一种提高餐厨垃圾厌氧发酵耐盐能力和产气性能的方法技术

本发明专利技术提供了一种添加四氢嘧啶提高餐厨垃圾厌氧发酵耐盐能力及产气性能的方法。该方法在餐厨垃圾厌氧发酵伊始添加四氢嘧啶，维持因盐分积累而不断增高的微生物细胞渗透压，降低盐分对微生物活性的抑制，提高系统耐盐能力，从而提高甲烷产气量，缩短反应时间，提高餐厨垃圾利用效率。本发明专利技术所提供的方法操作简单，所添加的四氢嘧啶费用低廉，无任何安全隐患。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及餐厨垃圾厌氧发酵的方法，具体涉及一种添加四氢嘧啶提高餐厨垃圾厌氧发酵耐盐能力和产气性能的方法。
技术介绍
餐厨垃圾是指以住宅区、商业、机关和工业等为来源产生的食品垃圾，随着经济的发展和人民生活水平的提高，使得我国餐厨垃圾产生量呈现逐年上升的趋势，目前年产生量已达到6000万吨以上，以北京为例，2015年底已达每日2000多吨。针对餐厨垃圾具有含水率高、有机物含量高等特性，厌氧发酵是餐厨垃圾处理的适宜技术之一，不仅能够消除由此带来的环境污染，同时还实现餐厨垃圾资源化再利用。与一般的厌氧发酵原料如人畜粪便、秸秆等不同，餐厨垃圾含盐量高，餐厨垃圾中无机盐类包括钙、镁、钾、铁、钠等，其中钠盐的含量最高。我国餐厨垃圾盐浓度在2000～6000mg/L(Na+浓度)之间，并且在连续的厌氧发酵过程中盐分会不断累积，这一特点会严重影响餐厨垃圾厌氧发酵系统的高效稳定运行，从而限制餐厨垃圾厌氧发酵的应用。文献：蒋彬.餐厨垃圾中文厌氧消化工艺性能及特征影响因素分析[D].东南大学.2009.文中研究称，对于餐厨垃圾的厌氧发酵，当Na+浓度为3000mg/L时，对餐厨垃圾厌氧发酵过程开始有抑制作用，且Na+浓度越高毒性越强。文献：IacovidouE,OhandjaDG,VoulvoulisN.FoodwastedisposalunitsinUKhouseholds:Theneedforpolicyintervention[J].ScienceoftheTotalEnvironment,2012,423(8):1–7.文中研究称，对于餐厨垃圾的厌氧发酵，当Na+的浓度大于5000mg/L时，会对最终的甲烷转化产生不利影响。盐浓度过高之所以会对微生物的生长产生抑制作用，主要原因在于：盐浓度过高时，导致细胞渗透压急剧升高，高渗透压会使微生物细胞脱水引起细胞原生质分离，高盐情况下因盐析作用使脱氢酶活性降低。
技术实现思路
面对高渗透压环境，大多数耐盐微生物通过在胞内合成和积累相容性溶质(Compatiblesolutes)来调节渗透压的变化并维持细胞正常的代谢活动。相容性物质通常为极性的、易溶的、生理pH范围内不带电荷的小分子有机物质，其中，四氢嘧啶是一种非常有效的相容性溶质，主要作用是平衡细胞内外的渗透压，研究发现四氢嘧啶可以提高脂膜表面的水合作用增强脂膜流态化，提高细胞对抗极端环境的能力。文献：HarishchandraRK,WulffS,LentzenG,etal.Theeffectofcompatiblesoluteectoinesonthestructuralorganizationoflipidmonolayerandbilayermembranes[J].BiophysicalChemistry,2010,150(1-3):37-46。同时，四氢嘧啶也会与蛋白质等生物大分子的蛋白表面相互作用，提高蛋白质、核酸等生物大分子的结构稳定性，因此，当细胞处于盐胁迫条件下时，四氢嘧啶类物质通过对细胞膜、核酸、蛋白质等的保护提高细胞的耐盐性。四氢嘧啶作为一种高效的相容性溶质越来越受到关注。本专利技术提供了一种通过在餐厨垃圾厌氧发酵过程中添加少量四氢嘧啶，来增加系统耐盐能力，减少盐分对餐厨垃圾厌氧发酵的抑制，以达到提高甲烷产气量的方法。具体步骤如下：(1)餐厨垃圾前处理：将餐厨垃圾进行分选及破碎处理。(2)厌氧发酵：将经前处理的餐厨垃圾与接种污泥置于消化装置，根据反应体系中的Na+浓度添加一定量的四氢嘧啶，加配水至一定体积，反应体系中盐分浓度为3g/L(以Na+计)以上，控制厌氧发酵温度，最后卸出沼渣。其中，所述的餐厨垃圾采用破碎机破碎成粒径约5～10mm左右的浆状物。其中，所述的接种污泥为各种原料的厌氧发酵污泥，优选污水处理厂的厌氧发酵污泥。其中，所述的餐厨垃圾厌氧发酵装置为单相厌氧发酵反应器，反应运行方式可以是批式运行：将反应原料一次性放入，接种后密闭反应直至完全降解，最终一次性出料。运行方式也可以是半连续式：间隔固定时间加入一定的新料，同时排出一定的沼液沼渣，保证系统内总量平衡。其中，所述的餐厨垃圾进料负荷为1.5g(VS)/L以上，半连续式运行的进料负荷优选1.5～5.0g(VS)/L，批式运行的进料负荷优选5.0～10g(VS)/L。VS表示挥发性固体(VolatileSolid)，L表示餐厨垃圾与接种污泥混合液体积。餐厨垃圾与接种污泥按质量比F/M＝0.5～1.5添加，优选F/M＝1。F/M表示有机负荷率(Food/Microorganism)。其中，所述的四氢嘧啶添加量按系统内钠离子浓度计算，同时考虑餐厨垃圾及接种污泥混合液浓度的因素，餐厨垃圾及接种污泥混合液中每克钠离子添加四氢嘧啶0.03-0.6g，优选范围为0.1-0.4g。其中，所述的餐厨垃圾及接种污泥的混合液与水的质量比，按反应器内系统含固率为5～10％计算获得。含固率是指厌氧发酵系统的混合物中固体成分含量的重量百分比。其中，所述的厌氧发酵温度为33～39℃，优选35～37℃。整个厌氧发酵过程需要的发酵周期28～35天。经过添加四氢嘧啶后，高盐餐厨垃圾厌氧发酵总产气量较不添加四氢嘧啶的总产气量提高15％以上，甲烷含量为65％～78％，平均含量为72％。系统稳定性指标均在正常范围。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：相较于不添加四氢嘧啶，本专利技术可显著提高餐厨垃圾厌氧发酵总产气量，并保证稳定较高的甲烷含量，提高了餐厨垃圾资源化处理的效益。相较于不添加四氢嘧啶，本专利技术可缓解高浓度Na+对餐厨垃圾厌氧发酵的抑制影响，增强系统耐盐能力，提高餐厨垃圾利用效率。本专利技术可缓解系统长期运行中Na+积累造成的厌氧发酵系统性能降低现象。具体实施方式实施例将收集的餐厨垃圾用食品垃圾处理器粉碎成粒径约5～10mm左右的浆状物；接种污泥静置1天后，倒掉上清液，取沉淀部分。厌氧发酵装置为容积为250mL的厌氧反应器，有效体积为150mL，置于恒温水浴箱中，保持厌氧发酵温度35℃±2℃，每天早晚振荡两次，每次30分钟，采用排水法取气，反应器保持良好的厌氧环境。餐厨垃圾厌氧发酵有机负荷为10gVS·L-1，餐厨垃圾和接种污泥F/M(以VS计)为1，厌氧消化天数为35～40天。试验设置两个Na+浓度梯度，分别为中度浓度梯度5g/L和高度浓度梯度10g/L。四氢嘧啶添加浓度均为1.0g/L。添加四氢嘧啶后的餐厨垃圾厌氧发酵效能列于表1。由表1可以看出，添加四氢嘧啶后，Na+为5.0g/L的餐厨垃圾厌氧发酵体系中，负荷产甲烷量较不添加四氢嘧啶的增加了15.5％；Na+为10.0g/L的餐厨垃圾厌氧发酵体系中，负荷产甲烷气量较不添加四氢嘧啶增加了15.3％，两组甲烷含量平均值稳定较高。反应结束后，系统中的Na+浓度均有小幅度下降，且添加四氢嘧啶的试验组与无添加的对照组相比，下降更显著。由表1中可见，随着Na+浓度的增高，系统从开始运行至稳定的时间变长，Na+为5.0g/L时，添加四氢嘧啶的试验组将系统从开始运行至稳定的时间由10天缩短至7天，总反应时间由35天缩短至了30天；Na+为10.0g/L时，添加四氢嘧啶的试验组将系统从开始运行至稳定的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高餐厨垃圾厌氧发酵耐盐能力和产气性能的方法，其特征在于，包括下列步骤：(1)将收集的餐厨垃圾进行分选及破碎处理；(2)经处理的餐厨垃圾与接种污泥置于消化装置，，根据反应体系中的Na+浓度添加一定量的四氢嘧啶，加配水至一定体积，反应体系中盐分以Na+浓度计为3g/L以上，控制厌氧发酵温度，最后卸出沼渣；所述的四氢嘧啶添加量按系统内钠离子浓度计算，按照餐厨垃圾及接种污泥混合液中每克钠离子添加四氢嘧啶0.03‑0.6g；所述的餐厨垃圾厌氧发酵反应运行方式可以是批式运行或半连续式运行；其中，所述的厌氧发酵温度为33～39℃；整个厌氧发酵过程需要28～35天。

【技术特征摘要】
1.一种提高餐厨垃圾厌氧发酵耐盐能力和产气性能的方法，其特征在于，包括下列步骤：(1)将收集的餐厨垃圾进行分选及破碎处理；(2)经处理的餐厨垃圾与接种污泥置于消化装置，，根据反应体系中的Na+浓度添加一定量的四氢嘧啶，加配水至一定体积，反应体系中盐分以Na+浓度计为3g/L以上，控制厌氧发酵温度，最后卸出沼渣；所述的四氢嘧啶添加量按系统内钠离子浓度计算，按照餐厨垃圾及接种污泥混合液中每克钠离子添加四氢嘧啶0.03-0.6g；所述的餐厨垃圾厌氧发酵反应运行方式可以是批式运行或半连续式运行；其中，所述的厌氧发酵温度为33～39℃；整个厌氧发酵过程需要28～35天。2.根据权利要求1所述的提高餐厨垃圾厌氧发酵耐盐能力和产气性能的方法，其特征在于，所述的餐厨垃圾处理采用破碎机破碎成粒径约5～10mm的浆状物。3.根据权利要求1所述的提高餐厨垃圾厌氧发酵耐盐能力和产气性能的方法，其特征在于，所述的接种污泥为各种原料的厌氧发酵污泥，优选污水处理厂的厌氧发酵污泥。4.根据权利要求1所述的提高餐厨垃圾厌氧发酵耐盐能力和产气性能的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘研萍，李秀金，王玮，邹德勋，袁海荣，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11