一種藍藻和汙泥混合厭氧發酵產沼氣的方法
2023-12-05 14:09:06 1
專利名稱：：一種藍藻和汙泥混合厭氧發酵產沼氣的方法
技術領域：
：一種藍藻和汙泥混合厭氧發酵產沼氣的方法，屬於環保淨化、廢物資源化處理
技術領域：
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背景技術：
：富營養化水體藻類的大量繁殖引起水華的爆發，給地表水水質和生態系統帶來嚴重的影響水質汙濁發臭，透明度下降，感官性狀惡化，同時導致水體溶解氧濃度的迅速降低，造成水生生物因缺氧而大量死亡，最令人擔心的是，當某些藻類(主要是銅綠微囊藻)破壁衰亡，其細胞溶解會導致胞內毒素的釋放，給藍藻的資源化帶來了困難。研究結果顯示微囊藻毒素(MCS)的主要靶器官是肝臟，主要表現為使肝臟充血腫大，嚴重時可導致肝出血和壞死，其致毒機理是通過抑制肝細胞中蛋白磷酸酶的活性，誘發細胞角蛋白高度磷酸化，導致哺乳動物肝細胞微絲分解、破裂和出血；另據調査發現，飲用水中MCs的存在與人群中原發性肝癌和大腸癌的發病率有很大的相關性；在最新研究中發現，MCs對於小鼠肺部的毒性作用也相當明顯。2007年5月底，江蘇無錫太湖區域藍藻又一次大面積爆發，太湖藍藻的爆發引起無錫市近200萬居民的飲用水危機，湖泊的藍藻問題再次進入公眾的視線。太湖藍藻暴發後，直接打撈藍藻作為應急措施，如不妥善處理，打撈上來的藍藻水容易通過滲漏、徑流重新回到太湖水域造成二次汙染，因此，如何處置日益增多的藍藻水成了重要而緊迫的現實問題。藍藻水無害化處理和資源化利用，尤其是產業化開發遇到的最大問題是打撈量大，含水量高，脫水、脫毒困難。藍藻水中的水分高達97%以上，常規的脫水方法很難將藍藻分離出來，用噴霧乾燥法去除水分代價昂貴。將藍藻開發成保健食品、飼料、胺基酸肥料涉及的環節非常多，不僅涉及到脫水、脫毒，還涉及到有益成分的動態變化。脫水脫毒應該掌握到什麼程度才能開發出食品、飼料和肥料，這些產品市場競爭力如何等等都是有待探索的問題。資源化利用應是藍藻處理的首要選擇。如果每畝旱地、林地澆灌5-10噸藍藻水，每天打撈的藍藻僅需要150-300畝土地(以每天打撈1500噸推算)用於處理。和其他利用方式相比，直接還田是最經濟的辦法，但不是最安全的辦法，因為藍藻中含有藻毒素，這些藻毒素對種子、根、莖、葉的影響如何，在土壤中的消解規律仍然不太清楚，雖然沿湖農民有利用湖靛作肥料的傳統，這個傳統具有合理性，但未必具有科學性。在眾多利用方式中，最安全的辦法是將藍藻水和汙泥等生物質一起作為發酵原料通過厭氧發酵生產沼氣、沼氣發電或者直接燃燒加以利用，沼渣沼液還田，或者將沼渣開發成詞料或者有機肥料。本發明就是要通過藍藻和市政汙泥混合厭氧發酵產沼氣技術，做到一舉多得的作用，徹底消滅了藻毒素，解決了藍藻出路及城市汙水處理廠的汙泥治理結合起來，解決農村和城市的有機汙染問題。
發明內容本發明的目的是提供一種藍藻和汙泥混合厭氧發酵產沼氣的方法。目前太湖藍藻汙染還沒有徹底的解決辦法，從太湖水體中打撈上來的藍藻有可能再度汙染太湖，針對這種現狀，本發明的目的是得到一種自動化控制、運行費用低、無二次汙染、管理方便、具有較高沼氣產率的新工藝新技術，並將其規模化產業化，實現藍藻的無害化和資源化處理。本發明的技術方案一種藍藻和汙泥混合厭氧發酵產沼氣的方法，其特徵是將藍藻和汙泥混合厭氧發酵產沼氣，整個過程在厭氧反應器中完成，在反應器中將藍藻和汙泥混合，然後通入N2造成厭氧狀態，3537"C發酵，在反應器中，間斷性地定期添加藍藻，觀察原料的腐化情況，同時測定排出物料的有機質濃度以及發酵產生氣體中的CH4、C02濃度，直至反應器進入穩定運行狀態；所用汙泥選用顆粒汙泥、消化汙泥、剩餘汙泥中的一種或幾種；選用藍藻和汙泥的幹基重量比為藍藻顆粒汙泥為56:1，藍藻消化汙泥為5:1，藍藻剩餘汙泥為4:1;產生的沼氣經過脫硫處理後供給用戶燃燒或者集中發電；產生的沼渣，作為肥料施於農田。本發明的有益效果1)自身耗能低，冬季僅耗用自身產生的能量10%15%，而傳統溼法要耗用30%左右的能量。2)可以直接處理藍藻，較傳統溼法節省了預處理成本50%以上。3)發酵不受幹擾物質如塑料、木塊、沙石等的影響，無需花費人力和設備將其在發酵前檢出。4)沼氣質量高，含硫量低於溼法沼氣，在50300ppm，可不經洗氣直接供沼氣發動機使用，發酵物出氣率高。5)建立模塊式的固體發酵室，便於擴大生產。6)發酵剩餘物無溼法發酵的沼液，不用脫水處理，發酵剩餘物經簡單的過篩和短時間的堆肥即可用作園林肥料或農作物肥料，因而存儲和後處理費用低，價值高。7)耗水量比起溼法降低80%以上，幾乎沒有汙水排放。8)藍藻發酵工藝的初期投資、運營成本和環境成本都遠低於溼法技術，降低30%以上。隨著太湖流域經濟的迅速發展，太湖水汙染日益嚴重，水體富營養化導致藍藻大量繁殖引發水華爆發，給水生態和水環境帶來嚴重災害；同時隨著市政廢水的集中處理面的增大，市政汙水處理廠剩餘汙泥的處置也成為一大難題，不當的汙泥處置不僅費用大，而且容易造成二次汙染。採用厭氧發酵技術處理藍藻和汙泥廢棄物，不僅可獲得清潔能源——沼氣，而且達到低費用治理藍藻汙染和汙泥的目的，為實現國家經濟的可持續發展提供保障。同時，隨著經濟的迅速發展和人民生活水平的提高，能源短缺問題必將成為阻礙國家經濟的持續發展的重大問題，必須予以足夠的重視，並採取有效措施著力加以解決。因此，本發明技術對於緩解21世紀的能源、環境和生態問題具有重要意義，並產生諸多利益，有著巨大的市場前景。圖1藍藻和汙泥混合發酵產沼氣技術路線。圖2藍藻與汙泥厭氧發酵的累計產氣量。圖3藍藻與汙泥厭氧發酵的甲垸含量。具體實施例方式實施例1:藍藻與汙泥不同物料比對厭氧發酵甲垸產量的影響沼氣發酵過程中，選擇合適的物料比一方面可以最大限度的消化藍藻，提高藍藻利用率；另一方面可以大大減少發酵過程所剩餘的沼渣，有效降低對環境的二次汙染。圖2、圖3分別為藍藻與顆粒汙泥、消化汙泥、剩餘汙泥按照不同的物料比進行厭氧發酵的累計產氣量及甲烷含量情況。由圖可知，當藍藻與顆粒汙泥、消化汙泥、剩餘汙泥乾物質量之比分別為5-6:1、5:1、4:1時，產氣量及甲垸含量都達到最高。同一種汙泥與藍藻以不同的比例混合厭氧發酵，發酵液中的C/N比不同，從而導致產氣量及甲垸含量不同。不同的汙泥與藍藻混合厭氧發酵達到最高產氣量及甲垸含量時的物料比不同，這是因為不同汙泥菌種組成及其產甲烷活性不同的緣故。藍藻與汙泥混合厭氧發酵產氣速度非常快，第一天的產氣量已佔總產氣量的35%左右，其原因應該是實驗所採用的原料為存放期達九個月的藍藻，營養成分已部分或全部溶出，接種汙泥營養供給充足，發酵反應啟動快。不加藍藻的單獨三種汙泥分別厭氧發酵的產氣量則很少，不到混合發酵組的1/5，並且氣體中的主要成分為N2和少量C02，這說明接種物中可生物利用的物質很少。而單獨藍藻厭氧發酵缺乏一定的接種物，其產氣效果也不佳。藍藻與顆粒汙泥在物料比為6:1時厭氧發酵的累計產氣量及甲烷含量遠遠高於其他實驗組及對照組，最大產氣速率為138mL/d，單位質量藍藻的產氣量達73mL/gVS，產甲烷量為50mLCH4/gVS，產氣量分別是藍藻與消化汙泥、藍藻與剩餘汙泥混合發酵的1.5、2.3倍。因此，以顆粒汙泥作為藍藻發酵的接種物可以獲得較高的產氣效果。實施例2:藍藻與汙泥混合厭氧發酵產沼氣中藻毒素含量的變化藻毒素的降解情況是解決藍藻問題的關鍵。自然存放狀態下藻毒素降解非常緩慢，文獻報導，太湖藍藻自然存放3個月後，其藻毒素MC-RR、MC-LR仍高達38嗎/kg、120(ig/kg，遠超過飲用水標準。藍藻厭氧發酵前後分別測定了藻毒素的含量，數據見表l。tableseeoriginaldocumentpage6由表1可知，發酵前藍藻與顆粒汙泥、消化汙泥、剩餘汙泥混合厭氧發酵組的藻毒素含量分別為366pg/L、356pg/L、244pg/L，但是發酵結束後藻渣中藻毒素含量己經低於儀器的檢測下限5嗎/L，說明藻毒素在厭氧狀態下的降解速率遠遠大於自然存放的降解速率。因此，可將藍藻發酵產沼氣後的沼液、沼渣作為肥料用於花木、林地等。因此，顆粒汙泥為藍藻厭氧發酵產沼氣的最佳接種汙泥。其TS降解率為16.86%、VS降解率為13.73。/。和COD去除率為46.38。/。。更重要的是，厭氧發酵過程結束後，藍藻藻毒素的含量己低於檢測下限。這表明，藍藻以及顆粒汙泥混合厭氧發酵產沼氣不僅可以實現打撈後藍藻處置過程的無害化、減量化以及資源化，還可以將沼氣發酵後的沼液沼渣作為肥料。權利要求1、一種藍藻和汙泥混合厭氧發酵產沼氣的方法，其特徵是將藍藻和汙泥混合厭氧發酵產沼氣，整個過程在厭氧反應器中完成，在反應器中將藍藻和汙泥混合，然後通入N2造成厭氧狀態，35～37℃發酵，在反應器中，間斷性地定期添加藍藻，觀察原料的腐化情況，同時測定排出物料的有機質濃度以及發酵產生氣體中的CH4、CO2濃度，直至反應器進入穩定運行狀態；所用汙泥選用顆粒汙泥、消化汙泥、剩餘汙泥中的一種或幾種；選用藍藻和汙泥的幹基重量比為藍藻∶顆粒汙泥為5～6∶1，藍藻∶消化汙泥為5∶1，藍藻∶剩餘汙泥為4∶1；產生的沼氣經過脫硫處理後供給用戶燃燒或者集中發電；產生的沼渣，作為肥料施於農田。全文摘要一種藍藻和汙泥混合厭氧發酵產沼氣的方法，屬於環保淨化、廢物資源化處理
技術領域：
。本發明將藍藻和汙泥混合厭氧發酵產沼氣，整個過程在厭氧反應器中完成，在反應器中將藍藻和汙泥混合，然後通入N2造成厭氧狀態，35～37℃發酵，在反應器中，間斷性地定期添加藍藻，觀察原料的腐化情況，同時測定排出物料的有機質濃度以及發酵產生氣體中的CH4、CO2濃度，直至反應器進入穩定運行狀態。產生的沼氣經過脫硫處理後供給用戶燃燒或者集中發電；產生的沼渣，作為肥料施於農田。本發明通過藍藻和市政汙泥混合厭氧發酵產沼氣技術，做到一舉多得的作用，徹底消滅了藻毒素，把解決藍藻出路及城市汙水處理廠的汙泥治理結合起來，解決農村和城市的有機汙染問題。文檔編號C05F5/00GK101418316SQ20081019445公開日2009年4月29日申請日期2008年11月11日優先權日2008年11月11日發明者群嚴,繆恆峰,萍胡,阮文權申請人:江南大學