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1、(10)申请公布号 CN 103130337 A (43)申请公布日 2013.06.05 CN 103130337 A *CN103130337A* (21)申请号 201310034185.3 (22)申请日 2013.01.29 C02F 3/34(2006.01) C02F 3/28(2006.01) (71)申请人 清华大学 地址 100084 北京市海淀区 100084 信箱 82 分箱清华大学专利办公室 (72)发明人 左剑恶 刘峰林 杨波 邢薇 王佩 (74)专利代理机构 西安智大知识产权代理事务 所 61215 代理人 贾玉健 (54) 发明名称 一种应用生物炭在农村面源污染。
2、除氮的方法 (57) 摘要 一种应用生物炭在农村面源污染除氮的方 法， 先将农业废弃物在金属离子溶液中进行改性， 之后风干后备用 ； 将风干后的农业废弃物装入密 闭的不锈钢容器中， 缺氧燃烧得到生物炭 ； 取出 制备的生物炭粉碎， 填埋在农业面源污水收集沟 塘下面， 并与沟塘下面的土壤混合使沟塘下面土 壤中的微生物能够附着在生物炭上面 ； 待农业面 源污水产生的时候， 污水经过收集沟塘储存， 污水 在下渗至土壤的过程中， 其中的氨氮被生物炭吸 附， 硝态氮被生物炭作为缓释碳源， 在土壤中的微 生物作用下进行反硝化， 本发明原料来源广泛， 价 格低廉， 整个过程不投加任何化学药剂， 不会对土 壤。
3、产生二次污染 ； 操作工艺非常简单， 对管理要 求低， 针对农村当地处理面源污染设施的改造量 较小， 成本低。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 (10)申请公布号 CN 103130337 A CN 103130337 A *CN103130337A* 1/1 页 2 1. 一种应用生物炭在农村面源污染除氮的方法， 其特征在于， 包括如下步骤 ： 步骤一， 将农业废弃物风干后备用 ； 步骤二， 将风干后的农业废弃物装入密闭的不锈钢容器中， 在马弗炉中加热 300 500， 当温度。
4、稳定之后， 持续 3 6 个小时， 得到生物炭 ； 步骤三， 取出制备好的生物炭粉碎成直径为 3 10mm 的颗粒， 将所述颗粒填埋在农业 面源污水收集沟塘下面， 并按照 10 30% 的质量比例与沟塘下面的土壤混合， 以使沟塘下 面土壤中的微生物能够附着在生物炭上面 ； 步骤四， 待农业面源污水产生的时候， 污水经过收集沟塘储存， 污水在下渗至土壤的过 程中， 其中的氨氮被生物炭吸附， 硝态氮被生物炭作为缓释碳源， 在土壤中的微生物作用下 进行反硝化。 2. 根据权利要求 1 所述应用生物炭在农村面源污染除氮的方法， 其特征在于， 所述农 业废弃物为秸秆、 木材或者果壳。 3. 根据权利要求。
5、 1 所述应用生物炭在农村面源污染除氮的方法， 其特征在于， 所述步 骤三中填埋深度为 50 100cm。 4. 根据权利要求 1 所述应用生物炭在农村面源污染除氮的方法， 其特征在于， 所述农 业废弃物风干在风干之前， 先在金属离子溶液中进行改性， 改性方式为将农业废弃物置于 金属离子溶液中 10 30 分钟， 溶液的浓度为 0.5mol/L。 5. 根据权利要求 4 所述应用生物炭在农村面源污染除氮的方法， 其特征在于， 所述金 属离子溶液为三价铁溶液、 二价铁溶液、 铜离子溶液或者铝离子溶液。 权 利 要 求 书 CN 103130337 A 2 1/4 页 3 一种应用生物炭在农村面源。
6、污染除氮的方法 技术领域 0001 本发明涉及一种高效去除农业面源总氮污染的方法， 同时涉及一种农业废弃物的 处理手段， 尤其涉及一种应用生物炭在农村面源污染除氮的方法。 背景技术 0002 随着中国经济的发展， 人们对于环境问题日益关注， 面源污染作为一个重要的污 染源， 也逐渐得到人们的关注。在农业污染中， 以农业面源污染最为突出， 包含化肥和农 药引起的污染， 畜禽养殖， 生活废水引起的污染等。农业面源污染对周边环境以及人们的 生活造成了严重的影响， 根据 第一次全国污染源普查报告 显示， 农业面源污染每年排放 270.46 万吨总氮， 28.47 万吨总磷， 分别占全国总排放量的 52。
7、.7% 和 67.4%。农业面源污染 对太湖， 巢湖， 滇池的总氮贡献率均大于 60%。每年流入长江黄河中的总氮， 分别有 92% 以 及 88% 来自农业面源污染。虽然我过目前城市化建设非常迅速， 但是农村地区还是占全国 总面积的 75% 以上， 而我国也是一个农业大国， 所以如何解决以及控制农业面源污染， 尤其 是农业面源污染中的氮磷污染， 是一个非常重要的课题。 农业面源污染具有分散性， 不确定 性， 难以量化性几个特点， 污染源难以界定， 难以有单一的有效手段进行控制。 在国外， 针对 农业面源污染主要控制手段主要分为三步 ： 第一是立法， 通过强有力的立法来约数农业污 染源的排放， 。
8、从源头控制农业面源污染， 例如美国的绿色农业补贴， 制定专门的化肥法律， 日本的 肥料管理法 、可持续农业法 、 欧盟更是在1999年将农业的税收直接和环保挂钩。 经过强有力的立法之后， 第二步是化肥农药的研究， 通过研究高效缓释肥料， 减缓肥料农业 对于农业面源污染的贡献。第三步是过程阻隔， 国外常用的技术室人工湿地， 植被缓冲带， 生态过滤塘， 这些经过人工改 造， 基于自然生态环境的处理工艺， 能够在一定程度上缓解 农业面源污染物质直接排入水体。 0003 生物炭是一种富含碳的生物质通过缺氧燃烧产生的， 它具有孔隙率高， 包含有机 质与无机质， 同时无机质中的碳非常稳定的特点。 生物炭原。
9、料的来源非常广泛， 农业废弃物 几乎都能够成为其原料， 包含秸秆， 木材， 果壳等等。 生物炭的稳定性取决于生产过程， 一般 温度越高， 生物炭中的物质部分含量越高， 就越稳定。近生物炭有两个特性非常有价值， 一 是相比其它土壤养分， 生物炭更能够保持养分， 二是生物炭非常稳定， 难以降解， 所以生物 炭在缓减气候变化， 提高土壤肥力， 减缓环境污染等作用。些年来， 关于生物炭去除土壤中 污染物的报道越来越多， 经研究表明， 生物炭能够对土壤中的重金属， 微量有机污染物有着 较好的去除效果。农业面源污染中的总氮污染是一个非常棘手的问题， 我国现在主要湖泊 都在遭受着总氮超标的威胁。将生物炭利用。
10、在农业面源污染中去除总氮， 既能够充分利用 当地的秸秆等农业废弃物， 同时能够高效的去除面源污水中的氨氮及硝态氮， 具有很强的 市场前景及应用价值。 发明内容 0004 为了克服上述现有技术的缺点， 本发明的目的在于提供一种应用生物炭在农村面 说 明 书 CN 103130337 A 3 2/4 页 4 源污染除氮的方法， 利用农村秸秆废弃物产生的生物炭去除农业面源污染中的总氮， 操作 简单， 成本低廉。 0005 本发明提出利用秸秆缺氧燃烧产生的生物炭去除农业面源污染中的总氮， 主其原 料主要是农业秸秆废弃物， 在适当的条件下制备生物炭， 按照一定的方法填埋在收集农村 面源污水塘沟的下部， 。
11、经过一段时间之后， 面源污染中的氨氮会被生物炭吸附， 硝态氮会被 生物炭作为缓释碳源， 被微生物利用进行反硝化。 应用同样的生物炭， 由于其含有无机成分 以及有机成分， 导致其无机成分可以吸附氨氮， 有机成分作为缓释碳源， 被微生物利用将硝 态氮进行反硝化。 0006 为了达到上述目的， 本发明采用的具体技术方案为 ： 0007 一种应用生物炭在农村面源污染除氮的方法， 包括如下步骤 ： 0008 步骤一， 将农业废弃物风干后备用 ； 0009 步骤二， 将风干后的农业废弃物装入密闭的不锈钢容器中， 在马弗炉中加热 300 500， 当温度稳定之后， 持续 3 6 个小时， 得到生物炭 ； 0。
12、010 步骤三， 取出制备好的生物炭粉碎成直径为 3 10mm 的颗粒， 将所述颗粒填埋在 农业面源污水收集沟塘下面， 并按照 10 30% 的质量比例与沟塘下面的土壤混合， 以使沟 塘下面土壤中的微生物能够附着在生物炭上面 ； 0011 步骤四， 待农业面源污水产生的时候， 污水经过收集沟塘储存， 污水在下渗至土壤 的过程中， 其中的氨氮被生物炭吸附， 硝态氮被生物炭作为缓释碳源， 在土壤中的微生物作 用下进行反硝化。 0012 所述农业废弃物为秸秆、 木材或者果壳。 0013 所述步骤三中填埋深度为 50 100cm。 0014 所述农业废弃物风干在风干之前， 先在金属离子溶液中进行改性，。
13、 改性方式为将 农业废弃物置于金属离子溶液中 10 30 分钟， 溶液的浓度为 0.5mol/L。 0015 所述金属离子溶液可以为三价铁溶液、 二价铁溶液、 铜离子溶液或者铝离子溶液 等。 0016 本发明与现有农业面源污染中总氮去除相比有以下显著特点及优势 ： 0017 1） 本处理过程中， 原料来源广泛， 价格低廉， 在制备生物炭的过程中， 还能够实现 农业废弃物的再利用。 0018 2） 利用生物炭去除农业面源污染中的总氮 （氨氮及硝态氮） ， 这整个过程不投加任 何化学药剂， 不会对土壤产生二次污染。 0019 3） 本操作工艺非常简单， 对管理要求较低， 并且针对农村当地处理面源污。
14、染设施 的改造量较小， 成本低。 具体实施方式 0020 下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。 0021 实施例 1 0022 利用秸秆作为原料， 在室外晾干、 风化之后储存。 将含水率较低的秸秆装入耐高温 的密闭容器中， 在马弗炉中缺氧 300加热 3 小时， 自然冷却至室温制得生物炭。将制备好 的生物炭粉碎， 粒径大约是 10mm 左右。在北京周边农田中找寻一块汇水区域， 将生物炭与 说 明 书 CN 103130337 A 4 3/4 页 5 土壤按照质量比例 1:4 左右混合， 然后填入反应汇水区域下面， 同时接通一根导流管， 以便 于能够快速取样经生物炭处理之后的污水。待雨季来临。
15、， 测量流入汇水区域污水中的氨氮 及硝态氮， 30 天之后， 从导流管取出污水测定其中总氮 （包含氨氮及硝态氮） ， 最终总氮去除 率达到 85% 左右。 0023 实施例 2 0024 利用秸秆作为原料， 在室外晾干， 风化之后储存。 将含水率较低的秸秆装入耐高温 的密闭容器中， 在马弗炉中缺氧 400加热 4 小时， 自然冷却至室温制得生物炭。将制备好 的生物炭粉碎， 粒径大约是 10mm 左右。在北京周边农田中找寻一块汇水区域， 将生物炭与 土壤按照质量比例 1:4 左右混合， 然后填入反应汇水区域下面， 同时接通一根导流管， 以便 于能够快速取样经生物炭处理之后的污水。待雨季来临， 测。
16、量流入汇水区域污水中的氨氮 及硝态氮， 30 天之后， 从导流管取出污水测定其中总氮 （包含氨氮及硝态氮） ， 最终总氮去除 率达到 90% 左右。 0025 实施例 3 0026 利用秸秆作为原料， 在室外晾干， 风化之后储存。 将含水率较低的秸秆装入耐高温 的密闭容器中， 在马弗炉中缺氧 500加热 6 小时， 自然冷却至室温制得生物炭。将制备好 的生物炭粉碎， 粒径大约是 10mm 左右。在北京周边农田中找寻一块汇水区域， 将生物炭与 土壤按照质量比例 1:4 左右混合， 然后填入反应汇水区域下面， 同时接通一根导流管， 以便 于能够快速取样经生物炭处理之后的污水。 待雨季来临， 测量流。
17、入汇水区域污 水中的氨氮 及硝态氮， 30 天之后， 从导流管取出污水测定其中总氮 （包含氨氮及硝态氮） ， 最终总氮去除 率达到 80% 左右。 0027 实施例 4 0028 利用木材作为原料， 在室外晾干， 风化之后储存。 将含水率较低的木材装入耐高温 的密闭容器中， 在马弗炉中缺氧 500加热 5 小时， 自然冷却至室温制得生物炭。将制备好 的生物炭粉碎， 粒径大约是 10mm 左右。在北京周边农田中找寻一块汇水区域， 将生物炭与 土壤按照质量比例 3:10 左右混合， 然后填入反应汇水区域下面， 同时接通一根导流管， 以 便于能够快速取样经生物炭处理之后的污水。待雨季来临， 测量流入。
18、汇水区域污水中的氨 氮及硝态氮， 30 天之后， 从导流管取出污水测定其中总氮 （包含氨氮及硝态氮） ， 最终总氮去 除率达到 85% 左右。 0029 实施例 5 0030 利用果壳作为原料， 在室外晾干， 风化之后储存。 将含水率较低的木材装入耐高温 的密闭容器中， 在马弗炉中缺氧 400加热 5 小时， 自然冷却至室温制得生物炭。将制备好 的生物炭粉碎， 粒径大约是 3-5mm。在北京周边农田中找寻一块汇水区域， 将生物炭与土壤 按照质量比例 1:10 左右混合， 然后填入反应汇水区域下面， 同时接通一根导流管， 以便于 能够快速取样经生物炭处理之后的污水。待雨季来临， 测量流入汇水区域。
19、污水中的氨氮及 硝态氮， 30 天之后， 从导流管取出污水测定其中总氮 （包含氨氮及硝态氮） ， 最终总氮去除率 达到 80% 左右。 0031 实施例 6 0032 利用果壳作为原料， 在室外晾干， 风化之后储存。 将含水率较低的木材装入耐高温 的密闭容器中， 在马弗炉中缺氧 300加热 6 小时， 自然冷却至室温制得生物炭。将制备好 说 明 书 CN 103130337 A 5 4/4 页 6 的生物炭粉碎， 粒径大约是 7mm。在北京周边农田中找寻一块汇水区域， 将生物炭与土壤按 照质量比例 1:5 左右混合， 然后填入反应汇水区域下面， 同时接通一根导流管， 以便于能够 快速 取样经生。
20、物炭处理之后的污水。 待雨季来临， 测量流入汇水区域污水中的氨氮及硝态 氮， 30 天之后， 从导流管取出污水测定其中总氮 （包含氨氮及硝态氮） ， 最终总氮去除率达到 80% 左右。 0033 实施例 7 0034 利用秸秆作为原料， 先分别在浓度为0.5mol/L的三价铁溶液中浸泡10分钟， 然后 室外晾干、 风化之后储存。其余步骤与实施例 1 一致， 最终总氮去除率达到 90% 左右。 0035 实施例 8 0036 利用秸秆作为原料， 先分别在浓度为0.5mol/L的二价铁溶液中浸泡20分钟， 然后 室外晾干、 风化之后储存。其余步骤与实施例 1 一致， 最终总氮去除率达到 94% 左右。 0037 实施例 9 0038 利用秸秆作为原料， 先分别在浓度为0.5mol/L的铜离子溶液中浸泡20分钟， 然后 室外晾干、 风化之后储存。其余步骤与实施例 1 一致， 最终总氮去除率达到 88% 左右。 0039 实施例 10 0040 利用秸秆作为原料， 先分别在浓度为0.5mol/L的铝离子溶液中浸泡30分钟， 然后 室外晾干、 风化之后储存。其余步骤与实施例 1 一致， 最终总氮去除率达到 96% 左右。 说 明 书 CN 103130337 A 6 。