專利名稱：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
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(kāi)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(kāi)；O)、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O)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。反應(yīng)器進(jìn)料負(fù)荷的提升和穩(wěn)定化在整個(gè)體系中通過(guò)逐步提高酸化相的負(fù)荷從而提高產(chǎn)甲烷相的負(fù)荷，酸化相負(fù)荷由于不斷提高，其PH值、堿度都在逐步下降，為了避免酸化相系統(tǒng)的崩潰，可將產(chǎn)甲烷相排出的沼液按照酸化相進(jìn)料體積的20% 40%的比例與物料中的固形物混合，一起作為酸化相反應(yīng)器的進(jìn)料，利用產(chǎn)甲烷相沼液中豐富的堿度維持酸化相體系的穩(wěn)定。此外，利用產(chǎn)甲烷相的部分消化液對(duì)酸化相進(jìn)行回流，不僅可以強(qiáng)化難降解物質(zhì)的水解和酸化作用，而且在酸化相中富集少量的產(chǎn)甲烷菌，可以使已經(jīng)水解酸化的有機(jī)物質(zhì)得到更多的降解。與此同時(shí)還可將產(chǎn)甲烷相反應(yīng)器的出料作為沼肥或土壤添加劑。所述步驟(1)中，生物質(zhì)物料優(yōu)選果蔬生物質(zhì)物料。所述步驟O)中，酸化相反應(yīng)器采用完全混合攪拌式厭氧發(fā)酵反應(yīng)裝置(CSTR)， 反應(yīng)溫度控制在中溫35士 1°C。為實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)，酸化相啟動(dòng)有機(jī)負(fù)荷不大于20gvs · Γ1, 固形物與厭氧消化菌種按照F/^vs/vs) = 1 3的比例混合均勻，進(jìn)行3 5天的批式(不進(jìn)料也不出料)反應(yīng)后，待系統(tǒng)的PH值穩(wěn)定在4. 5 5. 5范圍內(nèi)，開(kāi)始序批式進(jìn)料(每天進(jìn)出料一次)，起始容積有機(jī)負(fù)荷率不大于IOgvs · L—1 · cf1，水力停留時(shí)間(HRT) = 3 5 天；當(dāng)需要提升產(chǎn)甲烷相的容積有機(jī)負(fù)荷率時(shí)，通過(guò)提高酸化相的容積有機(jī)負(fù)荷率來(lái)滿足其要求，按照容積有機(jī)負(fù)荷率OLR為IOgvs · L-1 · cf1 18gvs · L-1 · d-1，HRT = 3 5天提高有機(jī)負(fù)荷率，優(yōu)選 IOgvs · L—1 · d"\l2gvs · L—1 · d^U4gvs · L—1 · d"\l6gvs · L—1 · d—1、 18gvs -L"1 -(!^,HRT均為4天提升容積有機(jī)負(fù)荷率。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)OLR = 18gvs -L"1 .cf1 時(shí)已達(dá)到優(yōu)選最大值；所述步驟(3)中，產(chǎn)甲烷相反應(yīng)器采用厭氧污泥床式反應(yīng)裝置(ASBR)，反應(yīng)溫度控制在中溫35士 1°C。產(chǎn)甲烷相啟動(dòng)時(shí)，按照反應(yīng)器所設(shè)定的有效容積加滿厭氧消化菌種 (接種污泥)，作為產(chǎn)甲烷菌源，菌種在實(shí)際運(yùn)行溫度下適應(yīng)3天后，單獨(dú)用物料的汁液馴化，起始進(jìn)料容積有機(jī)負(fù)荷率設(shè)定在0. 5 1. Ogvs Μ—1范圍內(nèi)，2 3周后，系統(tǒng)的ρΗ 穩(wěn)定在7.2 7.6范圍內(nèi)，開(kāi)始加入酸化相出料；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，產(chǎn)甲烷相按照OLR = Igvs ·廠1 · Cf1 5. 5gvs · Γ1 · cf1逐步提升容積有機(jī)負(fù)荷率，水力停留時(shí)間從30天到10天逐步縮短。優(yōu)選OLR = Igvs · L—1 · d—1、HRT = 30 天，2gvs · L-1 · cf1、HRT = 20 天，3gvs · L-1 · cf^HRT = 20 天，4gvs · L-1 · cf^HRT = 20 天， 5gvs · Γ1 · cf1、HRT = 20天，5. 5gvs · Γ1 · cf^HRT = 10天逐步提升負(fù)荷。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)， 當(dāng)OLR = 5. 5gvs · Γ1 · cf1時(shí)已達(dá)到優(yōu)選最大值。本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)在于通過(guò)厭氧消化酸化相和產(chǎn)甲烷相的分離和針對(duì)性優(yōu)化技術(shù)， 改善了體系的啟動(dòng)穩(wěn)定性，提高了進(jìn)料負(fù)荷，縮短了整體消化時(shí)間。將生物質(zhì)物料進(jìn)行固液分離，針對(duì)固相部分和液相部分的不同性質(zhì)，使用不同的工藝參數(shù)和反應(yīng)器進(jìn)行降解轉(zhuǎn)化， 使得物料中各成分在兩相中重新分配，易于生物降解的液相直接進(jìn)入產(chǎn)甲烷反應(yīng)器，而固形物進(jìn)入酸化反應(yīng)器，其中的纖維素、淀粉等大分子經(jīng)水解酸化過(guò)程后，再進(jìn)入產(chǎn)甲烷反應(yīng)器進(jìn)行甲烷化，從而提高整個(gè)厭氧消化系統(tǒng)的消化速率和效率；通過(guò)優(yōu)化進(jìn)料/接種比以實(shí)現(xiàn)酸化相的快速啟動(dòng)；酸化相采用批式法啟動(dòng)，使啟動(dòng)過(guò)程更加穩(wěn)定可控；通過(guò)沼液回流，有效調(diào)節(jié)了酸化相體系的PH值、堿度等，為酸化相內(nèi)的微生物創(chuàng)造了良好的作用環(huán)境， 有利于厭氧系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、通過(guò)強(qiáng)化的厭氧酸化反應(yīng)改善纖維素的降解效果厭氧消化原料中的固形物富含纖維素，在厭氧條件下不容易被降解，而固形物的水解是整個(gè)厭氧消化過(guò)程的限速步驟。 因此，通過(guò)一定途徑改善其水解速率具有重要的意義。本發(fā)明通過(guò)固液分離實(shí)現(xiàn)纖維素等大分子物質(zhì)的富集，在酸化反應(yīng)器中強(qiáng)化水解酸化，出料再進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器，這樣不僅可以保證不同組分物料充分均勻的酸化，又可以減少二次水解酸化的物料量，減小反應(yīng)體積， 降低處理成本，提高系統(tǒng)的消化效率和速率；2、通過(guò)反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)的物料和接種物比例優(yōu)化，使得微生物體系分別保持在酸化和產(chǎn)甲烷化反應(yīng)的最佳狀態(tài)，縮短啟動(dòng)時(shí)間，提高了運(yùn)行效率；3、酸化相采用批式法啟動(dòng)，避免了反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)耐受性低，運(yùn)行不穩(wěn)定的問(wèn)題。產(chǎn)甲烷相采用厭氧污泥床方式啟動(dòng)和運(yùn)行，在最大程度上保證了反應(yīng)器中的微生物數(shù)量，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；4、生物相間的耦合調(diào)配技術(shù)保證了系統(tǒng)在高負(fù)荷下的穩(wěn)定性本發(fā)明采用兩相厭氧生物處理技術(shù)強(qiáng)化了生物質(zhì)物料中不同成分的厭氧消化過(guò)程，更重要的是通過(guò)兩個(gè)反應(yīng)器各自的工藝參數(shù)的優(yōu)化，使得厭氧酸化微生物和厭氧產(chǎn)甲烷微生物都處于最適宜的代謝環(huán)境下，對(duì)進(jìn)料負(fù)荷的耐受性大大提高；5、通過(guò)優(yōu)化反應(yīng)器的進(jìn)料量和水力停留時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了體系內(nèi)部物料交換量的平衡。從整個(gè)兩相厭氧消化系統(tǒng)的角度來(lái)看，除了每天的進(jìn)出料之外，不產(chǎn)生其他廢物，也不額外消耗接種物或水分。相比于傳統(tǒng)厭氧消化反應(yīng)器需要定時(shí)添加水分以保證體系平衡的問(wèn)題，本發(fā)明所提供的方法可大大減少系統(tǒng)的排放量。6、節(jié)能環(huán)保的廢物資源化循環(huán)利用技術(shù)整個(gè)厭氧消化過(guò)程在密閉的反應(yīng)器中進(jìn)行，產(chǎn)甲烷相厭氧消化過(guò)程中所產(chǎn)生的剩余物較少，將部分回流可以有效的維持酸化相的穩(wěn)定運(yùn)行，沼渣可以作為沼肥或土壤添加劑，從而實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)廢物處理處置的減量化、資源化、無(wú)害化。


圖1為本發(fā)明方法的工藝流程圖；
具體實(shí)施例方式以上所述實(shí)施例只為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非以此限制本發(fā)明的實(shí)施范圍，故凡依本發(fā)明方法、原理等所作的等效變化，均應(yīng)涵蓋于本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例1 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，包括以下工藝步驟1、原料預(yù)處理將果蔬垃圾用粉碎機(jī)和榨汁機(jī)打碎成漿狀，并實(shí)現(xiàn)固液分離，榨汁機(jī)篩網(wǎng)孔徑為1mm，擠出力300 600N，總的汁液體積為b ；2、酸化相的啟動(dòng)與運(yùn)行酸化相反應(yīng)器采用完全混合拌式厭氧發(fā)酵反應(yīng)裝置 (CSTR)，有效工作體積為5L，反應(yīng)溫度控制在35 士 1 °C，攪拌強(qiáng)度為120r · mirT1，每池?cái)嚢?5min。酸化相啟動(dòng)有機(jī)負(fù)荷20gvs -^,F/M = 2，進(jìn)行4天的批式反應(yīng)后，待系統(tǒng)的pH值穩(wěn)定在4. 5 5. 5范圍內(nèi)，H2含量在10%左右，CO2含量在80%左右，CH4和N2含量< 5%后， 開(kāi)始序批式進(jìn)料。反應(yīng)階段固定HRT = 4天，按照容積有機(jī)負(fù)荷率OLR = IOgvs · L—1 · d—1、 12gvs · Γ1 · cr、14gvs · Γ1 · d"\l6gvs · Γ1 · d"\l8gvs · Γ1 · cf1 逐步提升容積有機(jī)負(fù)荷率，總的酸化相產(chǎn)率體積為a。3、產(chǎn)甲烷相的啟動(dòng)與運(yùn)行產(chǎn)甲烷相反應(yīng)器采用厭氧污泥床式反應(yīng)裝置(ASBR)， 有效工作體積為10L，反應(yīng)溫度控制在35 士 1°C，攪拌強(qiáng)度為120r · mirT1，每池?cái)嚢?min。 產(chǎn)甲烷相啟動(dòng)時(shí)，加入?yún)捬跸N(接種污泥)10L，作為產(chǎn)甲烷菌源，菌種復(fù)活三天，之后單獨(dú)用果蔬汁馴化15d，果蔬汁進(jìn)料容積有機(jī)負(fù)荷率OLR = 0. 5gvs · L-1 · cf1，HRT = 30 天，15天后，系統(tǒng)的pH穩(wěn)定在7. 2 7. 6范圍內(nèi)，開(kāi)始加入酸化相出料與果蔬汁作為產(chǎn)甲烷相的每天進(jìn)料，每天進(jìn)料中酸化相出料與果蔬汁的體積比符合a b，實(shí)現(xiàn)兩相的耦合聯(lián)動(dòng)。產(chǎn)甲烷相進(jìn)料的起始容積有機(jī)負(fù)荷率OLR = Igvs · Γ1 · cf1，HRT = 30天，待產(chǎn)甲烷相在該負(fù)荷率下運(yùn)行30 60天后，即運(yùn)行1 2個(gè)水力停留時(shí)間，負(fù)荷產(chǎn)氣率穩(wěn)定在800 850mL · gvs"1之間，甲烷含量在55% 60%范圍內(nèi)穩(wěn)定波動(dòng)，pH穩(wěn)定在7. 6左右，即可提高容積有機(jī)負(fù)荷率至2gvs · L—1 · cf1，由于容積有機(jī)負(fù)荷率的升高，進(jìn)料體積隨之增加，因此水力停留時(shí)間也相應(yīng)的縮短至20天。在產(chǎn)甲烷相運(yùn)行期間，按照OLR = Igvs · Γ1 · cf1、 HRT = 30 天，2gvs · Γ1 · cf1、HRT = 20 天，3gvs · Γ1 · cf1、HRT = 20 天，4gvs · Γ1 · cf1、HRT =20 天，5gvs · Γ1 · cf1、HRT = 20 天，5. 5gvs · Γ1 · cfl、HRT = 10 天的步驟逐步提升容積有機(jī)負(fù)荷率。4、反應(yīng)器進(jìn)料負(fù)荷的提升和穩(wěn)定化酸化相負(fù)荷由于不斷提高，其pH值、堿度和系統(tǒng)穩(wěn)定性都在逐步下降，為了避免酸化相系統(tǒng)的抑制，將產(chǎn)甲烷相溢流出的沼液按照酸化相進(jìn)料體積的20% 40%的比例加入到酸化相反應(yīng)器中，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，向酸化相中加沼液可以很好的維持酸化相體系的穩(wěn)定。此外還可將產(chǎn)甲烷相反應(yīng)器的出料作為沼肥或土壤添加劑。以有機(jī)負(fù)荷=20gvs · F/M = 2，HRT = 4天為啟動(dòng)參數(shù)啟動(dòng)酸化相，可使其快速進(jìn)入到產(chǎn)酸階段；產(chǎn)甲烷相采用低負(fù)荷啟動(dòng)，單獨(dú)用果蔬汁馴化，果蔬汁起始進(jìn)料容積有機(jī)負(fù)荷率為0. 5gvs -Γ1 -d-\HRT = 30天，經(jīng)過(guò)15天的培養(yǎng)馴化后，改用酸化相出料與果蔬汁作為產(chǎn)甲烷相的進(jìn)料。在產(chǎn)甲烷相運(yùn)行期間，當(dāng)容積有機(jī)負(fù)荷率OLR = Igvs -L-1.^1 5. 5gvs · Γ1 · cf1，HRT = 30 10天時(shí)，果蔬垃圾的負(fù)荷產(chǎn)氣率在850 450mL · gvs-1之間，甲烷含量在 60%范圍內(nèi)穩(wěn)定波動(dòng)，pH穩(wěn)定在7. 2 7. 6之間。實(shí)施例具體實(shí)施方式
如下一種通過(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，包括以下工藝步驟1、原料預(yù)處理將果蔬垃圾用粉碎機(jī)和榨汁機(jī)打碎成漿狀，并實(shí)現(xiàn)固液分離，榨汁機(jī)篩網(wǎng)孔徑為1mm，擠出力300 600N ；2、酸化相的啟動(dòng)與運(yùn)行酸化相反應(yīng)器采用完全混合拌式厭氧發(fā)酵反應(yīng)裝置 (CSTR)，有效工作體積為5L，反應(yīng)溫度控制在35 士 1 °C，攪拌強(qiáng)度為120r · mirT1，每池?cái)嚢?5min。酸化相啟動(dòng)有機(jī)負(fù)荷20gvs -^,F/M = 2. 5，進(jìn)行3天的批式反應(yīng)后，待系統(tǒng)的pH值穩(wěn)定在4. 5 5. 5范圍內(nèi)，H2含量在10%左右，(X)2含量在80%左右，CH4和N2含量< 5%后， 開(kāi)始序批式進(jìn)料。反應(yīng)階段固定HRT = 3天，按照容積有機(jī)負(fù)荷率OLR = IOgvs · L—1 · d—1、 12gvs · L—1 · d"\l4gvs · L—1 · d^U6gvs · L—1 · d^U8gvs · L—1 · cf1 不斷提升負(fù)荷，總的酸化相產(chǎn)率體積為a。3、產(chǎn)甲烷相的啟動(dòng)與運(yùn)行產(chǎn)甲烷相反應(yīng)器采用厭氧污泥床式反應(yīng)裝置(ASBR)， 有效工作體積為10L，反應(yīng)溫度控制在35 士 1°C，攪拌強(qiáng)度為120r · mirT1，每池?cái)嚢?min。 產(chǎn)甲烷相啟動(dòng)時(shí)，加入?yún)捬跸N(接種污泥)10L，作為產(chǎn)甲烷菌源，菌種復(fù)活三天，之后單獨(dú)用果蔬汁馴化15d，果蔬汁進(jìn)料容積有機(jī)負(fù)荷率OLR = 0. 5gvs · L-1 · cf1，HRT = 30 天，15天后，系統(tǒng)的pH穩(wěn)定在7. 2 7. 6范圍內(nèi)，開(kāi)始加入酸化相出料與果蔬汁作為產(chǎn)甲烷相的每天進(jìn)料，每天進(jìn)料中酸化相出料與果蔬汁的體積比符合a b，實(shí)現(xiàn)兩相的耦合聯(lián)動(dòng)。產(chǎn)甲烷相進(jìn)料的起始容積有機(jī)負(fù)荷率OLR = Igvs · Γ1 · cf1，HRT = 30天，待產(chǎn)甲烷相在該負(fù)荷率下運(yùn)行30 60天后，即運(yùn)行1 2個(gè)水力停留時(shí)間，負(fù)荷產(chǎn)氣率穩(wěn)定在800 850mL -gvs"1之間，甲烷含量在55% 60%范圍內(nèi)穩(wěn)定波動(dòng)，pH穩(wěn)定在7. 6左右，即可提高容積有機(jī)負(fù)荷率至2gvs · L—1 · cf1，由于容積有機(jī)負(fù)荷率的升高，進(jìn)料體積隨之增加，因此水力停留時(shí)間也相應(yīng)的縮短至20天。在產(chǎn)甲烷相運(yùn)行期間，按照OLR = Igvs · Γ1 · cf1、HRT =30 天，2gvs · L-1 · cf1、HRT = 20 天，3gvs · L-1 · cf1、HRT = 20 天，4gvs · L-1 · cf1、HRT = 20 天，5gvs · Γ1 · cf1、HRT = 20 天，5. 5gvs · Γ1 · cf1、HRT = 10 天的步驟逐步提升容積有機(jī)負(fù)荷率。4、反應(yīng)器進(jìn)料負(fù)荷的提升和穩(wěn)定化酸化相負(fù)荷由于不斷提高，其pH值、堿度和系統(tǒng)穩(wěn)定性都在逐步下降，為了避免酸化相系統(tǒng)的抑制，將產(chǎn)甲烷相溢流出的沼液按照酸化相進(jìn)料體積的20% 40%的比例加入到酸化相反應(yīng)器中，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，向酸化相中加沼液可以很好的維持酸化相體系的穩(wěn)定。此外還可將產(chǎn)甲烷相反應(yīng)器的出料作為沼肥或土壤添加劑。
以有機(jī)負(fù)荷=20gvs · F/M = 2. 5，HRT = 3天為啟動(dòng)參數(shù)啟動(dòng)酸化相，可使其快速進(jìn)入到產(chǎn)酸階段 ’產(chǎn)甲烷相采用低負(fù)荷啟動(dòng)，單獨(dú)用果蔬汁馴化，果蔬汁起始進(jìn)料負(fù)荷為0. 5gvs · Γ1 · cf1、HRT = 30天，經(jīng)過(guò)15天的培養(yǎng)馴化后，改用酸化相出料與果蔬汁作為產(chǎn)甲烷相的進(jìn)料。在產(chǎn)甲烷相運(yùn)行期間，當(dāng)容積有機(jī)負(fù)荷率OLR = Igvs · L—1 · cf1 5. 5gvs · Γ1 · cf1，HRT = 30 10天時(shí)，果蔬垃圾的負(fù)荷產(chǎn)氣率在850 450mL · gvs-1之間，甲烷含量在 60%范圍內(nèi)穩(wěn)定波動(dòng)，pH穩(wěn)定在7. 2 7. 6之間。
權(quán)利要求
1.一種通過(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，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)將物料中的固形物和汁液分離開(kāi)；O)、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按照F/M(vs/vs) = 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，使用步驟 (1)中得到的汁液按厭氧污泥床式進(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O)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)，此后并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)現(xiàn)生物質(zhì)廢物厭氧消化。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，將產(chǎn)甲烷相排出的沼液按照酸化相進(jìn)料體積的20% 40%的比例與步驟(1)物料中的固形物混合，一起作為酸化相反應(yīng)器的進(jìn)料。
3.按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，所述步驟O)中，酸化相反應(yīng)器采用完全混合攪拌式厭氧發(fā)酵反應(yīng)裝置，反應(yīng)溫度控制在中溫35士 1°C，酸化相啟動(dòng)有機(jī)負(fù)荷不大于 20gvs · L—1，進(jìn)行3 5天的批式反應(yīng)后，待系統(tǒng)的pH值穩(wěn)定在4. 5 5. 5范圍內(nèi)，開(kāi)始序批式進(jìn)料，起始容積有機(jī)負(fù)荷率不大于IOgvs · L—1 · cf1，水力停留時(shí)間HRT = 3 5天，按照OLR為IOgvs · L-1 · cf1 18gvs · L-1 · cf1不斷提升容積有機(jī)負(fù)荷率。
4.按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，所述步驟(3)中，產(chǎn)甲烷相反應(yīng)器采用厭氧污泥床式反應(yīng)裝置，反應(yīng)溫度控制在中溫35士 1，產(chǎn)甲烷相啟動(dòng)時(shí)，按照反應(yīng)器所設(shè)定的有效容積加滿厭氧消化菌種，作為產(chǎn)甲烷菌源，菌種在實(shí)際運(yùn)行溫度下適應(yīng)3天后，單獨(dú)用物料的汁液馴化，起始進(jìn)料負(fù)荷設(shè)定在0. 5 1. Ogvs · L—1 · cf1范圍內(nèi)，2 3周后，系統(tǒng)的 PH穩(wěn)定在7. 2 7. 6范圍內(nèi)，開(kāi)始加入酸化相出料；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，按照OLR = Igvs · Γ1 · cf1 5. 5gvs · Γ1 · cf1逐步提升容積有機(jī)負(fù)荷率，水力停留時(shí)間從30天到10天逐步縮短。
5.按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，步驟(1)生物質(zhì)物料中汁液總體積b、固形物在步驟( 產(chǎn)生的總的酸化相為體積a，那么步驟C3)產(chǎn)甲烷相進(jìn)料中酸化相與汁液的體積比為a b。
6.按照權(quán)利要求3的方法，其特征在于，步驟⑵中按照OLR=IOgvs · L—1 · cf1、 12gvs · Γ1 · (T、14gvs · Γ1 · (T、16gvs · Γ1 · (T、18gvs · Γ1 · cf1，HRT 均為 4 天，不斷提升容積有機(jī)負(fù)荷率。
7.按照權(quán)利要求4的方法，其特征在于，步驟(3)中按照OLR=Igvs-L-1.^1, HRT = 30 天，2gvs · L—1 · d—1、HRT = 20 天，3gvs · L—1 · d—1、HRT = 20 天，4gvs · L—1 · d—1、HRT = 20 天，5gvs · L-1 · cf1、· = 20天，5. 5gvs · L-1 · cf1、· = 10天的步驟逐步提升容積有機(jī)負(fù)荷率。
全文摘要
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，屬于固體廢棄物處理與資源化技術(shù)領(lǐng)域。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，液相直接進(jìn)入產(chǎn)甲烷反應(yīng)器，而固形物進(jìn)入酸化反應(yīng)器，通過(guò)兩相厭氧消化的酸化相啟動(dòng)優(yōu)化，然后再進(jìn)入產(chǎn)甲烷反應(yīng)器，優(yōu)化酸化/甲烷化相間質(zhì)量分配，實(shí)現(xiàn)酸化相和產(chǎn)甲烷相的耦合聯(lián)動(dòng)，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。
文檔編號(hào)C12P5/02GK102559771SQ20121000658
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者劉研萍, 朱保寧, 李秀金, 蔡文婷, 袁海榮, 鄒德勛 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)