[发明专利]一种甲烷转化促进剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种甲烷转化促进剂及其制备方法，以及在有机工业废水（包括木糖废水）厌氧发酵沼气中的应用，属于污染物资源化与环境保护领域。

背景技术

以植物基为原料的工业生产领域，在分离、转化目标产品后形成的工业废水中，富含可被厌氧微生物分解利用的生长底物，通过这些具有不同特性微生物的分解利用，在提供给它们生长物质的同时，形成了含有40～60%甲烷成份的沼气，厌氧微生物的这一作用特点，被广泛应用于有机废水的厌氧生化处理过程。

微生物的厌氧代谢途径极其复杂，一般分为三个主要阶段：第一阶段：水解和发酵性细菌将复杂有机物如纤维素、淀粉等水解为单糖，再降解为丙酮酸；蛋白质水解为氨基酸，脱氨基成有机酸和氨；脂类水解为各种低级脂肪酸和醇。第一阶段的微生物群落是水解、发酵性细菌群，有专性厌氧菌和兼性厌氧菌。第二阶段：产氢和产乙酸细菌群把第一阶段的产物进一步分解为乙酸和氢气。第二阶段的微生物群落为产氢、产乙酸细菌。第三阶段：两组生理不同的专性厌氧的产甲烷菌群。一组是将氢气和二氧化碳合成甲烷或一氧化碳和氢气合成甲烷；另一组是将乙酸脱羧生成甲烷和二氧化碳，或利用甲酸、甲醇及甲基胺裂解为甲烷。甲烷的形成过程是由两方面的微生物共同作用的结果，其中28%的甲烷来自氢的氧化和二氧化碳的还原，72%的甲烷来自乙酸盐的裂解。可以看出，乙酸盐裂解甲烷菌群形成的甲烷是氢氧化菌群合成甲烷总量的2.57倍，在乙酸裂解的过程中同时产生二氧化碳，在一般环境压力下形成沼气中二氧化碳的含量在40～60%容易被理解。

沼气中的有效成分是甲烷，形成甲烷的两大微生物菌群具有不同的代谢途径，实现每步反应是在不同的酶促反应下完成的，增加一种或几种酶促反应辅酶的促进剂，改变原有环境压力可以改变固有菌群之间的平衡，按选择方向实现一类厌氧产甲烷菌群的优势生长。

发明内容

针对上述现有技术，针对沼气组分中甲烷含量较低的问题，本发明提供了一种甲烷转化促进剂及其制备方法，以及在有机工业废水（包括木糖废水）厌氧发酵沼气中的应用（用于增加沼气中甲烷含量）：将本发明的甲烷转化促进剂加入厌氧发酵系统，可以改变原有的环境压力，提高氢氧化和二氧化碳还原甲烷菌群的活性，使沼气中甲烷组分增加。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种甲烷转化促进剂，每1千克甲烷促进剂由以下组分组成的：磷酸盐144～300克，尿素300～850克，氯化钴0.5～1克，铁盐1～5克；所述磷酸盐选自磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾；铁盐选自氯化亚铁、硫酸亚铁。

优选的，每1千克甲烷促进剂由以下组分组成的：磷酸盐150～290克，尿素700～840克，氯化钴0.5～1克，铁盐3～5克；所述磷酸盐选自磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾；铁盐选自氯化亚铁、硫酸亚铁。

优选的，每1千克甲烷促进剂由以下组分组成的：磷酸盐170～270克，尿素730～825克，氯化钴0.5～1克，铁盐3.5～4.5克；所述磷酸盐选自磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾；铁盐选自氯化亚铁、硫酸亚铁。

所述甲烷转化促进剂的制备方法为：取各组分，混合混匀，即得。

本发明的甲烷转化促进剂，可以应用于有机工业废水（包括木糖废水）厌氧发酵沼气，其作用是：可以改变原有的环境压力，提高氢氧化和二氧化碳还原甲烷菌群的活性，使沼气中甲烷组分增加。具体的应用方式为：将本发明的甲烷转化促进剂按照一定的添加量（3～8mg/L的添加量）均匀的随着水体进入厌氧发酵系统。

本发明的设计思路为：针对有机工业废水（包括木糖废水）中主要污染源为C源，缺乏微生物生长所需P和N源，在促进剂中补充P和N元素，以促进第一阶段的水解和发酵性细菌以及第二阶段的产氢和产乙酸细菌的活性，加快C源的降解；同时促进剂中提供了第三阶段的氢氧化甲烷菌辅酶的活性促进剂，加速了二氧化碳的还原，从而可提高沼气中甲烷的含量。

本发明的甲烷转化促进剂，制备简单，成本低廉，使用方便，应用效果好：经实验证明，向木糖废水厌氧发酵沼气系统中添加本发明的甲烷转化促进剂，在厌氧阶段不仅获得了纯度较高的沼气（甲烷含量可达80%以上），而且使水体中的有机污染物得到了有效的转化，减少了厌氧后段好氧工艺的处理负荷，使废水处理成本明显得到下降，经济效益显著。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1制备甲烷转化促进剂并进行应用

组份组成为：磷酸二氢钠260克，尿素734.7克，氯化钴0.8克，硫酸亚铁4.5克。