[發明專利]一種用于餐廚、果蔬垃圾的自固定化生物膜高效厭氧消化方法

有效

• 申請號: 201210488818.3
• 申請日: 2012-11-26
• 公開（公告）號: CN103008324A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 李秀金;袁海榮;沈飛;鄒德勛;朱保寧;龐云芝;張亞甜
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B09B3/00
• 分類號: B09B3/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域：

本發明涉及一種厭氧消化系統中厭氧微生物富集的固定化的方法，特別是厭氧發酵微生物通過自生長、吸附的方式與固定載體材料形成的固定化生物膜用于餐廚、果蔬等有機生活垃圾的高效厭氧消化的方法。

背景技術：

進入21世紀以來，隨著世界經濟、工業以及人口的快速發展，環境污染日趨嚴重、可利用的自然資源逐日遞減，世界各國對固體廢棄物的處理已經從簡單的處置轉向高值資源化利用，其中以有機物的資源化利用為重點，受到各國政府的重視和學者的研究。

隨著國家”十二五”規劃的出臺，節能環保作為七大戰略性產業之首，國家環境部也把固體廢棄物處理與資源化作為環保重點方向。結合我國生活垃圾含水率高、有機含量高、易腐敗等特點，需開發符合我國國情的生活垃圾處理設備、工藝與技術。厭氧消化技術效率高，資源化利用率高，對節能減排效果明顯，應該大力支持推廣。

作為厭氧消化系統的核心，厭氧消化反應器要順利啟動并穩定運行，較高的微生物量是一個先決條件。生物量即活性污泥濃度，活性污泥濃度過高或過低都會影響底物的轉化率。若活性污泥濃度較低，則污泥進料負荷率就會升高，很有可能會引起污泥超過進料負荷現象，從而影響到有機物的去除率和系統運行的穩定性；若活性污泥濃度較高，則相當于需要去除的有機物量變少，將會影響到微生物處理能力的有效發揮，甚至有可能會出現微生物“自溶”現象。因此，任何系統的活性污泥接種量都需要在適當的范圍內，過高或過低均不適宜。此外，在厭氧消化系統中，活性污泥的活性，也對后續厭氧消化的速率和效率的改善具有至關重要作用。傳統的厭氧消化工藝中，通常采用連續或者序批式進料方式，厭氧消化反應器中的接種物一般會隨出料部分流失，因此，厭氧消化系統對新進原料需要不斷適應和穩定。在穩定和適應過程中，系統消耗一定數量的基質用于菌體生長，因此，傳統的厭氧消化系統存在系統穩定差，轉化效率低等問題。采用細胞固定化技術，可以有效地將厭氧消化系統中的微生物保留反應器中，同時固定化技術可以保證厭氧消化體系中較高的活性微生物數量，從而可以獲得較好的厭氧消化效率。目前，常用的細胞固定化的方法為結合法，交聯法和包埋法三大類，主要是將微生物固定在具有一定形狀的載體內部，以凝膠小球多為常見。然而，餐廚、果蔬等垃圾的成分復雜。傳統的固定化載體，在含多價陰離子（磷酸鹽，檸檬酸鹽、硫酸鹽等）以及在較高濃度的電解質（K⁺、Na⁺等）溶液中不穩定，載體易變軟，裂口、甚至溶解；在傳統的全混合式（CSTR）或者流化床式（UASB）厭氧消化系統中，容易出現攪傷，破碎等等方面的問題。此外，傳統的固定化方法中，載體的致密結構，這不利于基質和細胞之間的物質傳遞，和產生氣體的釋放；這些問題的存在一定程度上限制傳統的固定化技術在厭氧發酵體系中的應用和發展。

經現有技術的文獻檢索發現，中國專利申請號200810116806.1，發明專利名稱：一種厭氧發酵菌種活性污泥的固定化方法，該專利申請內容涉及通過固體載體和濃縮活性污泥混合吸附后，置于交聯劑中后，烘干，制得固定化顆粒進一步交聯和固化，獲得可以用于餐飲有機廢棄物、秸稈、養殖場動物糞便以及其他有機廢物的厭氧消化固定化載體。從該專利的實例內容看，采用獲得固定化活性污泥用于厭氧發酵獲得了較好的發酵效果，但最長運行時間為60天，整體時間不能滿足實際工程需要，同時涉及的固定化載體在制備工藝需消耗一定量的化學試材，在一定程度上會增加厭氧消化生產沼氣系統運行的成本。中國環境科學，2002年22卷6期報道了一種固定化產甲烷菌用于厭氧發酵生產甲烷的方法，其主要步驟包括以聚乙烯醇和海藻酸鈉在水浴中溶化冷卻后，加入填充物和產甲烷菌濃縮物，攪拌均勻后，用注射器滴入含2%氯化鈣的飽和硼酸溶液，制成直徑為1-4mm的顆粒，交聯24h后，用于厭氧消化。獲得固定化細胞載體最長使用時間為50天，同樣不能完全滿足工程實際生產需求。中國給水排水，1999年15卷10期報道一種借助載體材料，進行厭氧微生物固定，用于廢水的厭氧消化處理。涉及的厭氧微生物掛膜與固定的方法為，首先通過好氧微生物快速繁殖并生成多糖的性能，在填料表面形成一層生物膜基，然后置于厭氧消化反應器中，用于厭氧微生物附著、生長，此后用于厭氧消化。該種利用載體進行微生物固定成膜的方式，在有機廢水的厭氧處理過程中表現出較好的抗沖擊負荷能力，COD的去除率在90%以上，具有較好的穩定性。但此法多適用于有機負荷較小的廢水，而對于餐廚果蔬垃圾有機負荷量較大的厭氧發酵體系其性能無法評估。此外，該法增加了好氧膜基的培養過程，在實際工程中增加了該技術的運行成本。

發明內容：