[发明专利]一种高效磷素回收耦合厌氧发酵处理畜禽粪便的方法

说明书

本发明提供了一种高效营养盐回收耦合厌氧发酵处理畜禽粪便的方法，属于养殖废弃物处理技术领域。所述方法包括以下步骤：(1)对畜禽粪便进行水热预处理；(2)对预处理后的畜禽粪便进行磷素回收处理；(3)对经预处理和营养盐回收的畜禽粪便进行厌氧发酵处理。本发明提供的处理方法是基于水热预处理的畜禽粪便营养盐回收与厌氧发酵耦合工艺，该工艺很好地促进了对畜禽粪便中磷素的提取和回收，以及对畜禽粪便厌氧发酵性能的提升，实现了畜禽粪便的最大化资源转化和利用。

技术领域

本发明属于养殖废弃物处理技术领域，具体涉及一种高效磷素回收耦合厌氧发酵处理畜禽粪便的方法。

背景技术

规模化养殖业的迅猛发展带来了大量的畜禽粪便，目前全球的牛粪、猪粪和鸡粪的总量高达17.9亿吨/年，厌氧发酵是其重要的处置和利用方式，不仅可以产生沼气，还可以产生沼渣作为肥料。然而现有采用厌氧发酵处理畜禽粪便的方法，一方面存在甲烷的转化率不高，另一方面由于畜禽粪便中的氮磷比非常高，厌氧消化过程中大量的氮磷会以氨氮和磷酸盐的形式释放出来，需要对磷进行回收处理。这三类畜禽粪便所含的磷素总量高达0.17亿吨/年，与每年开采的磷矿资源相当，在规模化养殖区域，畜禽粪便中的磷素难以被周边的农业系统消纳，也不便于运输和分配，畜禽粪便中磷的比例大大超过了作物的需求，这使得畜禽粪便及其沼肥和堆肥产品在农业应用过程中易造成磷施用过量及磷污染，因此回收畜禽粪便中的部分磷素可以提高畜禽粪便中磷素的协调性。

对畜禽粪便中磷素的提取是其回收利用的重要过程，而磷素提取后可以直接作为肥料使用，或者通过化学沉淀(如鸟粪石)、吸附、微过滤等方法回收。目前有多种方法可以提取畜禽粪便中的营养盐，如在微波处理时加入酸、碱或者氧化剂。另外厌氧发酵过程同样也可以从畜禽粪便中提取大量的营养盐进入沼液，通过对沼液进行处理依然可以回收沼液中的大量磷素，然而磷素转化为易于回收的溶解性正磷酸盐的效率较低，大部分磷素是以非溶解性正磷酸盐形态存在。

关于畜禽粪便的厌氧发酵以及磷素的回收处理，目前仅仅停留在进行单一工序的研究，要么是对畜禽粪便进行磷素回收，要么是将畜禽粪便进行厌氧发酵产甲烷，再对沼液中的磷素进行回收，但是单一工序的处理方式存在正磷酸盐的回收效率不高，甲烷的转化效率也不高，产气量有待进一步提升的问题。因此能否在现有工艺的基础上提出一种新的畜禽粪便处理工艺，不仅能够很好回收畜禽粪便中的磷素，增大溶解性正磷酸盐的回收效率，还能够进一步提高厌氧发酵的产甲烷量，实现畜禽粪便的最大化资源转化和利用，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述技术问题，而提供一种高效磷素回收耦合厌氧发酵处理畜禽粪便的方法，该耦合工艺可以实现畜禽粪便厌氧发酵产甲烷性能的提升，且能够实现磷素回收与厌氧发酵的最佳耦合。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种高效磷素回收耦合厌氧发酵处理畜禽粪便的方法，包括以下步骤：

(1)水热预处理：取一定量的畜禽粪便，向其中加入酸进行水热预处理，所述水热预处理的温度为100-380℃，处理时间为0-6h，将预处理后的畜禽粪便进行固液分离，得到固相产物Ⅰ和液相产物Ⅰ；

(2)磷素回收处理：向步骤(1)所得液相产物Ⅰ中加碱调节pH至9-11，然后经固液分离得到固相产物Ⅱ和液相产物Ⅱ，固相产物Ⅱ为正磷酸盐沉淀；

(3)厌氧发酵处理：将步骤(1)所得固相产物Ⅰ和步骤(2)所得液相产物Ⅱ混合，向二者的混合物中加入接种物进行厌氧发酵产沼气。

目前水热处理已大量用于废弃有机质的处置及资源转化，如畜禽粪便、餐厨垃圾、作物秸秆、市政污泥、林木碎屑和藻类等各种生物质资源的处置及资源转化。水热预处理条件下生物质中的蛋白质、纤维素、半纤维素、淀粉等组分会发生不同程度的水解或者使其结构更易于水解，因此木质纤维生物质的水热处理可以大幅提高其产甲烷潜力。