CN112159261A

CN112159261A - 一种禽畜粪便生产液体浓缩肥的方法

Info

Publication number: CN112159261A
Application number: CN202011074379.2A
Authority: CN
Inventors: 吕和鑫; 刘新; 贾士儒
Original assignee: Tianjin University of Science and Technology
Current assignee: Tianjin University of Science and Technology
Priority date: 2020-10-10
Filing date: 2020-10-10
Publication date: 2021-01-01

Abstract

本发明公开了一种禽畜粪便生产液体浓缩肥的方法，通过将禽畜粪便固液分离，消毒两级过滤，酸碱度与COD调整后获得粪便清液，粪便清液作为培养液进行微藻培养后获得微藻细胞，微藻细胞经过絮凝沉淀后获得藻细胞浓缩液，经过光合菌厌氧发酵后得到液体浓缩肥。此液体浓缩肥的生产方法，一方面对禽畜粪便中有机物与营养盐分进行了回收而消除了粪便对环境的污染；另一方面获得了含有高浓度氮磷钾镁钙等离子的液体肥。

Description

一种禽畜粪便生产液体浓缩肥的方法

技术领域

本发明涉及一种利用微藻去除禽畜粪便液体部分中的有机污染物，降低COD，浓缩粪便液体部分中氮磷等无机营养盐，生产浓缩有氮、磷、钾、镁、钙营养成分的液体肥的方法。

背景技术

禽畜粪便，尤其是牛、猪和鸡的粪便存在含水量高，排放量大，有机物与氮磷等含量高等问题，给传统的堆肥处理带来一定困难。

水生微藻如小球藻、螺旋藻，具有直接利用禽畜粪便液体中有机物生长的能力，因此可快速降低禽畜废水中的COD；另一方，作为低等光合单细胞植物，在禽畜粪便中有机物被吸收完全后，细胞进行光合作用继续生长，实现对无机氮磷的持续吸收与富集。因此微藻液体肥实现了对禽畜粪便中无机离子的富集，相比传统有机肥料，具有氮、磷、钾、镁等无机离子含量高，营养成分切合农作物生长营养需求等优点。另一方面，禽畜粪便固体物部分主要为禽畜没有利用完毕的纤维部分，对环境没有污染，禽畜粪便的液体部分经过微藻处理后，有机物与氮磷等大大降低，可达到废水排放的环保标准，可大大改善农村地区养殖厂附近的生态环境。

现在主要存在以下三种禽畜粪便处理的方法：

(1)堆肥处理，存在空间占用大，臭味大，蚊蝇病菌携带生物大量繁殖等问题，液体成分挥发慢、处理时间长，氮磷含量较低等缺点。采用沼气池进行厌氧处理，空间占用大，设施成本高。

(2)与木屑等混合后进行堆肥处理，存在氮磷含量低等缺点，大大增加了肥料中不可降解的纤维部分，大大增加了成本。

(3)自然腐熟后还田，此种方式存在空气污染等问题。

(4)输入污水处理厂，采用化学与物理方法处理，成本大大增加。

根据上述分析，目前禽畜粪便的处理存在着处理速度慢，肥料肥力弱，污染生态环境等缺点。因此找到一种能够有效去除。

根据检索，发现以下几篇专利文献与本发明相关，分别是：

1、专利(201711172554.X)“多形式微藻生物肥及其制备方法”，该方法通过营养液培养微藻，后离心富集培养后的微藻，得藻细胞及可作为叶面肥的上清液，研磨或超声波的方法对进行破碎处理，得到细胞破碎液，活藻液和细胞破碎液可作为土培植物或水培植物的施用肥料。此专利与本专利申请中的方法存在几个区别，首先本专利中微藻培养的营养来源为禽畜粪便，培养微藻前包括禽畜粪便的预处理过程，另外，培养微藻后，本专利申请中的方法使用絮凝剂对藻细胞进行絮凝富集采收，厌氧光合菌对藻细胞进行厌氧消化，厌氧消化后的发酵液为最终产品微藻液体浓缩肥，可避免藻细胞破烂后自然发酵产生的臭味。使藻细胞中大分子有机物降解为植物根系可吸收利用的小分子与金属离子。

2、专利(201811327657.3)“微藻肥料及其制备方法”，该方法通过将藻加入到肥料中，即得微藻肥料。而本方法利用禽畜废水生产微藻细胞，进一步利用絮凝富集与厌氧发酵生产液体浓缩肥。

3、专利(201420482984.7)“畜禽粪便发酵液生产液体肥料的废水处理设备”，其制品和应用”，该方法提供一种畜禽粪便发酵液生产液体肥料的废水处理设备，其包括反应器主体、氨氮气液吸收单元、微藻种子培养器、进气单元；反应器主体设置有废水进水口，底部与进气单元连接，上部与所述微藻培养单元连接，顶部连接出气管；氨氮气液吸收单元用隔板分为液体防倒吸室和氨氮气-液吸收室，液体防倒吸室和氨氮气-液吸收室之间有导气管连通。而本专利申请中的方法采用的禽畜废水处理过程包括沉降池与沙滤池，采用池壁上安装的滤布对粪便进行固液分离。固液分离后的禽畜粪便清液经过消毒与调整COD后直接进行开放式微藻培养。

4、文献“废水资源化小球藻对拟南芥生长的肥效研究”(安徽农业科学，2018，46(9)：75-77，82)研究了小球藻对人工模拟生活污水中氮磷的吸收利用效率，以及小球藻液直接作为肥料的肥效研究，为一种效果评价；采用的废水为利用单个的无机盐配制的人工模拟的废水。而本专利申请中的方法提供了禽畜废水预处理与利用糖蜜调整COD，以及微藻细胞对COD与氮磷的富集吸收，后经过光合细菌厌氧发酵生产液体浓缩肥的技术手段。

5、文献“几种畜禽粪便浸出液培养小球藻的比较研究”(凯里学院学报，2015，33(6)：74-76)研究比较了鸡粪、牛粪与猪粪浸出液培养小球藻的效果，文中采用的为经蒸馏水稀释后，又自然发酵2个月的禽畜粪便。而本专利申请中的方法给出了未经自然发酵的禽畜粪便的预处理装置与过程，微藻培养前使用糖蜜调整初始COD的过程，以及絮凝沉淀的微藻细胞与光合细菌厌氧发酵过程。

6、文献“基于小球藻培养的初级猪粪废水净化与油脂生产耦合技术”(中南民族大学硕士学位论文2012)，研究了使用实验室小型过滤、絮凝沉淀与臭氧消毒灭菌对猪粪进行了预处理，而后进行微藻培养，研究了小球藻对氮磷以及COD的去除效率。而本专利申请中的方法的预处理包括固液分离池中的初级滤布过滤后，消毒后进一步经原料与维护成本低廉的沙滤池过滤实现粪便的固液分离与粪便清液的纯化，具有大规模生产的操作性与经济性；利用有机质含量高但价格低廉的糖蜜对粪便清液的初始COD进行调整粪便清液的初始有机质水平，后进行微藻开放式培养，最后经采用氧化钙絮凝沉淀与光合细菌厌氧发酵后成液体浓缩肥。

发明内容

本发明的目的是提供一种回收禽畜粪便氮磷镁等有机离子制备液体浓缩肥的技术。一方面实现了禽畜粪便里氮磷镁钾等植物营养离子的回收与富集，实现资源回收利用，获得植物液体浓缩肥；另一方面实现禽畜粪便的处理，防止生态环境污染与营养盐流失浪费。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种禽畜粪便生产液体浓缩肥的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)禽畜粪便的固液分离

将含水量高的猪粪、鸡粪、牛粪或马粪置于底部或一侧设有排水口的混凝土池中，排水口设有50目以上滤布，滤布由金属网支撑以提高其耐压能力。

(2)禽畜粪便清液的获得

固液分离池中的禽畜粪便经过适当搅拌与静置后，禽畜粪便中清液部分流入地势较低的一级沙滤池中，流入一级沙滤池的禽畜粪便清液经三氯异氰尿酸消毒(每方20毫克有效氯，消毒大于7h)后，经沙滤池底部或一侧设有的排水口流入地势较低的二级沙滤池，沙滤池的排水口设有中间为细度模数为2.2到1.6的细沙的双层滤布，中间为细沙的双层滤布厚度约10cm，双层滤布外侧为起支撑作用的金属网。往二级沙滤池中的禽畜粪便清液中加入适量氧化钙，至pH中性为止。禽畜粪便清液经二级沙滤池过滤后流入微藻培养池。

(3)微藻培养

二级沙滤池中的禽畜粪便清液经排水口过滤后流入培养池，培养池采用微藻细胞培养普遍采用的跑道池结构，采用混凝土结构，跑道池高50cm，设有电机带动的搅拌桨。培养微藻前，测定禽畜粪便清液的COD，如果初始COD小于2000mg/L，则使用糖蜜调整其COD达到2000mg/L以上。接种小球藻至细胞浓度为2×10⁵个/ml上。在搅拌桨多个推动下，开放式培养至细胞浓度不继续升高的稳定期。

(4)微藻絮凝采收

培养结束后，将培养池中含有藻细胞的液体部分转移至采收沉降池，加入氧化钙或其他可使藻类细胞絮凝的絮凝剂至细胞开始出现絮凝沉淀。待细胞完全沉淀后，将上清液排出沉降池。

(5)微藻浓缩液的厌氧消化

采收沉降池中上清液排出后，将剩余的藻细胞、絮凝剂以及与水形成的悬浊液分装于透光容器中，接入光合细菌后(1×10⁹cfu/ml)，密封后置于阳光下进行厌氧发酵3天以上。光流量为7000-20000lux，温度控制在25-35度之间。

所述的微藻包括可为螺旋藻，发菜、小球藻、微拟球藻、扁藻、三角褐指藻、角毛藻、球等鞭金藻、绿色巴夫藻、紫球藻中的任何一种。

本发明与现有技术相比具有以下有益的技术效果：

可一步降低禽畜粪便中的COD与氮磷等植物矿质营养成分，实现对禽畜粪便废水处理的同时，实现禽畜粪便废液中氮磷镁等矿质营养成分的富集与回收。使用光合细菌厌氧发酵的方法，利用光能作为光合细菌的能量来源，避免外加碳源导致成本升高，实现肥料的成熟过程，同时可消除液体浓缩肥料的臭味等不利产品推广的因素。同时因为光合菌的存在，可改善土壤的微生态环境。

微藻细胞为低等植物，相比其他有机肥料，此方法生产的液体浓缩肥的营养组成更符合农作物的需要，营养成分浓度的含量也更高，肥力更强劲。

说明书附图：附图1——沙虑池结构图

具体实施方式

下面结合具体实施案例对本发明做进一步详细描述，所述是对本发明的解释而不是限定。

实施例1

步骤一、将半吨鲜牛粪置于固液分离池中，固液分离池为方形混凝土结构，长宽高皆为1m，一侧墙面底部留有边长为30cm的方形排水口，排水口外侧固定有直径1mm的不锈钢丝构成的筛网，筛网为50mm方形孔，内侧100目滤布。自然重力作用下静置沉降5个小时后，粪便体积缩小到原体积的大约30％，主要为未消化的纤维素成分。

步骤二、牛粪经固液分离后，一级沙滤池中牛粪清液大约300公斤牛粪清液，经过三氯异氰尿酸消毒(每方20毫克有效氯，消毒7h)后，有少许浑浊沉淀，将消毒后的清液排入二级沙滤池。一级沙滤池底面比固液分离池低1.2m，为方形混凝土结构，长宽皆为1m，高1.2米，一侧墙面底部留有边长为30cm的方形排水口，排水口外侧固定有直径1mm的不锈钢丝构成的筛网，筛网为50mm方形孔，内侧双层100目滤布，双层滤布之间为厚15cm的细度模数约为1.8的细沙，沙滤池不排水时内侧放置橡胶板进行密封。使用氧化钙调整二级沙滤池中的牛粪清液pH至7-8之间。

步骤三、二级沙滤池中牛粪清液经排水口沙虑后流入培养池，培养池为长2m宽1米的水泥跑道池，池中有一长度为1m的挡板(附图1)，培养池高50cm，培养液面高15cm，搅拌桨驱动培养液流动，流速约为1.5米/s。接入小球藻至2×10⁵个/ml，培养5天至稳定期。

步骤四、将稳定期的小球藻培养液从培养跑道池转移到采收池，采收池底部为锥形，加入氧化钙至细胞开始出现絮凝沉淀后静置2h，将上层清液由抽水泵排出。

步骤五、将锥形底部内的絮凝细胞悬浮液，5L每份分装于带盖塑料桶中，接入外硫红螺菌后光下培养3天后即为液体浓缩肥。

对液体浓缩肥营养离子的浓度分析结果表明：

营养元素	含量
		总氮	13.2％
总磷	7.3％
		镁离子	5.2％
钾离子	5.6％
		钙离子	9.2％
水	34.1％
		其他	25.4％

Claims

1.一种禽畜粪便生产液体浓缩肥的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将禽畜粪便置于固液分离池中，对禽畜粪便固液分离，所得粪便浊液进行沙滤池进一步过滤。

(2)对步骤一所得粪便清液进行消毒，调整pH至中性，后经二级沙滤池过滤。

(3)测定清液COD含量，根据三者含量，使用糖蜜调整COD水平。

(4)将上一步得到的调整营养基质后的清液转移到微藻培养装置中，接种微藻细胞后，培养细胞至稳定期，得微藻细胞培养液。

(5)向上一步得到的微藻细胞培养液转移至采收沉降池后，加入絮凝剂至细胞出现絮凝后，静置待细胞完全絮凝后，将上清液排出沉降池，获得絮凝细胞浓缩液，分装于密封容器中，接入光合细菌后进行厌氧发酵，发酵后的液体为为微藻液体肥。

2.如权利要求1所述的一种禽畜粪便生产液体浓缩肥的方法，其特征在于，所述的禽畜粪便包括猪粪、鸡粪、牛粪、马粪与羊粪中的任何一种。

3.如权利要求1所述的一种禽畜粪便生产液体浓缩肥的方法，其特征在于，所述的沙滤池为一侧设有排水口，排水口覆盖有100目双层滤布的混凝土结构池，双层滤布之间为细度模数为2.2到1.6的细沙，滤布外侧为嵌入混凝土的金属网。

4.如权利要求1所述的一种禽畜粪便生产液体浓缩肥的方法，其特征在于，使用氧化钙调整二级沙滤池中的禽畜粪便清液至中性。

5.如权利要求1所述的一种禽畜粪便生产液体浓缩肥的方法，其特征在于，通过稀释或补加糖蜜调整清液COD至2000mg/L。

6.如权利要求1所述的一种禽畜粪便生产液体浓缩肥的方法，其特征在于，接种的微藻可为螺旋藻，发菜、小球藻、微拟球藻、扁藻、三角褐指藻、角毛藻、球等鞭金藻、绿色巴夫藻、紫球藻中的任何一种。

7.如权利要求1所述的一种禽畜粪便生产液体浓缩肥的方法，其特征在于，所接入的光合细菌可为绿硫细菌、红硫细菌和红螺细菌中的任何一种。