[發明專利]一種電發酵產甲烷的裝置與方法

在審

• 申請號: 201810930180.1
• 申請日: 2018-08-15
• 公開（公告）號: CN109161476A
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發明（設計）人: 周順桂;葉捷;任國平
• 申請（專利權）人: 福建農林大學
• 主分類號: C12M1/107
• 分類號: C12M1/107;C12M1/02;C12P5/02;C02F11/04
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 胡輝

本發明公開了一種電發酵產甲烷的裝置及方法，所述裝置包括罐體、恒電位儀、工作電極、輔助電極和參比電極；工作電極、輔助電極和參比電極分別與恒電位儀連接；工作電極和輔助電極設置于罐體內部，參比電極設置于工作電極和輔助電極之間；罐體頂部設置有甲烷收集口；罐體底部設置有攪拌裝置。本發明中通過電發酵產甲烷的方法具有工藝簡單、啟動速度快、厭氧消化產甲烷性能穩定的優點，與傳統厭氧消化反應品相比，本發明中的方法產甲烷速率提高20?30％、甲烷產生量可提高10?15％，并且運行穩定，維護成本低，可廣泛用于畜禽糞污、廚余垃圾、市政污泥、農林廢物等有機固體廢物的資源化循環利用與安全處置。

技術領域

本發明涉及一種電發酵產甲烷的裝置與方法。

背景技術

目前，我國每年產生的畜禽糞便、生活垃圾、市政污泥、農林廢物等有機固體廢物超過50億噸，其中畜禽糞污約38億噸、生活垃圾約4億噸、農林廢物約12億噸。它們既是一個重大的環境污染源，同時也是巨大的生物質資源與能源庫，其能量價值約合10億噸標準煤，肥料價值(N、P、K與有機質)超過我國化肥的年生產量。有機廢物資源化是化解“環境污染”和“資源匱乏”兩大矛盾的關鍵，是重大的民生問題和戰略問題。

目前常用有機固體廢物處理處置方式主要包括：填埋法、焚燒法和生物處理技術(好氧堆肥、厭氧消化)等。其中，填埋法占地面積大，填埋后產生的大量滲濾液容易造成地下水污染；焚燒法則因為投資運行成本巨大，產生的焚燒廢氣和焚燒灰處置困難。基于處置費用和廢物資源化角度考慮，生物處理技術被認為是最具吸引力的、可持續的有機固體廢物處置方法。生物處理技術主要包括好氧堆肥與厭氧消化，其中厭氧消化產沼氣技術，能夠有效回收清潔能源甲烷，具有簡便易行、能耗低，應用范圍廣的優點。

然而，由于厭氧消化產甲烷是多種微生物協同作用下的多階段生物化學過程，其產甲烷速率易受多種因素限制，因此普遍存在產甲烷效率不高的問題。針對傳統厭氧消化產甲烷技術存在的難題，國內外許多學者進行了反應器改造及操作優化(CN104593432A、CN108101333A、CN103555566A、CN104478178A、CN103555566A)，但是這些專利普遍存在工藝復雜、產甲烷效率低、產氣不穩定等缺點，不利于大規模的推廣應用，因而不能從根本上解決厭氧消化產甲烷存在的缺陷。

利用電化學方法調控有機廢物厭氧消化產甲烷過程具有獨特的優勢。這是因為該方法利用電場驅動力有效增加胞外電子供給，并且促進微生物胞內ATP合成，定向改變微生物代謝途徑，從而提高厭氧消化產甲烷性能。中國發明專利CN101875962B公開了“一種生物電化學技術篩選高效產甲烷菌群的方法”，通過在厭氧消化系統中施加電極篩選得到以嗜氫產甲烷菌為主的混合菌群。但是該方法容易導致工作電極上死亡生物膜的聚集，降低電子傳遞效率，從而影響了厭氧消化產甲烷性能。CN105621826A公開了“一種預處理聯合電化學技術促進剩余活性污泥厭氧消化產甲烷的方法”，主要利用多種預處理方法提高污泥的可生化性。但是因為所需設備復雜和外加物質較多，導致工藝復雜、成本較高，不利于大規模的推廣應用。中國專利CN104743663B公開了“利用高有機物高氨氮廢水強化產甲烷的生物電化學反應裝置和方法”，通過設有陽離子交換膜的多級電化學反應槽降低氨氮對厭氧微生物的毒害作用。但是該裝置主要針對于高濃度氨氮廢水，不適用于有機固體廢物處理。

經文獻與專利檢索，未發現有機廢物的電發酵產甲烷方法，也未見其應用于有機廢物處理處置的先例。

發明內容

本發明的目的是針對傳統厭氧消化處理有機廢物時存在的工藝復雜、產甲烷效率低、產氣不穩定等缺點，提供一種電發酵產甲烷的裝置及方法。該方法具有工藝簡單、啟動速度快、產氣效率高的優點。這對于厭氧消化技術的推廣應用具有重要應用潛力。