[发明专利]一种降低高固体厌氧发酵反应中氨氮积累的方法

说明书

本发明提出了高固体厌氧发酵反应的方法，该方法包括：将物料进行厌氧发酵处理；厌氧发酵反应体系中氨氮浓度超过预定值，向所述体系中添加生物水解液。该方法操作简单，可明显降低厌氧发酵体系中氨氮浓度，氨氮去除率能达到44.8％，缓解氨氮对产甲烷菌活性的抑制作用，产甲烷率高，具有较好的环境效益。

技术领域

本发明涉及固体废弃物资源化处理技术领域，具体地，本发明涉及一种降低高固体厌氧发酵反应中氨氮积累的方法。

背景技术

传统厌氧消化固体含量通常低于4～10％，而高固体消化技术中固体含量可达到20％以上。这种技术的显著优点是固体含量高，无须或者很少加水稀释，反应器内部微生物群落良好，微生物浓度较高，进料和消化环境比较稳定，单位容积处理量大，负荷高，产气率高，后续处理相对简单。有机垃圾在高固体厌氧消化过程中，氮的平衡是非常重要的因素。由于厌氧微生物细胞的生长速度缓慢、增殖很少，只有很少的氮被微生物利用，大部分可生物降解的有机氮都被还原为消化液中的NH₄⁺-N，在厌氧消化过程中，氨氮是微生物重要的氮源，但如果其浓度过高就会快速抑制甲烷菌的活性。

在厌氧消化系统中，氨氮的自身去除率较低，所以需要人为控制。由于氨氮不可能引起杀菌性的影响，其毒性是可逆的，即当氨氮去除或稀释到一定程度后，产甲烷菌活性仍可恢复。

因而，如何降低高固体厌氧发酵反应中的氨氮积累有待开发和改进。

发明内容

本申请是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识作出的：

目前厌氧消化系统中氨氮浓度控制主要集中在两个方面，一是从源头上控制，即控制进料垃圾的C/N；二是从过程上进行控制，即采用一定的技术，降低反应料液中现有的氨氮浓度。现阶段从过程上降低反应料液中的氨氮浓度的技术已具有一定的研究基础。Kayhanian M用新鲜水对消化池内的物料进行稀释以降低氨氮浓度，但稀释法会造成反应器中物料容积增多，从而引起运行成本的增加，在实际应用过程中需要考虑其经济性；也可用空气吹脱去除氨氮，实验所得空气吹脱法最佳pH值为11.0左右，但在厌氧消化工艺中，反应器内部需要保持pH值在7.0左右，采用空气吹脱法效果较差。另外在采用吹脱工艺的同时，将有部分氨逸散到大气中，而氨味恶臭污染物，对环境污染较大。基于上述问题的发现，发明人开发了一种降低高固体厌氧发酵反应中的氨氮积累的方法，该方法利用果蔬园林垃圾生物水解产生的水解液作为氨氮抑制剂，在高固体厌氧反应器发生氨氮抑制现象时，投加一定量的生物水解液供给微生物生长、代谢，同时利用系统料液中的氨氮作为氮源，消耗反应器中氨氮，提高C/N，从而缓解氨氮对产甲烷菌活性的抑制作用，同时，利用果蔬垃圾生物水解液作碳源，可以达到以废治废的效果，且本方法成本低、高效、应用范围广。

在本发明的第一方面，本发明提出了一种高固体厌氧发酵反应的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：将物料进行厌氧发酵处理；厌氧发酵反应体系中氨氮浓度超过预定值，向所述体系中添加生物水解液。发明人发现，检测高固体厌氧反应器中稳定产沼阶段的氨氮浓度，当氨氮浓度超过预定值时，添加生物水解液，供微生物生长、代谢，同时利用厌氧发酵反应体系中的氨氮作为氮源，消耗反应器中氨氮，提高C/N，可有效缓解氨氮对产甲烷菌活性的抑制作用。根据本发明实施例的方法操作简单，可明显降低厌氧发酵体系中氨氮浓度，氨氮去除率达到40％以上，有效缓解氨氮对产甲烷菌活性的抑制作用，产甲烷率高，具有较好的环境效益。

根据本发明的实施例，上述方法还可以进一步包括如下附加技术特征至少之一：

根据本发明的实施例，所述氨氮是以NH₄⁺-N形式存在的，所添加生物水解液的COD与所述NH₄⁺-N的质量比为(6.0-8.0)：1。发明人发现，添加生物水解液的COD与反应体系中的NH₄⁺-N的质量比为(6.0-8.0)：1，能更好地消耗反应体系中的氨氮，从而提高反应体系中的C/N，缓解氨氮对产甲烷菌活性的抑制作用。