一種利用雞糞厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣和回收磷的工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]—種利用雞糞厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣和回收磷的工藝，屬于固體有機廢棄物能源與資源化領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]隨著我國農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的推進(jìn)，畜禽養(yǎng)殖業(yè)由原先的小規(guī)模、零散經(jīng)營轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)?；⒓s化生產(chǎn)，致使大量畜禽糞便等污染物逐年增長。雞糞在畜禽糞便產(chǎn)生量中占有較高的比例。據(jù)統(tǒng)計，我國雞糞產(chǎn)生量高達(dá)10萬噸/天以上，且逐年快速遞增。雞糞富含有機質(zhì)，未經(jīng)處理的雞糞水分含量高，易占用和污染土壤、水體，產(chǎn)生惡臭氣體，并攜帶病原微生物，造成日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。因此，針對雞糞開展處理處置和綜合利用具有刻不容緩的現(xiàn)實意義。目前，雞糞的處理技術(shù)和綜合利用方式以減量化、無害化和資源化為目標(biāo)，如堆肥，制作有機肥料，制備動物飼料，以及厭氧消化產(chǎn)沼氣等。這其中，厭氧消化產(chǎn)沼氣被認(rèn)為是實現(xiàn)集約化養(yǎng)殖糞便能源化、減量化，進(jìn)行污染防治的主要途徑。除有機質(zhì)含量高外，雞糞亦富含氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，其厭氧消化液具有氮磷濃度較高的特點，這增加了后續(xù)生化處理的難度。
[0003]另一方面，磷作為地球上一種不可自然再生的有限資源，隨著開采速度的加快其陸地儲量日益匱乏，從畜禽厭氧消化液中回收磷不僅擴(kuò)大了磷資源，而且緩解了富含氮、磷等營養(yǎng)元素的污廢水排放造成水體富營養(yǎng)化的環(huán)境壓力。目前，磷回收技術(shù)包括結(jié)晶法、沉淀法、電滲析法和離子交換法等，回收的產(chǎn)品主要為磷酸鐵(FePO4)、磷酸鋁(AlPO4)、磷酸銨鎂(MgNH4PO4.6H20)和羥磷灰石(Caltl(PO4).6 (OH)2)等磷酸鹽沉淀物。其中，因磷酸銨鎂中P含量折算成P2O5標(biāo)準(zhǔn)量后可達(dá)51.8%，是目前世界上最高品位的磷礦石，所以磷酸銨鎂結(jié)晶法被認(rèn)為是較有潛力的回收方法。
[0004]至今，國內(nèi)外本研宄領(lǐng)域技術(shù)多集中于優(yōu)化環(huán)境因素和操作參數(shù)提高雞糞厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣效率。但，因雞糞中C/N較低，易導(dǎo)致氨氮富集從而造成消化過程的抑制效應(yīng)產(chǎn)生。本研宄領(lǐng)域也利用混合發(fā)酵技術(shù)提高雞糞的C/N比值，以緩解抑制作用。然而，混合發(fā)酵中共消化底物比例的輕微變化可能會對消化系統(tǒng)的緩沖能力產(chǎn)生影響。特別地，混合發(fā)酵雖有益于提高產(chǎn)氣效率，但卻降低了厭氧發(fā)酵液中氮磷的濃度，不利于后續(xù)氮磷回收。雞糞富含較多未被消化吸收的營養(yǎng)物質(zhì)，特別是粗蛋白，這決定了雞糞的厭氧發(fā)酵難于其他畜禽糞類。
[0005]為此，本發(fā)明提出一種利用雞糞厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣和回收磷的工藝，以期解決上述冋題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種利用雞糞厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣和回收磷的工藝，其在發(fā)酵單元采用三級逆流技術(shù)進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣和提高液相產(chǎn)物中氮磷的濃度，達(dá)到促進(jìn)發(fā)酵過程雞糞降解，緩解高氨氮濃度對厭氧微生物的抑制效應(yīng)，以及富集發(fā)酵液中氮磷的目的，最終獲得清潔生物質(zhì)能源即沼氣和富含磷酸銨鎂的高效緩釋復(fù)合肥，從而實現(xiàn)畜禽糞便能源與資源化。
[0007]本發(fā)明針對雞糞富含粗蛋白，單獨厭氧發(fā)酵易導(dǎo)致氨氮累積，造成微生物的活性受抑制；而雞糞與其它高含碳的有機廢棄物進(jìn)行聯(lián)合發(fā)酵雖能降低發(fā)酵過程產(chǎn)生的氨氮濃度，但卻導(dǎo)致過程產(chǎn)生的正磷酸鹽的濃度下降，不利于后續(xù)磷回收的問題，提出了三級逆流技術(shù)進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣和富集發(fā)酵液中的氮磷。具體為:利用料液和沼渣在各級發(fā)酵罐之間沿著相反方向流動，并分別定期向一級發(fā)酵罐加入混合有新鮮雞糞和接種污泥的原始物料和向三級發(fā)酵罐中加入有利于厭氧微生物生長的微量元素營養(yǎng)液。一方面，新鮮物料與二級料液接觸，降低了氨氮、有機酸等中間代謝產(chǎn)物累積帶來的抑制效應(yīng)，促進(jìn)雞糞繼續(xù)發(fā)酵產(chǎn)沼氣，并進(jìn)一步積累料液中的氮磷，利于后續(xù)的磷酸銨鎂結(jié)晶回收；另一方面，利用微量元素營養(yǎng)液與三級沼渣接觸促進(jìn)雞糞中難降解的有機物質(zhì)再次發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，提高雞糞沼氣產(chǎn)率。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種利用雞糞厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣和回收磷的工藝，其包括以下工序:厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣、固液分離、氣水分離、脫硫提純、磷回收、沼渣高溫消化和緩釋復(fù)合肥料制備。首先，采用三級逆流技術(shù)進(jìn)行雞糞厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣和富集液相產(chǎn)物中的氮磷。發(fā)酵過程中定期將離心分離后的料液和沼渣在各級發(fā)酵罐之間反方向流動，并定期分別向一級發(fā)酵罐加入混合有新鮮雞糞和接種污泥的原始物料和向三級發(fā)酵罐中加入有利于厭氧微生物生長的微量元素營養(yǎng)液。接著，各級發(fā)酵罐和高溫消化罐產(chǎn)生的沼氣收集后先去除水分再去除H2S，獲得以甲烷為主的沼氣產(chǎn)品。同時，對富含氮磷的一級料液采用磷酸銨鎂結(jié)晶法回收磷，產(chǎn)生的晶體產(chǎn)物與高溫消化后的三級沼渣按比例混合、造粒、干燥，獲得富含磷酸銨鎂的高效緩釋復(fù)合肥。
[0009]本發(fā)明的有益效果:以雞糞作為原料，采用三級逆流技術(shù)降低雞糞發(fā)酵過程高濃度氨氮對厭氧微生物的抑制效應(yīng)，提高發(fā)酵過程沼氣產(chǎn)率的同時富集發(fā)酵液中的磷。利用磷酸銨鎂結(jié)晶法回收磷，形成的晶體產(chǎn)物添入高溫消化后的沼渣中，制備成以磷酸銨鎂為主要有效成分的緩釋復(fù)合肥。同時，發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣進(jìn)行脫水、脫硫，產(chǎn)生以甲烷為主的清潔生物質(zhì)能。第一大優(yōu)點是可同時實現(xiàn)雞糞能源與資源化的目標(biāo)，獲得以甲烷為主要成分的清潔生物質(zhì)能產(chǎn)品和富含磷酸銨鎂的高效緩釋復(fù)合肥；第二大優(yōu)點是促進(jìn)了雞糞的降解，提高了沼氣產(chǎn)量，與普通序批式厭氧發(fā)酵工藝相比較，雞糞中有機質(zhì)降解率和沼氣產(chǎn)率分別提高了 21%和42% ;第三大優(yōu)點提高了發(fā)酵液中磷的濃度，與普通序批式厭氧發(fā)酵工藝相比較，正磷酸鹽的濃度提高了 1.21倍；第四大優(yōu)點可實現(xiàn)雞糞的減量化，達(dá)到緩解日益嚴(yán)峻的環(huán)境污染壓力的目的。
【附圖說明】
[0010]圖1為根據(jù)本發(fā)明的一種利用雞糞厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣和回收磷的工藝的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0011]本發(fā)明的利用雞糞厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣與回收磷的工藝如圖1所示。圖1中的附圖標(biāo)記含義如下:一級發(fā)酵罐1、一級固液分離機2、二級發(fā)酵罐3、二級固液分離機4、三級發(fā)酵罐5、三級固液分離機6、高溫消化罐7、磷酸銨鎂反應(yīng)器8、混合機9、肥料造粒機10、干燥機11、氣水分離裝置12、脫硫罐13、儲氣罐14。
[0012]本發(fā)明提供了一種利用雞糞厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣和回收磷的工藝，其工藝流程如下:
[0013](I)原始物料經(jīng)進(jìn)料口進(jìn)入一級發(fā)酵罐I，進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣過程，發(fā)酵結(jié)束后的物料進(jìn)入一級固液分離機2進(jìn)行離心分離，生成一級沼渣和一級料液；
[0014](2) 一級料液輸送進(jìn)入磷酸銨鎂反應(yīng)器8，一級沼渣由物料泵輸送至二級發(fā)酵罐3，進(jìn)行二次厭