專利名稱：一種水葫蘆資源化新工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于可再生能源開發(fā)利用與環(huán)境保護領域，具體來說涉及一種利用壓濾處理 提高水葫蘆資源化利用率的方法。
背景技術：
水葫蘆(&'cMoA77/acms沖^5b/m.)，學名鳳眼蓮，雨久花科，俗稱布袋蓮、水荷花、假
水仙，原產(chǎn)地巴西、阿根廷和秘魯?shù)葒?。水葫蘆喜高溫濕潤，在25 35'C下生長速度驚人，
通常在8個月內(nèi)就能從10棵增至60萬棵，是公認的生長最快的植物之一。20世紀30年
代作為飼料從南亞傳入我國，為我國養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展做出了很大的貢獻。隨著我國經(jīng)濟的迅
速發(fā)展混合飼料已逐漸取代水葫蘆，造成水葫蘆的利用率大大降低而逸為野生。同時，水
污染的日益加劇為水葫蘆的快速繁殖提供了充足的營養(yǎng)。目前，我國南部19個省市都存
在嚴重的水葫蘆泛濫問題。由于水葫蘆的入侵改變了當?shù)厮w的各種理化性質，影響了當
地的生物多樣性，孽生蚊蠅。由于水葫蘆的瘋長，堵塞了河道，給航運、發(fā)電、灌溉等造
成了很大影響，水葫戸被列為世界十大害草之一。
由于水葫蘆的快速生長帶來了一系列的問題，但是水葫蘆畢竟是一種水生植物，更是
一種潛在的生物質資源，如何合理有效的利用這種資源是科研工作者嗜待解決的問題。目
前，對水葫蘆資源化利用主要包括以下幾方面飼料、肥料、水體修復、食品、藥用資源
的丌發(fā)、提取有用物質(蛋白質、谷胱甘肽、回收抗氧化體)、厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣等。其中，
水葫蘆飼料化、直接厭氧發(fā)酵和壓濾后堆肥是目前水葫蘆工程化利用最多的3種方式。目
前，由于水葫蘆生長的水體環(huán)境比較復雜，水葫蘆飼料化越來越少；水葫蘆直接厭氧發(fā)酵
存在單位質量干物質產(chǎn)氣量低，同時水葫蘆高達95%左右的含水率降低了厭氧反應器的處
理能力，此外，由于水葫蘆各部位的成分不同，其厭氧產(chǎn)氣差異較大，進而降低了該技術
的經(jīng)濟性；將水葫蘆壓濾后好氧堆肥在技術上沒有任何問題，但是由于好氧堆肥的經(jīng)濟性
遠低于厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣，且將富含易分解有機物的水葫蘆莖好氧堆肥在經(jīng)濟性上沒有優(yōu) 勢。如何提高厭氧反應器的處理能力和水葫蘆的厭氧生物轉化率，最終提高水葫蘆資源化 的經(jīng)濟效益是目前水葫蘆工程化利用急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對目前水葫蘆厭氧發(fā)酵存在的厭氧反應器處理能力低、水葫蘆生物 轉化率低以及厭氧消化工作量大等問題，提供一種不僅方法簡單，而且操作簡便，在保證 厭氧反應器處理能力大幅提高的前提下提高水葫蘆的生物轉化率的方法。
本發(fā)明的目的可以通過以下措施達到
一種水葫蘆資源化新工藝，由水葫蘆預處理、濾液的處理和濾渣的處理三部分構成， 其步驟如下
(1) 分離收集的水葫蘆的根和莖，并分別將根、莖粉碎至濃漿狀；
(2) 分別將濃漿狀物質進行壓濾，得到莖濾渣、根濾渣和根莖壓濾液；
(3) 將根莖壓濾液經(jīng)人工濕地系統(tǒng)處理后排放；
(4) 將莖濾渣中加入?yún)捬醢l(fā)酵接種物后進行厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣，其中厭氧反應器TS 負荷為2.0 6.0% (質量比)，反應溫度為25 55'C;
(5) 將根濾渣用秸稈調節(jié)含水率至55 70% (質量比)、C/N調至25 35后，進行 好氧堆肥。
本發(fā)明的一種水葫蘆資源化新工藝，詳細歩驟如下
(1) 將收集的水葫蘆用機械或人工方式進行根莖分離，分別將分離所得根、莖粉碎，
粉碎后的根和莖均為濃漿狀；
(2) 將步驟(1)所得濃漿狀物質進行壓濾，可得莖和根的濾渣以及莖、根的壓濾液 (即莖濾渣、根濾渣，以及合并莖壓濾液和根壓濾液的根莖壓濾液)；
(3) 將步驟(2)所得莖和根的壓濾液(根莖壓濾液)經(jīng)沉淀池沉淀后，用人工濕地
系統(tǒng)處理后排放；
(4) 將歩驟(2)所得莖濾渣接種厭氧污泥后進行厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣，厭氧反應器TS 負荷為2.0 6.0%，反應溫度為25 55'C。待產(chǎn)氣高峰過后(該階段通常需20 30天)， 將反應器內(nèi)的發(fā)酵物取出，進行下一輪發(fā)酵；
(5) 將步驟(2)所得根濾渣調節(jié)含水率至55 70%后進行好氧堆肥，定期進行通 風或人工翻堆；好氧堆肥的處理周期為30天左右(通常需要25 35天)。
堆肥的原料為根壓濾后的濾渣，厭氧發(fā)酵的原料為莖壓濾后的濾渣。 根莖壓濾液進入人工濕地系統(tǒng)前先經(jīng)過沉淀池進行沉淀處理。人工濕地的進水為根莖 壓濾液經(jīng)沉淀后的出水，避免了濾液中的顆粒物對人工濕地的堵塞，也降低了人工濕地的 處理負荷。本發(fā)明對于沉淀池具體采用何種沉淀處理方法并無要求，只要能夠減少壓濾液中的顆粒物即可。
厭氧發(fā)酵接種物為污水處理廠的厭氧消化污泥、老沼氣池污泥、腐敗河泥、新鮮牛糞 等其中的一種或多種，接種物用量為發(fā)酵物(莖濾渣)干重的5% 30%。 本發(fā)明的有益效果-
1、 工藝簡單，可操作性強。
2、 在保證水葫蘆厭氧發(fā)酵反應器處理能力大幅提高的前提下，大幅提高水葫蘆的厭 氧生物轉化率，單位質量水葫蘆的產(chǎn)氣量大幅提高了 45.99%。
3、 將水葫蘆根和莖分開處理， 一方面提高了厭氧反應器的容積產(chǎn)氣率，另一方面減 少了厭氧處理的工作量，更好的實現(xiàn)了因物而用的思想。
4、 本發(fā)明實現(xiàn)了水葫蘆不同部位的最大利用率，由不同原料的特性進行相應的利用， 既實現(xiàn)了厭氧發(fā)酵、好氧堆肥和人工濕地3種技術的互補，又大大提高了水葫蘆資源化的 經(jīng)濟性。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
圖2為根、根渣和根壓濾液的日產(chǎn)氣量曲線。
圖3為莖、莖渣和莖壓濾液的日產(chǎn)氣量曲線。
圖4為整株、整株渣和整株壓濾液的日產(chǎn)氣量曲線。
具體實施例方式
下面通過實施例對本發(fā)明作進一步的闡述。
實施例
將收集的水葫蘆根莖分離后粉碎至濃漿狀，壓濾，取等量(以干物質計)壓濾后的水 葫蘆整株、根和莖(即整株濾渣、根濾渣和莖濾渣)分別裝入?yún)捬醴磻髦?，加入接種物 (厭氧消化污泥或老沼氣池污泥)進行接種，混合，接種物的加入量為發(fā)酵物干重的5%
30%,向反應器中加水調節(jié)TS負荷至2 6。/。。同時，取等量的水葫蘆整株、根和莖的壓 濾液接種后進行厭氧發(fā)酵，反應器體積為1000mL。封閉發(fā)酵裝置，發(fā)酵裝置的出氣口通 過輸氣管與儲氣裝置連接，反應溫度控制在25 55°C，發(fā)酵過程中通過攪拌裝置對發(fā)酵 物進行攪拌，24h內(nèi)即可產(chǎn)生沼氣。發(fā)酵過程中日產(chǎn)氣量的變化曲線見圖2，圖3和圖4。 經(jīng)過20 30天的發(fā)酵，產(chǎn)氣量明顯下降，當日產(chǎn)氣量低于平均日產(chǎn)氣量的30%時，反應 即可結束，進行新一輪發(fā)酵。
本例中，除根外，水葫蘆莖和整株的濾渣均具有較好的厭氧產(chǎn)氣能力，單位干物質產(chǎn) 氣量分別為330.83 mL/gTS和271.93 mL/g TS。將水葫蘆根莖分離后厭氧發(fā)酵對總產(chǎn)氣量的影響不大，根、莖壓濾后分別厭氧發(fā)酵的總產(chǎn)氣量較水葫蘆整株壓濾后直接厭氧發(fā)酵產(chǎn) 氣量僅提高了7.57%，但將根莖分離處理減少了厭氧消化處理的工作量，提高了厭氧反應 器的處理能力和產(chǎn)氣能力。
水葫蘆各部位壓濾液的產(chǎn)氣能力均較低，200 mL水葫蘆整株、莖和根壓濾液的累積 產(chǎn)氣量分別為96.5、 367和87 mL。水葫蘆壓濾液的COD含量較低(一般為200~ 400mg乇")，將壓濾液厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣的經(jīng)濟價值較低，故先進行沉淀處理后采用人工濕地 系統(tǒng)處理后排放，處理后的出水可達地表水二級排放標準。
水葫蘆根的厭氧消化性能較差，而根的有機質含量為68.62%，揮發(fā)性固體含量為 肌76%，總氮含量為2.18%， C/N為18.26,含水率為87.16%,采用秸稈(稻草、麥秸和 玉米稈等)調節(jié)含水率至55 70%、調節(jié)C/N至25 35后進行好氧堆肥，定時進行機械 通風或人工翻堆。經(jīng)30d的好氧堆肥處理后，堆肥產(chǎn)品的有機質含量為48.65 59. 13%， 總氮含量為2.26 2,45%， ？205含量為1.35 1.54%， K20含量為3. 56 3. 82%。是一種優(yōu) 質的有機肥。
對照實驗
將收集的水葫蘆根莖分離后粉碎，然后裝入?yún)捬醴磻髦?，加入接種物(厭氧消化污
泥或老沼氣池污泥)進行接種，混合，接種物的加入量為發(fā)酵物干重的5% 30%。向混 合料中加水，使反應器的系統(tǒng)TS負荷為2 6n/。。'封閉發(fā)酵裝置，發(fā)酵裝置的出氣口通過 輸氣管與儲氣裝置連接，反應溫度控制在25 55°C，發(fā)酵過程中通過攪拌裝置對發(fā)酵物 進行攪拌，24h內(nèi)即可產(chǎn)生沼氣，當產(chǎn)氣高峰過后，產(chǎn)氣量明顯下降，反應即可結束。結 果見圖2、 3和4。
本例中，發(fā)酵時間為33天，整株、莖和根的累積產(chǎn)氣量分別為3257、4017和954.5 mL， 莖具有最大的產(chǎn)氣能力，莖的單位干物質產(chǎn)氣量達191.29 mL/gTS,而根的單位干物質產(chǎn) 氣量僅為45.45 mL/gTS。將水葫蘆根莖分離后厭氧發(fā)酵對總產(chǎn)氣量的影響不大，根、莖 分別厭氧發(fā)酵的總產(chǎn)氣量較水葫蘆整株直接厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣量僅提高了 8.77%。
對比對照組實驗，將壓濾后的水葫蘆進行厭氧發(fā)酵可以明顯提高水葫蘆的厭氧產(chǎn)氣性 能，壓濾處理后，水葫蘆整株、莖和根的單位干物質產(chǎn)氣量分別提高了 75.33、 72.95和 92.04%。同時，由于壓濾處理大大降低了濾渣的含水率(壓濾前后水葫蘆的TS含量提高 了l倍)，用其進行厭氧發(fā)酵時可大幅提高反應器的有機負荷。將水葫蘆的根莖分離處理 不但減少了厭氧消化的處理量，提高了厭氧反應器的產(chǎn)氣能力，同時可獲得高質的堆肥產(chǎn) 品，具有更大的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。
權利要求
1、一種水葫蘆資源化新工藝，其特征在于該工藝包括如下步驟(1)分離收集的水葫蘆的根和莖，并分別將根、莖粉碎至濃漿狀；(2)分別將濃漿狀物質進行壓濾，得到莖濾渣、根濾渣和根莖壓濾液；(3)將根莖壓濾液經(jīng)人工濕地系統(tǒng)處理后排放；(4)將莖濾渣中加入?yún)捬醢l(fā)酵接種物后進行厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣，其中厭氧反應器TS負荷為2.0～6.0％，反應溫度為25～55℃；(5)將根濾渣用秸稈調節(jié)含水率至55～70％、C/N調至25～35后，進行好氧堆肥。
2、 根據(jù)權利要求l所述的工藝，其特征在于所述的根莖壓濾液進入人工濕地系統(tǒng)前 先經(jīng)過沉淀池進行沉淀處理。
3、 根據(jù)權利要求1所述的工藝，其特征在于所述的厭氧發(fā)酵接種物為污水處理廠的 厭氧消化污泥、老沼氣池污泥、腐敗河泥或新鮮牛糞其中的一種或多種。
4、 根據(jù)權利要求1或3所述的工藝，其特征在于所述的厭氧發(fā)酵接種物的用量為莖 濾渣干重的5% 30%。
5、 根據(jù)權利要求l所述的工藝，其特征在于厭氧發(fā)酵的反應溫度為25 55'C，厭氧 發(fā)酵周期為20 30天。
6、 根據(jù)權利要求l所述的工藝，其特征在于所述的根濾渣進行好氧堆肥時，定期進 行機械通風或人工翻堆。
7、 根據(jù)權利要求l所述的工藝，其特征在于根濾渣好氧堆肥周期為25 35天。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水葫蘆資源化新工藝，該工藝包括分離收集的水葫蘆的根和莖，并分別將根、莖粉碎至濃漿狀；分別將濃漿狀物質進行壓濾，得到莖濾渣、根濾渣和根莖壓濾液；將根莖壓濾液進入人工濕地系統(tǒng)處理后排放；將莖濾渣中加入?yún)捬醢l(fā)酵接種物后進行厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣，其中厭氧反應器TS負荷為2.0～6.0％；將根濾渣用秸稈調節(jié)含水率至55～70％、C/N調至25～35后，進行好氧堆肥。本發(fā)明將水葫蘆根莖分離后分別壓濾，對壓濾后的莖和渣分別采用厭氧發(fā)酵和好氧堆肥的方式進行資源化，不但提高了水葫蘆的產(chǎn)氣性能(產(chǎn)氣量提高了45.99％)，厭氧反應器的處理能力可成倍提高，同時可獲得高品質的堆肥產(chǎn)品，具有很好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。
文檔編號B09B3/00GK101524696SQ20091002936
公開日2009年9月9日 申請日期2009年4月10日 優(yōu)先權日2009年4月10日
發(fā)明者琳 倫, 張繼彪, 方彩霞, 王衛(wèi)平, 艷 羅, 羅興章, 鄒星星, 正 鄭, 陳廣銀, 高順枝 申請人:南京大學