一种解除厌氧消化反应氨抑制的方法专利检索-厌氧消化废物处理与管理专利检索查询-专利查询网

一种解除 厌 氧消化反应氨抑制的方法

阅读：69发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种解除厌氧消化反应氨抑制的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种解除厌氧消化反应氨抑制的方法，向厌氧体系中加入活性炭和生物强化菌剂。本发明将活性炭和生物强化菌剂两者相互结合使用，不仅能更好的改善氨抑制的效果，同时也克服了两者单独使用所存在的问题，使其能更好的应用于大量的待处理物，进一步的提高了使用效率，节约了成本。，下面是一种解除厌氧消化反应氨抑制的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种解除厌氧消化反应氨抑制的方法，其特征在于，向厌氧体系中加入活性炭和生物强化菌剂。
2.根据权利要求1所述的一种解除厌氧消化反应氨抑制的方法，其特征在于，生物强化菌剂、活性炭和厌氧体系中的待处理物的重量份数比为：0.25-0.35份：1.8-5份：55-100份。
3.根据权利要求1所述的一种解除厌氧消化反应氨抑制的方法，其特征在于，生物强化菌剂为有机酸氧化菌剂。
4.根据权利要求3所述的一种解除厌氧消化反应氨抑制的方法，其特征在于，有机酸氧化菌剂包括乙酸氧化菌剂和丙酸氧化菌剂，其中，乙酸氧化菌剂来自中温低稀释率乙酸厌氧消化反应器，丙酸氧化菌剂来自中温低稀释率丙酸厌氧消化反应器。
5.根据权利要求4所述的一种解除厌氧消化反应氨抑制的方法，其特征在于，乙酸氧化菌剂和丙酸氧化菌剂的重量份数比为：(0.15-0.20)：(0.1-0.15)。
6.根据权利要求1所述的一种解除厌氧消化反应氨抑制的方法，其特征在于，将活性炭进行酸洗、碱洗、水洗后，调节pH至中性，烘箱中烘干后，过筛后加入厌氧体系中。
7.根据权利要求6所述的一种解除厌氧消化反应氨抑制的方法，其特征在于，活性炭在
60℃的烘箱中烘干。
8.根据权利要求6所述的一种解除厌氧消化反应氨抑制的方法的制备方法，其特征在于，筛出40-100目的活性炭加入厌氧体系中。

说明书全文

一种解除厌 氧消化反应氨抑制的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及厌氧消化领域，具体涉及一种解除厌氧消化反应氨抑制的方法。

背景技术

[0002] 厌氧消化技术是一种广泛应用的废水/固废资源化处理技术，可通过水解、酸化、产氢产乙酸、及产甲烷四个阶段实现有机物的甲烷化。畜禽粪便和餐厨垃圾等有机废弃物，含有大量的氨氮化合物，最终会转化成NH4+和NH3。然而高氨氮浓度会导致厌氧消化过程有机酸累积、产气量低、稳定性差。通常，改变消化温度、降低反应体系pH、稀释底物降低有机负荷、或加入其他底物共消化等常用方式可以使厌氧消化性能快速恢复，并在一定程度上缓解氨抑制状况。但由于产甲烷菌和产酸菌生长所需的最适pH和温度不同，很难控制最佳的反应条件，而且降低温度、pH或底物浓度均会对厌氧消化效率造成影响。

[0003] 添加活性炭和外源菌剂是常用的缓解氨抑制的方法。活性炭本身可以作为氨吸附剂，还可以作为载体利于氢营养型产甲烷菌的生长，同时能促进直接种间电子传递(DIET)，但在工业应用中，由于废水/废物处理量较大，吸附剂投加量庞大，需要进一步降低经济成本。

[0004] 多数研究表明，加入生物强化外源菌剂可以有效的提高甲烷产量，甚至能使严重氨抑制的厌氧消化反应器快速恢复并维持稳定状态。但现有的强化菌剂主要以氢营养型或耐氨的产甲烷菌为主，且菌剂存在容易流失的问题，多限于实验室的应用研究。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是在对废水/固废资源化进行处理的过程中，现有的抑制剂在处理量较大时，所需成本较高，并且效率低下，目的在于提供一种解除厌氧消化反应氨抑制的方法，解决废水/固废资源化的处理问题。

[0006] 本发明通过下述技术方案实现：

[0007] 一种解除厌氧消化反应氨抑制的方法，向厌氧体系中加入活性炭和生物强化菌剂。

[0008] 虽然活性炭和生物强化菌剂均有缓解氨抑制的作用，但是两者在使用时，对于大量的待处理物时，活性炭所要消耗的含量较多，而生物强化外源菌剂存在容易流失的问题，在实际的使用当中，使用效率较低，不利于用于处理大量的待处理物。

[0009] 对于本发明而言，本发明人在研究创造中，发现将活性炭和生物强化菌剂两者相互结合使用，不仅能更好的改善氨抑制的效果，同时也克服了两者单独使用所存在的问题，使其能更好的应用于大量的待处理物，进一步的提高了使用效率，节约了成本。

[0010] 更进一步的，生物强化菌剂、活性炭和厌氧体系中的待处理物的重量份数比为：0.25-0.35份：1.8-5份：55-100份。使用时，当活性炭、生物强化菌剂和待处理物的重量份数比在上述范围内时，活性炭和生物强化菌剂之间的协同作用能达到更好的效果，在使用时，更有助于有机酸的降解，效率更高。

[0011] 生物强化菌剂为有机酸氧化菌剂。有机酸氧化菌剂包括来自中温低稀释率乙酸厌氧消化反应器的乙酸氧化菌剂(AML)和来自中温低稀释率丙酸厌氧消化反应器的丙酸氧化菌剂(PML)。AML和PML的重量份数比为：(0.15-0.20)：(0.1-0.15)。

[0012] 对于本发明而言，将AML和PML菌剂的重量份数比设置在上述范围内时，能更好的与活性炭相互协同，具有更好的效果。

[0013] 将活性炭进行酸洗、碱洗、水洗后，调节pH至中性，烘箱中烘干后，过筛后加入厌氧体系中。活性炭在60℃的烘箱中烘干。筛出40-100目的活性炭加入厌氧体系中。

[0014] 对活性炭进行清洗，去除活性炭中的杂质，同时，在与生物强化菌剂协同使用时，40-100目的活性炭使用效果更佳，能更好的与菌剂反应，更好的解除氨抑制。

[0015] 同时，在厌氧消化过程中，短链脂肪酸是重要的中间代谢产物，比如乙酸、丙酸、丁酸、戊酸等。据估算，约为70～80％的甲烷产生于乙酸，6～35％的甲烷产生于丙酸。当厌氧消化反应器处于高负荷或氨抑制运行状态或者运行不稳定时，容易导致乙酸和丙酸的积累，从而会使产甲烷效率降低甚至使反应器崩溃。因此在厌氧消化过程中，乙酸和丙酸的降解是限速步骤，该过程主要由有机酸氧化菌来实现。通常，这类菌大多产能低、生长缓慢，因此，通过外源添加有机酸氧化菌剂(尤其是乙酸/丙酸氧化菌)将有利于中间产物有机酸的分解，提高厌氧消化体系的产气效率及氨耐受性。

[0016] 本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

[0017] 本发明一种解除厌氧消化反应氨抑制的方法，本发明将活性炭和生物强化菌剂两者相互结合使用，不仅能更好的改善氨抑制的效果，同时也克服了两者单独使用所存在的问题，使其能更好的应用于大量的待处理物，进一步的提高了使用效率，节约了成本。

[0018] 同时，本发明的生物强化菌剂选用来自中温低稀释率乙酸厌氧消化反应器的AML和来自中温低稀释率丙酸厌氧消化反应器的PML，AML和PML菌剂与活性炭能更好的发挥协同作用，在使用时，能进一步的提高缓解氨抑制的效果，提高使用效率，并且能有效的节约成本，更便于长期使用，以及广泛的推广应用。附图说明

[0019] 此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

[0020] 图1为第一组的对比实验的累积产气量；其中实线为氨抑制，虚线为无抑制；

[0021] 图2为第一组的对比实验的产甲烷量；

[0022] 图3为第一组的对比实验0-120h的PH；

[0023] 图4为第一组的对比实验不同时间的NH4+浓度；其中(a)为0h；(b)为120h；

[0024] 图5为第一组的对比实验不同时间的TOC浓度；其中(a)为0h；(b)为120h；

[0025] 图6为第一组的对比实验不同时间的VFA浓度，其中(a)为氨抑制、0h；(b)为无抑制，0h；(c)为氨抑制、100h；(d)为无抑制，120h；

[0026] 图7为实施例3中不同外源有机酸氧化菌剂组成下的累积产气量；实线为氨抑制；虚线为无抑制；

[0027] 图8为实施例3中不同外源有机酸氧化菌剂组成下的不同时间的NH4+浓度，其中a.0h；b.120h；

[0028] 图9为实施例3中不同外源有机酸氧化菌剂组成下的不同时间的TOC浓度，其中a.0h；b.120h；

[0029] 图10为实施例3中不同外源有机酸氧化菌剂组成下在有无氨抑制条件下不同时间的VFA浓度，其中，(a)氨抑制，0h；(b)无抑制，0h；(c)氨抑制，120h；(d)无抑制，120h。

具体实施方式

[0030] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

[0031] 实施例1

[0032] 本发明一种解除厌氧消化反应氨抑制的方法，本实施例以中温畜禽粪污反应器为接种污泥，牛粪压榨液为原料，

[0033] 接种污泥来自实验室稳定运行的畜禽粪污中温厌氧消化反应器，该反应器以牛粪压榨夜为底物，有机负荷为0.4g-TOC/(L·d)，VTS为0.9％。

[0034] 牛粪取自与广汉奶牛养殖散户。将牛粪密封置于4℃冷藏室保存，对取回的牛粪进行压榨固液分离，液体混匀后保存于-20℃冰箱。临用前在4℃冰箱溶化，分析理化性质，用作厌氧消化反应器的原料和补料，以及批次实验的反应原料和底物。

[0035] 首先将活性炭经过0.05M HCl的酸洗，0.05M NaOH的碱洗，超纯水进行水洗后，调节pH至中性，60℃的烘箱中烘干后，过筛，筛出40-100目的活性炭，放入干燥皿中，临用前取出称量使用。

[0036] 生物强化菌剂(AML，PML)分别取自实验室稳定运行的以有机酸为唯一碳源的厌氧消化反应器，AML为来自中温低稀释率乙酸厌氧消化反应器的乙酸氧化菌剂，PML为来自其中温低稀释率丙酸厌氧消化反应器的丙酸氧化菌剂。

[0037] AML菌剂、PML菌剂、活性炭以及待处理物之间的重量份数之间的比值如下表所示：

[0038] 表1

[0039] AML PML 活性炭牛粪第一组 0.19 0.13 2 55
第二组 0.15 0.1 1.8 55
第三组 0.2 0.15 5 100
第四组 0.1 0.05 0.8 100
第五组 0.49 0.27 10 100
第六组 0 0 2 55
第七组 0.19 0.13 0 55

[0040] 对表1中五种情况对厌氧消化的影响进行测定，第一组中，添加的活性炭浓度为2g/L，生物强化混合菌剂组成为AML+PML，用量分别为0.19g-VSS/VTS和0.13g-VSS/VTS。厌氧瓶体积50mL，工作体积为40mL，按照TOC 0.16g-TOC/(L·d)。加入55g/L的牛粪压榨液、活性炭、混合菌剂，剩余体积加入接种污泥。

[0041] 第二组中加入55g/L的牛粪压榨液、1.8g/L活性炭、0.15g-VSS/VTS的AML和0.1g-VSS/VTS的PML，剩余体积加入接种污泥。

[0042] 第三组中加入100g/L的牛粪压榨液、5g/L活性炭、0.2g-VSS/VTS的AML和0.15g-VSS/VTS的PML，剩余体积加入接种污泥。

[0043] 第四组中加入100g/L的牛粪压榨液、0.8g/L活性炭、0.1g-VSS/VTS的AML和0.05g-VSS/VTS的PML，剩余体积加入接种污泥。

[0044] 第五组中加入100g/L的牛粪压榨液、10g/L活性炭、0.49g-VSS/VTS的AML和0.27g-VSS/VTS的PML，剩余体积加入接种污泥。

[0045] 第六组中加入55g/L的牛粪压榨液、2g/L的活性炭，剩余体积加入接种污泥；

[0046] 第七组中加入55g/L的牛粪压榨液、0.19g-VSS/VTS的AML和0.13g-VSS/VTS的PML。

[0047] 实施例2

[0048] 在实施例1的基础上，以添加(5g/L NH4+)和不添加氨抑制剂作为对照，摇匀后取5mL测量理化性质，实际反应体积为35mL，一共14组，每组设置三个平行样。在37℃，150rpm的摇床中培养120h，期间每隔24h记录一次产气并收集气体，120h后取出并进行理化性质的测定。

[0049] (1)pH测定

[0050] 待样品温度维持在室温时，将待测样品混合均匀后，用校准后的pH计测定样品pH。

[0051] (2)有机碳(TOC)

[0052] 将样品放入使用离心机中，在12,000rpm下离心10min，上清液用0.45μm和0.22μm滤膜过滤，滤液待分析使用。采用日本SHIMADZU公司(TOC-VE)总有机碳分析仪测定样品。采用燃烧法测定总碳(TC)，TC进样量为20μL；无机碳(IC)采用加酸吹扫法，进样量为30μL；通过可测得TC和IC含量。

[0053] TOC仪器测定值(mg/L)＝TC(mg/L)–IC(mg/L)

[0054] TOC(mg/L)＝TOC(mg/L)(TOC仪器测定值)×稀释倍数

[0055] (3)挥发性脂肪酸(VFA)

[0056] 将滤液稀释五倍后进行测定。使用高效液相色谱(HPLC SCL-10A VP，SHIMADZU)进行测定，0.03M HClO4作为移动相，流速为0.5mL/min，经有机酸分析色谱柱(Shim-pack SCR-101H，SHIMADZU)分离后、用0.002M溴百里香酚蓝(BTB)溶液显色，流速为0.5mL/min，在450nm(紫外可视分光光度计(SPD-10AV，SHIMADZU))下测定吸光度。

[0057] VFA(mg/L)＝VFA(mg/L)(VFA仪器测定值)×稀释倍数

[0058] (4)NH4+浓度测定

[0059] 估算待测品浓度，根据该估算浓度，将待测品浓度稀释至NH4+50mg/L以内。使用美国戴安公司制离子色谱仪(ICS-1100)，装配保护柱CG20A，分析柱CS20A，柱温35℃，20mM甲烷磺酸溶液为移动相，流量1mL/min，采用电导检测器，用软件Chromeleon(Ver.6.80SP2)分析。

[0060] NH4+(mg/L)＝NH4+(mg/L)(仪器测定值)×稀释倍数

[0061] (5)甲烷气体测定

[0062] 使用GC343气相色谱仪器进行测定，以氦气为载气，将收集的气体取20μL注入，得到氮气含量，甲烷含量和二氧化碳含量所占的比例。

[0063] 甲烷实际含量(％)＝甲烷含量(％)/(甲烷含量+二氧化碳含量)(％)[0064] 甲烷产量(mL)＝甲烷实际含量(％)×累积产气量(mL)

[0065] 在氨抑制情况下，测定后，得到下表：

[0066] 表2

[0067]

[0068]

[0069] 对于第一组而言，在氨抑制条件下，与单独加入生物强化菌剂或活性炭对比，单独加入生物强化菌剂或活性炭和同时加入生物强化菌剂和活性炭均可以有效提高厌氧消化体系对氨抑制的耐受性。其中单独加入菌剂或活性炭可以使累积产气量(如图1所示)为15.6mL和16.1mL，与二者都不添加相比，产气量分别提高了30.5％、26.1％，产甲烷量(图2)也分别提高了21.7％、51.5％，甲烷含量分别为60％，65％。

[0070] 而同时加入微生物和活性炭的产气量为26mL，相比二者都不添加大大提高了111.5％，产甲烷量为19mL，明显地提高了139％，且甲烷占据了总产气的70％，并且可以使厌氧消化体系的性能恢复到与无抑制条件下的体系相当。该结果表明菌剂和活性炭之间存在协同作用，有助于氨抑制下的厌氧消化过程。而在无抑制剂条件下，与二者都不添加相比，单独加入菌剂或活性炭，以及同时菌剂和活性炭在反应120h后的总产气量分别提高了
12.8％、7.2％、15.9％，甲烷产量分别提高了10.8％、7.3％、13.5％，说明同时加入生物强化菌剂和活性炭也对无抑制下的厌氧消化过程存在促进作用。

[0071] 同时，第一至三组与第四、五组对比可知，在本发明范围下的第一组至第三组的甲烷产量均高于第四、五组的甲烷产量，说明在本发明的范围内，能进一步的提高甲烷产量，更有利于氨抑制下的厌氧消化过程。

[0072] 而反应前后pH(图3)略微下降。氨抑制条件下，反应前后，不加入菌剂和活性炭，单独加入微生物或活性炭以及二者同时加入的NH4+(图4)浓度分别下降了300mg/L、370mg/L、350mg/L、400mg/L，可能是在厌氧消化过程中，微生物利用NH4+作为氮源合成蛋白质、氨基酸等物质以满足自身生长所需。而各体系的0h的TOC(图5)均在1700-2000g/L之间，经过120h后，TOC明显下降。含有5g/LNH4+的体系中，不加入微生物和活性炭，单独加入微生物或活性炭以及二者同时加入的TOC降解率分别为11.7％、12.1％、25.3％、37％，而在无抑制的条件下，各厌氧消化体系的TOC降解率依次为44％、37.2％、41.7％、37.4％。反应起始时，各厌氧瓶中的有机酸浓度在400～450mg/L左右(图6)，经过120小时反应后，氨抑制条件下，不添加活性炭和外源有机酸氧化菌剂，只添加菌剂和只添加活性炭这三组实验的有机酸明显出现积累，乙酸浓度分别增加到了600mg/L、400mg/L和450mg/L，而二者都添加的体系中，乙酸浓度仅有160mg/L，该结论表明氨抑制下，同时加入活性炭和生物强化菌剂更有助于有机酸的降解，而在无抑制条件下，四组实验的有机酸基本已经被完全降解消耗。

[0073] 第一至三组与第四、五组对比可知，第四、五组中在氨抑制条件下，120h后，第一至三组的NH4+浓度的下降量大于第四、五组，同时，经过120h后，第四、五组中乙酸浓度的含量也高于第一至三组的，由此可知，对于本发明而言，在同时加入菌剂和活性炭的情况下，当其加入的含量在本发明的范围内时，才能带来较好的抑制效果，能更有利于有机酸的降解。

[0074] 实施例3

[0075] 生物强化菌剂(AML，PML，AMH，PMH)分别取自实验室稳定运行的以有机酸为唯一碳源的厌氧消化反应器，其VSS含量及反应器来源如表3所示。

[0076] 表3有机酸氧化菌剂的来源及VSS含量

[0077]有机酸氧化菌剂来自反应器 VSS(％)
乙酸氧化菌剂(AML) 中温低稀释率乙酸厌氧消化反应器 0.19
丙酸氧化菌剂(PML) 中温低稀释率丙酸厌氧消化反应器 0.13
乙酸氧化菌剂(AMH) 中温高稀释率乙酸厌氧消化反应器 0.59
丙酸氧化菌剂(PMH) 中温高稀释率丙酸厌氧消化反应器 0.14

[0078] 不同有机酸氧化菌剂组成(无菌剂、AML+PML、AML+PMH、AMH+PMH)对畜禽粪污厌氧消化氨抑制的解除效果。厌氧瓶体积50mL，工作体积为40mL，按照有机负荷0.16g-TOC/(L·d)加入适量的牛粪压榨液。以氨抑制和无抑制作为对照，加入体积为工作体积的10％，混合菌剂(1:1)按照工作体积的10％加入，按照剩余体积加入接种污泥。摇匀后取5mL测量理化性质，实际反应体积为35mL，一共八组，每组设置三个平行样。在37℃，150rpm的摇床中培养120h，期间每隔24h记录一次产气，120h后取出并进行理化性质的测定。

[0079] 根据不同菌剂组成的产气量(图7)发现，在5g/L NH4+的抑制下，混合菌剂组成为AML+PML时，累积产气量相比没有加入生物强化时提高了8.4％，而加入另外两种混合菌剂AML+PMH，AMH+PMH时，累积产气量均无变化，没有起到生物强化的作用。而在未加入抑制剂的对照组中发现，加入混合菌剂后，累积产气均有少量的提高。根据pH的变化(表4)，加入抑制剂的实验组中，0h的pH在7.73-7.83之间，反应终点即120h的pH略微降低，在7.36-7.49之间，在未加入的对照组中，0h的pH为7.94-8.09，而120h的pH为7.49-7.58，反应前后的pH均+高于实验组。NH4浓度反应前后没有明显变化(图8)，甚至还出现略微增加的现象。实验组和对照组(图9)的TOC在0h时均在2200mg/L左右，而120h的反应终点时，TOC明显下降，与此同时产气增加，在抑制条件下，AML+PML混合菌剂的TOC降解率为16.2％，而AML+PMH混合菌剂和AMH+PMH混合菌剂的TOC降解率为13.6％、12.3％。氨抑制条件下，AML+PML和AMH+PMH混合菌剂的乙酸(图10)反应前后下降了200mg/L，而在无抑制条件下，120h时，有机酸基本被降解，相应的其产气也更高。

[0080] 表4不同外源有机酸氧化菌剂组成下的0h和120h的pH

[0081]

[0082] 由AML+PMH组成的混合菌剂，无论有无氨抑制存在，其有机酸降解率是最低的。经过实施例3可证明，抑制条件下AML+PML的效果相对较好，可达到较好的效果。

[0083] 以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种带补水及回流控制的用于有机废弃物处理过程中的余热循环利用方法	2020-05-11	50
一种沼液、酒糟清液资源化处理并回用生产乙醇的方法	2020-05-11	850
一种适合高浓度物料的双室厌氧发酵装置及方法	2020-05-12	139
一种餐厨垃圾的厌氧消化处理设备	2020-05-08	458
一种基于酿酒废弃物的有机基质的制备方法	2020-05-11	631
降血糖功效的植物乳杆菌及其筛选方法和应用药剂及食品	2020-05-11	843
包衣控释肥料及其制备方法	2020-05-12	940
助消化营养保健型红薯发酵饮料及制作方法	2020-05-11	196
产生脂质的方法	2020-05-12	721
一种以空气源为动力的污水处理系统	2020-05-08	365

一种解除厌氧消化反应氨抑制的方法

一种解除厌氧消化反应氨抑制的方法

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：