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中國農業大學資源與環境學院張濤副教授團隊採用催化-熱水解（TH）與鳥糞石結晶相結合的工藝對養豬糞水磷氮的轉化回收進行了研究，並對其產物作為肥料的潛力進行了考察。相關成果發表於Science of the Total Environment（IF=6.551）。
該研究由中國農業大學資源與環境學院聯合德國霍恩海姆大學、美國伊利諾伊大學香檳分校、香港理工大學、復旦大學共同完成。近年，張濤副教授在農業廢棄物養分循環與利用領域開展了深入的研究，主要研究成果在Green Chemistry, Chemical Engineering Journal, Bioresource Technology, Science of the Total Environment, Waste Management, Chemosphere等學術期刊發表。研究獲得國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中德國際合作專項等項目的資助。
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Highlight
Catalytic–thermal hydrolysis enhances P and N conversion from swine manure.
Mixture of HCl and H2O2 plays an important role in thermal hydrolysis.
Struvite supplies recycled P to promote early growth of wheat in hydroculture.
Abstract
Phosphorus (P) and nitrogen (N) recovery from swine manure has attracted considerable interest for biomass valorization. In this study, a catalytic–thermal hydrolysis (TH) process combined with struvite crystallization was investigated to promote P and N conversion from swine manure. Its potential as a phosphate-based fertilizer was investigated. Two periods for P solubilization and transformation were observed, i.e., an initial increase with reaction time followed by a decrease as treatment continued. Nitrogen conversion efciency increased with increasing temperature and time. Treatment of swine manure by catalytic–TH with HCl + H2O2 showed the best performance for P and N solubilization and transformation. With a Mg2+/PO43 molar ratio of 2.49 and a pH of 9.11, the struvite crystallization efciency from the supernatant after catalytic–TH with HCl + H2O2 reached 99.2%. Hydroculture bioassay showed that struvite had a positive effect on the early growth of wheat. The P concentrations in both root and shoot tissues for struvite treatment were more than two times higher than that of soluble P. These encouraging results warrant further studies on the conversion of biowaste given that recycling nutrients sources may outperform traditional synthetic fertilizers.
新世紀以來，我國農業農村經濟發展進入最好歷史時期。糧食生產實現「十二連增」，連續三年穩定在12000億斤以上，其他重要農產品也是豐產豐收、供應充足。但也要看到，長期以來我國農業生產中各類廢棄物亂扔亂排亂放問題突出，農民群眾反映強烈，是美麗鄉村建設的短板。例如養豬過程中產生的大量糞水，對農村環境構成嚴重威脅。養豬糞水含有較高的營養成分，如磷和氮。磷（P）是生物體中必不可少的生命元素，但其主要來源（磷礦）是不可再生的。氮（N）是促進植物生長的營養資源，也是水體富營養化的潛在誘因。因此，從養豬糞水中回收磷和氮，對於預防環境汙染和養分循環利用都非常重要。
針對上述問題，本研究採用催化-熱水解（TH）與鳥糞石結晶相結合的工藝對養豬糞水磷氮的轉化回收進行了研究，並對其產物作為肥料的潛力進行了考察。TH處理養豬糞水實驗發現：P的增溶和轉化過程分為兩個階段，即隨初始反應時間的增加而增加，而後隨處理時間的延長而減少；氮轉化效率則表現出隨溫度和時間的增加而增加的趨勢。HCl + H2O2催化TH處理養豬糞水時，P和N的溶解轉化呈現最佳效果。在鳥糞石結晶回收階段，當Mg2+ / PO43-的摩爾比為2.49、pH為9.11時，催化熱水解處理後的上清液中鳥糞石結晶效率達到99.2％。水培實驗發現，鳥糞石對小麥的早期生長具有積極作用，在鳥糞石處理組中小麥根莖組織的P含量比磷酸鹽處理組的P含量高兩倍以上。
聯繫作者：張濤，副教授，博士生導師，中國農業大學，Email: taozhang@cau.edu.cn
責任編輯：宋瀟
校對和審核：張陽 王農