一种厌氧发酵的增效方法与流程

本发明属于环境工程技术领域，特别涉及一种厌氧发酵的增效方法。

背景技术：

在处理固体废弃物时，采用厌氧发酵技术可以实现固体废弃物的减量化、资源化和无害化，能够得到沼气能源回用于生活，而沼气中最有利用价值的组分为甲烷，约占比例为50％-70％，是优质的气体燃料。现有技术中在厌氧发酵的增效研究中，主要采用的是通过投加生物炭、gac等非生物导电材料，实现厌氧发酵系统的增效，但是这种方法中投加的介质在反应结束后无法进行有效的回收利用，造成材料的浪费。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种厌氧发酵的增效方法，通过投加磁性生物炭，既可以对厌氧发酵起到增效目的，而且可以在反应结束对投加的磁性生物炭进行回收利用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种厌氧发酵的增效方法，其特征在于，在厌氧发酵中，将磁性生物炭投加到厌氧发酵系统内，定期对产气量和气组进行检测(记录检测值)，基质消耗完后，在排除消化液时，回收消化液内的磁性生物炭。

具体可使用磁铁等吸引体系内的磁性生物炭就可以使得消化液内的磁性生物炭继续留在体系，排除放应完的消化液，投加新的基质后可以继续发挥磁性生物炭的作用。

所述磁性生物炭通过水热法合成制备：在氮气保护下，将生物炭加至超纯水中，震荡后得到悬浊液，依次向悬浊液中加入fecl3·6h2o、feso4·7h2o和乙酸钠，之后水浴加热，将合成的黑色固体置于烧杯中清洗，在烧杯旁放置磁铁，固体会被吸附到烧杯边缘靠近磁铁位置，将水倒出，重复清洗数次，经真空干燥后备用。

所述超纯水用量为50ml，生物炭用量为0.3g，fecl3·6h2o用量为0.38g，feso4·7h2o用量为0.24g，乙酸钠用量为0.30g，水浴加热温度为90℃。

所述生物炭的制作方法是将含炭固体废弃物置于500℃缺氧环境中，控制升温幅度为10-15℃/min，温度达到500℃后维持2h，降温后过筛，孔径控制在0.25mm-1mm之间，干燥储存备用。

所述含炭固体废弃物为木屑。

所述磁性生物炭的投加量为1-20g/l。

所述厌氧发酵系统的基质为餐厨垃圾和剩余污泥按湿重比的4:1配置而成。

所述厌氧发酵系统温度为30-38℃。

所述磁性生物炭在厌氧发酵反应结束后，利用磁铁置于排泥口对体系内的磁性生物炭进行回收重复利用。具体是使用磁铁吸引体系内的磁性生物炭，使得消化液内的磁性生物炭继续留在体系，排除放应完的消化液，投加新的基质后可以继续发挥磁性生物炭的作用。

所述磁性生物炭的投加方式为一次投加或多次投加。

本发明专利的优点主要体现在：①磁性生物炭在发酵结束后可以进行回收利用；②磁性生物炭利用固废制备，可实现固废循环利用；③效果显著，甲烷产率高。

相比现有处理方法，可以显著提高甲烷发酵的效率，同时实现磁性生物炭的回收利用。所需的磁性生物炭可自行制备，价格低廉且容易获得，对厌氧发酵系统起到增效作用又实现循环利用，对经济和环境具有双重效益。

附图说明

图1投加磁性生物炭累计产甲烷量变化图。

具体实施方式

为使本发明的实施方法更为清楚易懂，下面结合具体实例，对本发明作进一步的阐述。

将本发明应用在厌氧发酵系统，取得了良好效果，具体实施方式如下：在厌氧发酵开始阶段，像反应系统内投加磁性生物炭，并定期对产气量进行检测。采用本发明进行厌氧发酵的增效实验研究，同时设置不加磁性生物炭的平行对照组，具体步骤如下。

(1)制备磁性生物炭：木屑放入坩埚中，压实减少木屑间孔隙，加盖后，将木屑等固体废弃物置于500℃缺氧环境中，控制升温幅度为10-15℃/min，温度达到500℃后维持2h，降温后过筛，孔径控制在0.25mm-1mm之间，干燥储存备用；赋磁过程具体步骤为，取超纯水50ml，加入生物炭0.3g，震荡混匀后，依次向悬浊液中加入0.38gfecl3·6h2o，0.24gfeso4·7h2o，加入0.30g乙酸钠，之后置于90度下水浴4h，上述过程均应在氮气保护下进行，将合成的黑色固体置于烧杯中用蒸馏水清洗，在烧杯旁放置磁铁，固体会被吸附到烧杯边缘靠近磁铁位置，将水倒出，重复清洗数次，经真空干燥后备用。

(2)发酵基质及厌氧种泥准备：本研究采用的基质为餐厨垃圾和剩余污泥，餐厨垃圾模拟现实餐厨垃圾组分，具体成分为大米(15％)、面条(10％)、土豆(20％)、白菜(20％)、胡萝卜(13.8％)、猪肉(10％)、鸡肉(2％)、鸡蛋(5％)、油(1％)、盐(0.2％)，剩余污泥取自污水厂二沉池脱水后污泥，餐厨垃圾和剩余污泥按湿重比的4:1配置而成。在破壁料理机中将混合基质粒径破碎至1mm以下，混合均匀，通过加水控制基质的ts为9.5％-10％。厌氧种泥可取自污水厂中温消化反应器。种泥和基质相关参数见表1。

表1.污泥共发酵基质组分及性质

(2)将10ml种泥分别与基质按负荷vs(基质)/vs(种泥)为2.25进行混合，加入到四个120ml血清瓶中，编号k1(空白)，k2(空白对照)，f1(加磁性炭)，f2(加磁性炭)，按照5g/l浓度向f1和f2中投加生物炭，在相等条件下制作两个不加磁性生物炭的的空白样k1，k2，之后经n2吹脱2min，排除顶空氧气，压盖密封后，置于35℃水浴摇床，摇床频率为120～130r/min；

(3)用玻璃注射器定量测产气量，当发酵瓶内外压力相同时，玻璃注射器内气体不再上升；500ul进样针取气体，通过气相测定气体组分。甲烷产量由两部分组成：一是发酵瓶顶空部分气体，二是针管内的气体。观察累积甲烷产量随累计时间的变化，如图1所示。

(4)在反应结束后，排除消化液时，使用磁铁等吸引体系内的磁性生物炭就可以使得消化液内的磁性生物炭继续留在体系，排除放应完的消化液，投加新的基质后就可以继续发挥作用，实现循环利用。

从图1可以看出，添加磁性生物炭产气速度明显快于未添加生物炭的生物炭空白对照组，投加磁性生物炭的累计产甲烷量提高约20％左右。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种厌氧发酵过程中的增效方法，厌氧发酵过程不仅可以使得固体废弃物减量化、资源化和无害化，而且能够得到可以使用的清洁能源甲烷。本发明利用自行制备磁性生物炭，在餐厨垃圾和剩余污泥共发酵过程中投加磁性生物炭，相比于常规不投加介质发酵能够显著的提高产甲烷的效率并可以对磁性生物炭进行回收利用。本发明专利的优点主要体现在：①磁性生物炭在发酵结束后可以进行回收利用；②磁性生物炭利用固废制备，可实现固废循环利用；③效果显著，甲烷产率提高。

技术研发人员：李倩;宇文超岁;杨晓欢;龚凯;王高骏;高新;陈荣;刘子恒
受保护的技术使用者：西安建筑科技大学
技术研发日：2018.12.07
技术公布日：2019.04.12