[发明专利]一种利用鸡粪厌氧发酵产沼气和回收磷的工艺

说明书

技术领域

一种利用鸡粪厌氧发酵产沼气和回收磷的工艺，属于固体有机废弃物能源与资源化领域。

技术背景

随着我国农业结构的调整和农业产业化的推进，畜禽养殖业由原先的小规模、零散经营转变为规模化、集约化生产，致使大量畜禽粪便等污染物逐年增长。鸡粪在畜禽粪便产生量中占有较高的比例。据统计，我国鸡粪产生量高达10万吨/天以上，且逐年快速递增。鸡粪富含有机质，未经处理的鸡粪水分含量高，易占用和污染土壤、水体，产生恶臭气体，并携带病原微生物，造成日益严重的环境污染问题。因此，针对鸡粪开展处理处置和综合利用具有刻不容缓的现实意义。目前，鸡粪的处理技术和综合利用方式以减量化、无害化和资源化为目标，如堆肥，制作有机肥料，制备动物饲料，以及厌氧消化产沼气等。这其中，厌氧消化产沼气被认为是实现集约化养殖粪便能源化、减量化，进行污染防治的主要途径。除有机质含量高外，鸡粪亦富含氮、磷、钾等营养元素，其厌氧消化液具有氮磷浓度较高的特点，这增加了后续生化处理的难度。

另一方面，磷作为地球上一种不可自然再生的有限资源，随着开采速度的加快其陆地储量日益匮乏，从畜禽厌氧消化液中回收磷不仅扩大了磷资源，而且缓解了富含氮、磷等营养元素的污废水排放造成水体富营养化的环境压力。目前，磷回收技术包括结晶法、沉淀法、电渗析法和离子交换法等，回收的产品主要为磷酸铁(FePO₄)、磷酸铝(AlPO₄)、磷酸铵镁(MgNH₄PO₄·6H₂O)和羟磷灰石(Ca₁₀(PO₄)·6(OH)₂)等磷酸盐沉淀物。其中，因磷酸铵镁中P含量折算成P₂O₅标准量后可达51.8％，是目前世界上最高品位的磷矿石，所以磷酸铵镁结晶法被认为是较有潜力的回收方法。

至今，国内外本研究领域技术多集中于优化环境因素和操作参数提高鸡粪厌氧发酵产沼气效率。但，因鸡粪中C/N较低，易导致氨氮富集从而造成消化过程的抑制效应产生。本研究领域也利用混合发酵技术提高鸡粪的C/N比值，以缓解抑制作用。然而，混合发酵中共消化底物比例的轻微变化可能会对消化系统的缓冲能力产生影响。特别地，混合发酵虽有益于提高产气效率，但却降低了厌氧发酵液中氮磷的浓度，不利于后续氮磷回收。鸡粪富含较多未被消化吸收的营养物质，特别是粗蛋白，这决定了鸡粪的厌氧发酵难于其他畜禽粪类。

为此，本发明提出一种利用鸡粪厌氧发酵产沼气和回收磷的工艺，以期解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用鸡粪厌氧发酵产沼气和回收磷的工艺，其在发酵单元采用三级逆流技术进行厌氧发酵产沼气和提高液相产物中氮磷的浓度，达到促进发酵过程鸡粪降解，缓解高氨氮浓度对厌氧微生物的抑制效应，以及富集发酵液中氮磷的目的，最终获得清洁生物质能源即沼气和富含磷酸铵镁的高效缓释复合肥，从而实现畜禽粪便能源与资源化。

本发明针对鸡粪富含粗蛋白，单独厌氧发酵易导致氨氮累积，造成微生物的活性受抑制；而鸡粪与其它高含碳的有机废弃物进行联合发酵虽能降低发酵过程产生的氨氮浓度，但却导致过程产生的正磷酸盐的浓度下降，不利于后续磷回收的问题，提出了三级逆流技术进行厌氧发酵产沼气和富集发酵液中的氮磷。具体为：利用料液和沼渣在各级发酵罐之间沿着相反方向流动，并分别定期向一级发酵罐加入混合有新鲜鸡粪和接种污泥的原始物料和向三级发酵罐中加入有利于厌氧微生物生长的微量元素营养液。一方面，新鲜物料与二级料液接触，降低了氨氮、有机酸等中间代谢产物累积带来的抑制效应，促进鸡粪继续发酵产沼气，并进一步积累料液中的氮磷，利于后续的磷酸铵镁结晶回收；另一方面，利用微量元素营养液与三级沼渣接触促进鸡粪中难降解的有机物质再次发酵产生沼气，提高鸡粪沼气产率。