專利名稱：一種利用微藻優化混合厭氧發酵的方法
技術領域：
本發明屬于環境工程技術領域，具體涉及一種利用微藻優化混合厭氧發酵的方法。
背景技術：
困擾厭氧發酵工藝發展的兩大難題就是沼氣品位提升和沼液凈化。各地厭氧發酵裝置因進料品質、工藝方法和操作技術條件等因素的限制，所產沼氣品位低下，CH4含量僅在40%-75%，而CO2含量達到了 15%-60%，其它微量氣體的組成為H20 5%_10%、H2SO. 005%-2%、硅氧烷 0-0. 02%、鹵代烴 V0C<0. 6% 、NH3〈1%、O2 0-1%, C0〈0. 6% 和 N2 0-2% 沼氣技術發展的一個最新方向是利用沼氣制取生物甲燒氣(Biomethane),即通過一定的技術手段將沼氣提純和凈化。其過程主要是將沼氣中的C02分離去除，從而得到高純度的CH4氣體一生物甲烷氣。生物甲烷氣可以直接替代傳統的化石燃料來源天然氣，用作發動機燃料、發電或居民生活燃料。而生物甲烷氣則要求達到高于95%-97%的CH4含量和低于1%_3%的CO2含量，才可用于代替天然氣。同時，輸氣管線技術規程也要求生物甲烷氣的CO2含量必須低于3% ;車用燃料生物甲烷氣則要求結合的CO2N2含量小于1. 5%-4. 5%。已有的針對發酵工藝或者裝置的改進和改良方法，因難以適應現有發酵設備的需求而難以推廣。研究較多的針對沼氣本身的品位提升方法主要包括物理化學吸附；變壓吸附(PSA，PressureSwing Adsorption)和真空旋轉吸附(VSA, Vacuum Swing Adsorption);膜分離；深冷分離；生物甲烷濃縮。它們的顯著缺點就是吸附劑使用費用較高，工藝復雜和效果不穩定。同時，厭氧發酵裝置會產生大量的高負荷污染物沼液，其富含了發酵原料中的絕大部分營養物，化學需氧量C0D、總磷TP和總氮TN分別達到了 5749. 06± 106. 21 mg L'50.8±10. 19mg L—1和1206. 25±74. 95 mg L'如何資源化利用這些沼液避免對環境造成不利影響，特別是在處理沼液污染物時不產生新的污染物，是破解厭氧發酵工藝的關鍵。利用微藻超高的光合作用能力和對環境的廣泛適應性，則可以同時解決困擾厭氧發酵工藝發展的沼氣品位提升和沼液凈化這兩個難題。微藻對于光的利用能力非常強，一般高等植物的光能利用率通常是5%飛％，而藻的光能利用率高達18%，光合效率達43%，是一般農作物的3倍和1. 4倍以上。超高的光能利用率和光合效率決定了其對CO2的超強吸收能力和對培養液中營養物質的高效攝取能力。利用微藻的光合作用吸收沼氣中的CO2和發酵混合液中的碳氮磷等營養物質，從而使其在提升沼氣品位的同時也降低了排出沼液的污染物負荷，可以實現優化混合厭氧發酵工藝的目的。
發明內容
本發明的目的在于提供一種簡便易行、經濟效益好的利用微藻優化混合厭氧發酵的方法。本發明提供的利用微藻優化混合厭氧發酵的方法，其具體為
向厭氧發酵罐中接種微藻； 在厭氧發酵罐中安裝人工光源，或者采用頂部為透明的厭氧發酵罐，利用自然光源；
向厭氧發酵罐中加入固體氧氣吸附劑，進行厭氧發酵。其中，
所述的接種微藻采用的是小球藻sp.,其在接種前已經經過多次馴化,具有極好的耐受高濃度CO2和CH4的能力。其通過光合作用吸收沼氣中的CO2和厭氧發酵罐中的發酵混合液中的碳氮磷等營養物質，從而使其在提升沼氣品位的同時也降低了排出沼液的污染物負荷，最終達到優化混合厭氧發酵工藝的目的。所述厭氧發酵罐中的厭氧發酵為濕式混合厭氧發酵反應，采用的原料包括秸桿、畜禽糞便和廚余垃圾。所述的人工光源為LED燈，作為接種微藻的光能來源；或者將發酵罐頂部采用透光的聚酯玻璃，從而利用自然光源。所述的固體氧氣吸附劑，吸收微藻光合作用時產生的O2和呼吸作用后剩余的02，從而保證發酵罐的厭氧環境。本發明中向發酵罐子中加入的固體氧氣吸附劑并不和發酵液相接觸，而是置于發酵罐頂部出氣口處，使得吸附劑可以遠離發酵混合液和微藻，避免了吸附劑過多吸收微藻周圍的O2，影響微藻的呼吸作用，也減少了吸附劑失效的可能。本發明在發酵產氣期間每天取樣檢查發酵罐中微藻的生長情況，當微藻生長進入衰亡期時要盡快接種新的微藻到發酵液中。本發明并不收獲在發酵罐中死亡的微藻，而是任其和其它發酵原料一起混合厭氧發酵，這樣就大大節省了收獲微藻的費用。本發明方法可以顯著提高發酵裝置所產沼氣的品位，降低發酵后所產沼液的污染物負荷，且具有簡單易行、操作方便和經濟效益好的優點。
圖1厭氧發酵罐裝置示意圖。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明進行詳細的說明
實施例1
一種利用微藻優化混合厭氧發酵的方法。擬建立一個秸桿和豬糞混合厭氧發酵裝置，其中安裝了 LED植物燈作為人工光源，光照強度為500 Lux，光暗比為12h/12h，溫度控制在30°C ;并且在發酵罐的出氣口處裝設了氧氣吸附劑(圖1)。氧氣吸附劑采用厭氧發酵常用的產品。向發酵罐中接種經過馴化的小球藻sp.，使得初始接種密度達到400±21.35 mg L—1。經過5天時間，可以看到沼氣品位不斷提升，在第三天基本達到生物甲烷氣的要求，沼氣中CH4含量穩定在89. 52±5. 50% ;發酵所產沼液污染物負荷去除率也保持穩定，最終沼液COD、TN和TP污染物去除率分別達到了 84. 36 ±9. 12%、87. 15 ±11. 60%和78. 59 ±9. 36%ο實施例2
一種利用微藻優化混合厭氧發酵的方法。擬建立一個畜禽糞便混合厭氧發酵裝置，其中發酵罐采用聚酯玻璃設計，使得陽光可以投進發酵罐內，反應器溫度控制在30°C ;并且在發酵罐的出氣口處裝設了氧氣吸附劑(圖1)。氧氣吸附劑采用厭氧發酵常用的產品。向發酵罐中接種經過馴化的小球藻sp.,使得初始接種密度達到350± 13. 28 mg L'經過5天時間，可以看到沼氣品位不斷提升，在第三天基本達到生物甲烷氣的要求，沼氣中CH4含量穩定在86. 19±7. 82% ;發酵所產沼液污染物負荷去除率也保持穩定，最終沼液COD、TN和 TP 污染物去除率分別達到了 81. 02±13· 75%,84. 38±10. 62% 和 75. 91 ±8. 07%。
權利要求
1.一種利用微藻優化混合厭氧發酵的方法，其特征在于具體步驟為向厭氧發酵罐中接種微藻；在厭氧發酵罐中安裝人工光源，或者采用頂部為透明的厭氧發酵罐，利用自然光源；向厭氧發酵罐中加入固體氧氣吸附劑，進行厭氧發酵。
2.根據權利要求1所述的利用微藻優化混合厭氧發酵的方法，其特征在于所述的微藻采用的是小球藻sp.，其在接種前已經經過多次馴化，具有極好的耐受高濃度 CO2和CH4的能力。
3.根據權利要求1所述的利用微藻優化混合厭氧發酵的方法，其特征在于所述的厭氧發酵為濕式混合厭氧發酵反應，采用原料包括秸桿、畜禽糞便和廚余垃圾。
4.根據權利要求1所述的利用微藻優化混合厭氧發酵的方法，其特征在于所述的人工光源為LED燈。
5.根據權利要求1所述的利用微藻優化混合厭氧發酵的方法，其特征在于所述的固體氧氣吸附劑并不和厭氧發酵罐中的發酵液相接觸，而是置于厭氧發酵罐頂部出氣口處，使得該吸附劑遠離發酵液和微藻。
全文摘要
本發明屬于環境工程技術領域，具體為一種利用微藻優化混合厭氧發酵的方法。本發明包括在厭氧發酵罐中安裝人工光源或使用自然光源，并且接種適量的微藻，使其在生長過程中通過光合作用吸收沼氣中的CO2，從而提高沼氣出氣中CH4的相對比例，提升沼氣品位；微藻在生長過程中，不僅利用沼氣中的CO2作為碳源，還將發酵混合液作為培養基質，吸收其中的碳氮磷等營養物質，從而降低發酵排出沼液的污染負荷；同時向發酵罐子中加入固體氧氣吸附劑，吸收微藻光合作用時產生的O2和呼吸作用后剩余的O2，從而保證發酵罐的厭氧環境。本發明方法可以顯著提高發酵裝置所產沼氣的品位，降低發酵后所產沼液的污染物負荷，且具有簡單易行、操作方便和經濟效益好的優點。
文檔編號C12N1/12GK103007738SQ20121054249
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月14日 優先權日2012年12月14日
發明者鄭正, 顏誠, 羅興章, 張麗, 錢俊成, 王東 申請人:復旦大學