[发明专利]一种厌氧发酵液资源化的方法

说明书

本发明涉及废水资源化技术领域，具体涉及一种厌氧发酵液资源化的方法，所述厌氧发酵液的组成包括NH₄⁺、PO₄^3‑和有机物，所述方法包括如下步骤：(1)将所述厌氧发酵液通过FCDI的阴离子电渗析膜和阳离子电渗析膜进行阴阳离子分离，得到FCDI出水；(2)所述FCDI的负电极室吸附NH₄⁺形成氨气，通入硫酸生成硫酸铵；(3)所述FCDI的负电极室和正电极室沉淀后，分别取上清液，混合，加入Mg²⁺和碱，制备鸟粪石，具有氮磷收率高、鸟粪石纯度高以及收益好的优点。

技术领域

本发明涉及废水资源化技术领域，具体涉及一种厌氧发酵液资源化的方法。

背景技术

厨余垃圾、禽畜粪便、剩余污泥等经过厌氧发酵后的残留液体，称为厌氧发酵液。厌氧发酵的发酵物长期浸泡液体中，一些可溶性养分自固相逐渐转入液相，因此发酵液中含有丰富的大量常量营养元素，提高了发酵液中的养分含量；也含有许多微量营养元素，如钙、铜、铁、锌、锰等，还含有丰富的氨基酸、维生素、各种水解酶、某些植物激素、同时含有对病虫害有抑制作用的物质或因子。在农村，处理发酵液最常用的方式就是沼液还田，这种富含高氮、磷的液体，可以作为很好的农业有机肥料，根据其特性甚至还能用于杀虫。这种方法无需后续处理成本，成本低，投资省，实现零排放。但在很多地区，还田使用的发酵液远远小于实际产生发酵液的量，尤其在一些具有大规模养殖场的村庄，厌氧发酵是处理养殖废水最有效的方式，但发酵液的后处理成为了很大的问题。在发酵过程中，发酵物中的有机质成分大部分已经以气体的形式排除，但是氮、磷元素很大一部分仍然留在液体中，其中氨氮物质含量最高，因此，未将厌氧发酵液进行任何处理就直接排放会对生态造成严重的危害。

氮和磷是生物重要营养源，水体中的氮、磷含量急剧增加，水体中蓝藻、绿藻大量繁殖，由此造成水体缺氧并产生毒素，使水质恶化，对水生生物和人体健康产生很大的危害。水体中氮污染过高不利于水生生物生长，并产生毒害作用：水中游离的NH₃超过lmg/L时，会导致大部分鱼类死亡；水体中的氨氮在氧化过程中大量消耗水中溶解氧，致使水生生物得不到充足的氧气而缺氧死亡，同时降低水体质量，严重破坏水生生态系统。另外，若硝酸盐和亚硝酸盐被食入人体，在人体中会转化为亚硝胺，对人体有致畸、致癌、致突变的潜在威胁。因此，若直接将含有大量氮、磷元素的厌氧发酵液排放到水体中，会对生态和人类健康造成巨大威胁。

针对厌氧发酵液的处理，目前研究及应用的重点包括去除其中的污染物使其满足达标排放标准，或者沼液无害化后直接归田利用。但是氮、磷既可以视为污染物，也可视为化肥原料。回收或转移这类发酵液中的营养物质，使其循环利用，既可以避免对环境的污染，又实现了资源化利用，因此，越来越多学者开展了利用厌氧发酵液制备鸟粪石的研究。

磷酸铵镁，俗称鸟粪石，是一种难溶于水的白色晶体，含有植物生长必须的氮、磷、镁三种营养元素，是应用广泛的多元素缓释肥料。为制备鸟粪石，理论上所需镁、磷酸根、铵根的摩尔浓度比为1:1:1，故对于高氨氮的厌氧发酵液，需要添加大量的镁离子和磷酸根，此外还需要添加大量碱液调节pH，以便制备鸟粪石，而鸟粪石制备所需的药剂费用非常昂贵，因此限制了厌氧发酵液制备鸟粪石的推广应用。

中国专利申请CN108675403A公开了一种电化学鸟粪石结晶回收污水氮磷的方法，针对现有电化学鸟粪石结晶回收污水氮磷存在的过电势大、镁源成本高等难题，该专利申请利用廉价镁质矿物在阳极液中酸解，显著减小过电势和降低镁源成本。该专利申请的方法基于双室电解池中电极反应形成的阳极液酸化和阴极液碱化的条件，往阳极室投加镁质矿物，阻止阳极液酸化，稳定阳极液pH；酸解镁质矿物释放出的镁离子在电场力驱动下通过阳离子交换膜向阴极迁移，与阴极室污水中的铵根和磷酸根在碱性条件下发生结晶反应，形成鸟粪石沉淀，并稳定阴极液pH，实现了同时去除和回收污水氮磷的目的。该专利申请在一定程度上提供了镁源，但是该专利申请的氮、磷回收率较低，污水资源化有待进一步提高。