一种提高餐厨垃圾连续厌氧消化氨氮耐受性的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高餐厨垃圾连续厌氧消化氨氮耐受性的方法，属于固体废弃物生物处理技术、环保净化处理技术领域。本发明专利技术方法是采用原位控制反应器内氨氮浓度的方式，逐步梯度提高氨氮的负荷，对产甲烷体系进行氨氮耐受性驯化。经过驯化后，餐厨垃圾厌氧消化体系对氨氮的耐受性有较大提高，在氨氮浓度达到4500mg/L左右时，厌氧消化体系产甲烷活性较高，单位干重餐厨垃圾的沼气产量约为60m3/kgTS。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种提高餐厨垃圾连续厌氧消化氨氮耐受性的方法，属于固体废弃物生物处理技术、环保净化处理

技术介绍
餐厨垃圾是城市生活垃圾的重要组成部分，随着人们生活水平的提高和城镇化进程的推进，我国餐厨垃圾的产量迅速增加，2012年达1.1亿吨。餐厨垃圾是典型的城市有机废弃物，富含碳水化合物、蛋白质、纤维素等有机质，具有含水率高、易腐烂等特点；若处理不当，会产生不利的环境影响，尤其会引起温室气体排放问题。与传统的堆肥、填埋、焚烧等技术相比，厌氧发酵更具有优势。厌氧发酵产沼气既能对固体有机废弃物进行无害化、减量化处理，又能产生清洁能源进行资源化利用；同时发酵残渣因含有大量氮、磷，是很好的有机肥料，可用于农业生产。同时，世界范围内的疯牛病及其他诸如猪流感、禽流感、口蹄疫等流行性疾病的爆发，表明利用含有动物蛋白的餐厨垃圾作为饲料喂养反刍类动物及其它家禽，并非明智的选择。因此，通过厌氧发酵技术处理餐厨垃圾是目前最为合适的处理方式之一。但是，目前餐厨垃圾的连续厌氧消化存在技术缺陷，因餐厨垃圾中含量大量的蛋白质，其分解代谢产生大量高浓度氨氮。有机物生物降解产生氨氮的量可以由化学计量式(1)进行估算。CaHbOcNd+4a-b-2c+3d4H2O→4a+b-2c-3d8CH4+4a-b+2c+3d8CO2+dNH3---(1)]]>由于氮是厌氧微生物必须的营养元素，一般认为，氨质量浓度低于200mg/L时对厌氧<br>消化过程是有利的；Gerardi等指出，当发酵液pH值低于7.2，氨氮质量浓度低于1500mg/L时不会引起氨氮抑制；氨氮质量浓度在200-1000mg/L时，对厌氧消化反应的微生物没有不利影响；而较高氨氮质量浓度时，对产甲烷微生物(古菌类)有强烈的抑制作用，会引起“氨中毒”，从而导致多种微生物协同作用的厌氧消化串联代谢过程失衡，中间代谢产物如挥发性脂肪酸(VFAs)大量积累，积累的中间代谢产物进一步影响了厌氧消化系统内的微生态环境。氨氮和挥发性脂肪酸的双重抑制及pH的变化往往会导致厌氧消化系统处于“抑制型假稳态”(inhibitedpseudo-steadystate)状态，虽运行稳定，但甲烷产量极低。目前，根据文献报道，关于氨氮对产甲烷菌的主要抑制机理是：氨氮包括氨(NH3，亦称游离氨或非离子氨)和铵(NH4+)。因自由氨呈脂溶性，具有细胞膜自由渗透性，可通过被动扩散的方式进入细胞，引起细胞质酸化、质子不平衡及K+的流失等。除了自由氨的影响，铵根离子也可能会直接抑制甲烷合成酶的活性。但是与铵根离子相比，自由氨对厌氧微生物的毒性更大。氨氮抑制的另一原因是细胞内氨和α-酮戊二酸会发生胺化反应。α-酮戊二酸是谷氨酸脱氨基的酮酸产物，是微生物三羧酸循环代谢中重要的中间产物，位于异柠檬酸之后及琥珀乙酰辅酶A之前。其主要作用之一是结合细胞中形成的N素，防止细胞中氮素的过渡积累，为来自系统的氨解毒。而过多的氨会导致三羧酸循环氨基酸代谢库中α-酮戊二酸消失，从而引起有机化合物新陈代谢的困难。因此富含蛋白质的有机废弃物如餐厨垃圾、食品加工厂废弃物及富含蛋白质和氨基酸的动物粪便如猪粪、牛粪、家禽粪便等在厌氧消化处理过程中，经常面临严重的氨氮抑制问题。目前，氨氮在厌氧发酵过程中对产甲烷菌有强烈的抑制性已被广泛认同，但抑制程度因反应器类型、发酵底物、接种物、运行条件等因素的不同而存在较大差异。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种能提高餐厨垃圾连续厌氧消化氨氮耐受性的方法。本专利技术方法，是在连续厌氧反应器中接种产甲烷厌氧污泥，以餐厨垃圾作为底物进行连续厌氧消化反应；在厌氧消化反应过程中梯度提高原位氨氮的负荷，对厌氧消化体系进行氨氮适应性驯化，提高了产甲烷菌对氨氮的耐受性。原位氨氮负荷是指氨氮的浓度是由底物餐厨垃圾自身分解产生的，不是外源添加的。在本专利技术的一种实施方式中，所述连续厌氧消化反应是在有机负荷为2kgTS/m3/d、发酵温度为中温35-37℃的条件下进行。在本专利技术的一种实施方式中，所述梯度提高原位氨氮的负荷，是指控制反应器内氨氮的浓度每20-40天提高400-600mg/L。在本专利技术的一种实施方式中，所述控制反应器内氨氮的浓度是通过控制出料的体积来实现的。在本专利技术的一种实施方式中，所述梯度提高原位氨氮的负荷，是指分为5个阶段进行提高；在第一阶段控制氨氮平均浓度在2250-2450mg/L、第二阶段控制在2650-2850mg/L、第三阶段控制在3250-3450mg/L、第四阶段控制在3650-3850mg/L、第五阶段控制在4200-4400mg/L。在本专利技术的一种实施方式中，所述第一阶段是指厌氧消化反应的第0-20天，第二阶段是指厌氧消化反应的第21-50天，第三阶段是指厌氧消化反应的第51-80天，第四阶段是指厌氧消化反应的第81-120天，第五阶段是指厌氧消化反应的第121-160天。在本专利技术的一种实施方式中，所述梯度提高原位氨氮的负荷，是在第一阶段(0-20天)控制氨氮的平均浓度为2341mg/L、第二阶段(21-50天)控制氨氮的平均浓度为2729mg/L、第三阶段(51-80天)控制氨氮的平均浓度为3312mg/L、第四阶段(81-120天)控制氨氮的平均浓度为3773mg/L、第五阶段(121-160天)控制氨氮的平均浓度为4293mg/L。在本专利技术的一种实施方式中，所述连续厌氧消化反应是在50L的连续搅拌厌氧反应器中进行；反应器主要包括有效体积为50L的不锈钢发酵罐一个；控温系统一套，多组伴热带进行加热，有控温系统控制反应器的温度。pH检测系统一套，包括pH探头和传感器一套；搅拌系统一套，包括搅拌机、减速机及密封装置等；自动进料装置一套，包括水平垂直方向两个螺旋输送器；控制面板及数据传输系统。在本专利技术的一种实施方式中，餐厨垃圾和产甲烷厌氧污泥的性质如表1所示。本专利技术还提供一种利用餐厨垃圾厌氧发酵产沼气的方法，是在连续厌氧反应器中接种产甲烷厌氧污泥，以餐厨垃圾作为底物进行连续厌氧消化反应；在厌氧消化反应过程中梯度提高原位氨氮的负荷。所述梯度提高原位氨氮的负荷，是指控制反应器内氨氮的浓度每20-40天提高400-600mg/L。所述梯度提高原位氨氮的负荷，是指分为5个阶段进行提高；在第一阶段控制氨氮平均浓度在2250-2450mg/L、第二阶段控制在2650-2850mg/L、第三阶段控制在3250-3450mg/L、第四阶段控制在3650本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高餐厨垃圾连续厌氧消化氨氮耐受性的方法，其特征在于，所述方法是在连续厌氧反应器中接种产甲烷厌氧污泥，以餐厨垃圾作为底物进行连续厌氧消化反应；在厌氧消化反应过程中梯度提高原位氨氮的负荷。

【技术特征摘要】
1.一种提高餐厨垃圾连续厌氧消化氨氮耐受性的方法，其特征在于，所述方法是在连续
厌氧反应器中接种产甲烷厌氧污泥，以餐厨垃圾作为底物进行连续厌氧消化反应；在
厌氧消化反应过程中梯度提高原位氨氮的负荷。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述梯度提高原位氨氮的负荷，是指控制
反应器内氨氮的浓度每20-40天提高400-600mg/L。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述梯度提高原位氨氮的负荷，是指分为
5个阶段进行提高；在第一阶段控制氨氮平均浓度在2250-2450mg/L、第二阶段控制在
2650-2850mg/L、第三阶段控制在3250-3450mg/L、第四阶段控制在3650-3850mg/L、
第五阶段控制在4200-4400mg/L。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一阶段是指厌氧消化反应的第0-20
天，第二阶段是指厌氧消化反应的第21-50天，第三阶段是指厌氧消化反应的第51-80
天，第四阶段是指厌氧消化反应的第81-120天，第五阶段是指厌氧消化反应的第
121-160天。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述梯度提高原位氨氮的负荷，是在厌氧
消化反应的第0-20天控制氨氮的平均浓度为2341mg/L、第21-50天控制氨氮的平均
浓度为2...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮文权，赵明星，高树梅，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32