本发明属于固体废物处理技术领域， 具体涉及一种实现纯秸秆厌氧消化沼液零排放 的方 法。 背景技术

中国是传统的农业大国， 秸秆资源十分丰富。 除少量被有效利用外， 露天焚烧仍是主要 的处置方式， 在造成空气污染的冋时浪费大量资源。 秸秆湿式厌氧消化技术以其低耗能、 高 产能等特点， 近年来得到越来越广泛地工程应用， 但消化后沼液的处置却成为阻碍桔秆厌氧 消化技术发展的主要问题之一。 传统的沼气工程都配有沼液沼渣存放池， 占地面积大， 投资 成本高而且后续处理困难， 大量沼液常无序排放， 导致严重二次污染。

目前沼液的处理方式主要集中在将其作为有机 液肥进行灌溉或叶面喷洒， 从中提取营养 物质并加入其他营养成分制成高效菌肥和微生 物菌剂， 对其进行物理、 生物等处理后排放或 将沼液直接回流至厌氧消化系统等方面。 其中沼液回流可以显著减少沼液排放量， 降低处理 处置成本， 但直接回流易导致反应器中 COD、 氨氮等抑制物质的积累， 使系统无法长期稳定 运行， 且对以纯桔秆为原料的厌氧消化反应器的相关 研究还十分有限。

专利 CN102586333提出将部分沼液循环回用至秸秆厌氧� ��化系统的方法， 以减少沼液排 放， 但沼液直接回用易造成系统有机负荷升高和部 分厌氧反应抑制物 （如氨氮） 的积累， 导 致系统不能长期稳定运行， 且无法实现沼液的完全减排； 专利 CN102503019提出对生物发酵 法生产蔗糖、 酒精等传统工业中产生的废液进行微氧化及脱 色等处理后再回流至原厌氧消化 反应器， 虽缓解了因沼液直接回流对系统造成的冲击， 但好氧处理工序复杂且针对的是酒精 发酵工业。

本发明提出将沼液体外好氧硝化与体内反硝化 相结合， 实现纯秸秆厌氧发酵沼液的零排 放和 100%回用。 目前对纯秸秆厌氧消化沼液进行类似处理的研 究尚未见报道。 发明内容

本发明旨在提供一种通过将沼液体外好氧硝化 与体内反硝化相结合， 真正实现纯秸秆厌 氧消化沼液零排放和 100%回用的方法。 其目的在于实现沼液零排放和 100%回用， 避免二次 污染； 将沼液完全代替秸秆进料过程中的调节水， 显著节约用水量， 减少运行成本； 同时能 维持厌氧消化反应器长期稳定运行， 提高生产效率。

如图 1所示， 本发明涉及一种实现纯秸秆厌氧消化沼液零排 放的方法， 其具体工艺包括 如下步骤：

歩骤 h 对纯秸秆原料进行预处理

将秸秆进行机械粉碎， 粉碎后秸秆粒径 3cm， 优选的， 粒径 lcm; 任选地， 对粉碎好 的秸秆进行预处理，预处理方式包括但不限于 生物、化学或物理法，优选的， 可采用 0.2-0.4% 的 NaOH溶液在中温条件下浸泡 12-24h;

歩骤 2: 对预处理好的秸秆调节 C/N， 并进料

对预处理好的秸秆调节 C N， 任选的， 包括添加尿素等 N源； 将沼液和秸秆加入运行稳 定的半连续或连续厌氧消化反应器中；

步骤 3 : 从厌氧消化反应器中排出发酵剩余物， 并从中分离出沼液

在半连续或连续进出料系统中， 每天进料后会排出对应量的混合出料， 混合出料经过固 液分离得到沼液和沼渣， 所述的沼渣分离， 沼液进行下一歩处理；

歩骤 4: 沼液在厌氧消化反应器外进行好氧硝化处理和 COD 去除

将分离得到的沼液送入好氧曝气池中连续曝气 20-24h， 沼液进行体外硝化反应。 沼液在 好氧曝气过程中， 利用硝化菌将氨氮全部转化成亚硝态氮和硝态 氮， 氨氮去除率为 100%， 硝 化反应式如下：

亚硝酸菌

2NH ₄ + + 0 ₂ ► 2 Ν0 ₂ ' + 4Η ⁺ + 2 Η ₂ 0

硝酸菌

2 Ν0 ₂ " ► 2 Ν0 ₃ "

同时， 好氧菌在自身生长过程中消耗沼液中的部分 COD， COD去除率达 50%~60%， 有 效降低沼液有机负荷；

歩骤 5: 沼液在厌氧消化反应器内进行反硝化处理

将好氧处理后的沼液 100%的与步骤 1 中的桔秆混合加入运行稳定的半连续或连续厌 氧 消化反应器中， 利用秸秆本身消化后溶解在沼液中的 C源进行反硝化， 在反硝化过程中无需 额外添加碳源， 可实现沼液体内反硝化反应， 将 NH ₄ ⁺ -N转变为 N ₂ ， 反硝化反应式如下； 硝酸盐还原菌

NCV +C (秸秆中的） ^ N0 ₂ - + C0 ₂ + H ₂ 0

τ^ . ^ _ί+3:τ ^ _ήΑ , 亚肖酸盐还原 ι ί 、 _τ ^八 _{τ τ} ^

Ν0 ₂ + C (秸秆中的） ► Ν ₂ + C0 ₂ + H ₂ 0 重复歩骤 1-5， 重复的次数可以根据需要进行合理选择。

在本发明的一个优选实施方式中， 所述的歩骤 2中， 包括对沼液 TS的检测步骤； 优选 的， 所述固液分离后的沼液 TS应 0.5%， 若不满足则应改变分离方式使分离后沼液 TS满足 上述条件。

在本发明的一个优选实施方式中， 所述的步骤 3中， 在曝气过程中通过增大或减少曝气 强度控制曝气池 DO浓度； 在连续曝气之后还包括通过稀释法降低 Na ⁺ 浓度的步骤； 任选地， 包括对曝气之后的回流液 TS、 氨氮和 COD浓度进行检测， 优选的， 所述曝气过程及回流液 满足 DO 2.0 mg/L; 沼液 TS 0.2%、 COD 1500 mg/L、 氨氮 10 mg/L、 Na+ 1000 mg/L; 在本发明的另一个优选实施方式中， 歩骤 1 中的加料仅包括回流的沼液和秸秆， 不包括 额外的配水。

在本发明的另一个优选实施方式中， 半连续或连续进出料系统是指传统的序批式厌 氧消 化反应器， 包括但不限于 CSTR、 ASBR反应器， 反应器的大小形状不影响本发明的实施。

在本发明的一个优选实施方式中， 沼液的提取方式为固液分离， 固液分离包括但不限于 板框过滤、 高速离心、 带滤机分离方式中的一种或多种方式的组合。

在本发明的另一个优选实施方式中， 本发明所涉及的实验原料为纯农作物桔秆， 不与任 何其他发酵原料混合， 包括但不限于玉米秸、 麦秸、 稻草或其组合。

在本发明的另一个优选实施方式中， 本发明的方法连续运行 300d以上， 优选的， 连续运 行 350d以上。

本发明与现有的纯秸秆沼液处理技术相比， 优势在于将沼液体外好氧硝化与体内反硝化 相结合， 具体反应过程如图 2所示。 沼液在好氧曝气过程中， 氨氮在硝化菌的作用下转化成 亚硝态氮和硝态氮， 氨氮去除率长期稳定在 100%; 同时， 好氧菌在自身生长过程中消耗沼液 中的部分 COD， COD去除率达 50%~60%， 有效降低沼液有机负荷。 经过好氧硝化后的沼液 在桔秆进料过程中 100%回用， 亚硝态氮和硝态氮在反硝化细菌的作用下转化 成氮气排出系 统， 秸秆本身可为反硝化菌提供充足碳源进行反硝 化反应， 无需添加额外碳源。 本发明有效 降低沼液 COD 及氨氮浓度， 消除沼液 100%回用对系统的抑制作用， 在实现沼液零排放和 100%回用的同时维持厌氧消化反应器长期稳定� �行； 用沼液完全代替秸秆进料中的调节水， 实现显著节水： 在纯秸秆厌氧消化的一个水力停留时间 （HRT) 内， 单位反应器容积可节约 用水 50%以上， 减少运行成本。 附图说明

图 1为一种实现纯秸秆厌氧消化沼液零排放的方� �总体流程示意图。

图 2为沼液体外好氧硝化处理与体内反硝化处理� �理示意图。 具体实施方式

下面结合具体的实例对本发明做进一歩的说明 。

本例所用实验装置为 CSTR厌氧消化反应器， 容积为 8L， 厌氧发酵原料为玉米秸， 上料 负荷为 80 gTS/L ( TS为玉米桔干重）。 具体歩骤如下： 1. 在运行稳定的半连续厌氧消化实验中，每天将 15.05g粉碎至粒径为 0.3cm的玉米秸通 过 NaOH溶液浸泡进行预处理（NaOH粉末和清水添加� ��分别为玉米秸干重的 0.2%和 600%， NaOH溶液浓度为 0.33%)， 处理时间为 ld。

2. 将预处理完成后的桔秆调节 C N为 25后送入 CSTR厌氧消化反应器， 同时排出当天 的出料 180mlo

3. 出料通过高速离心机在 8400 rpm的转速下离心 10 min后得到上层沼液约 80ml， 测定 其 TS=0.42%， 满足要求。

4. 将沼液抽出后灌入容积 3L的好氧曝气池。

5. 监测曝气池中的各项参数， 其 DO=6.7 mg/L。 连续曝气 24h 后发现各项参数为 TS=0.17%, COD=1250 mg/L _; 氨氮 =21.8mg/L; Na ⁺ =2051 mg/L; 发现 Na ⁺ 浓度超标， 故对沼 液进行稀释使 Na+浓度达到要求。

6. 将曝气之后的沼液 75ml和歩骤 1所述的秸秆混合， 无须补充清水， 加入 CSTR厌氧 发酵系统中， 并排出当天的出料。

7. 重复 3至 6歩。

本实例在实验室持续运行了 380d， 没有出现秸秆消化产气抑制的现象， pH稳定， 系统 运行正常。

以上所述， 仅为本发明的具体实施方式， 但本发明的保护范围并不局限于此， 任何不经 过创造性劳动想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。 因此， 本发明的保护 范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准 。