一种高固体含量沼液的深度除渣方法与流程

本发明属于环境保护领域，更具体地说，涉及一种高固体含量沼液的深度除渣方法。

背景技术：

随着我国经济的快速发展，产生各类高浓度、高固体含量的有机废水，如规模化养殖产生的大量畜禽养殖废水、餐厨垃圾处理产生的废水等。通常处理高浓度有机废水先进行厌氧消化产沼气，产生的沼液因富含氮、磷、钾等营养元素和对植物生长发育有益的微量元素，因此沼液作为有机肥料已广泛地应用于农林业。然而，由于农林业生产季节性很强，肥料的需要量也具有强的季节性，而沼气工程所产生的沼液量太大且难以配送，沼液的产生量与农林生产的季节性需要之间有较大差异，导致大量的沼液没有出路，很多沼气工程只能将产生的大量沼液囤积在周边的池塘、沟港等低洼地带，或者随意排放于周边环境之中。由于沼液中的营养物浓度非常高，其囤积或随意排放都会给水环境造成严重污染，因此对沼液的妥善处置也是直接影响沼气工程的一个技术难题。

高浓度有机废水经厌氧消化后产生的沼液具有高固体含量的特点。以养殖场粪污废水为例，猪场粪污经厌氧消化后，沼液中的悬浮物(ss)在60000～90000mg/l，奶牛场粪污经厌氧消化后，沼液中ss含量在100000～120000mg/l。国内外对高固体含量沼液的处理和资源化利用进行了大量研究，传统处理工艺常采用化学、物理、生物等方法去除沼液中的营养物质，如a/o工艺、sbr工艺、rat工艺或其多种组合工艺，具有处理工艺复杂、周期长、成本高，难以达标排放，且沼液中的营养物质得不到有效利用。例如，公开号为cn105692962a的现有技术经过二次产沼、絮凝沉淀、精滤、超滤、反渗透等工艺步骤实现沼液浓缩和达标排放，但水力停留时间需要5～15天，且采用膜处理组件对进水固体含量要求高易堵塞，运行成本高的缺陷。发明专利cn104785012a采用多级过滤沉淀的方式去除沼液中的污染物的目的，但该工艺繁琐、耐冲击能力差，出水水质难以稳定达标排放。

公开号为cn105776734a的现有技术采用通过多级分离的方式对沼液进行的固液分离，需要进行3次固液分离得到浓缩沼液，达到回收营养物质及减量化的目的，但流程繁琐复杂，需采用超滤、纳米材料等，膜材料易堵塞，运行维护成本高昂。

公开号为cn105502802a的现有技术公开了一种快速处理规模化猪场粪污废水的方法，具体为生物聚沉氧化工艺，主要设施包括生物絮凝池、沉淀池、集渣池、生物聚沉反应池、固液分离设备、微生物培养池、集水池及生物氧化池。其特征在于利用特异异养微生物(嗜酸菌jz6，保存编号：cgmccno.11036)产生生物絮凝剂，通过吸附桥联作用、电荷中和作用和卷扫作用与猪场粪污废水中的ss、cod、氨氮、总磷发生聚合而沉淀，改善粪污的脱水性能，进一步利用固液分离设备进行分离，分离出的粪渣用于生产有机肥，分离出的废水经过进一步生物氧化处理后实现达标排放。

高固体含量沼液难以处理达标排放主要原因是沼液经厌氧消化后碱度上升，ph缓冲性增强，胞外多聚物含量增加，颗粒粒径变细，cod、氨氮等污染物以惰性形态存在，采用传统固液分离方式无法进行良好分离达到去除污染物的目的，导致后续生化处理周期比较长、技术工艺路线复杂，最终导致难以达标排放。

技术实现要素：

1、要解决的问题

针对高固体含量沼液碱度大、ph缓冲性增强、胞外多聚物含量多、颗粒粒径小而难以处理的技术瓶颈，本发明提供一种高固体含量沼液快速深度除渣方法，通过微生物方法调理剥离沼液颗粒间胞外多聚物，并使惰性态污染物脱稳，达到改善其脱水性能的目的，采用机械脱水工艺深度除渣以降低沼液的污染负荷，便于后续经简单生化处理即可实现达标排放。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种高固体含量沼液的深度除渣方法，包括以下步骤：

(1)将芽孢杆菌和嗜酸菌微生物分别进行培养；

(2)将培养后的芽孢杆菌和嗜酸菌混合后形成复合微生物进行培养并驯化；

(3)将驯化后的接种复合微生物与新鲜高固体含量沼液混合进行沼液调理；

(4)将调理后的沼液通过深度除渣设备进行固液分离深度除渣。

优选地，步骤(2)中将所述芽孢杆菌和嗜酸菌按体积比(2～5)：1混合，加入含有n、p、k及mg、ca的微生物营养物质，在25～30℃、150～200r·min^-1往复式摇床中振荡培养繁殖复合微生物菌液至菌体密度大于10⁸个/ml。

优选地，步骤(1)所述的芽孢杆菌和嗜酸菌为从污泥中分离得到。

优选地，步骤(2)所述驯化为：将复合微生物菌液与待处理沼液以按体积比(1～4)：20进行接种，在25～30℃、150～200r·min^-1的往复式摇床中振荡驯化培养，得到菌体密度大于10⁸个/ml的酸化沼液，再吸取酸化沼液至新鲜沼液中进行培养至菌体密度大于10⁸个/ml，上述步骤反复2次，所得的驯化物为接种物。

优选地，步骤(3)所述沼液调理为：将驯化后的接种复合微生物与新鲜高固体含量沼液以体积比为1：(5～20)混合，添加1～5g/l微生物营养剂，在25～30℃、曝气量3～8m³/(h·m²)、充分搅拌的条件下反应1～2h。所述的微生物营养剂是为保持微生物活性，含有n、p、k、fe、ca、mg等营养元素。

优选地，所述芽孢杆菌f7为芽孢杆菌bacillusvelezensisf7。

优选地，所述嗜酸菌jz-6为嗜酸菌acidiphiliumsp.jz-6。

优选地，用于培养步骤(1)所述芽孢杆菌f7的培养基为：葡萄糖20g/l，蛋白胨0.5g/l，酵母膏0.5g/l，(nh4)2so40.2g/l，k2hpo45g/l，kh2po42g/l，mgso40.2g/l，nacl0.1g/l，将培养基在115℃下灭菌30min。

优选地，用于培养步骤(1)所述嗜酸菌jz6的培养基为：(nh4)2so43.5g/l，kcl0.119g/l，k2hpo40.58g/l，ca(no3)2·4h2o0.168g/l，feso4·7h2o4.42g/l，cacl2·2h2o0.25g/l。

优选地，步骤(1)所述芽孢杆菌f7和嗜酸菌jz6分别置于25～30℃、150～200r·min^-1的往复式摇床中振荡扩繁培养，直至菌体细胞数量达到10⁸个/ml及以上。

优选地，步骤(4)所述深度除渣设备具体为一种生物聚沉粪污专用除渣机(专利号：zl201620075026.7)，经调理后的沼液通过进料泵传输至除渣系统，除渣系统压力升高，除渣系统将沼液形成沼渣。当压力升高至0.8mpa，停止进料，启动高压水压榨，压榨水通过压榨软管进入压榨管道，最终回流到水箱内。plc程序开始自动松开除渣压紧系统，卸除粪污泥渣饼。plc控制清洗装置中的进水控制阀打开进水口，清洗滤布，清洗完毕后，进水阀控制关闭进水口。

优选地，步骤(4)分离获得的沼渣可用作有机肥生产原料，分离滤液经人工湿地生化处理，即可达标排放。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明针对高固体含量沼液碱度大、ph缓冲性增强、胞外多聚物含量多、颗粒粒径小而难以深度除渣的难题，采用芽孢杆菌与嗜酸菌复合微生物调理可快速高效实现深度除渣，大大降低沼液污染物负荷，减轻后续生化处理难度，实现达标排放。

(2)本发明采用将芽孢杆菌与嗜酸菌混合形成复合微生物后再进行培养和驯化，芽孢杆菌分泌小分子有机酸，产酸降低嗜酸菌表面的ph，有效避免了嗜酸菌在碱性条件下存活率较低的问题，提高了嗜酸菌在处理碱性的沼液时的处理能力，同时芽孢杆菌分泌的小分子有机酸又可以快速剥离沼渣表面的胞外多聚物，结合嗜酸菌分泌的微生物絮凝剂，更加快速高效地通过吸附、架桥等作用促进污染物的沉淀，改善其脱水性能，克服了嗜酸菌不宜处理碱性废水的技术偏见。

(3)本发明中采用芽孢杆菌f7与嗜酸菌jz-6以体积比为(2～5):1，且在此比例范围内得到cod、氨氮、ss以及总磷去除率均有较大提高；实施例1中，芽孢杆菌f7与嗜酸菌jz-6以体积比为7:2，氨氮去除率为87.2％，cod去除率达到92％，ss去除率为99.9％，总磷去除率达到91.4％；而对比例a在同等条件下，微生物仅采用嗜酸菌jz-6时，其氨氮去除率为65％，cod去除率为75％，ss去除率为85％，总磷去除率为68％；对比例b中，微生物仅采用芽孢杆菌f7时，其氨氮去除率为75％，cod去除率为80％，ss去除率为92％，总磷去除率为70％；对比例c中，采用芽孢杆菌f7与嗜酸菌jz-6以体积比为1:1时，其氨氮去除率为80％，cod去除率为88％，ss去除率为90％，总磷去除率为82；对比例d中，在同等条件下，微生物芽孢杆菌f7与嗜酸菌jz-6以体积比为10:1时，其氨氮去除率为86％，cod去除率为90％，ss去除率为93％，总磷去除率为86％；可以推知，芽孢杆菌f7与嗜酸菌jz-6的体积比达到特定比例时，才能够充分保证嗜酸菌jz-6的的存活率，在此条件下嗜酸菌jz-6能够充分释放生物絮凝剂与沼液中的污染物产生吸附架桥作用，使高固体含量沼液中的以惰性形态包裹在ss中的污染物去除效果达到较高水平，实现沼液中ss去除率在95％以上。

(4)本发明中采用芽孢杆菌f7与嗜酸菌jz-6以一定体积比混合培养驯化，芽孢杆菌产生的小分子有机酸不仅能够有效保障嗜酸菌的活性，更重要的是它还能够快速剥离沼渣表面的胞外多聚物，结合嗜酸菌分泌的微生物絮凝剂，更加快速高效地通过吸附、架桥等作用促进污染物的沉淀；对比例e中，在与对比例a相同条件下，先将沼液的ph调节至5，再加入嗜酸菌jz-6，其氨氮去除率为80％，cod去除率为85％，ss去除率为90％，总磷去除率为70％；对比例e与实施例1相比，仅仅调节沼液的ph使之适宜嗜酸菌存活，也无法达到芽孢杆菌f7与嗜酸菌jz-6复合微生物培养驯化后去除沼液中高固体含量颗粒物的效果。

(5)高固体含量沼液经深度除渣后，ss去除率达到99％以上，cod去除率在90％以上，氨氮和总磷去除率在85％以上，沼渣中的有机质和氮磷养分回收率在90％以上，固液分离后滤液变成了清澈透明的低污染负荷清水，再经1～2d简单生化处理即可实现达标排放。

(6)采用微生物调理，无需添加化学药剂，不破坏沼渣中的营养成分，便于后续的资源化。

附图说明

图1为实施例1中废水厌氧消化沼液深度除渣处理流程图；

图2为实施例2中废水厌氧消化沼液深度除渣处理流程图；

图3为实施例3中废水厌氧消化沼液深度除渣处理流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

餐厨垃圾废水厌氧消化发酵沼液深度除渣处理

餐厨垃圾经滤水、分拣、破碎、制浆、三相分离等前处理工序所得废水，采用厌氧消化处理所产生的沼液的相关水质指标为：cod18500mg/l、ss40000mg/l、氨氮2580mg/l、总磷350mg/l。其深度除渣处理如图1所示，包括以下步骤：

(1)复合微生物的培养与驯化：将从污泥中分离出的芽孢杆菌f7和嗜酸菌jz6分别接种至各自培养基中(芽孢杆菌f7培养基g/l：葡萄糖20，蛋白胨0.5，酵母膏0.5，(nh4)2so40.2，k2hpo45，kh2po42，mgso40.2，nacl0.1，115℃、30min灭菌；嗜酸菌jz6培养基：(nh4)2so43.5，kcl0.119，k2hpo40.58，ca(no3)2·4h2o0.168，feso4·7h2o4.42，cacl2·2h2o0.25)，然后置于25℃、150r·min^-1的往复式摇床中振荡扩繁培养，直至菌体细胞数量达到10⁸个/ml及以上；然后将芽孢杆菌f7和嗜酸菌jz6按体积比7:2混合，加入微生物营养物质，在25℃、150r·min^-1往复式摇床中振荡培养繁殖复合微生物菌液至菌体密度大于10⁸个/ml。接种复合微生物菌液至待处理沼液中，复合菌液与待处理沼液按体积比为1:20进行接种，在25℃、150r·min^-1的往复式摇床中振荡驯化培养得到菌体密度大于10⁸个/ml的酸化沼液，再吸取酸化沼液至新鲜沼液中进行培养至菌体密度大于10⁸个/ml，上述步骤反复2次，所得的驯化物为接种物。

(2)沼液调理：将驯化后的接种物与餐厨垃圾沼液按体积比1:10进行混合，并添加3g/l微生物营养剂，在25℃、曝气量3m³/(h·m²)、充分搅拌的条件下反应1.5h。

(3)深度除渣：将调理后的沼液采用生物聚沉粪污专用除渣机(专利号：zl201620075026.7)处理，经调理后的沼液通过进料泵传输至除渣系统，除渣系统压力升高，除渣系统将沼液形成沼渣，当压力升高至0.8mpa，停止进料，启动高压水压榨，压榨水通过压榨软管进入压榨管道，进而进入水箱，实现固液分离。水箱中获得清澈透明的滤液，经测定滤液的相关水质指标为：cod1480mg/l、ss20mg/l、氨氮330mg/l、总磷30mg/l，cod去除率92％，ss去除率99.9％，氨氮去除率87.2％，总磷去除率91.4％。压榨出的泥饼呈土黄色、无臭、含水率58.3％。将滤液收集至集液池，并排入a/o生化池进行进一步深度处理1d后进行排放，出水水质排放符合《污水综合排放标准》(gb8978—1996)中的二级标准要求。

对比例a

本例中与实施例1中技术方案基本相同，处理相同沼液，区别之处在于：微生物仅采用嗜酸菌jz-6(总体积仍与实施例1中相同)。

处理后滤液中各种物质去除率见表1。

对比例b

本例中与实施例1中技术方案基本相同，处理相同沼液，区别之处在于：微生物仅采用芽孢杆菌f7(总体积仍与实施例1中相同)。

处理后滤液中各种物质去除率见表1。

对比例c

本例中与实施例1中技术方案基本相同，处理相同沼液，区别之处在于：微生物采用芽孢杆菌f7与嗜酸菌jz-6体积比为1:1(总体积仍与实施例1中相同)。

处理后滤液中各种物质去除率见表1。

对比例d

本例中与实施例1中技术方案基本相同，处理相同沼液，区别之处在于：微生物采用芽孢杆菌f7与嗜酸菌jz-6体积比为10:1(总体积仍与实施例1中相同)。

处理后滤液中各种物质去除率见表1。

对比例e

本例中与对比例a中技术方案基本相同，处理相同沼液，区别之处在于：先将沼液的ph调节至5，再加入嗜酸菌jz-6(总体积仍与实施例1中相同)。

处理后滤液中各种物质去除率见表1。

表1采用对比例a～e方案得到滤液中各种物质的去除率

结果表明：对比例a在与实施例1同等条件下，微生物仅采用嗜酸菌jz-6时，由于嗜酸菌在碱性沼液中存活率较低，活性较弱，虽然仍具有一定的去除污染物的作用，但去除率较低，其氨氮去除率为65％，cod去除率为75％，ss去除率为85％，总磷去除率为68％；对比例b中，微生物仅采用芽孢杆菌f7时，由于其分泌的小分子有机酸，起到剥离沼渣表面的胞外多聚物的作用，氨氮去除率为75％，cod去除率为90％，ss去除率为92％，总磷去除率为70％，其对污染物的去除效果仍不及实施例1中采用特定比例的芽孢杆菌与嗜酸菌的复合菌液，这是由于缺乏生物絮凝剂使污染物难以发生聚合而有效去除；对比例c中，采用芽孢杆菌f7与嗜酸菌jz-6以体积比为1:1时，复合菌液中芽孢杆菌的量不足以保证嗜酸菌全部存活，因此对复合菌液的活性存在一定影响，其氨氮去除率为80％，cod去除率为88％，ss去除率为90％，总磷去除率为82；对比例d中，在同等条件下，微生物芽孢杆菌f7与嗜酸菌jz-6以体积比为10:1时，嗜酸菌比例过低，产生的生物絮凝剂量较少，因此复合菌液的沉淀作用并不显著，其氨氮去除率为80％，cod去除率为85％，ss去除率为93％，总磷去除率为86％；对比例e中，在与对比例a相同条件下，先将沼液的ph调节至5，再加入嗜酸菌jz-6，其氨氮去除率为80％，cod去除率为85％，ss去除率为90％，总磷去除率为70％；对比例e与实施例1相比，仅仅调节沼液的ph使之适宜嗜酸菌存活，也无法达到芽孢杆菌f7与嗜酸菌jz-6复合微生物培养驯化后去除沼液中胞外多聚物的效果；可以推知，芽孢杆菌f7与嗜酸菌jz-6的体积比达到特定比例时，才能够充分保证嗜酸菌jz-6的的存活率，在此条件下嗜酸菌jz-6能够充分释放生物絮凝剂，与沼液中的惰性态污染物产生吸附架桥作用，使高固体含量沼液中的污染物去除效果达到较高水平，实现沼液深度除渣。

实施例2

猪场粪污废水厌氧消化沼液深度除渣处理

猪场粪污废水经初级固液分离后进入沼气池，经3d厌氧发酵后所产生的沼液理化性质如下：cod11500mg/l、ss60000mg/l、氨氮850mg/l、总磷150mg/l。其深度除渣处理如图2所示，包括以下步骤：

(1)复合微生物的培养与驯化：将从污泥中分离出的芽孢杆菌f7和嗜酸菌jz6分别接种至各自培养基中(芽孢杆菌f7培养基g/l：葡萄糖20，蛋白胨0.5，酵母膏0.5，(nh4)2so40.2，k2hpo45，kh2po42，mgso40.2，nacl0.1，115℃、30min灭菌；嗜酸菌jz6培养基：(nh4)2so43.5，kcl0.119，k2hpo40.58，ca(no3)2·4h2o0.168，feso4·7h2o4.42，cacl2·2h2o0.25)，然后置于25℃、150r·min^-1的往复式摇床中振荡扩繁培养，直至菌体细胞数量达到10⁸个/ml及以上；然后将芽孢杆菌f7和嗜酸菌jz6按体积比2:1混合，加入微生物营养物质，在30℃、180r·min^-1往复式摇床中振荡培养繁殖复合微生物菌液至菌体密度大于10⁸个/ml。接种复合微生物菌液至待处理沼液中，复合菌液与待处理沼液按体积比为1:10进行接种，在30℃、180r·min^-1的往复式摇床中振荡驯化培养得到菌体密度大于10⁸个/ml的酸化沼液，再吸取酸化沼液至新鲜沼液中进行培养至菌体密度大于10⁸个/ml，上述步骤反复2次，所得的驯化物为接种物。

(2)沼液调理：将驯化后的接种物与猪场粪污沼液按体积比1:20进行混合，并添加1g/l微生物营养剂，在30℃、曝气量5m³/(h·m²)、充分搅拌的条件下反应1h。

(3)深度除渣：将调理后的沼液采用生物聚沉粪污专用除渣机(专利号：zl201620075026.7)处理，经调理后的沼液通过进料泵传输至除渣系统，除渣系统压力升高，除渣系统将沼液形成沼渣，当压力升高至0.8mpa，停止进料，启动高压水压榨，压榨水通过压榨软管进入压榨管道，进而进入水箱，实现固液分离。压榨出的泥饼呈土黄色、无臭、含水率60％，并获得清澈透明的滤液，经测定滤液的相关水质指标为：cod240mg/l、ss120mg/l、氨氮109mg/l、总磷3mg/l，cod去除率97.9％，ss去除率99.8％，氨氮去除率87.21％，总磷去除率98％。与《畜禽养殖业污染物排放标准(gb18596-2001)》比对，除氨氮未达到排放要求，其他污染物质已实现达标排放要求。将滤液收集至集液池，并排入人工湿地进行进一步深度处理1d后进行排放，人工湿地种植水葫芦水生植物，以吸收去除滤液中氨氮污染物，出水水质排放符合《畜禽养殖业污染物排放标准(gb18596-2001)》标准要求。

实施例3

奶牛场粪污废水厌氧消化沼液深度除渣处理

奶牛场粪污废水经初级固液分离后进入沼气池，经5d厌氧发酵后所产生的沼液理化性质如下：cod45500mg/l、ss90000mg/l、氨氮1000mg/l、总磷300mg/l。其深度除渣处理如图3所示，包括以下步骤：

(1)复合微生物的培养与驯化：将从污泥中分离出的芽孢杆菌f7和嗜酸菌jz6分别接种至各自培养基中(芽孢杆菌f7培养基g/l：葡萄糖20，蛋白胨0.5，酵母膏0.5，(nh4)2so40.2，k2hpo45，kh2po42，mgso40.2，nacl0.1，115℃、30min灭菌；嗜酸菌jz6培养基：(nh4)2so43.5，kcl0.119，k2hpo40.58，ca(no3)2·4h2o0.168，feso4·7h2o4.42，cacl2·2h2o0.25)，然后置于28℃、200r·min^-1的往复式摇床中振荡扩繁培养，直至菌体细胞数量达到10⁸个/ml及以上；然后将芽孢杆菌f7和嗜酸菌jz6按体积比5:1混合，加入微生物营养物质，在28℃、200r·min^-1往复式摇床中振荡培养繁殖复合微生物菌液至菌体密度大于10⁸个/ml。接种复合微生物菌液至待处理沼液中，复合菌液与待处理沼液按体积比为1:15进行接种，在28℃、200r·min^-1的往复式摇床中振荡驯化培养得到菌体密度大于10⁸个/ml的酸化沼液，再吸取酸化沼液至新鲜沼液中进行培养至菌体密度大于10⁸个/ml，上述步骤反复2次，所得的驯化物为接种物。

(2)沼液调理：将驯化后的接种物与猪场粪污沼液按体积比1:5进行混合，并添加5g/l微生物营养剂，在28℃、曝气量8m³/(h·m²)、充分搅拌的条件下反应2h。

(3)深度除渣：将调理后的沼液采用生物聚沉粪污专用除渣机(专利号：zl201620075026.7)处理，经调理后的沼液通过进料泵传输至除渣系统，除渣系统压力升高，除渣系统将沼液形成沼渣，当压力升高至0.8mpa，停止进料，启动高压水压榨，压榨水通过压榨软管进入压榨管道，进而进入水箱，实现固液分离。压榨出的泥饼呈土黄色、无臭、含水率57％，并获得清澈透明的滤液，经测定滤液的相关水质指标为：cod300mg/l、ss120mg/l、氨氮150mg/l、总磷10mg/l，cod去除率99.3％，ss去除率99.9％，氨氮去除率85％，总磷去除率96.7％。与《畜禽养殖业污染物排放标准(gb18596-2001)》比对，除氨氮和总磷未达到排放要求，其他污染物质已实现达标排放要求。将滤液收集至集液池，并排入人工湿地进行进一步深度处理2d后进行排放，人工湿地种植水葫芦水生植物，以吸收去除滤液中氨氮污染物，出水水质排放符合《畜禽养殖业污染物排放标准(gb18596-2001)》标准要求。