CN102382860A - 一种以蓝藻为原料生产沼气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种以蓝藻为原料生产沼气的方法，属于废物资源化处理技术领域。是将破碎得到蓝藻水与猪粪混合，采用ABR反应器，中温厌氧消化，收集经脱硫处理的沼气，产生的残渣作为肥料，最终实现太湖蓝藻的减量化、无害化与资源化处理，并获得较高的沼气产率，提高太湖蓝藻的利用价值。

Description

一种以蓝藻为原料生产沼气的方法
技术领域：
一种以蓝藻为原料生产沼气的方法，属于废物资源化处理技术领域。 
背景技术：
从20世纪30年代首次发现湖泊富营养化现象到现在，全世界已有30％-40％的湖泊和水库受到不同程度富营养化的影响。而我国大部分城市湖泊水体的污染均是富营养化问题，且富营养化程度很高，据报道已达90％。中国工程院院士、中国环境科学研究院研究员刘鸿亮列出的一组数据：自1980年以来，在我国被污染的湖泊类型已从城市小湖泊发展到一些大中型湖泊，被污染的湖泊面积也从最初的135平方公里激增至14000平方公里，且此趋势仍在不断加剧。2007年5月底，太湖蓝藻的爆发引起无锡市近200万居民的饮用水危机，湖泊的蓝藻问题再次进入公众的视线。因此，如何处置日益增多的蓝藻水成了重要而紧迫的现实问题。 
被打捞出来的蓝藻需要资源化处置，国内外蓝藻的利用方式主要有提取天然色素、提取胞外多糖、提取藻胆蛋白、制作有机肥料、提取生理活性物质、发酵产沼气、生产单细胞蛋白以及制作生物柴油等。在众多利用方式中，最安全的办法是以经过破碎的蓝藻水为发酵原料通过厌氧发酵生产沼气，沼气发电或者直接燃烧加以利用，沼渣沼液还田，或者将沼渣开发成饲料或者有机肥料。但是存在沼气转化率低以及沼气含硫量较高等问题。 
发明内容：
本发明目的是提供一种蓝藻资源化利用的方法，具体而言是将将破碎得到蓝藻水与猪粪混合，中温厌氧消化，收集经脱硫处理的沼气，产生的残渣作为肥料。 
所述蓝藻水是蓝藻经过超声波破碎得到，将蓝藻水和猪粪在ABR反应器中混合，然后通入N2造成厌氧状态，中温(35℃左右)发酵，在反应器中，间断性地定期添加经过超声破碎后的蓝藻水，测定排出物料的MLSS、MLVS、消化产生气体的量以及气体中CH4、H2的浓度，直至反应器进入稳定运行状态。 
所述猪粪是无锡市南阳农畜业有限公司的养猪场取来的新鲜猪粪及猪粪尿混合物。
本发明有益效果如下： 
1)自身耗能低，冬季仅耗用自身产生的能量10～15％(而传统湿法要耗用30％左右的能量)。 
2)将蓝藻用超声破碎法进行破碎后，将得到的蓝藻水与猪粪混合比直接将蓝藻与猪粪混合的均匀，使的厌氧消化更充分，传质更好。 
3)ABR反应器能发挥产氢产乙酸菌群与产甲烷菌群的协同作用，即可实现对基质的梯级利用，从而有望大幅度提高单位基质的发酵气转化率。 
4)沼气质量高(含硫量低于湿法沼气，在50～300ppm，可不经洗气直接供沼气发动机使用)，发酵物出气率高。 
5)发酵剩余物无湿法发酵的沼液，不用脱水处理，发酵剩余物经简单的过筛和短时间的堆肥即可用作园林肥料或农作物肥料，因而存储和后处理费用低，价值高。 
6)蓝藻水发酵工艺的初期投资、运营成本和环境成本都应远低于湿法技术(降低30～40％以上)。 
附图说明：
图1蓝藻水和猪粪混合发酵产沼气技术路线图 
图2预处理前后产气量及甲烷含量比较 
图3预处理前后产气时间的比较 
图4蓝藻水与猪粪厌氧消化的产气量 
图5蓝藻水与猪粪厌氧发酵的氢气含量 
图6蓝藻水与猪粪厌氧发酵的甲烷含量 
具体实施方式：
实施例1蓝藻的预处理 
如图2所示，当直接将蓝藻与猪粪混合时，产气量最大能达到1125mL，此时甲烷含量为50％，但同种条件下，将经过超声破碎的蓝藻水与猪粪混合时，产气量最大能达到1500mL，是蓝藻与猪粪混合时产气量的1.3倍，甲烷含量能达到65％，也比前者增加了15％。 
如图3所示，当直接将蓝藻与猪粪混合时，ABR反应器在运行一个星期后才开始明显产气，运行20天左右才能几乎反应完全；但是同种条件下，将经过超声破碎预处理的蓝藻水与猪粪混合时，ABR反应器在运行四天后就能明显产气，经过一个星期后几乎能反应完全。 
超声波预处理的目的是破坏蓝藻的固有结构，使尽可能多的固定水变成自由流动的介质水，起到降黏效果。这主要是因为蓝藻的细胞壁与真核藻类差别较大，其细胞壁与革兰氏阴性细菌相似，主要成分为肽聚糖，这种糖类结构受到超声波作用时变质，破碎，释放出由于细胞本身和细胞团聚固定的水，降低含水蓝藻的表观黏度。由此可见，经过超声波预处理后，将蓝藻水与猪粪混合，能更好的降解其有机质含量，实现减量化。本发明采用的超声波预处理方法的条件是：频率为40KHz，超声破碎仪持续间接超声破碎60min，使得蓝藻变成蓝藻 水，让细胞有机质最大限度地溶解在水中，为后续的厌氧反应提供很好的底物。 
实施例2 
蓝藻水和猪粪混合厌氧发酵产沼气的整个过程，在四格室折流板反应器(ABR反应器)中完成，在反应器中将蓝藻水和猪粪混合，然后通入N2造成厌氧状态，中温(35℃左右)发酵，在反应器中，间断性地定期添加经过超声破碎后的蓝藻水，测定排出物料的MLSS、MLVS、消化产生气体的量以及气体中CH4、H2的浓度，直至反应器进入稳定运行状态。 
实施例3 
采用四格室折流板反应器，当蓝藻水猪粪物料比为4∶1时，ABR反应器第三格室的产气量最大，为20.1L/d，其他各室产气情况见附图4，产氢气情况见附图5，产甲烷情况见附图6。 
实施例4 
当蓝藻水猪粪物料比为8∶1时，四个格室产气量见附图3，产氢气情况见附图5，产甲烷情况见附图6。 
实施例5 
当蓝藻水猪粪物料比为1∶1时，四个格室产气量见附图4，产氢气情况见附图5，产甲烷情况见附图6。 
实施例6 
当蓝藻水与猪粪物料比为4∶1时，测定处理前后四个格室中藻毒素含量的变化，结果见表1。 
藻毒素的降解情况是解决蓝藻问题的关键，自然存放状态下藻毒素降解非常缓慢。由表1可知，发酵前蓝藻水混合厌氧发酵的藻毒素含量分别为378μg/L、346μg/L、234μg/L、208μg/L，但是发酵结束后藻毒素含量已经低于仪器的检测下限5μg/L，说明藻毒素在厌氧状态下的降解速率远远大于自然存放的降解速率。因此，可将蓝藻发酵产沼气后的沼液、沼渣作为肥料用于花木、林地等，这表明，蓝藻水与猪粪混合厌氧发酵产沼气不仅可以实现打捞后蓝藻处置过程的无害化、减量化以及资源化，还可以将沼气发酵后的沼液沼渣作为肥料。 
表1蓝藻与猪粪混合厌氧发酵藻毒素变化 
Figure BDA0000108537040000041
注：表1显示的在物料比为4∶1时的蓝藻与猪粪混合厌氧发酵藻毒素变化。 

Claims (9)

1.一种以蓝藻为原料生产沼气的方法，其特征在于，将破碎得到蓝藻水与猪粪混合，中温厌氧消化，收集经脱硫处理的沼气，产生的残渣作为肥料。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，厌氧消化发生在四格室折流板反应器中。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述蓝藻水中蓝藻的TS为3.95％，VSS为3.46％。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，蓝藻水与猪粪的质量比为8∶1到1∶1之间。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述中温厌氧消化的温度为35℃。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述从蓝藻水与猪粪的质量比为8∶1到1∶1，其厌氧消化的时间总共为2个月左右。
7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述猪粪来源于养猪场取来的新鲜猪粪及猪粪尿混合物。
8.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述蓝藻水的破碎采用超声波破碎的方法，频率为40KHz，使用超声破碎仪持续间接超声破碎60min。
9.根据权利要求2所述方法，其特征在于，四格室折流板反应器调试方法如下：在反应器中将蓝藻水和猪粪混合，然后通入N2造成厌氧状态，中温35℃发酵，在反应器中，间断性地定期添加经过超声破碎后的蓝藻水，测定排出物料的MLSS、MLVS、消化产生气体的量以及气体中CH4、H2的浓度，直至反应器进入稳定运行状态。
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