[发明专利]降低沼液中砷含量的方法

说明书

技术领域

本发明属于农业废弃物无害化处理领域。尤其是提供一种在沼气生产体系将砷沉淀在沼渣中，减少沼液中砷含量的方法，有利于沼液后续的无害化处理和还田利用，同时可以提高粪水厌氧发酵的产气率，实现农业废弃物最大程度的资源化。

背景技术

有机砷制剂对动物具有促生长和抗病虫作用，在集约化养殖场被广泛使用。畜禽日粮中有机砷制剂的添加量通常在50～100 mg/kg。此外，农业生产（化肥、农药、除草剂）和开矿等人类活动造成大量的砷暴露，进入食物链中造成累积，使得饲料中也含有一定量的砷。动物对砷的利用率较低，其摄入的砷大部分会随动物粪便进入环境。目前，规模化畜禽养殖场的粪便中总有机砷含量为4～78 mg/kg，尿水中可溶性砷的含量也普遍偏高。随着集约化养殖业的快速发展，全国畜禽养殖每年排放的粪、尿液总量为4.06亿t（2010年“全国第一次污染源普查公报”数据）。畜禽养殖已成为环境中有机砷污染的重要来源之一，对土壤、植物及人类健康造成严重的威胁。

我国是受有机砷污染最为严重的国家之一，“砷污染的环境与健康风险评估体系的优化和完善”已列入我国《重金属污染综合防治“十二五”规划》中。目前，国家对于饮用水中砷的去除比较重视，已有大量研究并开发了多种除砷制剂、材料、技术和装置。

随着畜禽养殖业发展，动物排泄物数量越来越多，厌氧发酵产沼气技术是畜禽养殖场粪污处理的有效途径之一，在规模化养殖场液体粪便处理中被普遍应用。自2003年以来我国累计投入了285亿元沼气建设资金，全国养殖场现有大中型沼气工程超过5000处。在产沼气的过程中，还伴随有大量的沼液和沼渣排出。特别是目前以湿发酵工艺（总固体含量<10%）为主的模式下，沼液的排放量远大于沼渣，其产生量已超过1.3亿t/年。沼液还田利用是其有效处理的主要途径，但在施用过程中并没有考虑到沼液中砷的污染问题。事实上，养殖场粪污作为原料进行厌氧发酵后，只有少量的有机砷会转化为砷化氢（AsH₃）气体损失，其余大部分仍保留在沼液和沼渣中，其中沼液的总砷量为0.02～0.1 mg/L。由于沼液的施用量大，可向农田输入0.025～0.079 kg的砷。同时，经厌氧发酵后畜禽粪便中有机砷的形态发生了剧烈改变，其中溶解态的砷占总砷量的2～68%，极大地增加了沼液农田回用的环境安全风险。因此，沼液中的有机砷处理必须得到重视，在适用技术和方法上应有所突破。但是，目前人们对沼液所带来的砷污染却没有足够的重视。对于解决沼液中有机砷含量的技术方案，并未见诸报道。

目前，有人利用厌氧颗粒污泥添加FeSO₄等强化剂去除养殖废水中的砷，如果直接把这种处理方式移植到沼液中砷的处理是行不通的，因为在所添加的FeSO₄等强化剂中的硫酸根会减少厌氧反应器的甲烷产量、影响厌氧反应的负荷和处理效率、降低COD去除率、增加环境污染和额外投资及运行成本。

发明内容

本发明的目的在于，针对目前用于降低沼液中砷含量的方法相对匮乏问题，提供一种降低沼液中砷含量的方法。

本发明的目的是这样实现的：一种降低沼液中砷含量的方法，包括在沼气生产体系中增加厌氧发酵接种物后进行常规发酵，其特征是：在沼气生产体系中接种物的添加量增加到原料干物重的10～40%，同时添加0.2～1.0 g/L的FeCl₂，混合均匀后进行常规发酵；所述的厌氧发酵接种物为老沼气池的沼渣，或腐败河泥，或新鲜猪粪，或它们的组合物。

在本发明中：在沼气生产体系中还添加原料干物重1～10%的速效碳源，所述的速效碳源为秸秆，或蔬菜残体，或厨余垃圾，或酒糟，或它们的组合物。

在本发明中：当效碳源选择秸秆，或蔬菜残体，或厨余垃圾，或它们的组合物时，添加前要将它们粉碎到不大于3 cm的小段。

本发明的优点在于：添加的FeCl₂可与厌氧反应体系中的有机质形成胶体或沉淀，截留液相中的砷，可降低出料沼液中20%的砷含量。与添加FeSO₄相比，可提高沼液中砷的削减量达4.1～37.8%。增加接种物和速效碳源的添加量，可为厌氧发酵体系提供大量的活性微生物和反应底物及能量，促进液相中砷的沉淀，可降低出料沼液中10%左右的砷含量。接种物碳源和FeCl₂同时增加，可进一步增强系统的缓冲能力，降低出料沼液中30%以上的砷含量。此外，碳源和FeCl₂可提高厌氧发酵系统中产甲烷菌的活性，提高产气量12%以上；成本低，工艺简单，可操作性强。