專利名稱：：一種藍(lán)藻和污泥混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：一種藍(lán)藻和污泥混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的方法，屬于環(huán)保凈化、廢物資源化處理
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：富營(yíng)養(yǎng)化水體藻類的大量繁殖引起水華的爆發(fā)，給地表水水質(zhì)和生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)嚴(yán)重的影響水質(zhì)污濁發(fā)臭，透明度下降，感官性狀惡化，同時(shí)導(dǎo)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(dān)心的是，當(dāng)某些藻類(主要是銅綠微囊藻)破壁衰亡，其細(xì)胞溶解會(huì)導(dǎo)致胞內(nèi)毒素的釋放，給藍(lán)藻的資源化帶來(lái)了困難。研究結(jié)果顯示微囊藻毒素(MCS)的主要靶器官是肝臟，主要表現(xiàn)為使肝臟充血腫大，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致肝出血和壞死，其致毒機(jī)理是通過(guò)抑制肝細(xì)胞中蛋白磷酸酶的活性，誘發(fā)細(xì)胞角蛋白高度磷酸化，導(dǎo)致哺乳動(dòng)物肝細(xì)胞微絲分解、破裂和出血；另?yè)?jù)調(diào)査發(fā)現(xiàn)，飲用水中MCs的存在與人群中原發(fā)性肝癌和大腸癌的發(fā)病率有很大的相關(guān)性；在最新研究中發(fā)現(xiàn)，MCs對(duì)于小鼠肺部的毒性作用也相當(dāng)明顯。2007年5月底，江蘇無(wú)錫太湖區(qū)域藍(lán)藻又一次大面積爆發(fā)，太湖藍(lán)藻的爆發(fā)引起無(wú)錫市近200萬(wàn)居民的飲用水危機(jī)，湖泊的藍(lán)藻問(wèn)題再次進(jìn)入公眾的視線。太湖藍(lán)藻暴發(fā)后，直接打撈藍(lán)藻作為應(yīng)急措施，如不妥善處理，打撈上來(lái)的藍(lán)藻水容易通過(guò)滲漏、徑流重新回到太湖水域造成二次污染，因此，如何處置日益增多的藍(lán)藻水成了重要而緊迫的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。藍(lán)藻水無(wú)害化處理和資源化利用，尤其是產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)遇到的最大問(wèn)題是打撈量大，含水量高，脫水、脫毒困難。藍(lán)藻水中的水分高達(dá)97%以上，常規(guī)的脫水方法很難將藍(lán)藻分離出來(lái)，用噴霧干燥法去除水分代價(jià)昂貴。將藍(lán)藻開(kāi)發(fā)成保健食品、飼料、氨基酸肥料涉及的環(huán)節(jié)非常多，不僅涉及到脫水、脫毒，還涉及到有益成分的動(dòng)態(tài)變化。脫水脫毒應(yīng)該掌握到什么程度才能開(kāi)發(fā)出食品、飼料和肥料，這些產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力如何等等都是有待探索的問(wèn)題。資源化利用應(yīng)是藍(lán)藻處理的首要選擇。如果每畝旱地、林地澆灌5-10噸藍(lán)藻水，每天打撈的藍(lán)藻僅需要150-300畝土地(以每天打撈1500噸推算)用于處理。和其他利用方式相比，直接還田是最經(jīng)濟(jì)的辦法，但不是最安全的辦法，因?yàn)樗{(lán)藻中含有藻毒素，這些藻毒素對(duì)種子、根、莖、葉的影響如何，在土壤中的消解規(guī)律仍然不太清楚，雖然沿湖農(nóng)民有利用湖靛作肥料的傳統(tǒng)，這個(gè)傳統(tǒng)具有合理性，但未必具有科學(xué)性。在眾多利用方式中，最安全的辦法是將藍(lán)藻水和污泥等生物質(zhì)一起作為發(fā)酵原料通過(guò)厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣、沼氣發(fā)電或者直接燃燒加以利用，沼渣沼液還田，或者將沼渣開(kāi)發(fā)成詞料或者有機(jī)肥料。本發(fā)明就是要通過(guò)藍(lán)藻和市政污泥混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣技術(shù)，做到一舉多得的作用，徹底消滅了藻毒素，解決了藍(lán)藻出路及城市污水處理廠的污泥治理結(jié)合起來(lái)，解決農(nóng)村和城市的有機(jī)污染問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種藍(lán)藻和污泥混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的方法。目前太湖藍(lán)藻污染還沒(méi)有徹底的解決辦法，從太湖水體中打撈上來(lái)的藍(lán)藻有可能再度污染太湖，針對(duì)這種現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的是得到一種自動(dòng)化控制、運(yùn)行費(fèi)用低、無(wú)二次污染、管理方便、具有較高沼氣產(chǎn)率的新工藝新技術(shù)，并將其規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化，實(shí)現(xiàn)藍(lán)藻的無(wú)害化和資源化處理。本發(fā)明的技術(shù)方案一種藍(lán)藻和污泥混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的方法，其特征是將藍(lán)藻和污泥混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣，整個(gè)過(guò)程在厭氧反應(yīng)器中完成，在反應(yīng)器中將藍(lán)藻和污泥混合，然后通入N2造成厭氧狀態(tài)，3537"C發(fā)酵，在反應(yīng)器中，間斷性地定期添加藍(lán)藻，觀察原料的腐化情況，同時(shí)測(cè)定排出物料的有機(jī)質(zhì)濃度以及發(fā)酵產(chǎn)生氣體中的CH4、C02濃度，直至反應(yīng)器進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)；所用污泥選用顆粒污泥、消化污泥、剩余污泥中的一種或幾種；選用藍(lán)藻和污泥的干基重量比為藍(lán)藻顆粒污泥為56:1，藍(lán)藻消化污泥為5:1，藍(lán)藻剩余污泥為4:1;產(chǎn)生的沼氣經(jīng)過(guò)脫硫處理后供給用戶燃燒或者集中發(fā)電；產(chǎn)生的沼渣，作為肥料施于農(nóng)田。本發(fā)明的有益效果1)自身耗能低，冬季僅耗用自身產(chǎn)生的能量10%15%，而傳統(tǒng)濕法要耗用30%左右的能量。2)可以直接處理藍(lán)藻，較傳統(tǒng)濕法節(jié)省了預(yù)處理成本50%以上。3)發(fā)酵不受干擾物質(zhì)如塑料、木塊、沙石等的影響，無(wú)需花費(fèi)人力和設(shè)備將其在發(fā)酵前檢出。4)沼氣質(zhì)量高，含硫量低于濕法沼氣，在50300ppm，可不經(jīng)洗氣直接供沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)使用，發(fā)酵物出氣率高。5)建立模塊式的固體發(fā)酵室，便于擴(kuò)大生產(chǎn)。6)發(fā)酵剩余物無(wú)濕法發(fā)酵的沼液，不用脫水處理，發(fā)酵剩余物經(jīng)簡(jiǎn)單的過(guò)篩和短時(shí)間的堆肥即可用作園林肥料或農(nóng)作物肥料，因而存儲(chǔ)和后處理費(fèi)用低，價(jià)值高。7)耗水量比起濕法降低80%以上，幾乎沒(méi)有污水排放。8)藍(lán)藻發(fā)酵工藝的初期投資、運(yùn)營(yíng)成本和環(huán)境成本都遠(yuǎn)低于濕法技術(shù)，降低30%以上。隨著太湖流域經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，太湖水污染日益嚴(yán)重，水體富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致藍(lán)藻大量繁殖引發(fā)水華爆發(fā)，給水生態(tài)和水環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重災(zāi)害；同時(shí)隨著市政廢水的集中處理面的增大，市政污水處理廠剩余污泥的處置也成為一大難題，不當(dāng)?shù)奈勰嗵幹貌粌H費(fèi)用大，而且容易造成二次污染。采用厭氧發(fā)酵技術(shù)處理藍(lán)藻和污泥廢棄物，不僅可獲得清潔能源——沼氣，而且達(dá)到低費(fèi)用治理藍(lán)藻污染和污泥的目的，為實(shí)現(xiàn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供保障。同時(shí)，隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人民生活水平的提高，能源短缺問(wèn)題必將成為阻礙國(guó)家經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展的重大問(wèn)題，必須予以足夠的重視，并采取有效措施著力加以解決。因此，本發(fā)明技術(shù)對(duì)于緩解21世紀(jì)的能源、環(huán)境和生態(tài)問(wèn)題具有重要意義，并產(chǎn)生諸多利益，有著巨大的市場(chǎng)前景。圖1藍(lán)藻和污泥混合發(fā)酵產(chǎn)沼氣技術(shù)路線。圖2藍(lán)藻與污泥厭氧發(fā)酵的累計(jì)產(chǎn)氣量。圖3藍(lán)藻與污泥厭氧發(fā)酵的甲垸含量。具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:藍(lán)藻與污泥不同物料比對(duì)厭氧發(fā)酵甲垸產(chǎn)量的影響沼氣發(fā)酵過(guò)程中，選擇合適的物料比一方面可以最大限度的消化藍(lán)藻，提高藍(lán)藻利用率；另一方面可以大大減少發(fā)酵過(guò)程所剩余的沼渣，有效降低對(duì)環(huán)境的二次污染。圖2、圖3分別為藍(lán)藻與顆粒污泥、消化污泥、剩余污泥按照不同的物料比進(jìn)行厭氧發(fā)酵的累計(jì)產(chǎn)氣量及甲烷含量情況。由圖可知，當(dāng)藍(lán)藻與顆粒污泥、消化污泥、剩余污泥干物質(zhì)量之比分別為5-6:1、5:1、4:1時(shí)，產(chǎn)氣量及甲垸含量都達(dá)到最高。同一種污泥與藍(lán)藻以不同的比例混合厭氧發(fā)酵，發(fā)酵液中的C/N比不同，從而導(dǎo)致產(chǎn)氣量及甲垸含量不同。不同的污泥與藍(lán)藻混合厭氧發(fā)酵達(dá)到最高產(chǎn)氣量及甲垸含量時(shí)的物料比不同，這是因?yàn)椴煌勰嗑N組成及其產(chǎn)甲烷活性不同的緣故。藍(lán)藻與污泥混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣速度非常快，第一天的產(chǎn)氣量已占總產(chǎn)氣量的35%左右，其原因應(yīng)該是實(shí)驗(yàn)所采用的原料為存放期達(dá)九個(gè)月的藍(lán)藻，營(yíng)養(yǎng)成分已部分或全部溶出，接種污泥營(yíng)養(yǎng)供給充足，發(fā)酵反應(yīng)啟動(dòng)快。不加藍(lán)藻的單獨(dú)三種污泥分別厭氧發(fā)酵的產(chǎn)氣量則很少，不到混合發(fā)酵組的1/5，并且氣體中的主要成分為N2和少量C02，這說(shuō)明接種物中可生物利用的物質(zhì)很少。而單獨(dú)藍(lán)藻厭氧發(fā)酵缺乏一定的接種物，其產(chǎn)氣效果也不佳。藍(lán)藻與顆粒污泥在物料比為6:1時(shí)厭氧發(fā)酵的累計(jì)產(chǎn)氣量及甲烷含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他實(shí)驗(yàn)組及對(duì)照組，最大產(chǎn)氣速率為138mL/d，單位質(zhì)量藍(lán)藻的產(chǎn)氣量達(dá)73mL/gVS，產(chǎn)甲烷量為50mLCH4/gVS，產(chǎn)氣量分別是藍(lán)藻與消化污泥、藍(lán)藻與剩余污泥混合發(fā)酵的1.5、2.3倍。因此，以顆粒污泥作為藍(lán)藻發(fā)酵的接種物可以獲得較高的產(chǎn)氣效果。實(shí)施例2:藍(lán)藻與污泥混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣中藻毒素含量的變化藻毒素的降解情況是解決藍(lán)藻問(wèn)題的關(guān)鍵。自然存放狀態(tài)下藻毒素降解非常緩慢，文獻(xiàn)報(bào)道，太湖藍(lán)藻自然存放3個(gè)月后，其藻毒素MC-RR、MC-LR仍高達(dá)38嗎/kg、120(ig/kg，遠(yuǎn)超過(guò)飲用水標(biāo)準(zhǔn)。藍(lán)藻厭氧發(fā)酵前后分別測(cè)定了藻毒素的含量，數(shù)據(jù)見(jiàn)表l。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>由表1可知，發(fā)酵前藍(lán)藻與顆粒污泥、消化污泥、剩余污泥混合厭氧發(fā)酵組的藻毒素含量分別為366pg/L、356pg/L、244pg/L，但是發(fā)酵結(jié)束后藻渣中藻毒素含量己經(jīng)低于儀器的檢測(cè)下限5嗎/L，說(shuō)明藻毒素在厭氧狀態(tài)下的降解速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自然存放的降解速率。因此，可將藍(lán)藻發(fā)酵產(chǎn)沼氣后的沼液、沼渣作為肥料用于花木、林地等。因此，顆粒污泥為藍(lán)藻厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的最佳接種污泥。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(fā)酵過(guò)程結(jié)束后，藍(lán)藻藻毒素的含量己低于檢測(cè)下限。這表明，藍(lán)藻以及顆粒污泥混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣不僅可以實(shí)現(xiàn)打撈后藍(lán)藻處置過(guò)程的無(wú)害化、減量化以及資源化，還可以將沼氣發(fā)酵后的沼液沼渣作為肥料。權(quán)利要求1、一種藍(lán)藻和污泥混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的方法，其特征是將藍(lán)藻和污泥混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣，整個(gè)過(guò)程在厭氧反應(yīng)器中完成，在反應(yīng)器中將藍(lán)藻和污泥混合，然后通入N2造成厭氧狀態(tài)，35～37℃發(fā)酵，在反應(yīng)器中，間斷性地定期添加藍(lán)藻，觀察原料的腐化情況，同時(shí)測(cè)定排出物料的有機(jī)質(zhì)濃度以及發(fā)酵產(chǎn)生氣體中的CH4、CO2濃度，直至反應(yīng)器進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)；所用污泥選用顆粒污泥、消化污泥、剩余污泥中的一種或幾種；選用藍(lán)藻和污泥的干基重量比為藍(lán)藻∶顆粒污泥為5～6∶1，藍(lán)藻∶消化污泥為5∶1，藍(lán)藻∶剩余污泥為4∶1；產(chǎn)生的沼氣經(jīng)過(guò)脫硫處理后供給用戶燃燒或者集中發(fā)電；產(chǎn)生的沼渣，作為肥料施于農(nóng)田。全文摘要一種藍(lán)藻和污泥混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的方法，屬于環(huán)保凈化、廢物資源化處理
技術(shù)領(lǐng)域：
。本發(fā)明將藍(lán)藻和污泥混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣，整個(gè)過(guò)程在厭氧反應(yīng)器中完成，在反應(yīng)器中將藍(lán)藻和污泥混合，然后通入N₂造成厭氧狀態(tài)，35～37℃發(fā)酵，在反應(yīng)器中，間斷性地定期添加藍(lán)藻，觀察原料的腐化情況，同時(shí)測(cè)定排出物料的有機(jī)質(zhì)濃度以及發(fā)酵產(chǎn)生氣體中的CH₄、CO₂濃度，直至反應(yīng)器進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。產(chǎn)生的沼氣經(jīng)過(guò)脫硫處理后供給用戶燃燒或者集中發(fā)電；產(chǎn)生的沼渣，作為肥料施于農(nóng)田。本發(fā)明通過(guò)藍(lán)藻和市政污泥混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣技術(shù)，做到一舉多得的作用，徹底消滅了藻毒素，把解決藍(lán)藻出路及城市污水處理廠的污泥治理結(jié)合起來(lái)，解決農(nóng)村和城市的有機(jī)污染問(wèn)題。文檔編號(hào)C05F5/00GK101418316SQ20081019445公開(kāi)日2009年4月29日申請(qǐng)日期2008年11月11日優(yōu)先權(quán)日2008年11月11日發(fā)明者群嚴(yán),繆恒峰,萍胡,阮文權(quán)申請(qǐng)人:江南大學(xué)