CN105236668B - 一种磷酸氢镁辅助生物脱氨的沼液预处理方法 - Google Patents

Abstract

一种磷酸氢镁辅助生物脱氨的沼液预处理方法，包括(1)在遮光防雨的建筑下设敞口倒圆锥形大罐，罐底设沉淀物分离器；(2）关闭分离器，把沼液导入大罐，搅拌，按初始氨氮含量和预留氨氮含量之差，添加对应当量磷酸氢镁粉末，调pH=9.5，反应12～36h，之后，开启分离器，慢速搅拌30～60min，使沉淀物进入底部；开启大罐排液口，把处理后的沼液送入微藻培养系统；(3)开启分离器排渣口，把混合物送入一个带有多个平缓阶面的缓坡面，磷酸铵镁结晶体留在上坡面、有机絮凝物留在下坡面，残液收集在坡底的沉淀池内，分别收集与利用。本发明可以通过建设多个反应罐，轮换操作，实现半连续式的运行。建设与运行成本适中，处理能力突出，产业化应用前景广阔。

Description

一种磷酸氢镁辅助生物脱氨的沼液预处理方法

技术领域

本发明属于环境化学工程和农业科学领域。涉及沼液预处理方法。

背景技术

我国规模化的畜禽养殖企业数量庞大，畜禽粪尿的污染问题突出，根据统计其氨氮和COD的排放量已经超出工业排放量，成为不得不重点治理的污染源。规模化的畜禽养殖企业一般都被要求建设沼气发酵装置来解决污染问题，然而为了节省基础建设投入与运行开支，多数养殖企业采用了干湿分离的策略，造成沼气发酵原料C/N比的严重失调，碳源不足导致沼液中铵态氮浓度很高，除了少部分沼液被用于养殖场邻近区域的农林业生产外，大部分的沼液无法就地消纳，不得不以大型沼液储存池露天存放，听任渗漏、溢流、挥发和微弱的生物降解。市政污水处理厂剩余活性污泥厌氧发酵沼液同样存在氨氮含量高的特点。

针对规模化养殖企业沼液和市政污水处理厂剩余活性污泥厌氧发酵沼液高氨氮的特点，有短程硝化技术，好气吹脱技术被试用，但是这些技术都是着眼于将氨氮硝化、反硝化、吹脱、氧化吹脱的目标，不仅基础投入巨大，运行成本高，而且忽略了对氨氮的循环利用，造成严重的资源浪费。

目前国内外都看好的沼液净化技术是利用厌氧发酵沼液作为微藻的培养基，用于经济（含能源）微藻的规模化低成本养殖。在微藻的快速生长过程中，高效吸收沼液中的氨氮、硝态氮，磷酸根以及多种营养元素，通过微藻释放氧气促进沼液中有机残余物的微生物降解，当经济微藻被收获后，沼液也得到显著的净化，从而实现经济微藻低成本生产与沼液资源化利用偶联增效的目标。然而由于沼液中过高的氨氮非常不利于微藻的养殖，根据我们的研究，氨氮在100mg/L以上时，微藻培养无法顺利实现，其原因是由于微藻的光合作用造成培养基碳酸根浓度急剧下降， pH在日照好的午后可上升到10以上，大量游离氨逸出对微藻产生细胞毒性。目前国内外比较流行的做法是采用稀释法对高氨氮的沼液进行预处理，把沼液中的氨氮稀释到安全的水平之下，但该方法不仅与污染物治理减量化的原则相背离，而且也造成沼液中养分均衡性不足，不利于微藻的高效培养，同样难于在生产中广泛应用。

发明内容

本发明的目的是提出一种磷酸氢镁辅助生物脱氨的沼液预处理方法。

本发明是通过以下技术方案实现。

本发明所述的一种磷酸氢镁辅助生物脱氨的沼液预处理方法，包括以下步骤。

（1）在遮光防雨的建筑下设置多个敞口倒圆锥形大罐，在罐底设置可以启闭的锥形的沉淀物分离器。

（2）关闭沉淀物分离器，把高氨氮沼液导入大罐后，开动搅拌装置，按照初始氨氮含量和预留的氨氮含量之差，一次性添加对应当量的磷酸氢镁粉末，通过自动酸碱调节装置，用氢氧化钠溶液将沼液的酸碱度调节到pH=9.5，反应12～36h，反应结束后，开启沉淀物分离器，继续慢速搅拌30～60min，使沉淀物进入锥形的沉淀物分离器的底部；开启大罐的排液口，把经过预处理的沼液送入微藻培养系统。

（3）开启锥形的沉淀物分离器排渣口，把混有磷酸铵镁结晶体和少量有机絮凝物的混合物送入一个带有多个平缓阶面的缓坡面，磷酸铵镁结晶体留在上坡面、有机絮凝物留在下坡面，残液收集在坡底的沉淀池内，磷酸铵镁结晶体、有机絮凝物可以分别进行收集与利用。

本发明步骤（3）所收获的磷酸铵镁结晶体可以直接用作农用肥料，但更好的办法是把所收获的磷酸铵镁结晶体用一个温度可控的加热系统加热到120℃使其充分释放氨气，所释放的氨气通过一个防回流装置与装有无机酸的氨气吸收容器相连，把氨气转化为铵态农用肥料，所收获的磷酸铵镁结晶体受热释放氨气后重新转化为磷酸氢镁，供循环使用于沼液脱氨。步骤（3）所收获的有机絮凝物是黄腐酸类物质，可以用于观赏园艺业的肥料。

本发明所述的磷酸氢镁粉末为无结晶水的粉末、或为带三个结晶水的微小结晶体或为带七个结晶水的微小结晶体。

本发明所述的的无机酸为硫酸、磷酸、盐酸或者硝酸。

本发明所述的高氨氮沼液可以是畜禽养殖业沼液、也可以是污水处理厂剩余活性污泥厌氧发酵沼液。

本发明首先是采用适量磷酸氢镁将游离氨控制在生物安全水平之下，解除高游离氨氮的对微生物的抑制作用，同时将整个沼液预处理系统置于遮阴防雨的建筑之下，屏蔽了户外强紫外线对微生物的影响，进一步强化各种微生物，特别是硝化细菌、有机物好氧分解菌、以及能够分泌微生物絮凝剂的微生物的活性，从而低成本高效地将沼液的氨氮控制到80mg/L以下，硝态氮上升到２0mg/L以上，COD下降到200mg/L以下，经过沉淀分离固态沉淀物，上清液达到微藻养殖对培养基的基本要求。

本发明突出优点是。

（1）整个处理体系置于遮阴防雨的建筑之下，屏蔽了户外强紫外线对微生物的影响，沼液中的多种微生物活性增强，氨氮硝化作用和有机物絮凝作用显著得到加强。

（2）直接采用适量磷酸氢镁吸收沼液中游离氨，将沼液的游离氨含量控制在生物安全水平之下，解除高氨氮对微生物的抑制作用，进一步强化各种微生物，特别是硝化细菌、有机物好氧分解菌、能够分泌微生物胞外絮凝剂的微生物的活性。

（3）高氨氮的沼液经过预处理后，COD下降到200mg/L以下，氨氮下降到80mg/L以下，硝态氮上升到２0mg/L以上，可以直接用于微藻的养殖。

（4）沼液预处理过程产生的磷酸铵镁晶体、有机絮凝物等全面实现循环利用，避免了资源浪费。

（5）整套工艺体现了集成再创新的理念，可以实现半连续式的运行。建设与运行成本适中，处理能力突出，产业化应用前景广阔。

具体实施方式

本发明将通过以下实施例作进一步说明。

实施例1。

步骤（1）在一个面积1000平方米的简易厂房内，建设8个敞口倒圆锥形不锈钢大罐，在罐底设置可以启闭的锥形的沉淀物分离器，每个罐体体积32立方米。

步骤（2）关闭沉淀物分离器，将氨氮含量高达460mg/L养猪沼液30立方米导入大罐后，开动搅拌装置，按照预留氨氮80mg/L的要求，一次性添加对应当量的磷酸氢镁粉末80.74kg，通过一个自动的酸碱调节装置，用氢氧化钠饱和溶液把沼液的酸碱度调节到pH=9.5，反应32h，反应结束后，开启锥形沉淀物分离器，继续慢速搅拌45min，使沉淀物进入锥形的沉淀分离器的底部；经过上述方法处理后，高氨氮养猪沼液氨氮下降到78mg/L，硝态氮上升到26mg/L，COD下降到190mg/L，非常适合小球藻的低成本规模化养殖，因此开启大罐的排液口，把经过预处理的沼液送入微藻培养系统，开始小球藻的培养。

步骤（3）开启锥形沉淀物分离器排渣口，把混有磷酸铵镁结晶体和少量有机絮凝物的混合物送入一个带有多个平缓阶面的缓坡面，磷酸铵镁结晶体留在上坡面、有机絮凝物留在下坡面，残液收集在坡底的沉淀池内，磷酸铵镁结晶体、有机絮凝物可以分别进行收集与利用。

步骤（4）将步骤（3）所收获的磷酸铵镁结晶体可以用一个温度可控的加热系统加热可以释放氨气重新转化为磷酸氢镁，供循环使用于沼液脱氨；磷酸铵镁结晶体受热所释放的氨气通过一个防回流装置与装有硫酸的容器相连，把氨气转化为硫酸铵农用肥料。有机絮凝物经风干用于绿化草皮栽培的基肥。

实施例2。

步骤（1）在一个面积800平方米的简易厂房内，建设6个敞口倒圆锥形钢筋混凝土防渗漏大罐，在罐底设置可以启闭的锥形的沉淀物分离器，每个罐体体积45立方米。

步骤（2）关闭沉淀物分离器，将氨氮含量高达580mg/L市政污水厂剩余活性污泥的厌氧发酵沼液40立方米导入钢筋混凝土防渗漏大罐后，开动搅拌装置，按照预留氨氮80mg/L的要求，一次性添加对应当量的三水磷酸氢镁细晶体205kg，通过一个自动的酸碱调节装置，用氢氧化钠饱和溶液把沼液的酸碱度调节到pH=10，反应30h，反应结束后，开启锥形沉淀物分离器，继续慢速搅拌60min，使沉淀物进入锥形沉淀分离器的底部；经过上述方法处理后，市政污水厂剩余活性污泥的厌氧发酵沼液氨氮下降到80mg/L，硝态氮上升到30mg/L，COD下降到195mg/L，非常适合四尾栅藻的低成本规模化养殖，因此开启大罐的排液口，把经过预处理的沼液送入微藻培养系统，开始四尾栅藻的培养。

步骤（3）开启锥形沉淀物分离器排渣口，把混有磷酸铵镁结晶体和少量有机絮凝物的混合物送入一个带有多个平缓阶面的缓坡面，磷酸铵镁结晶体留在上坡面、有机絮凝物留在下坡面，残液收集在坡底的沉淀池内，可以分别进行收集与利用。

步骤（4）将步骤（3）所收获的磷酸铵镁结晶体，经过风干，可以直接用作氮磷复合的农用肥料。有机絮凝物经风干用于绿化树苗移栽的基肥。

实施例3。

步骤（1）在一个面积120平方米的简易厂房内，建设10个敞口倒圆锥形钢筋混凝土防渗漏大罐，在罐底设置可以启闭的锥形的沉淀物分离器，每个罐体体积35立方米。

步骤（2）关闭沉淀物分离器，将氨氮含量高达320mg/L奶牛场厌氧发酵沼液32立方米导入钢筋混凝土防渗漏大罐后，开动搅拌装置，按照预留氨氮80mg/L的要求，一次性添加对应当量的七水磷酸氢镁细晶体111kg，通过一个自动的酸碱调节装置，用氢氧化钠饱和溶液把沼液的酸碱度调节到pH=9.5，反应35h，反应结束后，开启锥形沉淀物分离器，继续慢速搅拌55min，使沉淀物进入锥形沉淀分离器的底部；经过上述方法处理后，奶牛场厌氧发酵沼液氨氮下降到76mg/L，硝态氮上升到32mg/L，COD下降到160mg/L，非常适合微绿球藻的低成本规模化养殖，因此开启大罐的排液口，把经过预处理的沼液送入微绿球藻培养系统，开始微绿球藻的培养。

步骤（3）开启锥形沉淀物分离器排渣口，把混有磷酸铵镁结晶体和少量有机絮凝物的混合物送入一个带有多个平缓阶面的缓坡面，磷酸铵镁结晶体留在上坡面、有机絮凝物留在下坡面，残液收集在坡底的沉淀池内，可以分别进行收集与利用。

步骤（4）将步骤（3）所收获的磷酸铵镁结晶体用一个温度可控的加热系统加热可以释放氨气重新转化为磷酸氢镁，供循环使用于沼液脱氨；磷酸铵镁结晶体受热所释放的氨气通过一个防回流装置与装有磷酸的容器相连，把氨气转化为磷酸铵农用肥料。有机絮凝物经风干用于绿化树苗移栽的基肥。

实施例4。

步骤（1）在一个面积1000平方米的简易厂房内，建设8个敞口倒圆锥形不锈钢大罐，在罐底设置可以启闭的锥形的沉淀物分离器，每个罐体体积32立方米。

步骤（2）关闭沉淀物分离器，将氨氮含量高达620mg/L污水处理厂剩余活性污泥厌氧发酵沼液30立方米导入大罐后，开动搅拌装置，按照预留氨氮80mg/L的要求，一次性添加对应当量的磷酸氢镁粉末108kg，通过一个自动的酸碱调节装置，用氢氧化钠饱和溶液把沼液的酸碱度调节到pH=9.5，反应36h，反应结束后，开启锥形沉淀物分离器，继续慢速搅拌50min，使沉淀物进入锥形的沉淀分离器的底部；经过上述方法处理后，污水处理厂剩余活性污泥厌氧发酵沼液的氨氮下降到80mg/L，硝态氮上升到20mg/L，COD下降到196mg/L，非常适合小球藻的低成本规模化养殖，因此开启大罐的排液口，把经过预处理的沼液送入微藻培养系统，开始小球藻的培养。

步骤（3）开启锥形沉淀物分离器排渣口，把混有磷酸铵镁结晶体和少量有机絮凝物的混合物送入一个带有多个平缓阶面的缓坡面，磷酸铵镁结晶体留在上坡面、有机絮凝物留在下坡面，残液收集在坡底的沉淀池内，磷酸铵镁结晶体、有机絮凝物可以分别进行收集与利用。

步骤（4）将步骤（3）所收获的磷酸铵镁结晶体可以用一个温度可控的加热系统加热可以释放氨气重新转化为磷酸氢镁，供循环使用于沼液脱氨；磷酸铵镁结晶体受热所释放的氨气通过一个防回流装置与装有硝酸的容器相连，把氨气转化为硝酸铵农用肥料。有机絮凝物经风干用于绿化花卉栽培的基肥。

以上仅为本发明的较佳实施例，但本发明实施的范围并不受其限制。

Claims (3)

1.一种磷酸氢镁辅助生物脱氨的沼液预处理方法，其特征是包括以下步骤：

（1）在遮光防雨的建筑下设置多个敞口倒圆锥形大罐，在罐底设置可以启闭的锥形的沉淀物分离器；

（2）关闭沉淀物分离器，把高氨氮沼液导入大罐后，开动搅拌装置，按照初始氨氮含量和预留的氨氮含量之差，一次性添加对应当量的磷酸氢镁粉末，通过自动酸碱调节装置，用氢氧化钠溶液将沼液的酸碱度调节到pH=9.5，反应12～36h，反应结束后，开启沉淀物分离器，继续慢速搅拌30～60min，使沉淀物进入锥形的沉淀物分离器的底部；开启大罐的排液口，把经过预处理的沼液送入微藻培养系统；

（3）开启锥形的沉淀物分离器排渣口，把混有磷酸铵镁结晶体和少量有机絮凝物的混合物送入一个带有多个平缓阶面的缓坡面，磷酸铵镁结晶体留在上坡面、有机絮凝物留在下坡面，残液收集在坡底的沉淀池内，磷酸铵镁结晶体、有机絮凝物分别进行收集与利用。

2.根据权利要求1所述的磷酸氢镁辅助生物脱氨的沼液预处理方法，其特征是所述的磷酸氢镁为无结晶水的粉末、带三个结晶水的微小结晶体或带七个结晶水的微小结晶体。

3.根据权利要求1所述的磷酸氢镁辅助生物脱氨的沼液预处理方法，其特征是将步骤（3）所收获的磷酸铵镁结晶体用一个温度可控的加热系统加热到120℃使其充分释放氨气，所释放的氨气通过一个防回流装置与装有无机酸的氨气吸收容器相连，回收氨气和磷酸氢镁循环利用，所述的无机酸为硫酸、磷酸、盐酸或者硝酸。