一种解除畜禽粪便厌氧发酵过程中氨抑制的方法技术

技术编号:15678773 阅读:138 留言:0更新日期:2017-06-23 07:06
本发明专利技术提供了一种解除畜禽粪便厌氧发酵过程中氨抑制的方法。本发明专利技术利用鸟粪石结晶沉淀技术,在pH值7‑9,挥发性脂肪酸与总无机碳的质量浓度比值小于0.4的情况下,检测氨抑制体系中NH

Method for relieving ammonia inhibition during anaerobic fermentation of livestock manure

The invention provides a method for relieving ammonia inhibition during the anaerobic fermentation of livestock and poultry manure. The invention uses the struvite precipitation technique in pH 7 9 mass concentration ratio of volatile fatty acids and total inorganic carbon is less than 0.4, the detection system of NH ammonia inhibition

【技术实现步骤摘要】
一种解除畜禽粪便厌氧发酵过程中氨抑制的方法
本专利技术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。
技术介绍
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++PO43-=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。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题,本专利技术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。本专利技术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。本专利技术探究磷酸铵镁反应(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。为了实现本专利技术目的,本专利技术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。本专利技术的实施例采用的镁盐为MgCl2·6H2O,磷酸盐为Na2HPO4·12H2O或K2HPO4·12H2O。上述方法中,步骤(2)每次加入的镁盐和磷酸盐,使NH4+:Mg2+:PO43-的摩尔比为1:1:1。所述NH4+为发酵体系中拟消除的NH4+步骤(2)中pH值为>7。步骤(2)中随时监测体系中NH4+的浓度,待降至不发生氨抑制时NH4+浓度,停止加入镁盐和磷酸盐。本专利技术提供了上述方法在畜禽粪便厌氧发酵中的应用。本专利技术提供了上述方法在生物厌氧发酵中的应用。与现有技术相比,本专利技术的有益效果在于:本专利技术针对其他氨抑制解除技术可能存在的耗时长、难操控、碱消耗量大等问题,设计了一种基于磷酸铵镁反应进行的畜禽粪便厌氧发酵氨抑制的解除方法利用批式实验进行反应条件影响探究得出pH、温度、罐内有机酸浓度、初始氨氮浓度对MAP反应效率的影响从而在半连续厌氧发酵实验中更好地利用MAP法进行解除氨抑制。由于MAP反应是离子间的化学沉淀反应,反应迅速,可达到快速除氨的效果。针对吹脱法碱消耗量大可在试剂选择方面选择碱性试剂从而达到降低碱消耗的效果。电力能源消耗方面也相对较少。实验操控方面,可根据实验结果得出适宜试剂添加量,进行定量去除,方便快捷。本专利技术通过批式实验,模拟厌氧发酵反应系统的内界和外界环境以及各项物理化学指标,明确了MAP反应在pH9、930mg/L的初始氨氮浓度的情况下有较好的去除效果最高可达到超过80%的氨氮去除率,且VFAs中的乙酸也会对因其对鸟粪石晶体的分解作用而对MAP反应有一定影响,温度因素对此反应并无较大影响。为其在半连续厌氧发酵过程中进行提供了依据。通过半连续厌氧发酵试验,进一步验证反应器内部各影响因素动态变化情况下MAP反应对氨氮抑制的解除效果,结合批式实验结果,考虑影响因素影响进行MAP反应,对本方法进行进一步优化。结果证明实验可以根据加盐量的不同,得到可调控的氨氮去除率,最高可达80%。本专利技术操作工艺简单且MAP反应生成的鸟粪石沉淀,是一种缓释肥,不但可解除氨氮抑制还可以回收氮磷等养分,从而降低运行成本。附图说明图1为实施例1中温条件下不同pH的氨氮去除率。图2为实施例1高温条件下不同pH的氨氮去除率。图3A为实施例1中pH=7.5时,不同乙酸钠浓度条件下的氨氮去除率。图3B为实施例1中pH=8时,不同乙酸钠浓度条件下的氨氮去除率。图4为不同初始氨氮浓度的氨氮去除率图。图5为实施例2的中温日产甲烷量与氨氮浓度变化随时间变化的关系图。图6为实施例2的高温日产甲烷量与氨氮浓度变化随时间变化的关系图。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的,并不是用于对本专利技术的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本专利技术的宗旨和精神的情况下,可以对本专利技术进行各种修改和替换。实施例中使用的实验方法,若无特殊说明,均为常规方法。实施例中所用的材料、试剂等,若无特殊说明,均可从商业途径得到。本实施例中的猪粪为购自福建省某养猪农户晾晒之后的猪粪,使用前将购买的干猪粪用粉碎机粉碎成粉末状,备用;接种污泥取自北京市顺义区东华山沼气站正常稳定运行的沼气工程发酵池底污泥。实施例中的各种参数的检测方法如下:产气量:采用排饱和食盐水法测定,仪器为湿式气体流量计。气体成分:沼气成分分析仪Biogas5000测定。pH值、电导率:使用SG23多参数测试仪测定。氨氮(NH4+-N)浓度:水杨酸-次氯酸盐光度法(UV-1000紫外分光光度计)。挥发性脂肪酸(Volatilefattyacids,VF本文档来自技高网
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一种解除畜禽粪便厌氧发酵过程中氨抑制的方法

【技术保护点】
一种解除畜禽粪便厌氧发酵过程中氨抑制的方法,其特征在于,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。

【技术特征摘要】
1.一种解除畜禽粪便厌氧发酵过程中氨抑制的方法,其特征在于,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。2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述的调节厌氧发酵体系的pH值为>7。3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述的调节厌氧发酵体系的pH值为7-8。4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述VFA/TIC<0.4。5.如权利要求1-4任一所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员:郭建斌刘君娜董仁杰庞昌乐
申请(专利权)人:中国农业大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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