CN103723866A - 一种从厌氧发酵液中回收氮磷的方法 - Google Patents

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林琳
万春黎
李笃中
雷中方
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Abstract

本发明属于环境保护技术领域，具体为一种从厌氧发酵液中同步回收氮磷的方法。本发明方法是对经过充分厌氧发酵的混合液进行高速离心3~5分钟（6000~10000r/min）；取上清液并用氢氧化钠饱和水溶液调节pH至9.0~11.0；以80~150g沸石/g氨氮的比例投加天然沸石；在室温，50~200r/min的条件下振荡吸附12~24小时；静置2~5小时后回收沸石及沉淀物，即可作为氮、磷肥的缓释剂。本发明实现了对厌氧发酵液中高浓度氮磷的同步去除，可使超过90%以上的氮、磷得到回收。

Description

一种从厌氧发酵液中回收氮磷的方法
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种从厌氧发酵液中回收氮磷的方法。
背景技术
根据第一次全国污染源普查公报显示，目前农业面源污染形势严峻，突出表现为畜禽养殖污染物排放量巨大，其COD排放量占全国排放总量的43.7%。厌氧发酵是指通过一定的手段将厌氧消化过程限制在水解酸化阶段，以挥发酸作为碳源回收的目标产物。通过厌氧发酵技术可以将畜禽废水中的大量有机污染物（包括蛋白质，多糖，脂质）转变为挥发酸（短链脂肪酸），这些挥发酸可以作为生物高分子材料聚羟基脂肪酸（PHA）生产的原料，也是强化生物脱氮除磷过程中最易于利用的碳源。因此在城市污水处理厂中，当进水COD浓度较低时，可以将污水处理厂的污泥进行厌氧发酵来获取挥发酸，以替代甲醇作为额外补充碳源，从而大大节约了处理成本。
但是随着发酵过程的进行，大量的氨氮和磷酸盐（N>1000mg-N/L, P>50 mg/L）会逐渐被释放出来。如果发酵液不经过处理直接回流到生物脱氮除磷处理系统始端，将会加大系统的营养负荷，对处理系统和出水水质都会造成不利的影响，因此高浓度的氮磷正是目前限制发酵液碳源回收利用的主要问题。同时，氮磷也是造成水体富营养化的重要因素，氮磷污染所导致的水体富营养化以危及到农业、渔业、旅游业等诸多行业，对饮水卫生和食品安全构成了巨大的威胁。作为所有生命形式不可缺少的营养元素，磷是一种不可再生的资源，如果大量的磷资源没有及时的回收利用，也会造成资源的流失。因此，在运用厌氧发酵技术生产挥发酸的同时，也要有效控制氮磷污染，回收氮磷资源，从而真正实现有机废物的资源化利用。
目前，传统的方法主要是针对低浓度的含氮污水（<200 mg/L），包括生物法（A2/O）、吹脱、高级氧化等等。相比于氮，除磷的难度更大，主要方法有生物法（A2/O）、法学沉淀法，结晶法以及吸附法等。磷酸镁铵(MAP)沉淀法可以实现氮磷的同时去除，但其存在几大缺点：1）需要投加大量的沉淀药剂，成本高昂；2）大量钙离子的存在会影响MAP的形成；3）由于氮和磷酸盐的比例不平衡，造成不能同时获得高的氮磷去除率。因此如何高效快速地从厌氧发酵液中的去除高浓度的氮磷并实现回收利用是亟待解决的问题。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种操作简单，成本低廉，易处置的从厌氧发酵液中回收氮磷的方法。
本发明原理根据天然沸石的良好阳离子交换能力，将其投入至发酵液可以吸附大量的氨氮，在碱性条件下磷酸盐也能伴随被去除，从而在短时间内实现同步去除并回收氮磷的目的，具有显著的环保意义和经济价值。
本发明提出的运用天然沸石回收厌氧发酵液氮磷的方法，具体步骤如下：
1. 将充分厌氧发酵后的发酵液离心3~5分钟（6000~10000 r/min），取上清液为待处理发酵液。
2. 用氢氧化钠饱和水溶液调节发酵液pH值至9.0~11.0。
3. 根据公式：氨氮总量M(mg)=氨氮浓度C(mg/L)Χ发酵液体积(L),计算待处理发酵液的总氨氮量。
4. 根据计算的待处理氨氮量，以80~150g沸石/g氨氮的比例在发酵液中投加适量的天然沸石。
5．在室温、转速为50~200 r/min条件下使发酵液与沸石充分接触12~24小时。
6．反应结束，静置2~5小时后回收沸石及沉淀物。
本发明所述的沸石为普通的天然沸石，经研磨筛分至0.5~5mm的粒径范围后用去离子水洗净烘干即可使用。沸石的相关物化性质如表1所示。
本发明具有的特点和有益效果：
1. 实现了对厌氧发酵液的氮磷同步去除，经pH预调节和沸石吸附后，氮磷的去除效率均可达到90%以上，处理后氨氮浓度低于100mg/L, 可溶性磷酸盐浓度低于10mg/L。
2. 该方法对厌氧发酵液的COD吸附率低于10%，对发酵液的碳源回收几乎没有影响。处理后的发酵液可作为补充碳源直接投入到污水处理厂的脱氮除磷过程。
3. 当沸石吸附氨氮达到饱和后，可对沸石进行回收，自然风干后即可将其作为氮肥的缓释剂投加到农田。
4. 本发明工艺操作极为简单，投加药剂成本低廉，吸附材料量大易得；该发明对富含氮磷的厌氧发酵液均可采用，且不受发酵液原有氮磷比例的限制；其在有效去除发酵液中氮磷的同时实现了资源的回收利用，具有良好的环境、经济和社会效益。
附图说明
图1为实施例1氮、磷浓度随时间变化变化情况。
图2为实施例2氮、磷浓度随时间变化变化情况。
具体实施方式
下面结合实施例作进一步详细说明，应当理解下面所举的实例只是为了解释说明本发明，并不包括本发明的所有内容
实施例1：试验用猪粪来自江苏昆山某养猪场，厌氧发酵10天。发酵结束后对混合液进行离心(5min, 6000 r/min)，取100 mL上清液，其氨氮浓度为1285.4mg-N/L，可溶性正磷酸盐的浓度为61.92mg-P/L.。将上清液pH调节至9.0，然后投加13g粒径为3mm的天然沸石。在室温、100r/min条件下反应24小时。静置2小时后取上层发酵液进行监测分析，氨氮的回收率为94.93%，正磷酸盐的回收率为90.80%。
实施例2：试验用猪粪来自上海闵行区某养猪场，厌氧发酵8天。发酵结束后对混合液进行离心（3min, 10000 r/min），取200mL上清液，其氨氮浓度为1770.2 mg-N/L，可溶性正磷酸盐的浓度为81.17 mg-P/L.。将上清液pH调节至10.8，然后投加40g粒径为0.8 mm的天然沸石。在室温、200r/min条件下反应24小时。静置4小时后取上层发酵液进行监测分析，氨氮的回收率为94.8%，正磷酸盐的回收率为91.21 %。
表1  缙云天然沸石的化学元素组成
Figure 906535DEST_PATH_IMAGE002
 

Claims (2)

1. 一种从厌氧发酵液中同步回收氮磷的方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）将充分厌氧发酵后的发酵液离心3~5分钟，离心速度为6000~10000 r/min，取上清液为待处理发酵液；
（2）用氢氧化钠饱和水溶液调节发酵液pH值至9.0~11.0；
（3）根据公式：氨氮总量M(mg)=氨氮浓度C(mg/L)Χ发酵液体积(L),计算待处理发酵液的总氨氮量；
（4）根据计算的待处理氨氮量，以80~150g沸石/g氨氮的比例在发酵液中投加适量的天然沸石；
（5）在室温、转速为50~200 r/min的振荡条件下使发酵液与沸石充分接触12~24小时；
（6）反应结束，静置2~5小时后回收沸石及沉淀物。
2. 根据权利要求1所述的从厌氧发酵液中同步回收氮磷的方法，其特征在于所添加的材料为天然沸石，经研磨筛分至0.5~5mm的粒径范围，用去离子水洗净、烘干后即可使用。
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