[發(fā)明專利]一種緩解農(nóng)村生活垃圾高濃度厭氧發(fā)酵反應(yīng)中氨氮抑制的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210601363.5
• 申請(qǐng)日: 2022-05-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115074395A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 奚永蘭;葉小梅;賈昭炎;杜靜;孔祥平;苗曉;張應(yīng)鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院
• 主分類號(hào): C12P5/02
• 分類號(hào): C12P5/02;B01J20/22;C02F1/28;B01J20/30;C02F101/16
• 代理公司: 北京德崇智捷知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11467
• 代理人: 王斌

本發(fā)明公開(kāi)了一種緩解農(nóng)村生活垃圾高濃度厭氧發(fā)酵反應(yīng)中氨氮抑制的方法。該方法包括：以農(nóng)村生活垃圾為發(fā)酵原料進(jìn)行厭氧發(fā)酵處理，通過(guò)向高濃度厭氧發(fā)酵體系中添加MOFs材料衍生金屬氧化物吸附劑的方法，在pH值為6.8?7.8，初始氨氮濃度為2000?2500mg/L的情況下，將消化基質(zhì)和MOFs材料衍生金屬氧化物吸附劑投入到厭氧發(fā)酵體系中，使氨氮濃度降低到不足以發(fā)生氨氮抑制的濃度值，保證厭氧發(fā)酵穩(wěn)定運(yùn)行。該方法在厭氧消化體系中的氨氮吸附量可達(dá)到95.02 mg/g，可以有效緩解高濃度厭氧發(fā)酵中的氨氮抑制。該方法操作簡(jiǎn)單，氨氮去除效果良好，可在潮濕的厭氧發(fā)酵環(huán)境下正常運(yùn)行，并且材料具有超順磁性，便于回收，具有經(jīng)濟(jì)效益好的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用領(lǐng)域，具體涉及一種利用MOFs材料衍生金屬氧化物吸附劑用于緩解農(nóng)村生活垃圾高濃度厭氧發(fā)酵反應(yīng)中氨氮抑制的方法。

背景技術(shù)

中國(guó)已成為世界上最大的垃圾產(chǎn)生國(guó)。隨著農(nóng)民生活水平的提高，農(nóng)村生活垃圾產(chǎn)生量也迅速增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，農(nóng)村生活垃圾年產(chǎn)量已高達(dá)2.94億噸。農(nóng)村生活垃圾的合理處置已成為我國(guó)新農(nóng)村建設(shè)過(guò)程中的一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。對(duì)這些農(nóng)村生活垃圾進(jìn)行科學(xué)有效的處理，可以減少對(duì)周圍環(huán)境的污染，也符合可持續(xù)發(fā)展的理念。

高濃度厭氧發(fā)酵技術(shù)具有運(yùn)行成本低、沼氣產(chǎn)量高、沼渣沼液產(chǎn)量少等優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)固體廢棄物資源化利用的有效途徑。厭氧發(fā)酵技術(shù)能將農(nóng)村生活垃圾轉(zhuǎn)化為沼氣資源，沼渣還可以制成肥料還田利用，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)村生活垃圾的“減量化、無(wú)害化和資源化”。

然而，農(nóng)村生活垃圾中占比最大的是廚余垃圾，氮含量較高。以農(nóng)村生活垃圾這種富氮基質(zhì)進(jìn)行厭氧發(fā)酵，發(fā)酵系統(tǒng)極易出現(xiàn)氨氮抑制導(dǎo)致厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣效率降低。如果不能有效緩解氨抑制，將影響厭氧發(fā)酵系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐上到y(tǒng)崩潰。

目前厭氧發(fā)酵中氨抑制的解除方法有添加微量元素、與低氮原料共發(fā)酵和添加氨氮吸附材料等。向厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中投入生物炭、沸石等吸附材料也可以達(dá)到吸附氨氮，提升甲烷產(chǎn)量的效果。有研究顯示，生物炭的添加可使甲烷的最大產(chǎn)率提高41.6%，縮短微生物生長(zhǎng)的滯后期，促進(jìn)VFAs降解。添加粉末狀生物炭還可以調(diào)節(jié)微生物群落，使厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中的微生物數(shù)量增加一倍，可提升甲烷產(chǎn)量13.3%～56%。雖然傳統(tǒng)的吸附劑如沸石、活性炭、煤等具有對(duì)氨氮的吸附性能，但這些吸附劑對(duì)氨氮的吸附能力不足，特別是在氨氮濃度較高的體系中。此外，傳統(tǒng)吸附劑在回收利用方面也存在困難。目前迫切需要尋找一種具有較大氨吸附量且便于回收和重復(fù)利用的氨氮吸附材料，緩解高濃度厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中的氨氮抑制問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是建立一種基于MOFs材料衍生金屬氧化物吸附氨氮的氨去除方法用于緩解農(nóng)村生活垃圾高濃度厭氧發(fā)酵反應(yīng)中氨氮抑制，并具有可重復(fù)利用、經(jīng)濟(jì)性好的特征。

本發(fā)明選用具有較大氨吸附量的MOFs材料衍生金屬氧化物作為氨氮吸附劑，降低高濃度厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中的氨氮濃度。本發(fā)明的原理是利用MOFs材料衍生金屬氧化物良好的氨吸附作用去除液相中的氨氮。同時(shí)MOFs衍生材料優(yōu)異的柔性骨架還可以可提供較多的酸性位點(diǎn)進(jìn)一步提高氨的吸附量，最終使厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中的氨氮濃度降低到未發(fā)生氨氮抑制的濃度值，保證厭氧發(fā)酵穩(wěn)定運(yùn)行。

所述MOFs材料衍生金屬氧化物制備方法如下：將Fe、3,5-吡唑二羧酸、KMnO4、石墨烯、N,N-二甲基甲酰胺以去離子水，混合均勻后置于反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜放入100℃的烘箱中恒溫時(shí)間48小時(shí)并陳化12小時(shí)，最后將過(guò)濾得到的粉末在真空環(huán)境中 700℃煅燒一小時(shí)即可得到MOFs材料衍生金屬氧化物吸附劑。