[发明专利]微生物电催化强化有机废弃物产甲烷的方法

说明书

一种厌氧发酵与微生物电催化协同强化餐厨垃圾产甲烷的方法：(1)厌氧发酵：有机垃圾破碎制成浆料，间歇式进料方式加入厌氧发酵反应器中进行产酸产氢发酵；(2)启动产甲烷相反应器：以颗粒污泥作为接种物，混酸为培养液，单室微生物电解池作为产甲烷相反应器，进行电活性微生物的富集和产甲烷相反应器启动；(3)将步骤1的发酵液经固液分离后，上清液调节其pH值至6.0‑8.0，泵入步骤2中启动成功的产甲烷相反应器中，步骤1发酵产生的生物气注入产甲烷相反应器内，保持反应器顶空氢气分压低于1.0bar，生物气中的氢气及二氧化碳在阴极转化为甲烷，产甲烷相反应器采用内回流方式运行。

技术领域

本发明涉及一种有机废弃物能源化方法，具体涉及一种利用微生物电催化强化有机废弃物产甲烷的方法。

背景技术

厌氧甲烷化是实现有机废弃物绿色能源化的有效方法之一，但现有厌氧发酵工艺普遍存在着甲烷转化效率低、稳定运行难(酸化反馈抑制作用、高氨氮抑制等)、工艺周期长而冗长等问题。两相厌氧发酵技术因其将发酵过程生物相分离，使得复杂的厌氧过程易于生理、生态调控，有效提高了底物转化效率和产气率，得到了较为广泛的应用。但由于传统甲烷化代谢速率的限制，厌氧酸化相产出的高浓度有机废水无法快速转化为甲烷，且产酸相较低的pH值对产甲烷相微环境造成冲击，导致有机废弃物厌氧发酵工艺依旧存在稳定性和鲁棒性差等问题。

微生物电催化工艺是利用电极表面高效的生物电催化性能，通过生物阳极氧化有机物释放质子和电子，并将产生的电子传递至阳极；在外加电场驱动下，电子由阳极被传递至阴极，与扩散至阴极表面的质子结合被还原，在阴极表面产甲烷菌作用下还原二氧化碳产生甲烷。可见，将厌氧发酵初期的产酸产氢阶段与微生物电催化产甲烷耦合，不仅缩短厌氧发酵周期，产生的小分子酸、氢气和二氧化碳进一步降解转化为甲烷，是有机废弃物强化产甲烷的新方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种微生物电催化强化有机废弃物产甲烷的方法，改善现有有机废弃物厌氧发酵性能，提高产甲烷速率，增强产甲烷过程的抗酸化能力。

为实现上述目的，本发明提供的微生物电催化强化有机废弃物产甲烷的方法，其过程为：

(1)厌氧发酵：有机废弃物破碎制成浆料，间歇式进料方式加入厌氧发酵反应器中进行产酸产氢发酵；

(2)启动产甲烷相反应器：以颗粒污泥作为接种物，混酸为培养液，单室微生物电解池作为产甲烷相反应器，进行电活性微生物的富集和产甲烷相反应器启动；

(3)步骤1的发酵液经固液分离后，上清液调节其pH值至6.0-8.0，泵入步骤2中启动成功的产甲烷相反应器中，步骤1发酵产生的生物气注入产甲烷相反应器内，保持反应器顶空氢气分压低于1.0bar，生物气中的氢气及二氧化碳在阴极转化为甲烷，产甲烷相反应器采用内回流方式运行，回流比为20％-80％，水力停留时间1-7d，进水有机负荷2-10kg/(m³·d)，反应器外加电压0.2-1.0V，运行温度20-40℃。

所述的方法中，步骤1中的厌氧发酵反应器控制温度在55±1℃，pH6-6.5，有机负荷6-8kgVS/(m³·d)，水力停留时间2-4d。

所述的方法中，步骤2中的产甲烷相反应器阳极为碳刷、石墨毡等碳基材料，阴极为碳刷、石墨毡或Magnéli相亚氧化钛导电陶瓷材料，启动的外加电压0.2-1.0V，运行温度20-40℃。

所述的方法中，步骤2中的颗粒污泥与混酸按体积比1:1-1:10加入产甲烷相反应器，含固率为6-10％，外加电压为0.2-1.0V，阴极电势控制在-0.6--0.8V，阳极电势控制在-0.2-0.1V。

所述的方法中，步骤2中的混酸由乙酸钠、丙酸钠、丁酸钠、磷酸缓冲溶液、微量元素液组成。