[发明专利]一种用于餐厨、果蔬垃圾的自固定化生物膜高效厌氧消化方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种厌氧消化系统中厌氧微生物富集的固定化的方法，特别是厌氧发酵微生物通过自生长、吸附的方式与固定载体材料形成的固定化生物膜用于餐厨、果蔬等有机生活垃圾的高效厌氧消化的方法。

背景技术：

进入21世纪以来，随着世界经济、工业以及人口的快速发展，环境污染日趋严重、可利用的自然资源逐日递减，世界各国对固体废弃物的处理已经从简单的处置转向高值资源化利用，其中以有机物的资源化利用为重点，受到各国政府的重视和学者的研究。

随着国家”十二五”规划的出台，节能环保作为七大战略性产业之首，国家环境部也把固体废弃物处理与资源化作为环保重点方向。结合我国生活垃圾含水率高、有机含量高、易腐败等特点，需开发符合我国国情的生活垃圾处理设备、工艺与技术。厌氧消化技术效率高，资源化利用率高，对节能减排效果明显，应该大力支持推广。

作为厌氧消化系统的核心，厌氧消化反应器要顺利启动并稳定运行，较高的微生物量是一个先决条件。生物量即活性污泥浓度，活性污泥浓度过高或过低都会影响底物的转化率。若活性污泥浓度较低，则污泥进料负荷率就会升高，很有可能会引起污泥超过进料负荷现象，从而影响到有机物的去除率和系统运行的稳定性；若活性污泥浓度较高，则相当于需要去除的有机物量变少，将会影响到微生物处理能力的有效发挥，甚至有可能会出现微生物“自溶”现象。因此，任何系统的活性污泥接种量都需要在适当的范围内，过高或过低均不适宜。此外，在厌氧消化系统中，活性污泥的活性，也对后续厌氧消化的速率和效率的改善具有至关重要作用。传统的厌氧消化工艺中，通常采用连续或者序批式进料方式，厌氧消化反应器中的接种物一般会随出料部分流失，因此，厌氧消化系统对新进原料需要不断适应和稳定。在稳定和适应过程中，系统消耗一定数量的基质用于菌体生长，因此，传统的厌氧消化系统存在系统稳定差，转化效率低等问题。采用细胞固定化技术，可以有效地将厌氧消化系统中的微生物保留反应器中，同时固定化技术可以保证厌氧消化体系中较高的活性微生物数量，从而可以获得较好的厌氧消化效率。目前，常用的细胞固定化的方法为结合法，交联法和包埋法三大类，主要是将微生物固定在具有一定形状的载体内部，以凝胶小球多为常见。然而，餐厨、果蔬等垃圾的成分复杂。传统的固定化载体，在含多价阴离子（磷酸盐，柠檬酸盐、硫酸盐等）以及在较高浓度的电解质（K⁺、Na⁺等）溶液中不稳定，载体易变软，裂口、甚至溶解；在传统的全混合式（CSTR）或者流化床式（UASB）厌氧消化系统中，容易出现搅伤，破碎等等方面的问题。此外，传统的固定化方法中，载体的致密结构，这不利于基质和细胞之间的物质传递，和产生气体的释放；这些问题的存在一定程度上限制传统的固定化技术在厌氧发酵体系中的应用和发展。

经现有技术的文献检索发现，中国专利申请号200810116806.1，发明专利名称：一种厌氧发酵菌种活性污泥的固定化方法，该专利申请内容涉及通过固体载体和浓缩活性污泥混合吸附后，置于交联剂中后，烘干，制得固定化颗粒进一步交联和固化，获得可以用于餐饮有机废弃物、秸秆、养殖场动物粪便以及其他有机废物的厌氧消化固定化载体。从该专利的实例内容看，采用获得固定化活性污泥用于厌氧发酵获得了较好的发酵效果，但最长运行时间为60天，整体时间不能满足实际工程需要，同时涉及的固定化载体在制备工艺需消耗一定量的化学试材，在一定程度上会增加厌氧消化生产沼气系统运行的成本。中国环境科学，2002年22卷6期报道了一种固定化产甲烷菌用于厌氧发酵生产甲烷的方法，其主要步骤包括以聚乙烯醇和海藻酸钠在水浴中溶化冷却后，加入填充物和产甲烷菌浓缩物，搅拌均匀后，用注射器滴入含2%氯化钙的饱和硼酸溶液，制成直径为1-4mm的颗粒，交联24h后，用于厌氧消化。获得固定化细胞载体最长使用时间为50天，同样不能完全满足工程实际生产需求。中国给水排水，1999年15卷10期报道一种借助载体材料，进行厌氧微生物固定，用于废水的厌氧消化处理。涉及的厌氧微生物挂膜与固定的方法为，首先通过好氧微生物快速繁殖并生成多糖的性能，在填料表面形成一层生物膜基，然后置于厌氧消化反应器中，用于厌氧微生物附着、生长，此后用于厌氧消化。该种利用载体进行微生物固定成膜的方式，在有机废水的厌氧处理过程中表现出较好的抗冲击负荷能力，COD的去除率在90%以上，具有较好的稳定性。但此法多适用于有机负荷较小的废水，而对于餐厨果蔬垃圾有机负荷量较大的厌氧发酵体系其性能无法评估。此外，该法增加了好氧膜基的培养过程，在实际工程中增加了该技术的运行成本。

发明内容：