[发明专利]一种解除畜禽粪便厌氧发酵过程中氨抑制的方法

说明书

技术领域

本发明涉及农业废弃物资源化利用领域，具体涉及一种基于磷酸铵镁反应进行的畜禽粪便厌氧发酵过程中发生的氨抑制解除方法。

背景技术

随着现代畜牧产业体系的逐渐完善和经济的快速发展，畜牧业的生产方式已经发生重大转变，逐步由分散型、粗放型向规模化、集约化经营转变，畜禽粪便排放量随之急剧增长以及产生的环境问题日益突出。厌氧发酵产沼气技术由于其具备控制畜禽粪便环境污染和缓解农村能源日益增长需求压力的双重功能，近年来在世界范围内受到普遍关注和快速发展。随着我国农村城镇化进程的加快以及农村养殖模式逐渐由原始的农户散养向集约化养殖转变，国家出台了一系列政策加大规模化畜禽养殖场大中型沼气工程的建设。截止2013年上半年以来，我国农村已建成1300万个6-10m³规格的会用沼气池，年产沼气3亿m³，大约100万农村人口用上了沼气。

规模化沼气工程为养殖场以及村镇带来大量的生物能源，增加了经济和环境效益。但由于我国沼气工程通常采用单一原料，如畜禽粪便等。动物粪便具有C/N较低，高N含量的特性，加之在生产实践中常采用沼液回流的操作模式，随着厌氧消化反应的进行，氨在消化液中不断累积，逐渐形成的高浓度氨氮将严重影响产甲烷菌的活性，从而降低反应器产气效率，甚至最终导致发酵过程失败。因而，对于氨抑制现象的控制及解除是畜禽粪便厌氧消化领域的热点问题。

目前，氨抑制解除方法，主要有以下几种：一是改变环境参数，通过对pH、碳氮比等因素的调节来完成；二是驯化产甲烷菌种群，通过填料固定、元素添加等方式增强微生物对高浓度氨氮的耐受性，从而使厌氧消化可以在氨氮浓度较高的情况下进行。三、物理化学方法如稀释、吹脱、化学沉淀等。鸟粪石结晶沉淀技术(即磷酸铵镁反应，鸟粪石的化学名称为磷酸铵镁，化学式是MgNH₄PO₄·6H₂O反应式：Mg²⁺+NH₄⁺+PO₄^3-＝MgNH₄PO₄·6H₂O)具有反应原理简单、反应时间短、速度快、氨氮去除率高、受外界环境影响小等特点，同时还可实现对氨氮的有效回收。目前，此技术主要应用于处理工业高氨氮废水和氮磷的养分回收利用，在反应罐外进行处理沼液，只需考虑如何加大回收效率即可，但用于厌氧反应过程中的氨抑制解除需考虑反应罐的pH变化、外来离子添加等对反应体系稳定性的影响，同时要保证厌氧工程的正常平稳运行，要实现准确调控并解除发酵过程中的氨抑制尚存在技术难度。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是建立一种基于磷酸铵镁反应的简单、快速、适宜的氨去除方法用于畜禽粪便厌氧发酵过程中的氨抑制解除。

本发明原理根据磷酸铵镁沉淀形成的主要化学反应，将经过对比选择的镁盐和磷盐加入到反应器中，使其与NH₄⁺发生反应，再根据氨氮在厌氧发酵液中的平衡关系，将其自由氨浓度降低，从而快速的实现解除氨抑制的目的。本发明探究磷酸铵镁反应(MAP反应)在厌氧发酵罐的内环境中的影响因素和反应自身限制因素。通过这些因素，建立一套适用于畜禽粪便厌氧发酵中解除氨抑制的方法。

为了实现本发明目的，本发明的技术方案包括以下步骤：

(1)待畜禽粪便厌氧发酵体系中形成明显的氨抑制时，调节厌氧发酵体系的pH值和VFA/TIC，所述VFA/TIC为挥发性脂肪酸与总无机碳的质量浓度比值；

(2)向反应体系中加入镁盐和磷酸盐，同时调节pH值以维持发酵体系正常运行。

上述方法中，步骤(1)所述的调节厌氧发酵体系的pH值为＞7。

优选地，步骤(1)所述的调节厌氧发酵体系的pH值为7-8。

步骤(1)所述VFA/TIC＜0.4。

步骤(2)少量多次加入镁盐和磷酸盐，杜绝一次性加入目标量的镁盐和磷酸盐。本发明的实施例采用的镁盐为MgCl₂·6H₂O，磷酸盐为Na₂HPO₄·12H₂O或K₂HPO₄·12H₂O。