[发明专利]禽畜粪污氢烷发酵耦合资源化工艺

说明书

本发明公开了禽畜粪污氢烷发酵耦合资源化工艺，通过全混合厌氧反应器加厌氧膜生物反应器两相氢烷发酵系统，一级厌氧对水解菌及酸化菌筛选驯化，同时产生氢气及有机酸和二氧化碳。二级发酵内乙酸营养型及氢营养型产甲烷菌得以充足底物进行高效代谢。再采用厌氧消化液三电极电解流控回收磷酸铵镁和鸟粪石。本发明相比较于传统的厌氧沼气生产，本系统产生的氢烷气体热值高更，进一步提升了禽畜粪便资源能源回用率。同耦合工艺针对消化液中富磷富氮进行三电极电解，牺牲阳极离子化镁棒，产生高效农肥(鸟粪石)的同时对消化液进一步降解。

技术领域

本发明属于生物技术领域，涉及禽畜粪污氢烷发酵耦合资源化工艺。

背景技术

如何高效处置产量巨大的禽畜粪便成为关乎环境与人体健康的难题。尽管沼气发酵在国内外都具有较大经济市场前景，但禽畜粪污沼气发酵过程中甲烷含率少热值低，同时还存在底物/产物抑制、有机质转化率低、消化液氮磷污染等技术瓶颈限制了禽畜粪便资源化的推广。本发明基于微生态增效调控响应胁迫机制，针对如何提高转化率-提升生物气热值及资源回收难题，构建CSTR+AnMBR两相氢烷发酵-电解流控磷酸铵镁生产及尾水一段式厌氧氨氧化处理的新型耦合工艺。实现粪污消纳、高纯氢烷与氮磷回收及消化液达标排水。而禽畜粪便复杂，氢烷发酵中功能菌群整体代谢易波动，反应活性易受抑制，协同代谢活度低导致的氢烷产率低且纯度差。同时厌氧消化液排水高氮磷及恶臭气等制约了资源化效率。需要从根本上提氢烷产率和纯度，解决发酵过程底物/产物抑制及消化液净化达标排放。构建氢烷回收、N.P资源化并实现消化液洁净排水新工艺，掌握发酵过程中抑制机理及微生态抗逆机制是实现高效禽畜粪污氢烷发酵清洁生产的根本。提高氢烷转化率及系统代谢稳定性是大幅度提升禽畜粪便发酵经济效应、实现高效氢烷生产技术落地，解决农牧业固体废弃物资源化技术瓶颈实现真正惠国利民所亟待解决的现实问题。

现有技术对于禽畜粪污处理效果差，存在易被抑制及转化率低，消化液氮磷污染等问题。本发明可以提高氢烷转化率及系统代谢稳定性是大幅度提升禽畜粪便发酵经济效应、实现高效氢烷生产技术落地。

发明内容

本发明的目的在于提供禽畜粪污氢烷发酵耦合资源化工艺，本发明的有益效果是通过两级厌氧提高了禽畜粪污整体资源化效率。一级厌氧对水解菌及酸化菌筛选驯化，降解TS(总固体)及VS(挥发性固体)效果显著，同时产生氢气及有机酸和二氧化碳。二级发酵内乙酸营养型及氢营养型产甲烷菌得以充足底物进行高效代谢。相比较于传统的厌氧沼气生产，本系统产生的氢烷气体热值高更，进一步提升了禽畜粪便资源能源回用率。同耦合工艺针对消化液中富磷富氮进行三电极电解，牺牲阳极离子化镁棒，产生高效农肥(鸟粪石)的同时对消化液进一步降解。

本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：

步骤1：一级全混合厌氧反应器高温快速水解，进行微生物高温驯化，以有机负荷递增法实现一级反应器的快速稳定，控制水力停留时间确保水解彻底；

步骤2：氨氮水解产率与产氢气产甲烷的协调控制，监控消化液中的氨氮浓度变化，采用食微比调控策略将氨氮浓度控制在水解菌及酸化菌抑制阈值6000mg/L内；

步骤3：二级厌氧膜生物反应器强化甲烷发酵，二级厌氧将一级厌氧中的溶解性有机质快速降解，同时对未降解的总固体进一步水解，二级厌氧通过调控污泥停留时间实现优势功能菌的截留和富集，实现降解粪污的功能；

步骤4：厌氧膜生物反应器中优质聚四氟乙烯中空膜组件调控，采用高强度聚四氟乙烯中空纤维膜的固定组件，配置的反冲洗泵定期对膜清洗；

步骤5：厌氧膜生物反应器中实现生物沼气原位提纯，原位转化CO2，一级厌氧产酸产氢反应器产生的气体通过气泵通入厌氧膜生物反应器中建立一条气体循环路径，实现气提的同时对一段产生的二氧化碳和氢气通过二级流加富集的氢营养型产甲烷菌部分转化为甲烷气，在反应器中实现原位提纯生物沼气；

步骤6：一级厌氧产气量提升，通过建立的循环气路吹脱增加膜丝振动幅度；