瘤胃微生物培养耦合厌氧发酵处理生物质废弃物的装置的制作方法

本实用新型提供了一种瘤胃微生物培养耦合厌氧发酵处理生物质废弃物的装置，属于环保微生物处理领域。

背景技术：

我国每年将生物质废弃物包括秸秆、谷壳、菜叶、餐厨垃圾、畜禽粪便等，其共同特点是富含大量纤维类物质，这部分纤维类物质属于可再生生物质资源，在目前全球能源紧张的大环境下，如何有效利用每年产生的大量纤维素类物质进行能源的转化一直是研究的热点。瘤胃微生物是栖息在反刍类动物瘤胃中的微生物总称，是迄今为止已知自然界中对纤维类物质转化效率最高的微生物菌群。利用瘤胃微生物促进生物质废物厌氧发酵，将大大提高厌氧发酵效率。研究表明，瘤胃内产生的vfa中50％～85％被瘤胃上皮所吸收，瘤胃还可分泌缓冲物质中和部分ph，还能通过生成甲烷消化部分vfa，从而维持瘤胃处于近中性状态，为瘤胃微生物营造了一个非常良好地反应环境。目前的模拟反应器并未考虑微生物降解所生成的vfa的快速处理、缓冲物质的加入等问题，只是将瘤胃微生物简单接种至反应罐，与产甲烷微生物混合发酵，不能真正有效发挥瘤胃微生物的效果。

因此，针对上述问题，本实用新型提供一种瘤胃微生物培养耦合厌氧发酵处理生物质废弃物的装置和方法，在处理过程中，通过设备以及控制水力停留时间，将瘤胃微生物和产甲烷微生物分别置于不同的反应器内，两者之间布置的半透膜可以使vfa和缓冲物质自由流通，较好的模拟的瘤胃环境，为瘤胃微生物营造了良好地反应条件，提高了其对生物质废弃物的处理效率。

技术实现要素：

针对背景技术中指出的问题，本实用新型提出一种瘤胃微生物培养耦合厌氧发酵处理生物质废弃物的装置。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种瘤胃微生物培养耦合厌氧发酵处理生物质废弃物的装置，其特征在于：包括进水调节池(1)、瘤胃微生物培养池(2)、厌氧发酵池(3)和沼气收集罐(4)和接受池(5)。瘤胃微生物培养池(2)与厌氧发酵池(3)为同心圆筒，瘤胃微生物培养池(2)为内筒，厌氧发酵池(3)为外筒，内筒液面高于外筒液面，料液从瘤胃微生物培养池(2)底部流入，从筒顶溢流至厌氧发酵池(3)，筒壁(6)上半部嵌有半透膜(7)；瘤胃微生物培养池(2)内设有磨碎搅拌器(8)；厌氧发酵池(3)内设有潜水搅拌系统(9)；瘤胃微生物培养池和厌氧发酵池均设有ph、do、vfa在线监测(10)。

本实用新型进一步设置为，所述的半透膜(7)的孔径为0.2～0.5μm，半透膜面积为筒壁面积的50～60％。

采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果为：

1、通过设置独立的瘤胃微生物培养池和厌氧发酵池，将瘤胃微生物和产甲烷微生物分开；两者之间设置半透膜，可以让瘤胃微生物培养池内产生的vfa快速扩散至厌氧发酵池内，厌氧发酵池内的碳酸盐等缓冲物质扩散进入瘤胃微生物培养池内，较好的模拟了反刍动物瘤胃的vfa吸收和ph调节功能。

2、在瘤胃微生物培养池内设置带磨碎功能的搅拌机，既能继续磨碎有机废弃物，提高反应速率，又能促进池内物料均匀，模拟了反刍动物的咀嚼功能。

3、瘤胃微生物培养池停留时间为2d，符合瘤胃微生物菌群的世代时间；厌氧发酵池停留时间为8d，符合产甲烷微生物菌群的世代时间。两种不同的微生物菌群互相独立，有利于各自发挥其功能。可使料液中生物质类干物质的去除率达到60％以上，甲烷产率达到305ml/gvs，具有较好的环境效益和社会效益。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种瘤胃微生物培养耦合厌氧发酵处理生物质废弃物的装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如下参考图1对本实用新型进行说明：

图1中包括有：包括进水调节池1、瘤胃微生物培养池2、厌氧发酵池3和沼气收集罐4和接受池5。瘤胃微生物培养池2与厌氧发酵池3为同心圆筒，瘤胃微生物培养池2为内筒，厌氧发酵池3为外筒，内筒液面高于外筒液面，料液从瘤胃微生物培养池2底部流入，从筒顶溢流至厌氧发酵池3，筒壁6上半部嵌有半透膜7；瘤胃微生物培养池2内设有磨碎搅拌器8；厌氧发酵池3内设有潜水搅拌系统9；瘤胃微生物培养池和厌氧发酵池均设有ph、do、vfa在线监测10。

一种瘤胃微生物培养耦合厌氧发酵处理生物质废弃物的装置。

含有生物质废弃物的料液进入调节池1进行均质均量，每日进料前1h，停止厌氧发酵池3内潜水搅拌机，然后开启进料泵将料液从瘤胃微生物培养池2底部泵入池内，池内设置的磨碎搅拌器8一直运转，对大颗粒的生物质废弃物进行磨碎，同时使料液处于混合状态；进料时，瘤胃微生物培养池2内原有料液从顶部溢流进入厌氧发酵池3，池内原有料液溢流进入接受池5。进料结束后，开启厌氧发酵池3内设有潜水搅拌系统9，保证池内料液处于完全混合状态，通过在线监测10获得运行参数，控制反应池内状态，从而达到生物质废弃物的降解和产甲烷目的。瘤胃微生物培养池2和厌氧发酵池3内产生的沼气进入沼气收集罐4内暂存，处理后进行利用。瘤胃微生物培养池2和厌氧发酵池3内剩余污泥定期排出。

一种瘤胃微生物培养耦合厌氧发酵处理生物质废弃物的方法

以粉碎的稻草秸秆和牛粪为生物质废弃物，进料各项指标如下：生物质干物质浓度25～40g/l，料液cod＝4000～6000mg/l，ph＝7.0～7.5。试验系统如图1所示，反应器采用有机玻璃制作，瘤胃微生物培养池有效体积100l，厌氧发酵池有效体积400l。

具体操作如下：

(1)驯化阶段：准备420l料液，其中粉碎的稻草秸秆5250g(干重)，牛粪5250g(干重)，通过调节池泵入瘤胃微生物培养池和厌氧发酵池，同时在厌氧发酵池内接种市政污水处理厂厌氧发酵池内成熟厌氧污泥，接种量80l。开启潜水搅拌机，按照常规厌氧驯化方法对厌氧发酵池内厌氧产沼气微生物进行驯化。当所产沼气中甲烷浓度超过45％时，厌氧驯化成功。

从屠宰场的牛瘤胃中取瘤胃内容物，使用2层纱布过滤后，取10l滤液加入瘤胃微生物培养池内，同时加入玉米粉1200g，开启磨碎搅拌器，维持池内do在线监测为0mg/l，通过逐步加入碳酸氢钠维持ph在线监测为7.0±0.2mg/l，vfa在线监测为40～70mmol/l。当瘤胃微生物培养池内的vfa在线监测稳定在55±5mmol/l，取样测定料液中干物质的去除率超过60％以上时，系统驯化成功。

ⅲ.运行阶段：系统驯化成功后，每日上午定时进料，进料量为50l，料液中粉碎的稻草秸秆750g(干重)，牛粪750g(干重)。进料前1h，首先停止厌氧发酵池内潜水搅拌机，瘤胃微生物培养池内磨碎搅拌器正常运行。进料完成后，开启厌氧发酵池内潜水搅拌机。

正常运行期间，每天取样测定料液测ts、vs和甲烷含量，读取气体流量计的沼气产量，读取在线vfa数据。ts、vs测定按照《水和废水监测分析方法(第四版)》中方法执行，甲烷产量采取气相色谱法。选取其中连续10天数据结果见表1：

表1检测结果

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。