一种提高生活污水厌氧发酵产气效率的方法与流程

本发明属于生活污水处理技术领域，具体涉及一种提高生活污水厌氧发酵产气效率的方法，通过在生活污水中添加油类与牛粪共发酵，达到提高产甲烷菌活性和产气量的目的。

背景技术：

生活污水是造成水环境污染的原因之一。由于我国工业污染对环境的影响比较大，在一定程度上掩盖了生活污水对环境的危害。生活污水成分日益复杂，是导致水体环境恶化的重要污染源。因而，对生活污水的处理迫在眉睫。生活污水生物处理过程是指利用微生物的新陈代谢把污水中存在的各种溶解态或胶体状态的有机污染物转化为稳定的无害化物质。按照处理过程中有无氧气的参与，污水的生物处理技术可分为好氧处理工艺和厌氧处理工艺。与好氧处理工艺相比，厌氧处理工艺具有反应器体积小，规模灵活，工艺简单，耗能低(仅为好氧工艺的10％～15％)，处理过程中对营养物的需求低等多种优点，是生活污水处理的首选方法之一。

沼气厌氧发酵是指在无氧条件下，微生物分解有机物并产生沼气的过程。一般分为四个阶段：即水解、酸化、乙酸化和产甲烷。其中第一步水解阶段往往是速控阶段。该阶段内，微生物将多糖、脂肪、蛋白质和木质纤维素等高分子有机物在水解细菌的作用下水解成为水、单糖、脂肪酸和氨基酸等水溶性化合物，即从聚合物变成单体结构的物质。酸化阶段为有机物化合物既作为电子受体也是电子供体的生物降解过程，在此过程中溶解性有机物被转化为以挥发性脂肪酸为主的末端产物。产乙酸阶段，在产氢、产乙酸菌的作用下，上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细胞物质。产甲烷阶段，乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇则进一步被转化为甲烷和二氧化碳等。

根据厌氧发酵体系中总固体含量(ts)的不同，厌氧发酵主要可以分为湿法发酵(ts＝4％～10％)和干法发酵(ts≥20％)。可以采用生活污水调节厌氧发酵体系中的总固体含量。李亚新等指出厌氧发酵过程中ch4发酵阶段对无机营养的缺乏更为敏感，认为产甲烷菌所需的必要无机营养元素中微量金属元素是主要元素，而微量金属元素是提高厌氧消化效率的重要途径。生活污水中含有微量元素，而这些微量元素对于厌氧发酵过程中微生物的生长繁殖以及酶的活性具有重要的作用；此外，生活污水中含有的氮、磷、有机物也可以作为厌氧发酵微生物的营养盐。生活污水中一般都含有一定量的cod、bod、tkn、tp和油类，这些有助于促进厌氧发酵的进行。市政污水、食用油，食品加工厂、屠宰场和食品贸易等行业排出的污水中会含有一定量的油脂。含油废水中的油脂成分既有乳化油、溶解性油,又含有磷脂、皂脚，这些废水如不经处理而排放，将会给自然水体造成极大的污染。不规范的废水处理导致含油废水直接排入水道，生活污水中脂质的堆积凝结会缩小污水处理系统中管道的直径，从而造成堵塞问题。在厌氧条件下将这些油脂进行分解，可以发酵产生甲烷。因此，采用厌氧发酵的方式进行含油废水处理，具有能源和环保的双重意义。

尽管已有研究表明生活污水可以为厌氧发酵提供微量元素等，然而对于如何提高生活污水厌氧发酵的产气效率和如何处理含油废水研究不足，尤其是缺乏生活污水中油类对厌氧发酵的作用研究。

技术实现要素：

本发明提供了一种提高生活污水厌氧发酵产气效率的方法。其特征在于，在生活污水中添加不同含量的植物油，并与牛粪混合，在中温(37.0±1.0℃)条件下进行发酵产沼气。这种生活污水添加油再与牛粪共发酵产沼气的方法，通过添加不同含量的植物油调整厌氧发酵体系中原料的组成，提高发酵产气效率。

本发明的技术方案如下，一种提高生活污水厌氧发酵产气效率的方法。其特征在于，包括以下步骤：

1)设置厌氧发酵初始条件：发酵系统总体积500ml，有效体积300ml；发酵温度为37.0±1.0℃；，发酵原料采用蒸馏水或生活污水与牛粪混合，总固体含量8％。生活污水中分别添加不同含量的食用植物油。

2)加料完成后向发酵罐内充氮气(n2)5min，以驱逐发酵罐内的空气，后立即封闭进料口，厌氧发酵开始；发酵时间为45天。

3)表征厌氧发酵性能：发酵过程中每天09:00记录当天的产气量数据，用以表征厌氧发酵过程产气量。

本发明的有益效果，针对现在含油生活污水的污染和能源紧缺问题，将环境整治和生物能源产出结合在一起。提出通过在生活污水中添加植物油和牛粪共发酵产沼气的方法。具体的说，利用生活污水中的微量元素以及植物油的原料提高厌氧发酵过程中的微生物活性进一步提升产气效率。

本发明采用中温湿法发酵，生活污水和牛粪共发酵产沼气，总固体浓度为8％。添加2g植物油后发酵体系的累积产气量为101.68ml/gts，高于同等条件下添加100mg、500mg、1g和5g植物油的发酵体系产气量，同时高于清水无油和污水无油下的发酵结果。本发明可以解决含油废水和养殖场牛粪的污染问题，成本低，运行维护方便，适用范围广，可应用在生态农庄、休闲旅游区以及农村地区。

附图说明

图1为本发明方法不同含油量条件下的累积发酵产气结果图。

图2为本发明方法不同含油量条件下的发酵日产气结果图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明方法详细说明。

实施例1

本实例中的厌氧发酵原料选用生活污水、植物油与牛粪，选用去离子水，生活污水+100mg植物油，生活污水+500mg植物油，生活污水+1g植物油，生活污水+2g植物油以及生活污水+5g植物油与牛粪进行厌氧共发酵。所述植物油包括大豆油94wt％，葵花籽油6wt％。所述厌氧发酵装置罐体总容积为500ml，工作容积为300ml，总固体浓度8％。将牛粪、去离子水、生活污水和植物油按照上述比例添加好，加入发酵瓶后搅匀放置2h，使发酵液体系稳定。温度设定为37.0±1.0℃。向发酵罐内充氮气5min，以驱逐在发酵罐上方残存的空气，封闭进料口，开始厌氧发酵实验，实验时间为44天。

经过发酵，生活污水+2g油与牛粪的发酵体系累积产气量为101.68ml/gts，高于同等条件下的其他实验组的发酵体系产气量(清水无油的累积产气量为42.87ml/gts，污水无油的累积产气量为65.75ml/gts，污水+100mg油的累积产气量为63.61ml/gts，污水+500mg油的累积产气量为80.01ml/gts，污水+1g油的累积产气量为91.33ml/gts，污水+2g油的累积产气量为4.69ml/gts)。发酵过程累积产气量见附图1。发酵过程日产气量见附图2。

上述实施例对本发明的技术方案进行了详细说明。显然，本发明并不局限于所描述的实施例。基于本发明中的实施例，熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或相类似的变化都属于本发明保护的范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种提高生活污水厌氧发酵产气效率的方法，所述方法包括以下步骤：1)在生活污水中添加植物油再与牛粪混合，总固体含量8％；2)将步骤1)所得物进行厌氧发酵；3)记录每天的产气量数据，用以表征厌氧发酵过程产气量。本发明方法可以解决含油废水和养殖场牛粪的污染问题，成本低，运行维护方便，适用范围广，可应用在生态农庄、休闲旅游区以及农村地区。

技术研发人员：田永兰;张化永;徐艳丽;郑磊;李莹;李树森
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：2019.07.12
技术公布日：2019.10.11