一種降低三階段發(fā)酵系統(tǒng)回流沼液中氨氮濃度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及廢水資源化處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種降低三階段發(fā)酵系統(tǒng)回流沼液中氨氮濃度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]厭氧發(fā)酵是較為有效的處理城市有機(jī)垃圾的手段之一。有機(jī)物經(jīng)厭氧發(fā)酵后可轉(zhuǎn)化為大量的次生產(chǎn)物，沼氣和固液混合剩余物。其中，沼氣可用于發(fā)電或燃料使用；固液混合剩余物不可直接進(jìn)行填埋或者進(jìn)入污水處理廠，需經(jīng)過脫水處理。脫水后形成的沼渣和沼液再進(jìn)行最終處理，沼渣可通過好氧發(fā)酵制成有機(jī)肥料;沼液由于含有較高濃度氨氮等代謝產(chǎn)物，不能直接作為肥料使用，而只可進(jìn)入污水處理廠進(jìn)行處理。
[0003]對厭氧發(fā)酵而言，針對不同原料，生產(chǎn)過程中通常需要加水進(jìn)行稀釋，且用水量較大，導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加。為了降低運(yùn)行成本、減輕后端污水處理負(fù)荷、同時為厭氧系統(tǒng)提供具有活性的菌群，工藝上通常選擇沼液作為過程水回流，稀釋原料，調(diào)整發(fā)酵基質(zhì)固含率，以保證后續(xù)厭氧發(fā)酵的順利進(jìn)行。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，專利申請?zhí)枮?01510030622.3的中國專利《盤龍式沼氣發(fā)生系統(tǒng)促進(jìn)沼液回流攪拌的裝置》披露了一種發(fā)酵裝置，可實(shí)現(xiàn)沼液在系統(tǒng)內(nèi)充分流動，并帶動菌種的均勻分布，有效防止結(jié)殼現(xiàn)象，產(chǎn)期率高。專利申請?zhí)枮?01410663706.6的中國專利披露了一種帶有沼液回流管線的畜禽糞便厭氧發(fā)酵裝置。在此裝置中，沼液可通過回流管道回流進(jìn)入進(jìn)料裝置，進(jìn)而將沼液中的未發(fā)酵完全的有機(jī)質(zhì)在此利用，提高厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣效率，同時，減少沼液外排量。然而，沼液在回流過程中容易出現(xiàn)氨氮濃度的持續(xù)升高的現(xiàn)象。當(dāng)沼液中氨氮濃度累積到一定程度時，會對產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生毒性，抑制其活性，從而延緩厭氧發(fā)酵的過程，造成沼氣工程無法穩(wěn)定地運(yùn)行。上述兩篇專利著重強(qiáng)調(diào)裝置結(jié)構(gòu)，對沼液回流的具體操作參數(shù)及如何控制回流沼液中氨氮濃度未作介紹。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是通過合理的技術(shù)手段減少回流沼液中氨氮的累積，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性及發(fā)酵效率，降低由沼液排放導(dǎo)致的二次污染問題，提供一種降低三階段發(fā)酵系統(tǒng)回流沼液中氨氮濃度的方法。
[0005]該方法具體為:三階段發(fā)酵系統(tǒng)所產(chǎn)發(fā)酵殘?jiān)?jīng)固液分離器進(jìn)行固液分離后，所得沼渣經(jīng)沼渣管道排放至沼渣處理系統(tǒng)，所產(chǎn)沼液經(jīng)沼液管道進(jìn)入發(fā)酵液脫氮反應(yīng)器進(jìn)行脫氮，經(jīng)脫氮后沼液通過沼液回流管道一回流至水解發(fā)酵罐，或通過沼液回流管道二回流至產(chǎn)氫發(fā)酵罐，或通過沼液回流管道三回流至產(chǎn)甲烷發(fā)酵罐繼續(xù)參與發(fā)酵，剩余脫氮后沼液經(jīng)過沼液排放管道排放；
[0006]其中，發(fā)酵液脫氮反應(yīng)器內(nèi)投加鎂源，使鎂摩爾濃度與原發(fā)酵液中磷摩爾濃度之比為1:1-1.2:1;發(fā)酵液脫氮反應(yīng)器內(nèi)發(fā)酵液pH值通過磷酸或氫氧化鈉控制在8.2-8.5;發(fā)酵液脫氮反應(yīng)器內(nèi)，進(jìn)水氨氮濃度低于3000mg/L時，只開啟攪拌裝置，進(jìn)水氨氮濃度高于3000mg/L時，開啟曝氣裝置進(jìn)行曝氣，同時關(guān)閉攪拌裝置;沼液回流管道一、沼液回流管道二、沼液回流管道三中回流沼液量與進(jìn)料原料量體積比為0.2:1-1.5:1。
[0007]三階段發(fā)酵系統(tǒng)的原料先經(jīng)預(yù)處理混合裝置進(jìn)行分選、破碎、混勻后進(jìn)入三階段發(fā)酵系統(tǒng)水解發(fā)酵罐中。發(fā)酵液脫氮反應(yīng)器內(nèi)配備不銹鋼網(wǎng)，更換周期為12-72小時。
[0008]沼液排放管道中的沼液排放流量根據(jù)發(fā)酵液脫氮反應(yīng)器內(nèi)水位自動調(diào)節(jié)。
[0009]水解發(fā)酵罐所產(chǎn)發(fā)酵液進(jìn)入產(chǎn)氫發(fā)酵罐，水解發(fā)酵罐所產(chǎn)發(fā)酵殘?jiān)c產(chǎn)氫發(fā)酵罐所產(chǎn)發(fā)酵殘?jiān)旌虾筮M(jìn)入產(chǎn)甲烷發(fā)酵罐;產(chǎn)氫發(fā)酵罐內(nèi)接種產(chǎn)氫光發(fā)酵細(xì)菌或產(chǎn)氫暗發(fā)酵細(xì)菌；當(dāng)接種產(chǎn)氫光發(fā)酵細(xì)菌時，沼液回流管道二開啟；當(dāng)接種產(chǎn)氫暗發(fā)酵細(xì)菌時，沼液回流管道二關(guān)閉。產(chǎn)甲烷發(fā)酵罐內(nèi)氨氮濃度高于3000mg/L或者pH低于7.5時，沼液回流管道三開啟，否則沼液回流管道三關(guān)閉。水解發(fā)酵罐接種消化污泥、酵母菌或乳酸菌;產(chǎn)氫發(fā)酵罐可接種酵母菌使之變成產(chǎn)乙醇發(fā)酵罐;產(chǎn)甲烷發(fā)酵罐接種消化污泥。
[0010]沼液在發(fā)酵液脫氮反應(yīng)器中水力停留時間為6-15小時;發(fā)酵液在水解發(fā)酵罐、產(chǎn)氫發(fā)酵罐和產(chǎn)甲烷發(fā)酵罐中水力停留時間分別為:1-3天，7-10天和25-35天。
[0011 ]本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下:
[0012](I)回流沼液中氨氮可有效去除，因此，沼液回流次數(shù)可有效延長；
[0013](2)采用鳥糞石工藝，將沼液中的氨氮和磷轉(zhuǎn)化為磷酸銨鎂緩釋肥料，創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)價值；
[0014](3)將生產(chǎn)過程中需要添加的稀釋水換成沼液，不僅可減少水的用量，同時，在相同進(jìn)料負(fù)荷條件下，還大大減少了厭氧發(fā)酵裝置沼液外排量，降低了對外界環(huán)境造成的二次污染。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的一種降低三階段發(fā)酵系統(tǒng)回流沼液中氨氮濃度的方法涉及到的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明實(shí)施例3涉及裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3為本發(fā)明實(shí)施例4涉及裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]其中:1_預(yù)處理混合裝置;2-固液分離器;3-沼渣處理系統(tǒng);4-發(fā)酵液脫氮反應(yīng)器；5-沼渣管道;6-沼液管道;7-沼液排放管道;8-水解發(fā)酵罐;9-沼液回流管道一 ；10-產(chǎn)氫發(fā)酵罐;11-沼液回流管道二; 12-產(chǎn)甲烷發(fā)酵罐;13-沼液回流管道三。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0020]本發(fā)明提供一種降低三階段發(fā)酵系統(tǒng)回流沼液中氨氮濃度的方法，如圖1所述，為該方法所涉及到的裝置，三階段發(fā)酵系統(tǒng)的原料先經(jīng)預(yù)處理混合裝置I進(jìn)行分選、破碎、混勻后進(jìn)入三階段發(fā)酵系統(tǒng)水解發(fā)酵罐8中。三階段發(fā)酵系統(tǒng)所產(chǎn)發(fā)酵殘?jiān)?jīng)固液分離器2進(jìn)行固液分離后，所得沼渣經(jīng)沼渣管道5排放至沼渣處理系統(tǒng)3，所產(chǎn)沼液經(jīng)沼液管道6進(jìn)入發(fā)酵液脫氮反應(yīng)器4進(jìn)行脫氮，經(jīng)脫氮后沼液通過沼液回流管道一 9回流至水解發(fā)酵罐8，或通過沼液回流管道二 11回流至產(chǎn)氫發(fā)酵罐10，或通過沼液回流管道三13回流至產(chǎn)甲烷發(fā)酵罐12繼續(xù)參與發(fā)酵，剩余脫氮后沼液經(jīng)過沼液排放管道7排放；
[0021]其中，發(fā)酵液脫氮反應(yīng)器4內(nèi)投加鎂源，使鎂摩爾濃度與原發(fā)酵液中磷摩爾濃度之比為1:1-1.2:1;發(fā)酵液脫氮反應(yīng)器4內(nèi)發(fā)酵液pH值通過磷酸或氫氧化鈉控制在8.2-8.5;發(fā)酵液脫氮反應(yīng)器4內(nèi)，進(jìn)水氨氮濃度低于3000mg/L時，只開啟攪拌裝置，進(jìn)水氨氮濃度高于3000mg/L時，開啟曝氣裝置進(jìn)行曝氣，同時關(guān)閉攪拌裝置，發(fā)酵液脫氮反應(yīng)器4內(nèi)配備不銹鋼網(wǎng)，其更換周期為12-72小時。
[0022]實(shí)施例1
[0023]使用上述操作方法及設(shè)備處理某食堂產(chǎn)生餐廚垃圾。餐廚垃圾在進(jìn)入?yún)捬醢l(fā)酵系統(tǒng)前，先預(yù)處理去除粒徑較大的骨頭、果皮、塑料袋等。經(jīng)分選餐廚垃圾在預(yù)處理混合裝置I處分選、破碎后與回流沼液混合進(jìn)入水解發(fā)酵罐8中。水解發(fā)酵罐8進(jìn)料負(fù)荷為8gVS/L/d。沼液回流管道一9中回流沼液量與進(jìn)料原料量體積比為1:1。發(fā)酵液在水解發(fā)酵罐8中水力停留時間為1.5天。水解發(fā)酵罐8所產(chǎn)發(fā)酵液進(jìn)入產(chǎn)氫發(fā)酵罐10，所產(chǎn)發(fā)酵殘?jiān)c產(chǎn)氫發(fā)酵罐10所產(chǎn)發(fā)酵殘?jiān)旌虾筮M(jìn)入產(chǎn)甲烷發(fā)酵罐12。發(fā)酵液在產(chǎn)氫發(fā)酵罐10和產(chǎn)甲烷發(fā)酵罐12中水力停留時間分別為:8天和30天。產(chǎn)氫發(fā)酵罐10內(nèi)接種產(chǎn)氫光發(fā)酵細(xì)菌。沼液回流管道二11中回流沼液量與進(jìn)料原料量體積比為0.5:1。水解發(fā)酵罐8和產(chǎn)甲烷發(fā)酵罐12接種消化污泥。產(chǎn)甲烷發(fā)酵罐12所產(chǎn)發(fā)酵殘?jiān)?jīng)固液分離器2分離所產(chǎn)沼液進(jìn)入發(fā)酵液脫氮反應(yīng)器4進(jìn)行脫氮。沼液在發(fā)酵液脫氮反應(yīng)器4中水力停留時間為6小時。發(fā)酵液脫氮反應(yīng)器4中通過投加氯化鎂使沼液中鎂摩爾濃度與原發(fā)酵液中磷摩爾濃度之比為1:1。發(fā)酵液脫氮反應(yīng)器4內(nèi)沼液PH值通過磷酸或氫氧化鈉控制在8.2-8.5。若進(jìn)水氨氮濃度高于3000mg/L時，開啟曝氣裝置進(jìn)行曝氣，同時關(guān)閉攪拌裝置，風(fēng)機(jī)流量控制在5L/m3發(fā)酵液/h;若進(jìn)水氨氮濃度低于3000mg/L時，只開啟攪拌裝置，攪拌速率為150rpm。若產(chǎn)甲烷發(fā)酵罐12內(nèi)氨氮濃度高于3000mg/L或者pH低于7.5時，沼液回流管道三13開啟，稀釋率為0.21/h，否則關(guān)閉。使用本方法與設(shè)備，在發(fā)酵原料進(jìn)料負(fù)荷為8gVS/L-水解發(fā)酵罐/d情況下，發(fā)酵體系氫氣和甲烷產(chǎn)率分別為180-320ml/gVS和610-750ml/gVS。鳥糞石回收率為250-350mg/L-沼液。沼液排放管道7 內(nèi)沼液水質(zhì)指標(biāo)如下:COD: 3800-6800mg