一种利用沼液预处理回流破除石灰消毒剂毒害并提高猪场粪污处理效率的方法 |
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| 申请号 | CN202410255762.X | 申请日 | 2024-03-06 | 公开(公告)号 | CN117985910A | 公开(公告)日 | 2024-05-07 |
| 申请人 | 华南农业大学; | 发明人 | 王德汉; 王伟; 李思城; 徐王岚; 王淑仪; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种利用沼液预处理回流破除石灰消毒剂毒害并提高猪场粪污处理效率的方法。本发明利用猪场 发酵 后的沼液为原料，将其应用于猪场粪污的预处理，可有效破除石灰类消毒剂对厌 氧 发酵系统的抑制作用，猪场粪污中的Ca2+沉降率可达到34.56～83.48％。相较于空白处理，沉降率提高29.40～78.32％，可提高沼气产量13.7～21.5倍，促使发酵系统的快速产气。将高磷含量的沼液应用于 钙 沉淀，成本低廉，操作简单，可以实现 废 水 资源化和磷回收的双重效益。这不仅有助于减少环境中的磷排放，还可以减轻对矿物磷肥的依赖，促进 可持续农业 和环境保护。实现废弃物资源化和 能源 回收。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种利用沼液预处理回流破除石灰消毒剂毒害并提高猪场粪污处理效率的方法，其特征在于包括如下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种利用沼液预处理回流破除石灰消毒剂毒害并提高猪场粪污处理效率的方法 技术领域背景技术[0002] 大量石灰类消毒剂的使用极大地抑制甚至完全破坏了猪场沼气发酵系统。石灰类消毒剂是猪场常用的消毒剂，因其广泛大量使用，导致猪场废水中残留高浓度的钙离子。这对沼气发酵系统的正常运行产生严重干扰，抑制了猪场粪污水的厌氧消化过程。而目前，破除石灰类消毒剂对猪场粪污水厌氧消化的负面影响的预处理还未见有报道。 [0003] 目前关于破除消毒剂对猪场发酵系统抑制的研究还相对有限，其中，添加剂调整、微生物调控和回流沼液等方面的研究是目前主要关注的方向。添加剂调整可以中和消毒剂的影响，但选择合适的添加剂和确定最佳用量是一个挑战。微生物调控有助于恢复系统稳定性，但引入和维持特定微生物菌群具有技术难度。综合而言，各个方法在破除消毒剂对猪场发酵系统抑制方面都存在一定的局限性和技术挑战，并且均存在操作和维护成本较高的问题。因此迫切需要寻求一种高效、低成本、可持续性的新方法用于破除石灰类消毒剂对猪场发酵系统的抑制作用。 发明内容[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种利用沼液预处理回流破除石灰消毒剂毒害并提高猪场粪污处理效率的方法。本研究是利用回流沼液中的磷源与石灰类消毒废水中的钙离子结合，形成磷酸钙沉淀，以实现沼液中磷源的回收和降低沼液处理难度的双重效益。通过这一方法，不仅可以有效回收并利用沼液中的磷资源，还可以降低沼液处理的复杂度和成本，从而为废水处理领域带来重要的环境和经济效益。 [0005] 本发明的另一目的在于，提供上述方法在处理含石灰类消毒剂的猪场粪污中的应用。 [0006] 本发明的目的通过下述技术方案实现： [0007] 一种利用沼液预处理回流破除石灰消毒剂毒害并提高猪场粪污处理效率的方法，包括如下步骤： [0008] (1)取新鲜猪粪与水混合，调节pH，静置，加入菌剂，发酵，得到回流沼液； [0009] (2)将待处理猪场粪污与水混合得到混合液，调节pH，加入步骤(1)得到的回流沼液，静置，加入菌剂，发酵，实现对粪污的处理。 [0010] 步骤(1)中所述的猪粪与水的混合液中总固体量为3～5％。 [0011] 步骤(1)或(2)中所述的调节pH为调节到6.0～9.0；优选为8.0。 [0012] 步骤(1)或(2)中所述的静置时间为20～40h；优选为24h。 [0013] 步骤(1)或(2)中所述的菌剂为甲烷菌菌剂，含有能够产生甲烷的甲烷菌；优选为湖南山河美生物环保科技股份有限公司生产的沼气池增效专用菌剂。 [0014] 步骤(1)或(2)中所述的菌剂的加入量为0.5～5g/L；优选为1g/L。 [0015] 步骤(1)中所述的发酵的时间为7～15天，以系统不再产气为准终止发酵；优选为15天。 [0016] 步骤(1)或(2)中所述的发酵的条件为35～39℃下厌氧发酵，每日搅拌3～10min。 [0017] 上述的厌氧发酵为发酵时通入氮气，通入氮气的时间为10～60min，最优为15min；流量为0.05～1.2L/min，最优为0.1L/min。 [0018] 步骤(1)或(2)中所述的发酵为发酵至不再产生气体为止。 [0019] 步骤(2)中所述的混合液与回流沼液的体积比为1：0.1～1；优选为1：0.6。 [0020] 步骤(2)中所述的猪场粪污为经石灰类消毒剂处理的猪场粪污。 [0021] 上述的方法在处理含石灰类消毒剂的猪场粪污中的应用。 [0022] 本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果： [0023] 本发明的首要目的在于解决上述现有技术存在的不足和缺点，提供一种用高磷含量、高碱度、不含石灰类消毒剂的利用沼液预处理回流提高猪场粪污处理效率的方法。高磷含量的沼液回流到猪粪发酵系统中，可以诱导钙磷沉淀反应。这种反应使石灰类消毒废水中的钙以磷酸钙的形式沉淀下来，形成固体物质；达到破除石灰类消毒剂对厌氧发酵系统的抑制作用。同时这些固体物质可以进行分离和处理，用于生产肥料或其他有价值的产品。此外，回流沼液中的有益微生物、有机物和营养物质可以促进发酵系统的稳定性和活性，从而降低消毒剂的毒害作用，增加沼气产量和提高发酵效率。这种方法实现了废水资源化和能源回收的双重效益，同时减轻了消毒剂对猪场发酵系统的不利影响。 [0024] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： [0025] 1.本发明利用猪场发酵后的沼液为原料，将其应用于猪场粪污的预处理，可有效2+ 破除石灰类消毒剂对厌氧发酵系统的抑制作用，猪场粪污中的Ca 沉降率可达到34.56～ 83.48％。相较于空白处理，沉降率提高29.40～78.32％。 [0026] 2.本发明将高磷含量的沼液回流到猪场粪污进行厌氧发酵，其通过恢复微生物群落平衡和提供适宜的环境条件，改善产气过程，可提高沼气产量13.7～21.5倍，促使发酵系统的快速产气。 [0027] 3.本发明将高磷含量的沼液应用于钙沉淀，成本低廉，操作简单，可以实现废水资源化和磷回收的双重效益。这不仅有助于减少环境中的磷排放，还可以减轻对矿物磷肥的依赖，促进可持续农业和环境保护。实现废弃物资源化和能源回收。附图说明 [0028] 图1是本发明的实验原理示意图。 [0029] 图2是本发明的实验室小型运行装置图。 具体实施方式[0030] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。 [0031] 下面实施方案中若未注明具体试验条件，则通常按照常规试验条件或按照试剂公司所建议的试验条件。所使用的材料、试剂等，若无特殊说明，均为从商业途径得到的试剂和材料。 [0032] 实施例1 [0033] 此实例为未进行沼液回流处理(CK)，具体步骤如下： [0034] (1)称取适量含石灰类消毒剂的新鲜猪粪(取自广东省农业科学院畜牧研究所)加入清水将总固体(TS)调至4％，量取250mL于发酵罐中； [0035] (2)用4％NaOH溶液调节pH为8，静置24小时后加入0.25g的甲烷菌菌剂(购自湖南山河美生物环保科技股份有限公司，商品名为沼气池增效专用菌剂)，加入菌剂后通氮气5min，以制造适宜的发酵环境； [0036] (3)在37℃下中温厌氧消化，每日定时搅拌5min，搅拌速率为80r/min；直至发酵罐不再产气，认定为发酵结束，得到回流沼液。 [0037] 最终发酵罐中，Ca2+沉降率为5.16％，PO43‑去除率为14.89％，总产气量为59.5mL。因未进行沼液回流，石灰类消毒剂抑制厌氧发酵系统的正常运行，产气量较低。 [0038] 实施例2 [0039] (1)称取适量含石灰类消毒剂的新鲜猪粪加入清水将总固体(TS)调至4％，量取250mL于发酵罐中； [0040] (2)用4％NaOH溶液调节pH为8，添加不同比例由实施例1得到的回流沼液和清水静置24小时后，具体投加量详见表1，回流比100％即代表加入相同体积的回流沼液，之后加入0.25g甲烷菌菌剂，加入菌剂后通氮气5min，以制造适宜的发酵环境； [0041] (3)在37℃下中温厌氧消化，每日定时搅拌5min，搅拌速率为80r/min。 [0042] 表1不同回流比发酵罐的投加量 [0043] [0044] 通过每日定时取样，观察测定废水中的Ca2+浓度、PO43‑浓度和产气量，测定方法可参照：钙离子：EDTA滴定法GB7476‑87；COD:快速消解分光光度法HJ/T399‑2007；磷酸盐：钼酸铵分光光度法(HJ 670‑2013)；VFA:分光光度法(孙绪顺等，2009)，实验开始15天后不再产气，发酵结束，实验结果如表2所示。将未经处理的实施例1于相同条件下发酵作为CK处理2+ 3‑ 与T1～4进行对比，实验结果显示，回流比60％时，Ca 沉降率和PO4 去除率很高，分别达到了83.48％和88.49％；总产气量相较于未回流增加了21.5倍。 [0045] 表2第15天取样测定不同回流比的Ca2+沉降率、PO43‑去除率和总产气量[0046] [0047] 回流沼液中富含有益微生物，例如产气菌和有机物降解菌，它们对猪粪发酵过程起着关键作用。这些微生物可以促进底物的分解和发酵，将有机物转化为沼气和液体肥料。此外，回流沼液中的有机物和营养物质提供了微生物生长所需的能源和营养，有助于维持微生物群落的活性和多样性。 [0048] 此外，回流沼液中的磷在含石灰类消毒剂猪场废水的沉降过程中起着重要的作用。当含石灰类消毒剂的猪场废水中的钙离子与高磷含量的沼液中溶解的磷结合时，会生成不溶性的磷酸钙沉淀。磷是废水中的主要污染物之一，而石灰类消毒剂是猪场常用的消毒剂。当钙与磷结合时，磷酸钙的形成使得磷从废水中转移到沉淀物中，达到磷的去除和回收的目的。 [0049] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。 |
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