CN113277608A - 一种沼液快速稳定资源化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于生物能资源化技术领域的一种沼液快速稳定资源化的方法，利用催化剂和氧化剂的氧化作用，提高沼液中可溶性组分含量，将有机大分子转化为易被植物利用的亲水性小分子，提高资源利用率，降低沼液植物毒性，缩短了稳定的时间，减少稳定过程中温室气体排放和沼液还田的面源污染。本发明实现了快速降低沼液的植物毒性，提高了沼液中可溶性组分和小分子组分含量，达到沼液快速稳定资源化的目的。处理后的沼液DOC增加10％‑20％，沼液的种子发芽指数提升140％‑190％，可溶性有机氮增加15％‑50％，抑菌率达到99.99％以上。氨氮减排5％‑10％，硝态氮增加0.1％‑7％，减少对周边的生态环境造成极大的危害。

Description

一种沼液快速稳定资源化的方法
技术领域
本发明属于生物能资源化技术领域，特别涉及一种沼液快速稳定资源化的方法
背景技术
近年来，随着市场经济的快速发展，我国集约化、规模化畜禽养殖业的快速发展导致沼液的产量激增。目前，我国畜禽粪便年产量超过25亿吨，是工业废物的2.7倍，畜禽养殖环境污染成为我国的重要环境问题之一。
各个养殖企业在处理畜禽粪污时，通过固液分离，水解酸化，厌氧发酵等不同工艺产生大量的沼液，沼液中富含氮、磷、有机物等营养物质，是理想的资源化对象，但是出于施用安全考虑，沼液需要经过3-12个月的稳定，降低植物毒性、抑制细菌活性后才可用于还田利用，且在长时间的稳定过程中，沼液中可溶性组分转化为气体造成温室气体排放问题，一部分转化为硝态氮，造成还田后的面源污染问题，同时还损失大量有机物资源，降低了资源利用率。且近年来随着养殖业的快速发展和工艺变化，产生的沼液增多，过长的稳定时间限制了还田资源化利用，导致多数养殖场中沼液超过储存上限，对周边的生态环境造成极大的危害。
目前沼液稳定化主要为自然生物法，缺乏条件控制因此在稳定时间上受到环境温度、池容，池深等外界影响，对于稳定效率难以控制，通常需要经过3-12个月的稳定时间才可以还田利用。
针对稳定时间不一致，稳定效率不可控，稳定时间过长，稳定过程中有机物资源损失等问题，本发明提出利用基于催化剂和氧化剂的沼液快速稳定资源化的方法，在缩短沼液的稳定时间，提高沼液资源利用率方面有着极大的提升作用，且该方法稳定过程可控，受自然气候条件影响小。
发明内容
本发明的目的是提出一种沼液的快速稳定资源化的方法；其特征在于，其特征在于，利用催化剂和氧化剂的氧化作用，提高沼液中可溶性组分含量，将有机大分子转化为易被利用的亲水性小分子，提高资源利用率，降低沼液植物毒性，减少稳定过程中温室气体排放和沼液还田的面源污染；具体步骤是：
(1)将催化剂和沼液混合，催化剂用量是沼液质量的0.01-1％；
(2)向步骤(1)中所得的混合液中，加入氧化剂，氧化剂用量为催化剂和沼液质量之和的0.01-0.2％，机械混合或静置处理，反应10-30天；
(3)测定步骤(2)后的沼液的植物毒性，按照对应沼液的种子发芽指数>50％后，沼液可直接用于农田利用，若沼液的种子发芽指数<50％则延长稳定时间。
(4)对处理后沼液测定结果：相比处理前沼液，处理后的沼液DOC增加10％-20％，小分子有机物亲水性组分提升40％-85％，沼液的种子发芽指数提升140％-190％，可溶性有机氮增加15％-50％，氨氮减排5％-10％，硝态氮增加0.1％-7％，抑菌率达到99.99％以上。
所述沼液为畜禽养殖废水经固液分离、厌氧发酵得到的液体，或者所述沼液为畜禽养殖废水经固液分离、水解酸化得到的液体。
所述的氧化剂，其特征在于氧化剂可以是过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化氢、臭氧的一种或多种替代，根据药剂性质不同，进药方式为药剂泵或曝气泵。
所述金属为零价铁，金属氧化物为四氧化三铁，活性炭可以是市售活性炭颗粒和活性炭粉末，生物炭为在缺氧条件下热解产生，生物炭原料可以是农作物秸秆、杂草、灌木、花生的农业废弃物；改性生物炭和改性活性炭为水钠锰矿改性，改性原理：利用催化剂和氧化剂协同产生的强氧化性，转化不溶性物质向可溶性物质转变，将大分子有机物转化为小分子有机物，有利于资源化利用；另一方面快速降低沼液的植物毒性，减少稳定过程中温室气体排放和沼液还田的面源污染，达到沼液快速稳定资源化的目的。
本发明的有益效果是与现有自然生物处理法相比，本发明利用催化剂和氧化剂的氧化作用，提高沼液中可溶性组分含量，将有机大分子转化为易被利用的亲水性小分子，提高资源利用率，降低沼液植物毒性，减少稳定过程中温室气体排放和沼液还田的面源污染，从而达到提高沼液资源利用率和稳定效率的目的。具有以下优点：
(1)沼液稳定时间缩短，相对于原来的3-12个月的稳定时间，本发明沼液快速稳定资源化技术的稳定时间缩短为10-30天；
(2)沼液中的可溶性组分增加，相比于自然生物法，本发明能够最大限度保存沼液中可溶性有机物含量，提高亲水性小分子含量，提高资源利用率；
(3)沼液的植物毒性降低，在相同的稳定时间，本发明的发芽指数显著高于现有自然生物处理法；
(4)沼液稳定过程中，氨气排放减少5％-10％；
(5)沼液稳定过程中，硝态氮产生量减少2.4-96.3倍，减少还田时的面源污染；
(6)本发明对沼液中的细菌具有快速且持久的灭菌效果。
(7)本发明中对沼液稳定化过程可以稳定控制，受自然气候条件影响小。
具体实施方式
本发明提出一种沼液的快速稳定资源化的方法；其特征在于，其特征在于，具体步骤是：
(1)将催化剂和沼液混合，催化剂用量是沼液质量的0.01-1％；
(2)向步骤(1)中所得的混合液中，加入氧化剂，氧化剂用量为催化剂和沼液质量之和的0.01-0.2％，机械混合或静置处理，反应10-30天；
(3)测定步骤(2)后的沼液的植物毒性，按照对应沼液的种子发芽指数>50％后，沼液可直接用于农田利用，若沼液的种子发芽指数<50％则延长稳定时间。
(4)对处理后沼液测定结果：相比处理前沼液，处理后的沼液DOC增加10％-20％，小分子有机物亲水性组分提升40％-85％，沼液的种子发芽指数提升140％-190％，可溶性有机氮增加15％-50％，氨氮减排5％-10％，硝态氮增加0.1％-7％，抑菌率达到99.99％以上。
下面结合实施例对本发明予以进一步说明。
本发明中，黑膜沼液为封闭式黑膜厌氧塘发酵沼液，1500-2500mg/L COD，200-250mg/L DOC，DON 40-50mg/L，5-10mg/L NH4 +-N。
对比实施例1
黑膜沼液中，按0.01％生物炭添加，稳定10天后，DOC变化-8.44％，小分子有机物亲水性组分提升53.75％，沼液的种子发芽指数增加12.27％，可溶性有机氮变化-7.41％，氨氮排放2.04％，硝态氮增加28.88％，抑菌率-826％。
对比实施例2
黑膜沼液中，按0.12％过硫酸钠添加，稳定40天后，DOC增加15.28％，小分子有机物亲水性组分提升45.69％，沼液的种子发芽指数减少46.5％，可溶性有机氮变化-0.98％，氨氮排放53.51％，硝态氮增加26.54％，抑菌率99.90％。
实施例1
黑膜沼液中，按0.01％生物炭和0.12％过硫酸钠添加，稳定20天后，DOC增加7.32％，小分子有机物亲水性组分提升50.21％，沼液的种子发芽指数增加144.76％，可溶性有机氮增加36.38％，氨氮排放减少5.67％，硝态氮增加6.5％，相比于对比实例1硝态氮产生量减少4.4倍，抑菌率99.99％，快速稳定资源化效果显著。
实施例2
黑膜沼液中，按0.1％生物炭和0.12％过硫酸钾添加，稳定10天后，DOC增加8.01％，小分子有机物亲水性组分提升60.40％，沼液的种子发芽指数增加165.38％，可溶性有机氮增加39.00％，氨氮排放减少7.94％，硝态氮增加2.32％，相比于对比实例1硝态氮产生量减少12.4倍，抑菌率99.99％，快速稳定资源化效果显著。
实施例3
黑膜沼液中，按0.01％零价铁和0.12％过硫酸钠添加，稳定10天后，DOC增加19.18％，小分子有机物亲水性组分提升81.75，沼液的种子发芽指数增加177.62％，可溶性有机氮增加47.41％，氨氮排放减少7.03％，硝态氮增加0.30％，相比于对比实例1硝态氮产生量减少96倍，抑菌率99.99％，快速稳定资源化效果显著。
实施例4
黑膜沼液中，按0.01％活性炭和0.12％过硫酸钾添加，稳定20天后，DOC减小-3.98％，小分子有机物亲水性组分提升40.88％，沼液的种子发芽指数增加167.13％，可溶性有机氮增加17.71％，氨氮排放减少7.69％，硝态氮减少6.81％，抑菌率99.99％，快速稳定资源化效果显著。
实施例5
黑膜沼液中，按0.01％四氧化三铁和0.12％过硫酸钠添加，稳定10天后，DOC增加14.46％，小分子有机物亲水性组分提升63.08％，沼液的种子发芽指数增加180.42％，可溶性有机氮增加42.83％，氨氮排放减少8.39％，硝态氮增加2.53％，相比于对比实例1硝态氮产生量减少11.4倍，抑菌率99.99％，快速稳定资源化效果显著。
实施例6
黑膜沼液中，按0.01％水钠锰矿改性生物炭和0.06％过硫酸钠添加，稳定20天后，DOC增加16.54％，小分子有机物亲水性组分提升83.03％，沼液的种子发芽指数增加128.11％，可溶性有机氮增加55.54％，氨氮排放减少6.81％，硝态氮增加1.04％，相比于对比实例1硝态氮产生量减少27.7倍，抑菌率99.99％，快速稳定资源化效果显著。
本发明中植物毒性由油菜种子发芽指数指示，种子发芽指数检测方法为：取5ml实施例1～6、对比例1和对比例2处理后沼液分别加入直径7mm且铺有滤纸的培养皿中，点播10粒饱满的油菜种子，放置在20度的培养箱中培养，第48小时测种子发芽率指数(GI)，每个处理重复3次，以蒸馏水培养的油菜种子为对照组。
GI(％)＝(处理浸提液培养种子发芽率×根长)/(对照种子发芽率×根长)×100％。

Claims (5)

1.一种沼液的快速稳定资源化的方法；其特征在于，利用催化剂和氧化剂的氧化作用，提高沼液中可溶性组分含量，将有机大分子转化为易被利用的亲水性小分子，提高资源利用率，降低沼液植物毒性，减少稳定过程中温室气体排放和沼液还田的面源污染；具体步骤是：
(1)将催化剂和沼液混合，催化剂用量是沼液质量的0.01-1％；
(2)向步骤(1)中所得的混合液中，加入氧化剂，氧化剂用量为催化剂和沼液质量之和的0.01-0.2％，机械混合或静置处理，反应10-30天；
(3)测定步骤(2)后的沼液的植物毒性，按照对应沼液的种子发芽指数>50％后，沼液可直接用于农田利用，若沼液的种子发芽指数<50％则延长稳定时间。
(4)对处理后沼液测定结果：相比处理前沼液，处理后的沼液DOC增加10％-20％，小分子有机物亲水性组分提升40％-85％，沼液的种子发芽指数提升140％-190％，可溶性有机氮增加15％-50％，氨氮减排5％-10％，硝态氮增加0.1％-7％，抑菌率达到99.99％以上。
2.根据权利要求1所述一种沼液的快速稳定资源化的方法；其特征在于，所述沼液为畜禽养殖废水经固液分离、厌氧发酵得到的液体，或者所述沼液为畜禽养殖废水经固液分离、水解酸化得到的液体。
3.根据权利要求1所述一种沼液的快速稳定资源化的方法；其特征在于，所述的氧化剂为过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化氢、臭氧及金属氧化物中的一种或多种；根据药剂性质不同，进药方式为药剂泵或曝气泵。
4.根据权利要求1所述一种沼液的快速稳定资源化的方法；其特征在于，所述催化剂为金属、金属氧化物、活性炭、生物炭、改性活性炭或改性生物炭；其中金属为零价铁，金属氧化物为四氧化三铁；活性炭是市售活性炭颗粒和活性炭粉末，生物炭为在缺氧条件下热解产生，生物炭原料可以是农作物秸秆、杂草、灌木、花生的农业废弃物；改性生物炭和改性活性炭为水钠锰矿改性。
5.根据权利要求4所述一种沼液的快速稳定资源化的方法；其特征在于，所述改性生物炭和改性活性炭为水钠锰矿改性，改性原理为利用催化剂和氧化剂协同产生的强氧化性，转化不溶性物质向可溶性物质转变，将大分子有机物转化为小分子有机物，有利于资源化利用；另一方面快速降低沼液的植物毒性，减少稳定过程中温室气体排放和沼液还田的面源污染，达到沼液快速稳定资源化的目的；具体是在水中生物炭或活性炭中添加20％-40％的高锰酸钾，在微沸条件下缓慢加入浓盐酸，反应5-30分钟最终制得水钠锰矿负载生物炭和水钠锰矿负载活性炭。
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