一种提高猪场沼液磷回收效率的方法及其系统与流程

本发明属于养殖业废弃物中营养物质回收技术领域，更具体地，涉及一种提高猪场沼液磷回收效率的方法及其系统。

背景技术：

地球上可开采磷资源正在逐渐减少，猪场沼液中含有大量的磷和氮，同时也是污染元素。因此，研究猪场废水氮磷去除和回收技术对于环境保护和资源化再利用具有双重意义。

目前，磷酸铵镁沉淀法是被认为最有前景的磷回收工艺，因为在去除磷的同时，还产生一种有价值的缓释肥料鸟粪石结晶。国内外用磷酸铵镁沉淀法从猪场沼液中回收磷的相关研究已经有很多，其中songetal(nutrientsremovalandrecoveryfromanaerobicallydigestedswinewastewaterbystruvitecrystallizationwithoutchemicaladditions)的研究中，磷回收效率为85％；liuetal(recoveryofnitrogenandphosphorusbystruvitecrystallizationfromswinewastewater)回收效率为65％；ichihashi和hirooka(removalandrecoveryofphosphorusasstruvitefromswinewastewaterusingmicrobialfuelcell)的研究也是在79-82％，这些研究中都只是利用了沼液上清液中的磷，并没有把沼渣中的磷所利用起来，造成沼液磷回收利用率偏低，而且试验中通常通过添加naoh来调节ph值并采用mgcl2和mgso4等这些纯化学药品作为镁源，从而造成磷回收成本高，限制了map工艺的实际应用。

超声波是一种能够在水中产生声空化，形成高剪切力作用于水中物质的辅助技术，通常应用于剩余污泥的减量化。相关研究表明经过超声波处理能够有效的破坏污泥结构，释放胞内和胞外物质，从而使磷酸盐从固相中释放出来。但超声应用于猪场沼液(含沼渣污泥)中使沼渣释放更多的磷到上清液中以增强磷回收，在国外研究中都没有相关报道；镁源的选择上，研究人员也找到了一些低品位含镁材料，如菱镁矿热解产物、卤水、海水nf浓缩物、菱镁矿、氧化镁等，但是这些镁源替代品在反应操作过程中会出现各种问题，如更多的固体残渣、新的离子污染、mg²⁺含量较低等。氧化镁脱硫废渣(mdwr)来源于燃煤电厂烟气氧化镁脱硫工艺，现在是作为固体废物被填埋或倾倒，但其主要成分是mgso3和mgso4，是一种用于磷回收的很好的镁源。其中我们团队中林焕嘉就曾把mdwr作为镁源用于脱氨氮预处理，氨氮去除率能达到60％，化学成本节省29.17％，效果很好，但是用于磷回收未见报道。因此，选择mdwr作为镁源既能够提供大量镁源降低成本，又可以防止mdwr二次污染，废物利用。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种提高猪场沼液磷回收效率的方法，该方法利用超声波预处理把沼渣中的磷释放出来，用氧化镁脱硫废渣(mdwr)作为镁源，并通过曝气，提高其ph值，降低碱溶液的投加量，进行map反应回收沼液中的磷资源。主要目的在于提高猪场沼液磷的回收率，降低磷回收工艺成本、为map工艺实际应用提供一种经济上可行的低成本创新新型工艺。

本发明的另一目的在于提供实现上述提高猪场沼液磷回收效率的方法的系统。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种提高猪场沼液磷回收效率的方法，包括以下步骤：

s1.将含沼渣的猪场沼液泵入超声预处理池中，在搅拌状态下对猪场沼液沼渣混合液进行超声处理，得到上清液a和沉淀物a；

s2.将步骤s1所得的上清液a泵入map处理池中，通过底部的微孔曝气管道进行曝气，投加氧化镁脱硫废渣作为镁源，并通过碱溶液调节ph至9.5～10，通过曝气后，进行map沉淀反应，得到上清液b和沉淀物b；

s3.将步骤s2所得的上清液b泵入后续生化池作为后续生化处理的进水，结晶沉淀物b泵入map沉淀干燥池，通过生物干化，产物可作map磷肥产品。

优选地，步骤s1中所述超声的声能密度为1000～1200w·l^-1，所述超声的时间为80～85min。

优选地，步骤s2中所述碱溶液为naoh溶液或ca(oh)2溶液；所述碱溶液的质量浓度为20～25％。

优选地，步骤s2中所述曝气的时间为2～2.5h。

优选地，步骤s2中所述氧化镁脱硫废渣的质量和上清液a的体积比为(0.08～0.1)g：1l。

所述的提高猪场沼液磷回收效率的回收方法的系统，所述系统依次包括超声预处理池、map处理池和map沉淀干燥池。

进一步地，所述超声预处理池包括超声预处理池体，所述的超声预处理池体上方设置有超声装置；所述的超声预处理池体上方设置有排水泵及排水管，所述排水管与排水泵相连；所述的超声预处理池体的底部设置有搅拌器控制混合液搅拌；所述的超声预处理池体的底部设置有排泥管，所述的排泥管通过所述排泥泵控制。

进一步地，所述的map处理池包括map处理池体，所述的map处理池体内设置滗水器，所述的滗水器的下方设置有微孔曝气管道，所述map处理池体的底部设置有排泥管，所述排泥管受排泥泵控制，所述排泥管外接map沉淀干燥池收集map结晶沉淀。

进一步地，所述超声装置、排水泵、排泥泵、搅拌器的用电均采用猪场内部黑膜沼气池中沼气发电提供。

猪场废水传统磷回收工艺主要是采用map法回收上清液中磷，而对沼渣中大量的磷未被利用，造成磷回收率低；本发明以超声波预处理沼渣释放磷，利用氧化镁脱硫废渣(mdwr)作为低成本镁源，通过曝气吹脱去除co2提高体系ph值，减少naoh用量。利用超声预处理沼渣释放磷，并通过曝气及添加氧化镁脱硫废渣作为低成本镁源对猪场沼液进行map处理回收磷。说明在新型磷回收工艺中，猪场沼液经超声波预处理后能够最大限度的回收废水中的磷，同时采用mdwr处理成本低，将含沼渣的猪场沼液泵入超声预处理池内超声时间为80min，声能密度为1000w·l^-1进行超声预处理，释磷效果可提高109.31％；然后上清液再泵入map处理池中，在mdwr添加量0.08g·l^-1，ph值9.5，曝气时间2h的条件下进行map处理，po4^3--p回收率可达98.90％，磷的回收效果明显。说明在新型磷回收工艺中，猪场沼液经超声波预处理后能够最大限度的回收废水中的磷，同时采用mdwr处理成本低，废物综合再利用，应用前景广阔。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明通过超声预处理猪场沼液(含沼渣)，超声破碎沼渣的絮体结构和胞外聚合物，释放出po4^3--p，同时使细胞壁破碎，胞内物质及磷脂双分子层中的磷得到释放。最大限度地促进沼渣中的水溶性磷释放，从固体进入到液体中，便于后续map磷回收处理。

2.本发明不仅提高了猪场沼液磷的回收率，同时降低了磷回收工艺成本，释磷效果提高109.31％；po4^3--p回收率可达98.9％，磷的回收效果明显，为map工艺实际应用提供一种经济上可行的低成本创新新型工艺。

3.本发明通过利用富含mgso3和mgso4的氧化镁脱硫废渣作为map磷回收处理中的镁源，既能够提供大量镁源降低处理成本，又可以防止mdwr二次污染，废物利用。

4.本发明系统通过曝气吹脱去除co2提高体系ph值，减少naoh用量，减少了运营成本和投资成本。

附图说明

图1为本发明提高猪场沼液磷回收效率的新型回收工艺流程图。

图2为超声预处理池示意图。

图3为map处理池示意图。

图4为map沉淀干燥池示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

实施例1

本发明如图1所示，利用超声对沼液(含沼渣)进行前处理以及map沉淀结晶处理回收猪场沼气池出水中磷资源的系统，依次包括超声预处理池，map处理池和map沉淀干燥池。

图2为超声预处理池示意图。其中，超声预处理池体1，排泥泵2，排泥管3，超声装置4，排水泵5，搅拌器6，排水管7。超声预处理池包括超声预处理池体1，所述的超声预处理池体1上方设置有超声装置4；所述的超声预处理池体1上方设置有排水泵5及排水管7，排水管7与排水泵5相连；所述的超声预处理池体1的底部设置有搅拌器6控制混合液搅拌；所述的超声预处理池体1的底部设置有排泥管3，所述的排泥管3通过排泥泵2控制。

图3为map处理池示意图。其中，map处理池体8，微孔曝气管道9，滗水器10，排水管11，排泥泵12，排泥管13。所述的map处理池包括map处理池体8，所述的map处理池体8内设置滗水器10，所述的滗水器10的下方设置有微孔曝气管道9，map处理池体8的底部设置有排泥管13，排泥管13受排泥泵12控制，排泥管13外接map沉淀干燥池14收集map结晶沉淀。其中，超声预超声设备及其他一切电器设备的用电都采用猪场内部黑膜沼气池中沼气发电提供。

实施例2

1.处理：将猪场沼液(含沼渣)通入超声预处理池内，开启底部搅拌器使沼液沼渣混合均匀，再开启池体上方的超声装置，设置超声条件为声能密度1000w·l^-1、超声时间80min。

2.预曝气：超声预处理后，上清液进入map处理池中，map处理池底部安装微孔曝气管道，通过曝气提高废水ph。

3.投加mdwr：在池内进行投加mdwr，添加量设置为0.08g·l^-1。mdwr为固体，通过人工投加。

4.调节ph：投加液碱(20％氢氧化钠)调节ph至9.5，液碱储存于聚乙烯罐，通过泵投加进处理池。

5.map处理：通过曝气2h后，静置沉淀，回收沼液中磷。将处理后废水清液泵入后续生化处理中，map结晶沉淀从下部排出至沉淀干燥池。

6.沉淀处理：map处理的沉淀排出后，进行脱水干燥打包，可作为固定了氮镁元素的更高品位的map磷肥出售。

实施例3

1.处理：将猪场沼液(含沼渣)通入超声预处理池内，开启底部搅拌器使沼液沼渣混合均匀，再开启池体上方的超声装置，设置超声条件为声能密度1200w·l^-1、超声时间85min。

2.预曝气：超声预处理后，上清液进入map处理池中，map处理池底部安装微孔曝气管道，通过曝气提高废水ph。

3.投加mdwr：在池内进行投加mdwr，添加量设置为0.1g·l^-1。mdwr为固体，通过人工投加。

4.调节ph：投加25％ca(oh)2调节ph至10，液碱储存于聚乙烯罐，通过泵投加进处理池。

5.map处理：通过曝气2.5h后，静置沉淀，回收沼液中磷。将处理后废水清液泵入后续生化处理中，map结晶沉淀从下部排出至沉淀干燥池。

6.沉淀处理：map处理的沉淀排出后，进行脱水干燥打包，可作为固定了氮镁元素的更高品位的map磷肥出售。

实施例4

本发明采用自主设计的超声预处理装置与流化床map结晶反应器，对猪场沼液磷回收的新型工艺进行模拟。

1.将猪场厌氧消化液通入超声预处装置中，使用磁力搅拌器将沼液与沼渣混合均匀，再开启超声装置，超声装置采用lw92-iii型超声波细胞粉碎仪(中国，上海)，频率为20～25khz，最大功率为1000w，变幅杆直径为12mm，超声时应将超声变幅杆放至液下10mm～20mm。设置超声条件为声能密度1000w·l^-1、超声时间80min。

2.超声处理后的上清液通入流化床map结晶反应器中，投加mdwr为0.08g·l^-1，投加液碱(20％氢氧化钠)调节反应器ph至9.5，再通过曝气2h后，静置沉淀。结晶产物进行回收再利用，出水作为下一阶段的生化进水。

猪场厌氧消化液中上清液、沼渣及混合沼液的水质参数如表1所示，按上述方式进行操作，猪场厌氧消化液经过超声预处理后，猪场厌氧消化液中上清液及沼渣超声前后磷形态变化如表2所示。从表1和表2可知，猪场厌氧消化液中的上清液中的po4^3--p含量提高了109.31％。在超声时间为80min，声能密度为1000w·l^-1，mdwr添加量为0.8g·l^-1，反应初始ph值控制在9.5，曝气时间为2h的工艺条件下运行，反应后滤液中总磷(tp)含量为4.13mg·l^-1，po4^3--p的含量为1.89mg·l^-1，po4^3--p的回收率达到98.90％，nh3-n的含量为268.22mg·l^-1，nh3-n去除率为66.84％，结果说明磷回收效果相当明显。

表1猪场厌氧消化液中上清液、沼渣及混合沼液的水质参数

表2猪场厌氧消化液中上清液及沼渣超声前后磷形态变化

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。