一种秸秆与市政污泥厌氧发酵协同产氢气的处理系统 |
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| 申请号 | CN202122536353.1 | 申请日 | 2021-10-21 | 公开(公告)号 | CN215975774U | 公开(公告)日 | 2022-03-08 |
| 申请人 | 盐城工学院; | 发明人 | 余亚琴; 郑美玲; 苏瑛; 廖钰冰; | ||||
| 摘要 | 本实用新型一种秸秆与市政 污泥 厌 氧 发酵 协同产氢气的处理系统，包括：包括 破碎 机、输送带、 搅拌机 、输送管、培养罐、加热搅拌器、 厌氧反应器 。所述 破碎机 ，包括喂入机构、铡切机构、揉丝 粉碎 机机构。所述加热搅拌器带有红外加热装置、搅拌轴，污泥送入后受热，搅拌轴可搅拌污泥与高 铁 酸 钾 。所述培养罐带有加热装置，可煮沸和驯化污泥。所述搅拌机、培养罐、加热搅拌器与厌氧反应器之间分别通过 提升 泵 、输送管连接，将各自处理好的介质输送至厌氧反应器。所述厌氧反应器内设置有伺服 电机 、加热棒、搅拌 叶片 、 温度 监测器、PH监测器。本实用新型缩短了其厌氧发酵产氢气所需时间，具有制氢成本低，原材料资源化利用的优点。(ESM)同样的 发明 创造已同日 申请 发明 专利 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种秸秆与市政污泥厌氧发酵协同产氢气的处理系统，其特征在于：包括破碎机(1)、输送带(2)、搅拌机(3)、输送管(4)、培养罐(5)、加热搅拌器(7)、厌氧反应器(8)，所述破碎机(1)，包括喂入机构、铡切机构、揉丝粉碎机机构，将喂入的秸秆进行铡切、粉碎；破碎机(1)与搅拌机(3)通过输送带(2)连接，秸秆碎粒通过输送带(2)送至搅拌机(3)，所述搅拌机(3)带有多组叶片，可将NaOH溶液与秸秆碎粒搅拌， |
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| 说明书全文 | 一种秸秆与市政污泥厌氧发酵协同产氢气的处理系统技术领域[0001] 本实用新型属于废弃物再利用领域，具体涉及一种废弃物再利用，通过秸秆与市政污泥厌氧发酵协同产氢气的处理方法及系统。 背景技术[0002] 我国是农业大国，每年产生大量的农业秸秆废弃物。秸秆除用于工业原料、饲料、造肥还田的部分，其余大部分都用作农村家庭取暖、坎事的燃料，热量转换低且污染大气环境。另一方随着我国污水处理厂及污水处理量的不断增长，市政污泥大量生成。而传统的市政污泥处理成本高，需要巨大的费用。 [0003] 生物制氢是一项利用微生物的生理代谢作用分解有机物从而产生氢气的生物工程技术，可以利用有机废弃物获得洁净的氢气，变废为宝，是一种符合可持续发展战略的清洁生产机制。然后，由于秸秆属于木质纤维素类物质，木质纤维素内部结构复杂，木质素和半纤维素以共价键的形式结合成网状结构，形成坚固的屏障，将纤维素包裹在其中，使其结构更为紧密，防止外力和细菌的侵入，其降解必先于纤维素的降解。污泥中大部分有机物是微生物物质，由于微生物细胞壁和细胞膜的天然屏障作用，对这部分有机物进行水解的速率很低，这就限制了污泥中有机质的融出和胞内生物大分子水解为生物可利用的小分子物质，从而降低污泥产氢率。 [0004] 同时，在单一的秸秆和污泥为原料的厌氧发酵产氢过程中，存在营养比例不均衡和秸秆纤维结构难分解和污泥融胞困难的问题。因此，如何解决上述问题是农业秸秆和市政污泥协同厌氧发酵产氢气的关键。实用新型内容 [0005] 针对现有技术所存在的上述不足，本实用新型的目的是提供一种秸秆与市政污泥厌氧发酵协同产氢气的处理方法及系统，将秸秆和市政污泥作为混合基质厌氧发酵产氢气，实现固体废弃物农业秸秆、市政污泥的减量化、资源化、无害化处置。 [0006] 为了实现上述目的，本实用新型提供一种秸秆与市政污泥厌氧发酵协同产氢气的处理方法，包括以下步骤： [0007] 1、秸秆破碎碱处理：取水稻秸秆去杂质，破碎成5mm左右的碎粒；用浓度为0.5％的NaOH溶液对破碎的水稻秸秆碱处理12小时，pH为13±0.5，通过HCL调节pH值至6.5～7.2左右。 [0009] 3、取城市污水处理厂浓缩池的污泥，经过2.0×2.0mm不锈钢筛网过滤去除杂质；将其在100℃下加热30分钟，然后添加培养液培养72小时。培养液(g/L)为:葡萄糖20.0、胰蛋白胨1.0、蛋白胨3.0、牛肉膏2.0、酵母汁1.0、2‑半胱氨酸0.5、NaCl 3.0、MgCl2 0.1、FeCl2 0.1、K2HPO4 2.5，微量元素各10ml/L。重复加热驯化培养三次，使污泥中产甲烷菌失活，产氢菌成为接种污泥的优势菌群。 [0010] 4、预处理后的水稻秸秆和市政污泥以4：1的比例投加到厌氧反应器，接种驯化过的污泥，同时投加适量的纤维素酶(水稻秸秆重量的5％)进应厌氧发酵产氢气。维持反应器内温度为35±2℃，消化时间5d。厌氧消化过程中搅拌频率为100r/min。反应过程中监测pH通过添加HCL溶液、NaOH溶液维持反应器中pH在4.5～6.0左右，产氢率在45mL/gVS左右。 [0012] 所述破碎机，包括喂入机构、铡切机构、揉丝粉碎机机构，将喂入的秸秆进行铡切、粉碎；破碎机与搅拌机通过输送带连接，秸秆碎粒通过输送带送至搅拌机，所述搅拌机带有多组叶片，可将NaOH溶液与秸秆碎粒搅拌， [0013] 所述加热搅拌器带有红外加热装置、搅拌轴，污泥送入后受热，搅拌轴可搅拌污泥与高铁酸钾， [0014] 所述培养罐带有加热装置，可煮沸和驯化污泥， [0017] 本实用新型的有益效果： [0018] 1、通过破碎‑碱联合预处理农业秸秆，使秸秆细胞壁天然屏障受到破坏，添加的纤维素酶对纤维素和半纤维素水解的速率得到提高，促进后续厌氧消化过程中微生物对纤维素、半纤维素的分解； [0019] 2、通过加热及高铁酸钾氧化处理市政污泥，可以破坏微生物细胞壁和细胞膜的天然屏障作用，促进污泥中有机质的融出； [0020] 3、经过对接种污泥进行驯化培养，接种污泥中不含有耗氢菌群，而优势的菌群主要是梭菌属(主要为丁酸梭菌)的混合产氢菌群； [0021] 4、以3：1～6：1的比例投加预处理过的水稻秸秆和市政污泥，使反应基质的碳氮比在12～17左右，从而使产氢菌生长和代谢所必须的营养元素碳和氮在最佳范围内，有效避免单一污泥发酵造成的氨氮抑制问题。附图说明 [0022] 图1为本实用新型所述的秸秆与市政污泥厌氧发酵协同产氢气的处理方法的过程示意图； [0023] 图2为本实用新型所述的秸秆与市政污泥厌氧发酵协同产氢气的处理系统的原理示意图。 [0024] 图中：1、破碎机；2、输送带；3、搅拌机；4、输送管；5、培养罐；6、提升泵；7、加热搅拌器；8、厌氧反应器；801、温度监测器；802、PH监测器；803、加热棒。 具体实施方式[0025] 下面结合附图和具体实施例详细描述一下本实用新型的具体内容。 [0026] 如图1所示，一种秸秆与市政污泥厌氧发酵协同产氢气的处理方法，其特征在于：包括以下步骤： [0027] S1.秸秆破碎， [0029] S2.秸秆加碱， [0030] 将步骤(1)中的秸秆加入浓度为5％～10％的NaOH，使其pH维持在13±0.5，反应12小时。 [0031] 经过步骤S1、S2，将秸秆破碎及碱预处理，破坏秸秆木质素对纤维素和半纤维素的包裹密封，使其释放到溶液中，同时破坏纤维素分子的晶体排列，缩短后续秸秆厌氧发酵产氢气反应时间，提高产气效率。 [0032] S3.秸秆匀质， [0033] 将S2步骤中所产生的秸秆用HCL调节pH值至6.5～7.2； [0034] S4.污泥去杂质， [0035] 将取自城市污水处理厂浓缩池的污泥，经过2.0×2.0mm不锈钢筛网过滤去除杂质； [0036] S5.污泥加热， [0037] 将S4步骤的污泥，在100℃下加热60分钟； [0038] S6.污泥氧化， [0039] 将S5步骤的污泥添加适量的高铁酸钾氧化处理，高铁酸钾量为0.15～0.20g/g TSS。 [0040] 经过步骤S5、S6将市政污泥加热，高铁酸钾氧化处理，有效地裂解污泥胞外聚合物和微生物细胞，将丰富的有机物释放到污泥的液相中，提高液相中可溶性多糖和蛋白的浓度。 [0041] S7.污泥驯化， [0042] 步骤S4步骤至节拍美环的污泥煮沸30分钟后，添加液体培养基驯化培养72小时，反复3次. [0043] 经过步骤S7将市政污泥驯化，煮沸30min使产甲烷菌失活，然后添加液体培养基驯化培养污泥，使污泥中的产氢菌群成为优势菌群。 [0044] S8.中温厌氧消化， [0045] 将S3步骤的秸秆和步骤S6的污泥以3：1～6：1的比例投加到厌氧反应器，接种S7步骤驯化过的污泥，同时投加适量的纤维素酶，纤维素酶重量为秸秆重量的5％～10％，进入厌氧发酵产氢气， [0046] 维持反应器内温度为35±2℃，消化时间3～5d；厌氧消化过程中采用机械搅拌的形式进行搅拌，搅拌频率为100～150r/min，通过添加HCL溶液、NaOH溶液维持反应器中pH在4.5～6.0左右。 [0047] 以3：1～6：1的比例投加到厌氧反应器，主要优化反应底物的碳氮比，提高产氢效能。将反应过程中pH值调至4.5～6.0左右，使其反应生境处于适合产氢菌群生存的最佳pH范围。采用机械搅拌用于的秸秆与市政污泥厌氧发酵产氢气，起到均质物料，防止物料上浮的作用。 [0048] 相应地，如图2所示，公开一种秸秆与市政污泥厌氧发酵协同产氢气的处理系统，包括破碎机1、输送带2、搅拌机3、输送管4、培养罐5、加热搅拌器7、厌氧反应器8，[0049] 所述破碎机1，包括喂入机构、铡切机构、揉丝粉碎机机构，将喂入的秸秆进行铡切、粉碎；破碎机1与搅拌机3通过输送带2连接，秸秆碎粒通过输送带2送至搅拌机3，所述搅拌机3带有多组叶片，可将NaOH溶液与秸秆碎粒搅拌， [0050] 所述加热搅拌器7带有红外加热装置、搅拌轴，污泥送入后受热，搅拌轴可搅拌污泥与高铁酸钾， [0051] 所述培养罐5带有加热装置，可煮沸和驯化污泥， [0052] 所述搅拌机3、培养罐5、加热搅拌器7与厌氧反应器8之间分别通过提升泵6、输送管4连接，将各自处理好的介质输送至厌氧反应器8， [0053] 所述厌氧反应器8内设置有伺服电机、加热棒803、搅拌叶片、温度监测器801、PH监测器802，所述温度监测器801、PH监测器802通过PLC模块与加热棒803、显示器连接。 [0054] 本实用新型的工作原理： [0055] 本实用新型的关键技术包括以下几方面： [0056] 1、采用碱预处理秸秆。通过碱处理中的OH—，可以破坏秸秆木质素，使纤维素和半纤维素融出，同时破坏纤维素分子的晶体排列，便于后续厌氧发酵产氢气；采用水稻秸秆破碎至5mm，经过浓度0.5％NaOH处理，pH维持在13±0.5，反应12小时。纤维素、半纤维素化率达到70％～80％； [0057] 2、采用加热，高铁酸钾氧化处理市政污泥。取城市污水处理厂污泥浓缩池的污泥经过加热及高铁酸钾氧化处理，通过加热及氧化处理可以有效地裂解污泥胞外聚合物和微生物细胞，提高市政污泥液相中可溶性蛋白等有机质的比例，污泥中液相中有机质成分浓度提高了20％～45％； [0058] 3、采用农业秸秆、市政污泥作为混合基质协同厌氧发酵产氢。将秸秆和市政污泥联合发酵产氢可以调节原来单一农业秸秆、市政污泥碳氮比，使其处于适宜范围内，提高产氢效率； [0059] 4、接种富集产氢菌群的接种污泥，提高产氢效率；采用中温厌氧消化农业秸秆和市政污泥，调节反应过程的pH在4.5～6.0左右，维持厌氧发酵制氢的适宜的温度、pH值。将上述的混合反应基质及适量的纤维素酶(水稻秸秆重量的5％)投加到厌氧发酵罐中，接种20％接种污泥厌氧发酵产氢气。维持反应器内温度为35±2℃，搅拌频率为100～150r/min，维持反应器中pH在4.5～6.0左右。消化时间3～5d，产氢率在35～50mL/gVS。 [0060] 综上所述，本实用新型对农业秸秆及市政污泥废弃物进行预处理，提高了其产氢效率，缩短了其厌氧发酵产氢气所需时间，具有制氢成本低，原材料资源化利用的优点。 [0061] 以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施方式只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并加以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。 |
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