发的温度为80℃-90℃；所述加热蒸发的时间为1h-2h。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物质原料包括玉米秸秆和棉花秸秆中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S03中所述超声的功率为200W-300W。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电解的时间为2h-3h。
发明内容
本发明的目的在于提供一种养殖废水的资源化处理方法，以解决上述背景技术中提出的问题和缺陷的至少一个方面。
具体如下：本发明提供了一种养殖废水的资源化处理方法，包括以下步骤：
S1、将养殖废水进行厌氧发酵处理后，固液分离，收集液相，制得厌氧发酵废水；
S2、将镁源、吸附剂添加至所述厌氧发酵废水中结晶，固液分离，收集固相；
收集液相为结晶后废水；
S3、将所述结晶后废水进行电解处理；
所述养殖废水为含磷废水；
所述吸附剂包括以下制备原料：
生物质原料、氧化石墨烯和铁源。
根据本发明资源化处理方法中的一种技术方案，至少具备如下有益效果：
本发明的资源化处理方法中先通过对养殖废水进行厌氧发酵处理后，实现了养殖废水中的COD的初步去除；再将吸附剂和镁源添加至厌氧发酵废水中，利用吸附剂本身的吸附作用，初步实现对氨氮和磷酸根的吸附；在吸附的同时，镁源中镁离子、氨氮和磷酸根会结合形成鸟粪石，从而实现养殖废水中氨氮和磷酸根的有效回收；吸附剂除起到成核位点的作用，还能够对厌氧发酵废水中COD进行进一步的去除，从而进一步减低了厌氧发酵废水中的COD；本发明再通过固液分离，将固相进行回收，从而实现了养殖废水中氨氮和磷元素的资源化。
同时，本发明还通过对结晶后废水进行电解处理，利用电解过程中产生的氢氧根，将结晶后的废水中氨氮转化为一水合氨，从而有利于氨氮的进一步回收处理。
本发明中吸附剂由生物质原料、氧化石墨烯和铁源组成；其中生物质原料可以形成生物炭，其具有较好的吸附性能；而铁源中铁元素具有较好的络合作用，从而能够对结晶废水中氨氮和磷酸根相互作用，从而提升吸附效果，从而促进鸟粪石的形成；即本发明中通过上述物种之间的搭配使用，从而进一步提升了氨氮和磷元素的资源化，同时还实现了养殖废水中COD的有效去除。
根据本发明的一些实施方式，所述养殖废水中氨氮的质量含量为1000mg/L-2000mg/L。
根据本发明的一些实施方式，所述养殖废水中总磷的质量含量为180mg/L-200mg/L。
养殖废水中含有较高浓度的氨氮和磷，若不进行回收利用，则会导致资源的浪费。
根据本发明的一些实施方式，所述吸附剂包括以下重量份数的制备原料：
生物质原料100份、氧化石墨烯20份-50份和铁源3份-5份。
在制备过程中，氧化石墨烯为承载平台，起到承载铁源的作用；因此，相对于氧化石墨烯而言，铁源的用量相对较少；而生物质原料最终用于形成生物炭，而生物炭对最终吸附剂的吸附效果存在影响，因此，生物质原料的用量相对较高。
根据本发明的一些实施方式，所述生物质原料包括玉米秸秆和棉花秸秆中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述镁源为硫酸镁和氧化镁中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述镁源中镁离子和所述养殖废水中磷酸根的摩尔比为1:0.9-1。
通过控制镁盐的添加量，提高了养殖废水中氨氮和磷酸盐的转化率；从而制得了高纯度的鸟粪石；镁离子含量过低，则会导致沉淀不完全；镁离子含量过高，则会导致磷酸根与镁离子结合形成Mg3(PO4)2；从而影响鸟粪石的纯度。
根据本发明的一些实施方式，所述吸附剂与所述厌氧发酵废水的质量体积比为10mg：1L-2L。
本发明实施方式中吸附剂的添加量少，在步骤S2中固相中的残留量小，并不会对最终固相中鸟粪石的纯度产生较大的影响。
根据本发明的一些实施方式，所述结晶过程中分散速度为400r/min-500r/min。
根据本发明的一些实施方式，所述结晶的时间为50min-60min。
根据本发明的一些实施方式，所述铁源为硫酸铁。
根据本发明的一些实施方式，所述吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
S01、制备氧化石墨烯分散液；
S02、将所述铁源添加至所述氧化石墨烯分散液中，制得铁改性氧化石墨烯分散液；
S03、将所述生物质原料添加至所述铁改性氧化石墨烯分散液中超声分散，固液分离，收集固相；
S04、将步骤S03所得固相煅烧。
在吸附剂的制备过程中，先制备氧化石墨烯分散液，从而使得氧化石墨烯充分分散；再将铁源添加至氧化石墨烯分散液中，利用氧化石墨烯表面丰富的官能团，从而将铁源络合在氧化石墨烯的表面，从而对氧化石墨烯实现铁改性；最后再将生物质原料添加至铁改性氧化石墨烯分散液中，通过超声作用使生物质原料和铁改性氧化石墨烯进行充分的混合，再将混合后的固相进行煅烧，从而制得吸附剂。
根据本发明的一些实施方式，所述氧化石墨烯分散液的质量浓度为5mg/L-10mg/L。
根据本发明的一些实施方式，所述氧化石墨烯的横向尺寸为40μm-50μm。
通过将氧化石墨烯的横向尺寸控制在上述范围，从而实现了对铁源和生物质原料最终转化形成的生物炭的更好的承载，从而进一步提升了吸附剂的效果。
根据本发明的一些实施方式，所述生物质原料的目数为200目-400目。
根据本发明的一些实施方式，步骤S03中所述超声的功率为200W-300W。
根据本发明的一些实施方式，步骤S04中所述超声的时间为5min-10min。
通过对超声功率和时间的控制，从而实现了对生物质原料分散效果进行控制。
根据本发明的一些实施方式，步骤S04中所述煅烧的温度为400℃-500℃。
根据本发明的一些实施方式，步骤S04中所述煅烧的时间为4h-5h。
根据本发明的一些实施方式，步骤S04中所述煅烧中的气氛为氮气。
根据本发明的一些实施方式，所述电解的电流密度为3A/dm2-5A/dm2。
通过对电解的电流密度进行控制，从而实现了对电解效果进行控制。
根据本发明的一些实施方式，所述电解的时间为2h-3h。
根据本发明的一些实施方式，所述电解采用惰性电极。
根据本发明的一些实施方式，所述电解的阳极为涂层钛阳极（DSA）。
根据本发明的一些实施方式，所述电解的阴极为石墨电极。
根据本发明的一些实施方式，所述电解处理后的废水进行加热蒸发，制得处理后的养殖废水。
通过对电解处理后的废水进行加热蒸发，从而使得电解处理后的废水中一水合氨挥发，实现氨氮的进一步回收。
根据本发明的一些实施方式，所述加热蒸发的温度为80℃-90℃。
根据本发明的一些实施方式，所述加热蒸发的时间为1h-2h。
根据本发明的一些实施方式，步骤S2中所述固相中主要成分为鸟粪石。
（发明人：刘光石;何捷;刘欣;陈金花;李进;汤文艳;邓光跃;刘远宏）
