本发明专利技术属于资源综合利用技术领域，具体涉及一种利用有机废水进行固氮用于秸秆厌氧发酵的方法。该方法包括以下步骤：（1）利用空气经脱氧反应器脱氧处理后的氮气产品作为初始氮源；（2）向有机废水中接种光合细菌，在氮气的氛围中光照培养，培养后的液体经离心分离取上清液为有机氮产物；（3）有机氮产物灭活后作为氮源加入秸秆厌氧发酵过程中。本发明专利技术利用光合细菌将有机废水中的营养物质在厌氧光照条件下利用自身固氮酶的固氮作用将空气中的氮转化为菌体蛋白和菌体色素，从而将空气中的单质氮以有机态形式转化固定，然后作为氮源供给秸秆厌氧发酵过程对氮源的需求，还使有机废水得到了重新利用，避免有机废水直接排放造成对环境的污染破坏。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于资源综合利用
，具体涉及。
技术介绍
我国是一个农业大国，具有丰富的秸秆资源，但随着经济的快速发展，原作为农村生活用能和牲畜饲料的农作物秸秆逐步沦为农业废弃物，其不当处置造成了严重的环境污染。近年来，随着化石能源供应紧张和环境问题的日益突出，以秸秆为主的生物质能成为后续能源发展的重要技术方式。在各类生物质能技术中，秸秆沼气发酵不仅可以将秸秆转化为清洁的气体能源，发酵后的产物还可作为有机肥料进行返田，实现秸秆资源的良性循环。 但秸秆是富碳生物质体，而秸秆沼气发酵微生物在厌氧发酵过程中需要一定量的氮源来完成自身的生长代谢，纯粹的秸秆进行发酵因缺少氮源往往造成酸溺现象而不能正常发酵产气。为了弥补秸秆中氮源不足的问题，现在秸秆沼气发酵工程一般都要人为增加氮源来满足厌氧发酵微生物的正常生长，在畜禽养殖业发达地区则通过添加畜禽粪便进行补充必需氮源，而在缺乏养殖业的地区则直接使用碳酸氢铵、尿素作为补充氮源，造成了很大的资源浪费。光合细菌是一类具有特殊生长代谢体系的古细菌，其能在不同环境条件下进行生长代谢活动，其中其在厌氧光照和营养条件缺氮下的情况将单质氮转化为自身生长代谢所需氮源，并以菌体蛋白和菌体色素形式保存下来。光合细菌固氮是光合细菌自身固氮酶的一种缺氮代谢途径，利用光合细菌这种固氮特性能将将空气中丰富的氮气资源转化为有机氮为秸秆厌氧发酵必要的碳源可以减少其厌氧发酵过程对人工化学氮源的需要，降低生产运行成本。
技术实现思路
本专利技术提供一种节约能源的利用有机废水进行固氮用于秸秆厌氧发酵的方法。本专利技术采用以下技术方案，包括以下步骤(1)利用空气经脱氧反应器脱氧处理后的氮气产品作为初始氮源；(2)向有机废水中接种光合细菌，在氮气的氛围中光照培养，培养后的液体经离心分离取上清液为有机氮产物；(3)有机氮产物灭活后作为氮源加入秸秆厌氧发酵过程中，100克秸秆添加400-800mL的有机氮产物。所述步骤(2)中接种光合细菌时光合细菌接种量为有机废水体积的5-10%，有机废水下部通入氮气使反应器内的气压达0. IMpa;光照培养的时间不少于96h，控制光照度为 2000-3000 Lx，培养温度为 25-30°C。所述步骤(1)中氮气产品的制备过程为将COD为4000-6000mg/L的有机废水送入脱氧反应器内；向脱氧反应器内加入有机废水质量1/15-1/20的好氧活性污泥；由脱氧反应器底部通入空气，空气在脱氧反应器内自下至上流动过程中氧气参与反应被消耗，排出脱氧反应器的气体去除二氧化碳后干燥得氮气产品。所述脱氧反应器包括壳体，壳体底部设有曝气器，曝气器的进口与空气进气管连接，曝气器上方的壳体内壁竖向间隔交错设有向下倾斜和向上倾斜的折流板，折流板的远端与相对壳体内壁之间留有空隙；壳体顶部设有喷淋器，喷淋器的进口通过循环管与壳体底部连接，循环管的进口处设有循环泵，壳体顶部设有出气管，壳体上部设有进水管，壳体底部为倾斜状，壳体底面设有排污口。壳体上设有溢流管；进水管设于由上至下第二块折流板与第三块折流板之间。本专利技术利用光合细菌将有机废水中的营养物质在厌氧光照条件下利用自身固氮酶的固氮作用将空气中的氮转化为菌体蛋白和菌体色素，从而将空气中的单质氮以有机态形式转化固定，然后作为氮源供给秸秆厌氧发酵过程对氮源的需求，缓解了目前秸秆发酵过程中需要加入碳酸氢铵、尿素等补充氮源造成的很大的资源浪费，还使有机废水得到了重新利用，避免有机废水直接排放造成对环境的污染破坏。本专利技术对有机废水的固氮工艺简单，其主要成本在于光照培养的光照对电能消耗，如采用太阳光做自然光源，适当延长培养时间弥补太阳光周期性变化影响则可大大降低生产成本。本专利技术对有机废水进行固氮处理之前要进行灭菌处理，防止杂菌污染，同时减少空气氧对光合细菌的抑制作用。本专利技术不能直接利用空气作为有机废水代谢反应的氮源， 这是因为空气中氧对固氮酶有抑制作用，因此所采用的氮气必须是脱氧之后的空气，如果当微量氧存在时应增加培养时间，以便光合细菌首先进行好氧呼吸作用消耗存在的微量氧而后转入固氮代谢。本专利技术中利用有机废水获得氮气产品时，有机废水COD需要进行控制，这是因为当有机废水COD过低时则不能完全消除空气中含有的氧气，而当有机废水COD过高时则有大量的C02、C0等新杂质气体生成，不仅增加吸收碱液的消耗量也影响获得氮气的纯度。控制COD使得有机废水的降解代谢停留在好氧和微好氧层次，避免有机质在厌氧状态下更多杂气的生成。利用有机废水获得氮气产品的方法简单、能耗低，在获取氮气的同时对有机废水还有一定的净化作用，利用本专利技术方法获取的气体中氮气浓度(体积百分比)可达到95% 左右，产气中还含有少量浓度的氧气和一氧化碳气体，可作为获取高纯氮气的前驱气体。利用有机废水获得氮气产品所用的脱氧反应器结构设计简单，布局合理，设置折流板，能够使空气在反应器内实现充分自下至上的折流，保证空气中的氧气最大程度地被有机质降解代谢消耗掉。附图说明图1为本专利技术中所用脱氧反应器的结构示意图； 图2为脱氧反应器使用时系统的结构示意图。具体实施例方式试验采用饴糖厂生产废水作样品，一部分经紫外灭菌后用作光合细菌营养底物， 一部分用于空气脱氧介质使用。脱氧反应器，如图1所示，包括壳体1，壳体1底部设有曝气器2，曝气器2的进口与空气进气管3连接，曝气器2上方的壳体1内壁竖向间隔交错设有向下倾斜和向上倾斜的折流板4，折流板4的远端与相对壳体1内壁之间留有空隙；壳体1顶部设有喷淋器5，喷淋器5的进口通过循环管6与壳体1底部连接，循环管6的进口处设有循环泵7，运行过程中，循环泵7将底部的有机废水循环至喷淋器5，使得壳体1内的有机废水不断循环，多余的废水通过溢流管11排出；壳体1顶部设有出气管8，壳体1上部由上至下第二块折流板4 与第三块折流板4之间设有进水管9，经进水管9不断补充有机废水，壳体1上设有溢流管 11，壳体1底部为倾斜状，壳体1底面设有排污口 10。脱氧反应器使用时，如图2所示，脱氧反应器的空气进气管3与储气罐20连接，储气罐20与空气压缩机23连接，脱氧反应器的出气管8与碱性吸收箱21连接，碱性吸收箱 21的气体出口与脱水箱22连接。用于空气脱氧介质部分的有机废水调整COD为5550mg/L，经进水管9进入脱氧反应器的壳体1内；使水位达到壳体1内深度的2/3左右，向脱氧反应器内加入有机废水质量1/20的好氧活性污泥；利用空气压缩机23将空气压入储气罐20，空气经进气管3、曝气器2分散于脱氧反应器的底部，并在折流板4相对较高的一端汇集，随着通气量的增加，汇集的空气向折流板4较低的一端扩散进而不断向上扩散，空气在折流板4的作用下逐级向脱氧反应器的顶部运动，空气在折流的过程中，所含的A参与有机质的降解反应而达到消除的作用，最终气体由壳体1顶部的出气管8.排出。出气管8排出的空气中大部分为氮气，还含有空气中本身含有的和有机质降解产生的二氧化碳，继续通入碱性吸收箱21去除二氧化碳，最后经脱水箱22脱水后得到氮气产品。测得氮气产品中的成分为成97.2%、 O2: 0. 8%、CO2:0%, CO:0. 4%，测得溢流管11流出的有机废水中的COD为4100mg/L。运行过程中，循环泵7将底部的有机废水经循环管6循本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种利用有机废水进行固氮用于秸秆厌氧发酵的方法，包括以下步骤：（１）利用空气经脱氧反应器脱氧处理后的氮气产品作为初始氮源；（２）向有机废水中接种光合细菌，在氮气的氛围中光照培养，培养后的液体经离心分离取上清液为有机氮产物；（３）有机氮产物灭活后作为氮源加入秸秆厌氧发酵过程中，１００克秸秆添加４００－８００ｍＬ的有机氮产物。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，岳建芝，郭前辉，
申请(专利权)人：河南农业大学，
类型：发明
国别省市：41
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