一种提高有机废水厌氧消化效率的方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种提高有机废水厌氧消化效率的方法及其应用，属于有机废水厌氧消化技术领域。本发明专利技术通过在有机废水厌氧消化体系中添加十二烷基二甲基甜菜碱，大幅度提高了厌氧消化体系内产氢产乙酸菌和产甲烷菌的活性，从而提高了丙酸和乙酸降解速率，有助于厌氧消化体系从酸化中恢复，在厌氧消化中提高产甲烷速率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种提高有机废水厌氧消化效率的方法及其应用


[0001]本专利技术属于有机废水厌氧消化
，尤其涉及一种提高有机废水厌氧消化效率的方法及其应用。

技术介绍

[0002]随着工业化和城市化进程的推进，能源危机和环境污染已成为我国面临的主要问题。有机废水的厌氧消化不仅能经济有效地去除污染物，同时能回收氢气和甲烷等可再生能源，因而受到广泛地关注和应用。复杂的有机物经过水解发酵菌群、产氢产乙酸菌群和产甲烷菌群共同作用后，生成甲烷和二氧化碳。不同类群微生物之间相互配合、相互制约。厌氧消化过程的稳定进行，是其中各类群微生物代谢活性平衡、协调作用的结果。产氢产乙酸菌群的生态位处于水解发酵菌群和产甲烷菌群之间，在厌氧消化工艺中起着承上启下的关键作用。但是由于产氢产乙酸反应受到热力学限制，不能自发进行，必需通过和嗜氢产甲烷菌互营共生，才能完成丙酸的厌氧降解。并且产氢产乙酸反应和产甲烷反应生成的能量较少，使得这两类微生物的生长速率慢、代谢活性低。水解发酵菌群的生长代谢速率远高于产氢产乙酸菌群和产甲烷菌群，所以其代谢产物，如丙酸和丁酸等挥发酸(VFAs)常在厌氧消化系统中积累。VFAs的积累会进一步抑制产氢产乙酸菌群和产甲烷菌群的活性，造成厌氧消化系统的“酸败”。因此，欲提高厌氧消化系统的处理效能，关键是提高产氢产乙酸菌群的活性。
[0003]虽然已有关于提高厌氧消化系统中产氢产乙酸活性技术的报道，但是投加的菌种需要购买或利用专门的厌氧设备进行培养，亦或投加导电材料驯化厌氧污泥。这些措施前期准备工作较大，驯化时间较长，在厌氧消化系统发生酸化时，不能经济有效的提高丙酸的降解速率。因此，如何开发一种可以强化产氢产乙酸菌群功能的高效厌氧消化技术成为本领域迫切需要解决的一个技术问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种提高有机废水厌氧消化效率的方法及其应用，可以有效提高产氢产乙酸菌和/或产甲烷菌的活性，进而提高丙酸厌氧降解速率和产甲烷速率。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种提高有机废水厌氧消化效率的方法，包括在有机废水厌氧消化体系中添加十二烷基二甲基甜菜碱。
[0007]优选的，所述十二烷基二甲基甜菜碱在厌氧消化体系中的添加量为1～50mg/L。
[0008]优选的，所述有机废水厌氧消化体系中含有厌氧活性污泥和丙酸厌氧培养基。
[0009]优选的，将厌氧活性污泥接种到含有十二烷基二甲基甜菜碱的丙酸厌氧培养基中进行厌氧消化。
[0010]优选的，厌氧活性污泥的接种量为丙酸厌氧培养基体积的5～10％。
[0011]优选的，所述厌氧活性污泥经厌氧消化体系进行2～3次重复培养。
[0012]优选的，所述厌氧活性污泥取自厌氧消化反应器。
[0013]优选的，所述厌氧消化温度为30～40℃。
[0014]优选的，所述厌氧消化在140～150rpm的恒温摇床中进行。
[0015]本专利技术还提供了上述方法在产甲烷中的应用。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0017]本专利技术通过厌氧消化体系中添加的十二烷基二甲基甜菜碱在菌体细胞膜外层的吸附，调节细胞表面的亲水亲脂性能，从而促进微生物的凝集过程和底物的吸收，大幅度提高氢/甲酸的传递速率和厌氧消化体系内产氢产乙酸菌、产甲烷菌活性，从而提高丙酸和乙酸降解速率，有助于厌氧消化体系从酸化中恢复，提高产甲烷速率。
[0018]本专利技术中的产氢产乙酸菌和产甲烷菌可直接来源于厌氧消化反应器中的厌氧活性污泥，投加菌种不需要购买或利用专门的厌氧设备进行培养、驯化，提升了经济性和实效性，更易用于工程实践，具有广阔的工业应用前景。
附图说明
[0019]图1为丙酸浓度历时曲线；
[0020]图2为乙酸浓度历时曲线；
[0021]图3为甲烷累积产量历时曲线。
具体实施方式
[0022]本专利技术提供了一种提高有机废水厌氧消化效率的方法，包括在有机废水厌氧消化体系中添加十二烷基二甲基甜菜碱。
[0023]十二烷基二甲基甜菜碱(BS
‑
12)是一种化学物质，化学式C
16
H
33
NO2，一般是由十二烷基二甲基叔胺与氯乙酸钠进行季铵化反应制得。BS
‑
12是一种两性表面活性剂，十二烷基二甲基是表面活性剂的疏水基团。BS
‑
12同时携带正负离子电荷，表面活性离子的亲水基既具有阴离子部分，又具有阳离子部分，因此具有良好的洗涤、分散、乳化、杀菌、柔软纤维和抗静电等优异性能。本专利技术对十二烷基二甲基甜菜碱的具体来源不作限定。
[0024]厌氧消化反应是有机物质被厌氧菌在厌氧条件下分解产生甲烷和二氧化碳的过程，是稳定污泥和处理工业废物的主要方法。厌氧消化反应主要分为三个生化阶段：水解产酸阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。在厌氧发酵产气阶段的酸化阶段中，发酵细菌将有机物水解转化为能被甲烷菌直接利用的乙酸、甲酸、甲醇和甲胺等第I类小分子有机物以及不能被甲烷菌直接利用的丙酸、丁酸、乳酸、乙醇等第Ⅱ类有机物，如果继续全厌氧过程，则产氢产乙酸菌将第Ⅱ类有机物进一步转化为氢气和乙酸用于产甲烷。
[0025]丙酸的厌氧降解需要产氢产乙酸菌和产甲烷菌共同作用才能完成，其中产氢产乙酸菌利用丙酸生成乙酸、甲酸(或H2/CO2)，这些代谢产物被产甲烷菌利用生成甲烷。由于热力学的限制，只有甲酸或H2浓度极低时，产氢产乙酸反应才能够顺利进行。依据种间氢/甲酸传递机理，微生物之间的距离能够显著影响氢/甲酸的传递速率，当微生物形成絮凝体时，不同种群微生物之间的距离最短，而微生物细胞的表面性质是决定其形成絮凝体的主要因素之一。本专利技术发现，通过在厌氧消化体系中添加十二烷基二甲基甜菜碱，可以使十二
烷基二甲基甜菜碱在菌体细胞膜外层吸附，调节细胞表面的亲水亲脂性能，从而促进微生物的凝集过程和底物的吸收，大幅度提高氢/甲酸的传递速率和厌氧消化体系内产氢产乙酸菌、产甲烷菌活性，从而提高丙酸和乙酸降解速率，有助于厌氧消化体系从酸化中恢复，提高产甲烷速率。
[0026]本专利技术中十二烷基二甲基甜菜碱在厌氧消化体系中的添加量为1～50mg/L，优选为10～40mg/L，更优选为20～25mg/L。
[0027]在本专利技术有机废水厌氧消化体系中可以含有丙酸厌氧培养基，所述丙酸厌氧培养基优选为每升培养基中含有2～3g丙酸钠。本专利技术对丙酸厌氧培养基的具体配方和配制方法不作限定。作为一种可选的实施方式，丙酸厌氧培养基的配制方法为：1L煮沸的去离子水中加入丙酸钠2g，NaHCO
3 4g，Na2HPO4·
2H2O 530mg，KH2PO
4 410mg，NH4Cl 300mg，CaCl2·
2H2O 110mg，MgCl2·
6H2O 100mg，NaCl 300mg，FeCl2·
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高有机废水厌氧消化效率的方法，其特征在于：在有机废水厌氧消化体系中添加十二烷基二甲基甜菜碱。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述十二烷基二甲基甜菜碱在厌氧消化体系中的添加量为1～50mg/L。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述有机废水厌氧消化体系中含有厌氧活性污泥和丙酸厌氧培养基。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：将厌氧活性污泥接种到含有十二烷基二甲基甜菜碱的丙酸厌氧培养基中进行厌氧消化。5.根据权利要求4所述的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉鹏，刘凤琴，刘红恩，卢凯歌，李畅，袁志良，陈云，
申请(专利权)人：河南农业大学，
类型：发明
国别省市：