[发明专利]一种氢烷发酵耦合微藻养殖处理有机废弃物的方法

说明书

技术领域

本发明属于环保及新能源技术领域，具体涉及一种氢烷发酵耦合微藻养殖处理有机废弃物的方法。

背景技术

我国有机废弃物产量大，以农业废弃物为例，我国每年产生畜禽粪便约30亿t，加上尿液及废水接近300亿t，仅猪、牛、羊三大禽畜粪便每年排放COD约6900万t。利用有机废弃物发酵生产气体生物燃料是制取清洁能源的有效途径，也有利于生态建设和环境保护，并容易实现工业化应用。发酵法生产气体生物能源目前主要是通过沼气发酵产甲烷的手段。但沼气发酵周期长且沼液产生量较大，发酵效率低和沼液后处理问题已成为制约沼气产业发展的主要瓶颈。目前的实验室以及中试研究表明：相比于传统的沼气发酵，氢烷两步法厌氧发酵有如下优点：相比于沼气发酵氢烷发酵效率得到提升，发酵周期大大缩短所以更适合规模化生产，同时能量回收率更高。通过生物法从生物质资源中获取的生物甲烷和生物氢气的混合生物燃气，属于可再生的非化石能源。氢烷综合了氢气燃烧速率快、着火极限宽、可再生永久性能源的特点和甲烷体积热值高、储量丰富、排放低等优点。生物氢烷作为一种新型的生物燃气主要有以下优点：降低了温室气体和氮氧化物等污染物的排放；由于氢气的加入，提高了燃料的氢碳比比，既从燃料本身减少了二氧化碳生成，又可以因燃烧热效率的提高而进一步降低温室气体的排放。甲烷可提高氢烷的体积热值；氢气的体积能量密度较低，在甲烷中加入适当的氢气，比纯氢气具有更高的体积热量；理论上讲，随着氢烷混合气中氢气容积比增加，燃料的低热值降低；但加入氢气后提高了空气-混合燃料的体积热值，使实际热值比理论值略高。热循环效率提高；氢气的燃烧速度很高，约为甲烷的8倍，在甲烷中掺入氢气可以提高混合气的燃烧速度，可提高热效率。生物氢烷在未来的发展中具有重要的意义，氢气与甲烷联产是目前最具潜力的能源替代工艺。

发酵液中含有大量的营养物质，主要有无机盐类(如钾盐、铵盐、磷酸盐等可溶性物质)，还有丰富的磷、氮、钾等营养元素和铜、钙、铁、锰、锌等微量营养元素，还有丰富的B族维生素、氨基酸、各种水解酶、某些植物激素以及对病虫害有抑制作用的因子或物质。如果不对其加以回收利用而直接就近排放入水体将会产生严重的水体富营养化现象。国内外在利用藻类处理生活污水以及各种工业废水方面已进行了大量研究，并取得了显著成就。与传统的沼液处理进行相比，利用藻类处理两阶段厌氧发酵后的发酵液液，具有以下优势：一是充分利用太阳能，在去除富营养化元素的同时吸收固定二氧化碳，因此此项目可以在无需额外投入外部碳源的同时获得高附加值的气体燃料。二是微藻生长速度快，生长周期短，对沼液的净化速率高。三是微藻环境适应能力强，生物产量高，生长在水中与污水处理相结合，不占用农业用地。

中国专利CN102161550A公开了畜禽废水用于生产饲料添加剂及净化成中水的方法，利用畜禽废水沼气发酵后的沼液经过好氧处理，进过超滤膜过滤，消毒中和后进行微藻养殖生产饲料添加剂同时去除沼液中氮磷。

中国专利CN1970776A公开了藻类沼气能源化发酵方法及产品，利用以藻类为原料调节适合的工艺条件发酵产生沼气。

中国专利CN101549932A公开了有机污水废渣处理耦合养藻炼油的生产方法，包括以下步骤，厌氧处理有机污水废渣，好氧处理沼液，配成培养液后用于养藻，用含油微藻进行炼油。

从现有的技术和工艺来看，常规通过沼气发酵存在以下问题：能量回收率低，有机污染物去除率低，直接排放会污染环境。处理时间长，因此需要制造庞大的反应器，增加成本。发酵液中氮磷没有得到充分的回收，排放到环境中会带来富营养化的问题。而微藻作为动物饲料添加剂又存在着安全性的问题。

发明内容

本发明的目的在于结合厌氧氢烷发酵技术和微藻养殖技术，提供一种氢烷发酵耦合微藻养殖处理有机废弃物的方法。

本发明的技术方案如下：

一种氢烷发酵耦合微藻养殖的处理有机废弃物的方法，包括以下步骤：

(1)氢气发酵：将原料去除机械杂质、沉沙处理后进入调节池，调节初始pH和含水量后进入氢气发酵反应器，经过发酵水解酸化为小分子有机物，发酵气体产物主要为氢气与二氧化碳；

(2)残余物甲烷发酵：将氢气发酵后排出的发酵液调节pH值后进入产甲烷发酵反应器，通过产甲烷微生物将小分子有机物转化为甲烷和二氧化碳；

(3)产甲烷发酵液预处理：将上述发酵后的发酵液经过沉淀后残渣做为肥料，液体部分通过好氧处理、物理吸附或电化学进行预处理，从而降低发酵液中的COD，同时将发酵液中的氨氮转化为易被微藻生长所吸收的铵盐，硝酸盐和亚硝酸盐；