一种基于自然冷能稳定沼液的处理方法及应用

技术领域

本发明属于沼液处理领域，具体涉及一种基于自然冷能稳定沼液的处理方法及应用。

背景技术

沼液作为沼气工程的副产物，目前规模化沼气工程中的瓶颈问题是如何快速消纳沼液，沼液消纳难也直接限制了沼气工程的推广及长期高效稳定运行。沼液回流虽可部分消纳沼液，但处理量低，不能够满足大规模化沼液处理；传统的好氧生物处理方法由于难降解有机物含量高，需要安装曝气系统，增加了处理中投入和运行的费用。虽然沼液浓缩可进行养分回收，使沼液体积减量，但在过膜前需进行预处理，大中型沼气工程产出的沼液经沼液浓缩处理后仍存未降解有机物和氧化还原电位低等特点，将其直接作为肥料还田土壤存在很大的环境风险。因此需提高沼液的稳定性，减少对大气和土壤的污染。采用化学方法可实现提高沼液稳定性的目的，但其投入和运行成本高，二次污染严重，不利于沼液农用。

发明内容

本发明为解决现有技术无法快速消纳沼液的技术问题，本发明提供一种基于自然冷能稳定沼液的处理方法及应用。

本发明的目的之一是提供一种基于自然冷能稳定沼液的处理方法，所述处理方法包括以下步骤：

步骤1：将厌氧发酵原液进行冻融处理，固液分离，得到冻融上清液和冻融沉淀；

步骤2：向木醋液中加入一定比例的壳聚糖，得到絮凝剂；

步骤3：向步骤1中得到的冻融上清液中加入步骤2中得到的絮凝剂，放置24h后加入复合吸附剂，继续放置12-24h，吸取上清液，得到絮凝吸附上清液和絮凝吸附沉淀；

步骤4：将絮凝吸附上清液调节至中性，得到稳定化沼液。

进一步限定，步骤2中所述的絮凝剂质量浓度为0.5-2％。

进一步限定，步骤3中加入絮凝剂添加量为冻融上清液体积的5-11％。

进一步限定，步骤3中复合吸附剂添加量为冻融上清液体积的2-3％。

进一步限定，步骤3中所述的复合吸附剂由活性炭、膨润土和沸石粉构成。

更进一步限定，所述的复合吸附剂中活性炭、膨润土和沸石粉的质量比为(0.5-1)：(0.5-1)：1。

进一步限定，步骤3中所述的复合吸附剂粒径大小为50-100目。

进一步限定，步骤4中使用氢氧化钾调节pH至中性。

本发明的目的之二是提供一种上述处理方法中得到的冻融沉淀的应用，所述的冻融沉淀直接用于堆肥。

本发明的目的之三是提供一种上述处理方法中得到的絮凝吸附沉淀的应用，所述的絮凝吸附沉淀作为肥料辅料应用。

本发明的目的之四是提供一种上述处理方法得到的稳定化沼液的应用，所述的稳定化沼液直接进行沼液还田或浓缩。

本发明的目的之五是提供一种上述处理方法在沼气工程中的应用。

本发明与现有技术相比具有的显著效果：

本发明提供了一种基于自然冷能稳定沼液的处理方法，利用自然冷能，活性炭、沸石粉和膨润土的多孔吸附作用，以及壳聚糖生物的絮凝和抑菌作用，实现了秸秆和粪污的高效利用，加速沼液的快速稳定和转化。具体优点如下：

(1)本发明利用北方寒冷地区冬季的自然冷能，通过冻融处理，实现了无机械化沼液沼渣的快速分离，并且分离后的沼液不粘稠，冻融沉淀可用于有机肥料，改良土壤。

(2)利用秸秆炭化制备木醋液，提高了农作物秸杆的资源利用率，本发明通过木醋液和壳聚糖配置的絮凝剂实现了沼液悬浮物的快速絮凝和杀菌，确保絮凝吸附沉淀可利用，不造成二次污染。

(3)通过复合吸附剂实现了对沼液的脱色、脱氨、除味、去浊的效果，通过调节pH提升氧化还原电位，加速沼液的快速稳定和转化，促进沼气工程高效稳定的运行；同时减少沼液肥用的预处理程序，缩短稳定周期。

(3)本发明提供的一种基于自然冷能稳定沼液的处理方法具有节能、环保、周期短、见效快等特点，得到的稳定化沼液可直接进行沼液还田或浓缩，冻融沉淀和絮凝吸附沉淀可作为堆肥原料或直接作为肥料辅料，可促进植物生长和土壤改良。

附图说明

图1为实施例1、5-6与对比例1经絮凝剂处理后的发酵液浊度检测对比图；

图2为实施例1-4与对比例2-3絮凝处理24h后的发酵液浊度检测对比图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。

下述实施例中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。

当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。在本申请说明书和权利要求书中，范围限定可以组合和/或互换，如果没有另外说明这些范围包括其间所含有的所有子范围。

本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显只指单数形式。

本发明所述“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1

S1：将500ml厌氧发酵原液(黑龙江瑞源生物质能源投资有限公司沼气工程)置于-20℃先进行冷冻处理，随后置于室温进行解冻处理，吸取上清液，得到冻融上清液和冻融沉淀，得到的冻融沉淀直接用于堆肥；

S2：向100ml木醋液(石家庄宏森活性炭有限公司的农业木醋液)中加入壳聚糖(分子量为40万)，得到质量浓度为1％的絮凝剂；

S3：向S1中得到的冻融上清液中加入冻融上清液体积5％的絮凝剂，放置24h后加入冻融上清液体积3％的复合吸附剂(1wt％活性炭+1wt％膨润土+1wt％沸石粉)，继续放置24h，吸取上清液，得到絮凝吸附上清液和絮凝吸附沉淀，得到的絮凝吸附沉淀可用于肥料辅料直接添加使用；

S4：向S3中得到的絮凝吸附上清液中添加氢氧化钾，调节pH至中性，得到稳定化沼液，得到的稳定化沼液可直接进行沼液还田或浓缩。

实施例2

本实施例与实施例1的区别之处在于，絮凝剂添加量为冻融上清液体积的7％，其他与实施例1相同。

实施例3

本实施例与实施例1的区别之处在于，絮凝剂添加量为冻融上清液体积的9％，其他与实施例1相同。

实施例4

本实施例与实施例1的区别之处在于，絮凝剂添加量为冻融上清液体积的11％，其他与实施例1相同。

实施例5

本实施例与实施例1的区别之处在于，壳聚糖分子量为70万，其他与实施例1相同。

实施例6

本实施例与实施例1的区别之处在于，壳聚糖分子量为90万，其他与实施例1相同。

对比例1：

本实施例与实施例1的区别之处在于，絮凝剂添加后放置12h，其他与实施例1相同。

对比例2：

本实施例与实施例1的区别之处在于，絮凝剂添加量为冻融上清液体积的1％，其他与实施例1相同。

对比例3：

本实施例与实施例1的区别之处在于，絮凝剂添加量为冻融上清液体积的3％，其他与实施例1相同。

对比例4：

本实施例与实施例1的区别之处在于，复合吸附剂由1wt％活性炭+1wt％膨润土+1wt％沸石粉更改为1wt％活性炭+1wt％膨润土，其他与实施例1相同。

效果例1：

对实施例1、5-6与对比例1经絮凝剂处理后的发酵液浊度进行检测，结果如图1所示，从图1中可以看出，不同分子量大小的壳聚糖对絮凝的影响差异不显著，实际操作中结合处理成本，可选择分子量大小适中的壳聚糖，而对于絮凝的时间，静止24小时可完全絮凝。

效果例2：

对实施例1-4与对比例2-3絮凝处理24h后的发酵液浊度进行检测，结果如图2所示，从图2中可以看出，不同絮凝剂的添加比例对絮凝有较大的影响，5％的添加量可实现沼液的完全絮凝，针对沼液中的悬浮物质含量不同和絮凝成本，可选5％-11％的处理浓度。

效果例3：

对实施例1与对比例4得到的稳定化沼液的各理化指标进行检测，结果如表1所示，从表1中可以看出，壳聚糖、活性炭、膨润土和沸石粉组合其沼液中浊度、铵态氮和总蛋白质含量最低，氧化还原电位高，处理效果最佳。

表1不同处理方式对沼液性质的影响

本发明说明书中未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。