一種用于餐廚、果蔬垃圾的自固定化生物膜高效厭氧消化方法技術

一種用于餐廚、果蔬垃圾的自固定化生物膜高效厭氧消化方法涉及有機物厭氧消化領域的厭氧消化技術領域。現有技術通過包埋、交聯以及結合等方法形成的固定化載體技術，在應用于成分復雜的厭氧消化基質時，雖然可以獲得較好的消化效果，但載體容易破碎，使用時間短，成本較高。本發明專利技術借助一種聚乙烯或聚丙烯三層空心圓形聚乙烯或聚丙烯三層空心圓形填料，利用微生物自生長特性，通過以順攪拌槳運行方向固定成螺旋形后，在有機負荷率為1-3.25gVS·L-1·d-1，載體裝載率為25%-35%條件下，培養5-15天，即可用于連續厭氧發酵。本發明專利技術具有厭氧消化效率高，穩定好，運行時間長，成本低等特點，可適用于以餐廚垃圾、果蔬垃圾、畜禽糞便等有機殘余物的高效厭氧消化生產沼氣。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種厭氧消化系統中厭氧微生物富集的固定化的方法，特別是厭氧發酵微生物通過自生長、吸附的方式與固定載體材料形成的固定化生物膜用于餐廚、果蔬等有機生活垃圾的高效厭氧消化的方法。
技術介紹
進入21世紀以來，隨著世界經濟、工業以及人口的快速發展，環境污染日趨嚴重、可利用的自然資源逐日遞減，世界各國對固體廢棄物的處理已經從簡單的處置轉向高值資源化利用，其中以有機物的資源化利用為重點，受到各國政府的重視和學者的研究。隨著國家”十二五”規劃的出臺，節能環保作為七大戰略性產業之首，國家環境部也把固體廢棄物處理與資源化作為環保重點方向。結合我國生活垃圾含水率高、有機含量高、易腐敗等特點，需開發符合我國國情的生活垃圾處理設備、工藝與技術。厭氧消化技術效率高，資源化利用率高，對節能減排效果明顯，應該大力支持推廣。作為厭氧消化系統的核心，厭氧消化反應器要順利啟動并穩定運行，較高的微生物量是一個先決條件。生物量即活性污泥濃度，活性污泥濃度過高或過低都會影響底物的轉化率。若活性污泥濃度較低，則污泥進料負荷率就會升高，很有可能會引起污泥超過進料負荷現象，從而影響到有機物的去除率和系統運行的穩定性；若活性污泥濃度較高，則相當于需要去除的有機物量變少，將會影響到微生物處理能力的有效發揮，甚至有可能會出現微生物“自溶”現象。因此，任何系統的活性污泥接種量都需要在適當的范圍內，過高或過低均不適宜。此外，在厭氧消化系統中，活性污泥的活性，也對后續厭氧消化的速率和效率的改善具有至關重要作用。傳統的厭氧消化工藝中，通常采用連續或者序批式進料方式，厭氧消化反應器中的接種物一般會隨出料部分流失，因此，厭氧消化系統對新進原料需要不斷適應和穩定。在穩定和適應過程中，系統消耗一定數量的基質用于菌體生長，因此，傳統的厭氧消化系統存在系統穩定差，轉化效率低等問題。采用細胞固定化技術，可以有效地將厭氧消化系統中的微生物保留反應器中，同時固定化技術可以保證厭氧消化體系中較高的活性微生物數量，從而可以獲得較好的厭氧消化效率。目前，常用的細胞固定化的方法為結合法，交聯法和包埋法三大類，主要是將微生物固定在具有一定形狀的載體內部，以凝膠小球多為常見。然而，餐廚、果蔬等垃圾的成分復雜。傳統的固定化載體，在含多價陰離子(磷酸鹽，檸檬酸鹽、硫酸鹽等)以及在較高濃度的電解質(K+、Na+等)溶液中不穩定，載體易變軟，裂口、甚至溶解；在傳統的全混合式(CSTR)或者流化床式(UASB)厭氧消化系統中，容易出現攪傷，破碎等等方面的問題。此外，傳統的固定化方法中，載體的致密結構，這不利于基質和細胞之間的物質傳遞，和產生氣體的釋放；這些問題的存在一定程度上限制傳統的固定化技術在厭氧發酵體系中的應用和發展。經現有技術的文獻檢索發現，中國專利申請號200810116806. 1，專利技術專利名稱一種厭氧發酵菌種活性污泥的固定化方法，該專利申請內容涉及通過固體載體和濃縮活性污泥混合吸附后，置于交聯劑中后，烘干，制得固定化顆粒進一步交聯和固化，獲得可以用于餐飲有機廢棄物、秸桿、養殖場動物糞便以及其他有機廢物的厭氧消化固定化載體。從該專利的實例內容看，采用獲得固定化活性污泥用于厭氧發酵獲得了較好的發酵效果，但最長運行時間為60天，整體時間不能滿足實際工程需要，同時涉及的固定化載體在制備工藝需消耗一定量的化學試材，在一定程度上會增加厭氧消化生產沼氣系統運行的成本。中國環境科學，2002年22卷6期報道了一種固定化產甲烷菌用于厭氧發酵生產甲烷的方法，其主要步驟包括以聚乙烯醇和海藻酸鈉在水浴中溶化冷卻后，加入填充物和產甲烷菌濃縮物，攪拌均勻后，用注射器滴入含2%氯化鈣的飽和硼酸溶液，制成直徑為1-4_的顆粒，交聯24h后，用于厭氧消化。獲得固定化細胞載體最長使用時間為50天，同樣不能完全滿足工程實際生產需求。中國給水排水，1999年15卷10期報道一種借助載體材料，進行厭氧微生物固定，用于廢水的厭氧消化處理。涉及的厭氧微生物掛膜與固定的方法為，首先通過好氧微生物快速繁殖并生成多糖的性能，在填料表面形成一層生物膜基，然后置于厭氧消化反應器中，用于厭氧微生物附著、生長，此后用于厭氧消化。該種利用載體進行微生物固定成膜的方式，在有機廢水的厭氧處理過程中表現出較好的抗沖擊負荷能力，COD的去除率在90%以上，具有較好的穩定性。但此法多適用于有機負荷較小的廢水，而對于餐廚果蔬垃圾有機負荷量較大的厭氧發酵體系其性能無法評估。此外，該法增加了好氧膜基的培養過程， 在實際工程中增加了該技術的運行成本。
技術實現思路
本專利技術在克服現有技術的不足，提供工藝方法較為簡單，適合于高有機負荷量的厭氧消化。通過厭氧消化微生物的在固定的載體上自生長-附著的方式將活性微生物以膜的形式固定在載體材料上，并通過自然生長-吸附-脫落的方式在系統內提供足夠數量的活性較高的厭氧微生物體系。是一種厭氧消化性能穩定性，效率較高，運行壽命較長的自固定化生物膜技術。將其在應用高有機負荷厭氧消化生產生物氣的工藝中，具有提高厭氧轉化效率，降低生產成本的作用。本專利技術是通過以下技術方案實現的，本專利技術具體步驟如下I).取沼氣工程或污水處理廠厭氧處理池底部活性污泥，先經20目濾網粗濾去除較大的顆粒物和雜質，再經40目濾網，獲得活性污泥用于自固定化生物膜的筑膜接種物；2).取有機生活垃圾經勻漿機粉碎勻漿后作為厭氧基質，用于培養固定化生物膜以及厭氧發酵；3).將步驟I)和步驟2)中獲得的活性污泥和厭氧基質，按照體積比1:1進行混合，并注入連續攪拌式厭氧消化反應器中；4).選擇徑高為Φ 10X9mm - Φ 25X9mm圓柱型聚丙烯或聚乙烯材質的三層空心圓填料作為生物膜形成與固定的載體，將該載體按照體積裝料量25%-35% (體積比)加載于上述連續攪拌式厭氧消化反應器中；填料的加載用線從上述填料的中心圓孔穿串，以螺旋形方式纏繞于上述連續攪拌式厭氧消化反應器的攪拌槳上；5).密封連續攪拌式厭氧消化反應器，并通入氮氣置換空氣；6).啟動攪拌槳以轉速120±10轉/分鐘，每3小時攪拌一次，每次攪拌5min，在溫度為35°C條件，有機負荷量為1-3. 25gVS · Γ1 · cf1，進行生物膜自固定，運行5_15天后，即可用于連續厭氧消化。本專利技術的技術特點本專利技術利用傳統厭氧消化啟動階段，微生物在適應過程中生長性能，結合攪拌式反應器的攪拌特征，將載體纏繞固定在攪拌槳上，用于厭氧生物膜的形成和固定；此方法降低了傳統生物膜的耗氧培養過程，將載體固定，減少了生物膜的損壞和流失，同時避免厭氧反應器在連續工作過程中載體堵塞管道。該方法工藝簡單，成本較低，載體使用壽命長，厭氧消化過程穩定，消化效果好，連續運行時間長。具體實施例方式結合本專利技術方法的內容提供以下實施實例實例I本專利技術的不同直徑載體用于自固定化生物膜(一)材料 1.活性污泥，取自北京市小紅門污水處理廠厭氧消化池底部污泥；2.載體,三層空心圓形聚乙烯或聚丙烯填料；3.有機生活垃圾餐廚垃圾，取自北京化工大學食堂泔水池； 4.厭氧消化反應器自制IOL連續型攪拌式有機玻璃反應器；(二)方法1.取活性污泥，先后經20目和40目濾網后，用于自固定化生物膜的筑膜接種物；2.取餐廚垃圾，經勻漿機粉碎勻漿，用固定化生物膜培養本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于餐廚、果蔬垃圾的自固定化生物膜高效厭氧消化方法，其特征在于步驟如下：1）.?取沼氣工程或污水處理廠厭氧處理池底部活性污泥，先經20目濾網粗濾去除較大的顆粒物和雜質，再經40目濾網，獲得活性污泥用于自固定化生物膜的筑膜接種物；2）.?取有機生活垃圾經勻漿機粉碎勻漿后作為厭氧基質，用于培養固定化生物膜以及厭氧發酵；3）.?將步驟1）和步驟2）中獲得的活性污泥和厭氧基質，按照體積比1:1進行混合，并注入連續攪拌式厭氧消化反應器中；4）.?選擇徑高為φ10×9mm???φ25×9mm圓柱型聚丙烯或聚乙烯材質的三層空心圓填料作為生物膜形成與固定的載體，將該載體按照體積裝料量25%?35%加載于上述連續攪拌式厭氧消化反應器中；填料的加載用線從上述填料的中心圓孔穿串，以螺旋形方式纏繞于上述連續攪拌式厭氧消化反應器的攪拌槳上；5）..密封連續攪拌式厭氧消化反應器，并通入氮氣置換空氣；6）.?啟動攪拌槳以轉速120±10轉/分鐘，每3小時攪拌一次，每次攪拌5min，在溫度為35℃條件，有機負荷量為1?3.25gVS·L?1·d?1，進行生物膜自固定，運行5?15天后，即可用于連續厭氧消化。

【技術特征摘要】
1.一種用于餐廚、果蔬垃圾的自固定化生物膜高效厭氧消化方法，其特征在于步驟如下 1).取沼氣工程或污水處理廠厭氧處理池底部活性污泥，先經20目濾網粗濾去除較大的顆粒物和雜質，再經40目濾網，獲得活性污泥用于自固定化生物膜的筑膜接種物； 2).取有機生活垃圾經勻漿機粉碎勻漿后作為厭氧基質，用于培養固定化生物膜以及厭氧發酵； 3).將步驟I)和步驟2)中獲得的活性污泥和厭氧基質，按照體積比1:1進行混合，并注入連續攪拌式厭氧消化反應器中； 4).選擇徑高為10X9mm- 25X9mm圓柱型聚丙烯或...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李秀金，袁海榮，沈飛，鄒德勛，朱保寧，龐云芝，張亞甜，
申請(專利權)人：北京化工大學，
類型：發明
國別省市：