一种蓝藻和污泥混合厌氧发酵产沼气的方法[发明专利]

[12]发明专利申请公布说明书

[21]申请号200810194451.8

[51]Int.CI.

C12P 5/02 (2006.01)C02F 11/04 (2006.01)C05F 5/00 (2006.01)C12R 1/ (2006.01)

[43]公开日2009年4月29日[22]申请日2008.11.11[21]申请号200810194451.8

[71]申请人江南大学

地址214122江苏省无锡市蠡湖大道1800号江南

大学环境与土木工程学院[72]发明人阮文权 胡萍 严群 缪恒峰

[11]公开号CN 101418316A

[74]专利代理机构无锡市大为专利商标事务所

代理人时旭丹 刘品超

权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页

[]发明名称

一种蓝藻和污泥混合厌氧发酵产沼气的方法[57]摘要

一种蓝藻和污泥混合厌氧发酵产沼气的方法，属于环保净化、废物资源化处理技术领域。本发明将蓝藻和污泥混合厌氧发酵产沼气，整个过程在厌氧反应器中完成，在反应器中将蓝藻和污泥混合，然后通入N2造成厌氧状态，35～37℃发酵，在反应器中，间断性地定期添加蓝藻，观察原料的腐化情况，同时测定排出物料的有机质浓度以及发酵产生气体中的CH4、CO2浓度，直至反应器进入稳定运行状态。产生的沼气经过脱硫处理后供给用户燃烧或者集中发电；产生的沼渣，作为肥料施于农田。本发明通过蓝藻和市政污泥混合厌氧发酵产沼气技术，做到一举多得的作用，彻底消灭了藻毒素，把解决蓝藻出路及城市污水处理厂的污泥治理结合起来，解决农村和城市的有机污染问题。

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权 利 要 求 书

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1、一种蓝藻和污泥混合厌氧发酵产沼气的方法，其特征是将蓝藻和污泥混合厌氧发酵产沼气，整个过程在厌氧反应器中完成，在反应器中将蓝藻和污泥混合，然后通入N2造成厌氧状态，35～37℃发酵，在反应器中，间断性地定期添加蓝藻，观察原料的腐化情况，同时测定排出物料的有机质浓度以及发酵产生气体中的CH4、CO2浓度，直至反应器进入稳定运行状态；

所用污泥选用颗粒污泥、消化污泥、剩余污泥中的一种或几种； 选用蓝藻和污泥的干基重量比为：蓝藻∶颗粒污泥为5～6∶1，蓝藻∶消化污泥为5∶1，蓝藻∶剩余污泥为4∶1；

产生的沼气经过脱硫处理后供给用户燃烧或者集中发电；产生的沼渣，作为肥料施于农田。

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说 明 书

一种蓝藻和污泥混合厌氧发酵产沼气的方法

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技术领域

一种蓝藻和污泥混合厌氧发酵产沼气的方法，属于环保净化、废物资源化处理技术领域。背景技术

富营养化水体藻类的大量繁殖引起水华的爆发，给地表水水质和生态系统带来严重的影响：水质污浊发臭，透明度下降，感官性状恶化，同时导致水体溶解氧浓度的迅速降低，造成水生生物因缺氧而大量死亡，最令人担心的是，当某些藻类(主要是铜绿微囊藻)破壁衰亡，其细胞溶解会导致胞内毒素的释放，给蓝藻的资源化带来了困难。研究结果显示微囊藻毒素(MCs)的主要靶器官是肝脏，主要表现为使肝脏充血肿大，严重时可导致肝出血和坏死，其致毒机理是通过抑制肝细胞中蛋白磷酸酶的活性，诱发细胞角蛋白高度磷酸化，导致哺乳动物肝细胞微丝分解、破裂和出血；另据调查发现，饮用水中MCs的存在与人群中原发性肝癌和大肠癌的发病率有很大的相关性；在最新研究中发现，MCs对于小鼠肺部的毒性作用也相当明显。

2007年5月底，江苏无锡太湖区域蓝藻又一次大面积爆发，太湖蓝藻的爆发引起无锡市近200万居民的饮用水危机，湖泊的蓝藻问题再次进入公众的视线。太湖蓝藻暴发后，直接打捞蓝藻作为应急措施，如不妥善处理，打捞上来的蓝藻水容易通过渗漏、径流重新回到太湖水域造成二次污染，因此，如何处置日益增多的蓝藻水成了重要而紧迫的现实问题。

蓝藻水无害化处理和资源化利用，尤其是产业化开发遇到的最大问题是打捞量大，含水量高，脱水、脱毒困难。蓝藻水中的水分高达97％以上，常规的脱水方法很难将蓝藻分离出来，用喷雾干燥法去除水分代价昂贵。将蓝藻开发成保健食品、饲料、氨基酸肥料涉及的环节非常多，不仅涉及到脱水、脱毒，还涉及到有益成分的动态变化。脱水脱毒应该掌握到什么程度才能开发出食品、饲料和肥料，这些产品市场竞争力如何等等都是有待探索的问题。 资源化利用应是蓝藻处理的首要选择。如果每亩旱地、林地浇灌5-10吨蓝藻水，每天打捞的蓝藻仅需要150-300亩土地(以每天打捞1500吨推算)用于处理。和其他利用方式相比，直接还田是最经济的办法，但不是最安全的办法，因为蓝藻中含有藻毒素，这些藻毒素对种子、根、茎、叶的影响如何，在土壤中的消解规律仍然不太清楚，虽然沿湖农民有利用湖靛作肥料的传统，这个传统具有合理性，但未必具有科学性。在众多利用方式中，最安全的办法是将蓝

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藻水和污泥等生物质一起作为发酵原料通过厌氧发酵生产沼气、沼气发电或者直接燃烧加以利用，沼渣沼液还田，或者将沼渣开发成饲料或者有机肥料。本发明就是要通过蓝藻和市政污泥混合厌氧发酵产沼气技术，做到一举多得的作用，彻底消灭了藻毒素，解决了蓝藻出路及城市污水处理厂的污泥治理结合起来，解决农村和城市的有机污染问题。发明内容

本发明的目的是提供一种蓝藻和污泥混合厌氧发酵产沼气的方法。目前太湖蓝藻污染还没有彻底的解决办法，从太湖水体中打捞上来的蓝藻有可能再度污染太湖，针对这种现状，本发明的目的是得到一种自动化控制、运行费用低、无二次污染、管理方便、具有较高沼气产率的新工艺新技术，并将其规模化产业化，实现蓝藻的无害化和资源化处理。

本发明的技术方案：一种蓝藻和污泥混合厌氧发酵产沼气的方法，其特征是将蓝藻和污泥混合厌氧发酵产沼气，整个过程在厌氧反应器中完成，在反应器中将蓝藻和污泥混合，然后通入N2造成厌氧状态，35～37℃发酵，在反应器中，间断性地定期添加蓝藻，观察原料的腐化情况，同时测定排出物料的有机质浓度以及发酵产生气体中的CH4、CO2浓度，直至反应器进入稳定运行状态； 所用污泥选用颗粒污泥、消化污泥、剩余污泥中的一种或几种； 选用蓝藻和污泥的干基重量比为：蓝藻∶颗粒污泥为5～6∶1，蓝藻∶消化污泥为5∶1，蓝藻∶剩余污泥为4∶1；

产生的沼气经过脱硫处理后供给用户燃烧或者集中发电；产生的沼渣，作为肥料施于农田。 本发明的有益效果：

1)自身耗能低，冬季仅耗用自身产生的能量10％～15％，而传统湿法要耗用30％左右的能量。

2)可以直接处理蓝藻，较传统湿法节省了预处理成本50％以上。 3)发酵不受干扰物质如塑料、木块、沙石等的影响，无需花费人力和设备将其在发酵前检出。

4)沼气质量高，含硫量低于湿法沼气，在50～300ppm，可不经洗气直接供沼气发动机使用，发酵物出气率高。

5)建立模块式的固体发酵室，便于扩大生产。

6)发酵剩余物无湿法发酵的沼液，不用脱水处理，发酵剩余物经简单的过筛和短时间的堆肥即可用作园林肥料或农作物肥料，因而存储和后处理费用低，价值高。

7)耗水量比起湿法降低80％以上，几乎没有污水排放。

8)蓝藻发酵工艺的初期投资、运营成本和环境成本都远低于湿法技术，降

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低30％以上。

随着太湖流域经济的迅速发展，太湖水污染日益严重，水体富营养化导致蓝藻大量繁殖引发水华爆发，给水生态和水环境带来严重灾害；同时随着市政废水的集中处理面的增大，市政污水处理厂剩余污泥的处置也成为一大难题，不当的污泥处置不仅费用大，而且容易造成二次污染。采用厌氧发酵技术处理蓝藻和污泥废弃物，不仅可获得清洁能源——沼气，而且达到低费用治理蓝藻污染和污泥的目的，为实现国家经济的可持续发展提供保障。同时，随着经济的迅速发展和人民生活水平的提高，能源短缺问题必将成为阻碍国家经济的持续发展的重大问题，必须予以足够的重视，并采取有效措施着力加以解决。因此，本发明技术对于缓解21世纪的能源、环境和生态问题具有重要意义，并产生诸多利益，有着巨大的市场前景。附图说明

图1蓝藻和污泥混合发酵产沼气技术路线。 图2蓝藻与污泥厌氧发酵的累计产气量。 图3蓝藻与污泥厌氧发酵的甲烷含量。 具体实施方式

实施例1：蓝藻与污泥不同物料比对厌氧发酵甲烷产量的影响 沼气发酵过程中，选择合适的物料比一方面可以最大限度的消化蓝藻，提高蓝藻利用率；另一方面可以大大减少发酵过程所剩余的沼渣，有效降低对环境的二次污染。

图2、图3分别为蓝藻与颗粒污泥、消化污泥、剩余污泥按照不同的物料比进行厌氧发酵的累计产气量及甲烷含量情况。由图可知，当蓝藻与颗粒污泥、消化污泥、剩余污泥干物质量之比分别为5-6:1、5:1、4:1时，产气量及甲烷含量都达到最高。同一种污泥与蓝藻以不同的比例混合厌氧发酵，发酵液中的C/N比不同，从而导致产气量及甲烷含量不同。不同的污泥与蓝藻混合厌氧发酵达到最高产气量及甲烷含量时的物料比不同，这是因为不同污泥菌种组成及其产甲烷活性不同的缘故。

蓝藻与污泥混合厌氧发酵产气速度非常快，第一天的产气量已占总产气量的35％左右，其原因应该是实验所采用的原料为存放期达九个月的蓝藻，营养成分已部分或全部溶出，接种污泥营养供给充足，发酵反应启动快。不加蓝藻的单独三种污泥分别厌氧发酵的产气量则很少，不到混合发酵组的1/5，并且气体中的主要成分为N2和少量CO2，这说明接种物中可生物利用的物质很少。而单独蓝藻厌氧发酵缺乏一定的接种物，其产气效果也不佳。蓝藻与颗粒污泥在物料比为6:1时厌氧发酵的累计产气量及甲烷含量远远高于其他实验组及对照组，最大产气速率为138mL/d，单位质量蓝藻的产气量达73mL/gVS，产甲烷

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量为50mLCH4/gVS，产气量分别是蓝藻与消化污泥、蓝藻与剩余污泥混合发酵的1.5、2.3倍。因此，以颗粒污泥作为蓝藻发酵的接种物可以获得较高的产气效果。

实施例2：蓝藻与污泥混合厌氧发酵产沼气中藻毒素含量的变化 藻毒素的降解情况是解决蓝藻问题的关键。自然存放状态下藻毒素降解非常缓慢，文献报道，太湖蓝藻自然存放3个月后，其藻毒素MC-RR、MC-LR仍高达38μg/kg、120μg/kg，远超过饮用水标准。蓝藻厌氧发酵前后分别测定了藻毒素的含量，数据见表1。

表1  蓝藻与污泥混合厌氧发酵藻毒素变化

由表1可知，发酵前蓝藻与颗粒污泥、消化污泥、剩余污泥混合厌氧发酵组的藻毒素含量分别为366μg/L、356μg/L、244μg/L，但是发酵结束后藻渣中藻毒素含量已经低于仪器的检测下限5μg/L，说明藻毒素在厌氧状态下的降解速率远远大于自然存放的降解速率。因此，可将蓝藻发酵产沼气后的沼液、沼渣作为肥料用于花木、林地等。

因此，颗粒污泥为蓝藻厌氧发酵产沼气的最佳接种污泥。其TS降解率为16.86％、VS降解率为13.73％和COD去除率为46.38％。更重要的是，厌氧发酵过程结束后，蓝藻藻毒素的含量已低于检测下限。这表明，蓝藻以及颗粒污泥混合厌氧发酵产沼气不仅可以实现打捞后蓝藻处置过程的无害化、减量化以及资源化，还可以将沼气发酵后的沼液沼渣作为肥料。

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说 明 书 附 图

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图1

图2

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图3

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