CN110982847A - 一种利用花生秸秆共发酵提高源分离褐水厌氧消化产甲烷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用花生秸秆共发酵提高源分离褐水厌氧消化产甲烷的方法。步骤：（1）按VS比1：（0.5~1）将源分离褐水与花生秸秆充分混合，混合物料VS为20~25g/L，接种厌氧颗粒污泥（5~8g‑TS/L）；（2）将混合物料加入厌氧反应器，以2N HCl溶液和2N NaOH溶液控制反应器的初始pH值为6.8~7.3，充入氮气2min以构建厌氧环境，密封厌氧反应器，连接气体收集装置并放置于恒温空气浴摇床中进行15~18天厌氧共发酵产甲烷；（3）共发酵产生的沼渣进一步作为好氧堆肥的底物，最终获得堆肥产品，回田使用。本发明的方法能够有效提高源分离褐水厌氧消化的产甲烷量，充分回收源分离褐水中的有机质和营养元素。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种利用花生秸秆共发酵提高源分离褐水厌氧消化产甲烷的方法。
背景技术
乡村厕所污水处理技术薄弱，营养元素资源化利用率低是其处理处置中亟需解决的问题。同时，随着人口密度的增长和社会经济的发展，人类正面临着严重的能源和矿物资源(如磷矿、钾矿)危机。人体排泄物和秸秆作为生物质能是可再生能源的重要组成部分，排泄物中含有丰富的氮磷钾等元素，为缓解上述危机提供新的可能。根据水质特征，人体排泄物分为黄水（尿液）和褐水（粪便），两者所含的致病微生物、营养元素、有机质量不同。褐水中含有约0.52千克/人/年的氮元素、0.21 千克/人/年的磷元素，同时其含固率和含碳量相对较高，致病微生物较多。因此对黄水和褐水进行源分离更有利于后续对资源的回收利用。在农村地区，若对褐水直接回田使用，会存在空气污染、土壤污染和安全卫生等问题。对源分离褐水进行资源化处理，一方面能够降低污水对周边环境的污染，另一方面资源化的产品能够降低农业中对化肥原料的支出。
对褐水的资源化回收利用是国内外的研究热点，研究内容集中于褐水的减量化和无害化。目前褐水资源化方法有好氧堆肥、厌氧消化、干化焚烧、水热碳化等。厌氧发酵和好氧堆肥是较为广泛采用的褐水资源化处理处置技术，但利用厌氧消化或好氧堆肥技术处理单独源分离褐水时，往往存在消化效率不高、产气不稳定、产气量较低、堆肥周期长等问题。如石伟申请的专利（CN201711497748.7）采用了固液分离、好氧发酵和厌氧发酵工艺对人类排泄物进行处理，得到了液肥和固体肥料，具有较大的经济效益，但整体操作过程较繁琐，需要进一步改进。一种多原料混合近同步发酵协同作用提高产气性能的方法（CN201210057486.3）、一种以玉米秸秆为主要原料制备沼气的方法（CN201710767963.8）、水稻秸秆制取沼气的方法（CN201510952705.8）这三个专利均以秸秆为主要原料与粪便进行厌氧发酵产沼气，但其均需对秸秆进行预处理，使得整个工艺较为繁杂；同时，所用粪便为粪尿混合物，氨氮含量较高，可能会抑制厌氧过程。
针对上述问题，本发明提出了一种利用花生秸秆共发酵提高源分离褐水厌氧消化产甲烷的方法。通过与有机生物质共发酵的方式，提高源分离褐水的厌氧消化效率，回收褐水和秸秆中的有机碳源和能源。然后将厌氧消化的沼渣作为好氧微生物的底物，进一步稳定化和无害化。
发明内容
本发明的目的在于针对褐水厌氧消化时存在的消化效率不高、产气量较低等问题提供一种利用花生秸秆共发酵提高源分离褐水厌氧消化产甲烷的方法。
本发明提出的利用花生秸秆共发酵提高源分离褐水厌氧消化产甲烷的方法，主要是运用厌氧共发酵来实现源分离褐水和农业废弃物资源化和产甲烷效率的提高。厌氧共发酵和厌氧发酵相比，可以增加有机物含量，稀释抑制物和有毒组分，充分调节C/N并增强厌氧过程稳定性。该方法的具体步骤如下：
（1）将花生秸秆用粉碎机粉碎至长度5mm以下，然后将源分离褐水与花生秸秆充分混合，得到混合物料，向混合物料中接种厌氧颗粒污泥作为接种物；源分离褐水于花生秸秆混合比例为1：（0.5~1）（VS比）；
（2）步骤（1）预处理后得到的产物加入厌氧反应器中，以2N HCl溶液和2N NaOH溶液控制厌氧反应器的初始pH值为6.8~7.3，充入氮气2min以构建厌氧环境，密封厌氧反应器，连接气体收集装置，并放置于恒温空气浴摇床中，进行厌氧共消化产甲烷；
（3）步骤（2）所得气体可作为能源回收并进一步利用，沼渣经好氧堆肥得到堆肥产品作为缓释肥回田。
本发明中，步骤（1）中加水调节混合物料VS为20~25g/L。
本发明中，步骤（1）中控制接种厌氧颗粒污泥浓度为5~8g-TS/L。
本发明中，步骤（2）中控制摇床温度为35±2℃，转速为80~120r/min。
本发明中，步骤（2）中厌氧共消化产甲烷中控制消化时间为15~18天。
本发明中，步骤（2）中厌氧反应器材质为高硼硅，气体收集装置为铝箔采样袋。
本发明的有益效果如下：（1）工艺简单易操作，源分离褐水与花生秸秆厌氧共发酵产甲烷，产气启动时间缩短且有效提高产甲烷量；（2）源分离褐水与花生秸秆综合治理和利用，具有较好的环境效益；（3）厌氧过程去除了源分离褐水中的致病微生物，满足了无害化要求，避免了源分离褐水直接利用污染土壤和空气的问题；（4）厌氧共发酵过程产生的甲烷可作为燃料及化工原料；（5）沼渣进一步好氧堆肥，可充分回收氮磷钾等营养物质，代替化肥使用。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：一种利用花生秸秆共发酵提高源分离褐水厌氧消化产甲烷的方法使用的装置包括恒温空气浴摇床和厌氧反应器装置，厌氧反应器有效体积为1L左右。
具体步骤如下：
将源分离褐水与花生秸秆按混合比例1：1、1：0分别加入有效容积为1L的厌氧反应器中，得到混合物料，加水调节混合物料VS为20g/L，加入6.5g-TS/L的厌氧颗粒污泥。用2NHCl和2N NaOH调节厌氧反应器中混合液的初始pH值为7.0左右，充入氮气2min以构建厌氧环境，密封厌氧反应器，连接气体收集装置，将厌氧反应器放置于中温（35±2℃）恒温空气浴摇床中以转速90r/min运行17天。每隔4天测定产气量同时调节pH值为7.0左右。取混合液测定溶解性有机物量，取气用气相色谱（GC）测定甲烷浓度，和单独的源分离褐水厌氧消化（混合比例1：0组）产气效果比对后，结果显示：源分离褐水和花生秸秆共发酵后，溶解性有机物去除了63%，源分离褐水单独发酵的溶解性有机物去除了22%。源分离褐水和花生秸秆共发酵的累积甲烷比产率更高，为196mL-CH4/g-VS，比单独的源分离褐水厌氧消化的甲烷比产率高出了1.28倍。
实施例2：一种利用花生秸秆共发酵提高源分离褐水厌氧消化产甲烷的方法使用的装置包括恒温空气浴摇床和厌氧反应器装置，厌氧反应器有效体积为1L左右。
具体步骤如下：
将源分离褐水与花生秸秆按混合比例1：1、1：0分别加入有效容积为1L的厌氧反应器中，得到混合物料，加水调节混合物料VS为20g/L，加入6.5g-TS/L的厌氧颗粒污泥。用2NHCl和2N NaOH调节反应器中混合液的初始pH值为7.0左右，充入氮气2min以构建厌氧环境，密封厌氧反应器，连接气体收集装置，将厌氧反应器放置于中温（35±2℃）空气浴摇床中以转速90r/min运行15天。前5天，每天测定产气量同时调节pH值为7.0左右；后10天，每隔4天测定产气量同时调节pH值为7.0左右。取混合液测定溶解性有机物量，取气用气相色谱（GC）测定甲烷浓度，和源分离褐水单独的厌氧消化（混合比例为1：0组）产气效果比对后，结果显示：前5天每天调节pH使产气启动时间缩短。源分离褐水和花生秸秆共发酵后，溶解性有机物去除了78%，源分离褐水单独发酵的溶解性有机物去除了31%。源分离褐水和花生秸秆共发酵的累积甲烷比产率为181mL-CH4/g-VS，比源分离褐水单独消化的甲烷比产率提高了1.33倍。
Claims (6)
1.一种利用花生秸秆共发酵提高源分离褐水厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）将花生秸秆粉碎至长度5mm以下，然后将源分离褐水与花生秸秆充分混合，得到混合物料，向混合物料中接种厌氧颗粒污泥作为接种物；源分离褐水与花生秸秆混合比例为1：（0.5~1）（VS比）；
（2）步骤（1）预处理后得到的产物加入厌氧反应器中，以2N HCl溶液和2N NaOH溶液控制厌氧反应器的初始pH值为6.8~7.3，充入氮气2min以构建厌氧环境，密封厌氧反应器，连接气体收集装置，并放置于恒温空气浴摇床中，进行厌氧共消化产甲烷；
（3）步骤（2）所得气体可作为能源回收并进一步利用，沼渣经好氧堆肥得到堆肥产品作为缓释肥回田。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中加水调节混合液VS为20~25g/L。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中控制接种厌氧颗粒污泥的浓度为5~8g-TS/L。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中控制摇床温度为35±2℃，转速为80~120r/min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中厌氧共消化产沼气中控制反应时间为15~18天。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中厌氧反应器材质为高硼硅，气体收集装置为铝箔采样袋。
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