專利名稱：一種以藍(lán)藻為原料生產(chǎn)沼氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種以藍(lán)藻為原料生產(chǎn)沼氣的方法，屬于廢物資源化處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
從20世紀(jì)30年代首次發(fā)現(xiàn)湖泊富營養(yǎng)化現(xiàn)象到現(xiàn)在，全世界已有30% -40%的湖泊和水庫受到不同程度富營養(yǎng)化的影響。而我國大部分城市湖泊水體的污染均是富營養(yǎng)化問題，且富營養(yǎng)化程度很高，據(jù)報道已達90%。中國工程院院士、中國環(huán)境科學(xué)研究院研究員劉鴻亮列出的一組數(shù)據(jù)自1980年以來，在我國被污染的湖泊類型已從城市小湖泊發(fā)展到一些大中型湖泊，被污染的湖泊面積也從最初的135平方公里激增至14000平方公里， 且此趨勢仍在不斷加劇。2007年5月底，太湖藍(lán)藻的爆發(fā)引起無錫市近200萬居民的飲用水危機，湖泊的藍(lán)藻問題再次進入公眾的視線。因此，如何處置日益增多的藍(lán)藻水成了重要而緊迫的現(xiàn)實問題。被打撈出來的藍(lán)藻需要資源化處置，國內(nèi)外藍(lán)藻的利用方式主要有提取天然色素、提取胞外多糖、提取藻膽蛋白、制作有機肥料、提取生理活性物質(zhì)、發(fā)酵產(chǎn)沼氣、生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白以及制作生物柴油等。在眾多利用方式中，最安全的辦法是以經(jīng)過破碎的藍(lán)藻水為發(fā)酵原料通過厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣，沼氣發(fā)電或者直接燃燒加以利用，沼渣沼液還田，或者將沼渣開發(fā)成飼料或者有機肥料。但是存在沼氣轉(zhuǎn)化率低以及沼氣含硫量較高等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種藍(lán)藻資源化利用的方法，具體而言是將將破碎得到藍(lán)藻水與豬糞混合，中溫厭氧消化，收集經(jīng)脫硫處理的沼氣，產(chǎn)生的殘渣作為肥料。所述藍(lán)藻水是藍(lán)藻經(jīng)過超聲波破碎得到，將藍(lán)藻水和豬糞在ABR反應(yīng)器中混合， 然后通入N2造成厭氧狀態(tài)，中溫(35°C左右)發(fā)酵，在反應(yīng)器中，間斷性地定期添加經(jīng)過超聲破碎后的藍(lán)藻水，測定排出物料的MLSS、MLVS、消化產(chǎn)生氣體的量以及氣體中CH4、H2的濃度，直至反應(yīng)器進入穩(wěn)定運行狀態(tài)。所述豬糞是無錫市南陽農(nóng)畜業(yè)有限公司的養(yǎng)豬場取來的新鮮豬糞及豬糞尿混合物。本發(fā)明有益效果如下1)自身耗能低，冬季僅耗用自身產(chǎn)生的能量10 15% (而傳統(tǒng)濕法要耗用30% 左右的能量)。2)將藍(lán)藻用超聲破碎法進行破碎后，將得到的藍(lán)藻水與豬糞混合比直接將藍(lán)藻與豬糞混合的均勻，使的厭氧消化更充分，傳質(zhì)更好。3)ABR反應(yīng)器能發(fā)揮產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌群與產(chǎn)甲烷菌群的協(xié)同作用，即可實現(xiàn)對基質(zhì)的梯級利用，從而有望大幅度提高單位基質(zhì)的發(fā)酵氣轉(zhuǎn)化率。4)沼氣質(zhì)量高(含硫量低于濕法沼氣，在50 300ppm，可不經(jīng)洗氣直接供沼氣發(fā)動機使用)，發(fā)酵物出氣率高。
5)發(fā)酵剩余物無濕法發(fā)酵的沼液，不用脫水處理，發(fā)酵剩余物經(jīng)簡單的過篩和短時間的堆肥即可用作園林肥料或農(nóng)作物肥料，因而存儲和后處理費用低，價值高。6)藍(lán)藻水發(fā)酵工藝的初期投資、運營成本和環(huán)境成本都應(yīng)遠(yuǎn)低于濕法技術(shù)(降低 30 40%以上)。


圖1藍(lán)藻水和豬糞混合發(fā)酵產(chǎn)沼氣技術(shù)路線2預(yù)處理前后產(chǎn)氣量及甲烷含量比較圖3預(yù)處理前后產(chǎn)氣時間的比較圖4藍(lán)藻水與豬糞厭氧消化的產(chǎn)氣量圖5藍(lán)藻水與豬糞厭氧發(fā)酵的氫氣含量圖6藍(lán)藻水與豬糞厭氧發(fā)酵的甲烷含量
具體實施例方式實施例1藍(lán)藻的預(yù)處理如圖2所示，當(dāng)直接將藍(lán)藻與豬糞混合時，產(chǎn)氣量最大能達到1125mL，此時甲烷含量為50%，但同種條件下，將經(jīng)過超聲破碎的藍(lán)藻水與豬糞混合時，產(chǎn)氣量最大能達到1500mL，是藍(lán)藻與豬糞混合時產(chǎn)氣量的1.3倍，甲烷含量能達到65 %，也比前者增加了 15%。如圖3所示，當(dāng)直接將藍(lán)藻與豬糞混合時，ABR反應(yīng)器在運行一個星期后才開始明顯產(chǎn)氣，運行20天左右才能幾乎反應(yīng)完全；但是同種條件下，將經(jīng)過超聲破碎預(yù)處理的藍(lán)藻水與豬糞混合時，ABR反應(yīng)器在運行四天后就能明顯產(chǎn)氣，經(jīng)過一個星期后幾乎能反應(yīng)完全。超聲波預(yù)處理的目的是破壞藍(lán)藻的固有結(jié)構(gòu)，使盡可能多的固定水變成自由流動的介質(zhì)水，起到降黏效果。這主要是因為藍(lán)藻的細(xì)胞壁與真核藻類差別較大，其細(xì)胞壁與革蘭氏陰性細(xì)菌相似，主要成分為肽聚糖，這種糖類結(jié)構(gòu)受到超聲波作用時變質(zhì)，破碎，釋放出由于細(xì)胞本身和細(xì)胞團聚固定的水，降低含水藍(lán)藻的表觀黏度。由此可見，經(jīng)過超聲波預(yù)處理后，將藍(lán)藻水與豬糞混合，能更好的降解其有機質(zhì)含量，實現(xiàn)減量化。本發(fā)明采用的超聲波預(yù)處理方法的條件是頻率為40KHz，超聲破碎儀持續(xù)間接超聲破碎60min，使得藍(lán)藻變成藍(lán)藻水，讓細(xì)胞有機質(zhì)最大限度地溶解在水中，為后續(xù)的厭氧反應(yīng)提供很好的底物。實施例2藍(lán)藻水和豬糞混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的整個過程，在四格室折流板反應(yīng)器(ABR反應(yīng)器)中完成，在反應(yīng)器中將藍(lán)藻水和豬糞混合，然后通入隊造成厭氧狀態(tài)，中溫(35°C 左右)發(fā)酵，在反應(yīng)器中，間斷性地定期添加經(jīng)過超聲破碎后的藍(lán)藻水，測定排出物料的 MLSS、MLVS、消化產(chǎn)生氣體的量以及氣體中CH4、H2的濃度，直至反應(yīng)器進入穩(wěn)定運行狀態(tài)。實施例3采用四格室折流板反應(yīng)器，當(dāng)藍(lán)藻水豬糞物料比為4 1時，ABR反應(yīng)器第三格室的產(chǎn)氣量最大，為20. lL/d，其他各室產(chǎn)氣情況見附圖4，產(chǎn)氫氣情況見附圖5，產(chǎn)甲烷情況見附圖6。
實施例4當(dāng)藍(lán)藻水豬糞物料比為8 1時，四個格室產(chǎn)氣量見附圖3，產(chǎn)氫氣情況見附圖5， 產(chǎn)甲烷情況見附圖6。實施例5當(dāng)藍(lán)藻水豬糞物料比為1 1時，四個格室產(chǎn)氣量見附圖4，產(chǎn)氫氣情況見附圖5， 產(chǎn)甲烷情況見附圖6。實施例6當(dāng)藍(lán)藻水與豬糞物料比為4 1時，測定處理前后四個格室中藻毒素含量的變化， 結(jié)果見表1。藻毒素的降解情況是解決藍(lán)藻問題的關(guān)鍵，自然存放狀態(tài)下藻毒素降解非常緩慢。由表1可知，發(fā)酵前藍(lán)藻水混合厭氧發(fā)酵的藻毒素含量分別為378μ g/L、346y g/L、 234 μ g/L、208 μ g/L，但是發(fā)酵結(jié)束后藻毒素含量已經(jīng)低于儀器的檢測下限5 μ g/L，說明藻毒素在厭氧狀態(tài)下的降解速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自然存放的降解速率。因此，可將藍(lán)藻發(fā)酵產(chǎn)沼氣后的沼液、沼渣作為肥料用于花木、林地等，這表明，藍(lán)藻水與豬糞混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣不僅可以實現(xiàn)打撈后藍(lán)藻處置過程的無害化、減量化以及資源化，還可以將沼氣發(fā)酵后的沼液沼渣作為肥料。表1藍(lán)藻與豬糞混合厭氧發(fā)酵藻毒素變化
藻毒素含量(昭/L)第一格室第二格室第三格室第四格室發(fā)酉孝前378346234208發(fā)酉孝后<5<5<5<5 注表1顯示的在物料比為4 1時的藍(lán)藻與豬糞混合厭氧發(fā)酵藻毒素變化。
權(quán)利要求
1.一種以藍(lán)藻為原料生產(chǎn)沼氣的方法，其特征在于，將破碎得到藍(lán)藻水與豬糞混合，中溫厭氧消化，收集經(jīng)脫硫處理的沼氣，產(chǎn)生的殘渣作為肥料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，厭氧消化發(fā)生在四格室折流板反應(yīng)器中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述藍(lán)藻水中藍(lán)藻的TS為3.95%, VSS為 3. 46%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，藍(lán)藻水與豬糞的質(zhì)量比為8 1到1 1之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述中溫厭氧消化的溫度為35°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述從藍(lán)藻水與豬糞的質(zhì)量比為8 1到 1 1，其厭氧消化的時間總共為2個月左右。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述豬糞來源于養(yǎng)豬場取來的新鮮豬糞及豬糞尿混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述藍(lán)藻水的破碎采用超聲波破碎的方法， 頻率為40KHz，使用超聲破碎儀持續(xù)間接超聲破碎60min。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，四格室折流板反應(yīng)器調(diào)試方法如下在反應(yīng)器中將藍(lán)藻水和豬糞混合，然后通入隊造成厭氧狀態(tài)，中溫35°C發(fā)酵，在反應(yīng)器中，間斷性地定期添加經(jīng)過超聲破碎后的藍(lán)藻水，測定排出物料的MLSS、MLVS、消化產(chǎn)生氣體的量以及氣體中CH4、&的濃度，直至反應(yīng)器進入穩(wěn)定運行狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種以藍(lán)藻為原料生產(chǎn)沼氣的方法，屬于廢物資源化處理技術(shù)領(lǐng)域。是將破碎得到藍(lán)藻水與豬糞混合，采用ABR反應(yīng)器，中溫厭氧消化，收集經(jīng)脫硫處理的沼氣，產(chǎn)生的殘渣作為肥料，最終實現(xiàn)太湖藍(lán)藻的減量化、無害化與資源化處理，并獲得較高的沼氣產(chǎn)率，提高太湖藍(lán)藻的利用價值。
文檔編號C12P5/02GK102382860SQ201110361870
公開日2012年3月21日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者徐衛(wèi)東, 荊政, 顧楊 申請人:江蘇商達水務(wù)有限公司