[發(fā)明專利]一種通過(guò)生物相分離和優(yōu)化技術(shù)提高生物質(zhì)廢物厭氧消化性能的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210006583.X
• 申請(qǐng)日: 2012-01-11
• 公開（公告）號(hào): CN102559771A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李秀金;蔡文婷;朱保寧;袁海榮;鄒德勛;劉研萍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號(hào): C12P5/02
• 分類號(hào): C12P5/02
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于固體廢棄物處理與資源化技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種通過(guò)生物相分離優(yōu)化技術(shù)提高生物質(zhì)厭氧消化效率的方法。?

背景技術(shù)

節(jié)能環(huán)保和資源有效利用是當(dāng)今世界社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的兩大主題。隨著我國(guó)的人口增長(zhǎng)、農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和居民生活水平的不斷提高，農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和消費(fèi)量也不斷增多。以2009年為例，中國(guó)果蔬種植面積和產(chǎn)量分別占世界的43％和49％，均居世界第一。與此同時(shí)，果蔬類食品在居民飲食中的比重越來(lái)越大，在其收獲、加工、儲(chǔ)運(yùn)和食用過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物占果蔬作物總產(chǎn)量的25％～30％，大多被直接丟棄。這些果蔬廢棄物屬于生物質(zhì)廢物，具有含水率高、易腐爛的特點(diǎn)，其產(chǎn)量隨季節(jié)的變化性大，如果處理不當(dāng)，將會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染；另一方面，這類廢棄物中有機(jī)質(zhì)含量極高，而且不含有毒有害成分，具有資源化利用的可能性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年約有1億噸的水果和蔬菜廢棄物被丟棄，城市生活垃圾中20％～50％的成分都是來(lái)自于果蔬加工、儲(chǔ)運(yùn)和食用過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物，如果能使用先進(jìn)技術(shù)將其轉(zhuǎn)化為可用的資源，將對(duì)城市發(fā)展和人居環(huán)境質(zhì)量具有重要意義。?

厭氧消化技術(shù)是自20世紀(jì)50年代以來(lái)逐漸發(fā)展的生物處理技術(shù)，可以通過(guò)無(wú)氧或微氧環(huán)境下的微生物過(guò)程將生物質(zhì)降解消化，并轉(zhuǎn)化為沼氣和富含養(yǎng)分的沼渣。沼氣中的主要成分是甲烷和二氧化碳，是一種清潔燃料，而沼渣可用來(lái)生產(chǎn)植物有機(jī)肥。該技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用，將使得生物質(zhì)廢物的無(wú)害化處置和再生利用成為可能。特別是對(duì)于不含有毒有害物質(zhì)的果蔬廢棄物，可以全部轉(zhuǎn)?化為沼氣能源和有機(jī)肥資源，從而實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)資源的循環(huán)生產(chǎn)，完全符合我國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展的國(guó)策。厭氧消化工藝按照體系含水率可分為濕式消化和干法消化工藝，按照消化時(shí)序可分為單級(jí)消化和多級(jí)消化工藝，按照生物相特點(diǎn)又可分為單相消化和兩相消化工藝。果蔬廢棄物中含水率高、纖維素含量也很高，因此針對(duì)該種物料的濕式消化工藝已被證明是較優(yōu)的，但是纖維素的高效降解工藝一直是阻礙轉(zhuǎn)化效率和大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)的障礙。兩相厭氧消化工藝將微生物水解酸化相和產(chǎn)甲烷相分離開來(lái)，分別進(jìn)行生物工程優(yōu)化，可以高效轉(zhuǎn)化纖維素，同時(shí)大大提高微生物系統(tǒng)在較高進(jìn)料負(fù)荷時(shí)的穩(wěn)定性。然而該工藝的啟動(dòng)技術(shù)和相分離優(yōu)化技術(shù)一直沒(méi)有得到解決，阻礙了兩相厭氧消化技術(shù)的工業(yè)化推廣。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種針對(duì)生物質(zhì)物料的兩相厭氧消化啟動(dòng)和相分離優(yōu)化技術(shù)，其工藝簡(jiǎn)單、進(jìn)料負(fù)荷高、體系穩(wěn)定性好、生物質(zhì)轉(zhuǎn)化率高。該技術(shù)的特點(diǎn)是將物料的固體殘?jiān)椭悍謩e進(jìn)行不同條件下的厭氧消化處理，通過(guò)兩相厭氧消化的酸化相啟動(dòng)優(yōu)化和酸化/甲烷化相間質(zhì)量分配優(yōu)化，保證不同物料組分的充分均勻的降解，還可以提高微生物體系的pH緩沖量，從而大大提高整個(gè)系統(tǒng)的進(jìn)料負(fù)荷，減小反應(yīng)器體積，降低處理成本，提高系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化效率。?

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取了如下的技術(shù)方案：?

一種通過(guò)生物相分離優(yōu)化技術(shù)提高生物質(zhì)廢物厭氧消化沼氣產(chǎn)率的方法，采用的主要設(shè)備包括酸化相反應(yīng)器和產(chǎn)甲烷相反應(yīng)器，包括如下技術(shù)步驟：?

(1)、生物質(zhì)物料的固液分離：首先去除待處理的物料中的堅(jiān)硬雜物，然后使用粉碎機(jī)、壓榨機(jī)等設(shè)備將物料中的固形物和汁液分離開；?

(2)、酸化相反應(yīng)器的啟動(dòng)與運(yùn)行：將步驟(1)固液分離后的固形物與厭?氧消化菌種(接種污泥)按照F/M_(VS/VS)(基質(zhì)微生物比，F(xiàn)ood-Microorganism?ration)＝1～3的比例混合均勻，加入到酸化反應(yīng)器中，啟動(dòng)階段采用一次進(jìn)料，進(jìn)料后不再進(jìn)料，待體系經(jīng)過(guò)3～5天的培養(yǎng)，使產(chǎn)酸菌充分生長(zhǎng)，然后進(jìn)入到正常酸化反應(yīng)階段，采用序批式進(jìn)出料(即每天進(jìn)出料一次)；?

(3)、產(chǎn)甲烷相反應(yīng)器的啟動(dòng)與運(yùn)行：產(chǎn)甲烷相反應(yīng)器中加入?yún)捬跸N(接種污泥)，使用步驟(1)中得到的汁液按厭氧污泥床式(ASBR模式)進(jìn)出料進(jìn)行馴化，待微生物種群已逐步適應(yīng)厭氧消化條件后，加入步驟(2)中的酸化相出料，從而實(shí)現(xiàn)酸化相和產(chǎn)甲烷相的耦合聯(lián)動(dòng)，此后將酸化相出料和步驟(1)的汁液作為產(chǎn)甲烷相進(jìn)料(實(shí)際一般情況下酸化相出料和步驟(1)的汁液的比例符合使此整個(gè)體系同步反應(yīng)完全，即一批果蔬生物質(zhì)物料中固形物產(chǎn)生的總的酸化相為體積a、汁液總體積b，那么產(chǎn)甲烷相進(jìn)料中酸化相與汁液的體積比為a∶b，a和b均為實(shí)際產(chǎn)生的體積，沒(méi)有具體范圍限制)，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)廢物厭氧消化。?