[发明专利]利用间歇微曝气调控易降解有机废物厌氧消化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用间歇微曝气调控易降解有机废物厌氧消化的方法，属于资源与环境技术领域。

背景技术

易降解有机废物主要指生活和生产过程中产生的易生物降解的有机废弃物，包括厨余垃圾、污泥、蔬菜、水果和肉类加工废弃物等。如今随着人民生活水平的提高，易降解有机废物的产量显著增加，这也就带来了日益严重的环境问题。考虑到易降解有机废物中有机质和水分的含量高，将这些废物进行厌氧消化处理不仅能够回收沼气这样一种清洁能源，还能够达到很好的污染物控制效果，具有极高的资源和环境价值。

厌氧消化是指有机物在厌氧条件下通过微生物的代谢活动而被稳定，最终生成甲烷和二氧化碳的过程，是在多种厌氧菌和兼性厌氧菌的共同作用下完成的。一般可将厌氧消化分为水解、酸化、乙酸化和甲烷化四个阶段，其中甲烷化过程是由产甲烷菌完成的，是厌氧消化产甲烷过程的最终步骤，决定了有机物转化成能源的效率。产甲烷菌生长缓慢，世代周期长，适合生长在中性(pH：6～8)、有机酸和氨氮等浓度很低的环境中。一旦外界环境不利于其生长，甲烷菌的代谢活力就会受到极大抑制，厌氧消化反应器的恢复也会变得困难重重。

易降解有机废物的主要成分为多糖和蛋白质等，其厌氧消化时水解酸化十分迅速，而甲烷化过程则相对缓慢，是厌氧消化的限速步骤。这两个过程间存在着严重的不平衡，使得高浓度有机酸的积累(高达10000mg/L)和酸性pH环境(低至4～5.5)成为易降解有机废物厌氧消化体系中经常存在的现象。此外，受到厌氧消化特性的限制，含氮组分厌氧消化的最终产物是氨氮，如果易降解有机废物中蛋白质的含量较高，那么氨氮的不断积累同样会对厌氧消化过程产生抑制。积累的有机酸和氨氮最终进入液相形成成分复杂的渗滤液，其处理难度大，成本高。因此，为厌氧消化过程创造一个合适的环境，避免pH过低，有机酸和氨氮积累，保证产甲烷菌的代谢活力，是提高有机物去除率和甲烷产率，以及避免渗滤液二次污染的关键手段。

传统的厌氧消化反应器采用提高微生物接种比的方法来避免pH过低和有机酸积累，从而在增加接种厌氧微生物数量的同时降低原料的相对比重，但这个方法降低了厌氧消化反应器的处理能力，并且无法解决氨氮积累问题。对于填埋场而言，渗滤液回灌可以提供一定的碱度和代谢活跃的微生物，从而提高堆体内部厌氧消化的效率。但考虑到中国垃圾中易降解有机质含量高，回灌渗滤液必须经过预处理去除其中有机酸和氨氮后才能回灌至厌氧消化体系中，从而为产甲烷菌提供合适的生存环境。但这样需要额外的处理设施，能耗和造价均相对较高。国外有学者在厌氧消化系统中投加微生物菌种来降解厌氧过程产生的有机酸，从而维持甲烷化过程的稳定运行。但微生物菌种的制备和保存较为严格，并且菌株的价格往往十分高昂。中国发明专利CN101805753(易腐有机垃圾高固体两相三段厌氧消化产沼气的方法)采用两个反应器，从而将厌氧消化过程中的水解产酸阶段和乙酸产甲烷过程分开，从而提高易降解有机质厌氧消化处理效率和产沼气能力。但该发明需要建立两个反应器，且整个系统中管道、阀门和泵的数量较多，不利于设备的检修。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种利用间歇微曝气调控易降解有机废物厌氧消化的方法。通过对易降解有机废物厌氧消化过程进行间歇微曝气，利用好氧菌降解水解酸化过程产生的过量有机酸，维持反应体系的pH在中性范围，从而解除其对产甲烷菌的酸抑制。此外，本发明通过对厌氧消化过程进行间歇微曝气，可以在反应体系中形成立体分布的好氧和厌氧区域，使厌氧消化产生的氨氮同时实现硝化和反硝化，最终得到有效的去除。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种利用间歇微曝气调控易降解有机废物厌氧消化的方法，该方法包括以下步骤：

(1)在厌氧消化反应器底部安装微曝气装置；

(2)待易降解有机废物填充入厌氧消化反应器后，对厌氧消化反应器进行间歇微曝气处理；

(3)待厌氧消化过程运行良好并稳定的产甲烷后，停止间歇微曝气，厌氧消化过程继续进行；

(4)若厌氧消化过程中出现酸抑制现象或氨氮抑制现象，则再次对厌氧消化反应器进行间歇微曝气处理。

步骤(1)所述的微曝气装置包括曝气器、连接管路和鼓风机，所述的曝气器设在厌氧消化反应器的底部，曝气器通过连接管路与设在厌氧消化反应器外面的鼓风机连接。

步骤(2)所述的间歇微曝气处理的条件为：每天曝气1～4次，每次曝气时间为5～30分钟，平均每立方米易降解有机废物每天的曝气量为0.05～1m³。