公布日：2022.12.16
申請(qǐng)日：2022.07.27
分類號(hào)：C02F3/28(2006.01)I;C12M1/107(2006.01)I;C12M1/36(2006.01)I;C12M1/38(2006.01)I;C02F103/16(2006.01)N;C02F103/32(2006.01)N;
C02F103/34(2006.01)N;C02F103/36(2006.01)N
摘要
本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N廢水與酒糟混合厭氧發(fā)酵方法，包括：將第一沼液與廢水混合，得到第一混合液；其中，所述廢水的進(jìn)料COD容積負(fù)荷符合第一預(yù)設(shè)條件；將所述第一混合液與酒糟混合得到第二混合液；將所述第二混合液進(jìn)行厭氧發(fā)酵，收集厭氧發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的沼氣，持續(xù)測(cè)定所述厭氧發(fā)酵過(guò)程中的過(guò)程參數(shù)，至所述過(guò)程參數(shù)符合第二預(yù)設(shè)條件；停止厭氧發(fā)酵，將發(fā)酵后的所述第二混合液過(guò)濾，得到第二沼液；其中，所述第二沼液能作為第一沼液與所述廢水混合。使用第一沼液對(duì)廢水進(jìn)行接種，以增加發(fā)酵系統(tǒng)中的微生物，同時(shí)提高系統(tǒng)的pH及穩(wěn)定性，將第一混合液與酒糟混合后進(jìn)行厭氧發(fā)酵，既可以對(duì)高濃度廢水進(jìn)行處理，減少?gòu)U水排量，可以增加產(chǎn)氣量，增加收益。
權(quán)利要求書
1.一種廢水與酒糟混合厭氧發(fā)酵方法，其特征在于，包括如下步驟：將第一沼液與廢水混合，得到第一混合液；其中，所述廢水的進(jìn)料COD容積負(fù)荷符合第一預(yù)設(shè)條件；將所述第一混合液與酒糟混合得到第二混合液；將所述第二混合液進(jìn)行厭氧發(fā)酵，收集厭氧發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的沼氣，持續(xù)測(cè)定所述厭氧發(fā)酵過(guò)程中的過(guò)程參數(shù)，至所述過(guò)程參數(shù)符合第二預(yù)設(shè)條件；將發(fā)酵后的所述第二混合液過(guò)濾，得到第二沼液；其中，所述第二沼液能作為第一沼液與所述廢水混合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢水與酒糟混合厭氧發(fā)酵方法，其特征在于，所述第一預(yù)設(shè)條件為：所述廢水的進(jìn)料COD容積負(fù)荷小于等于3-4kgCOD/(m3•d)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢水與酒糟混合厭氧發(fā)酵方法，其特征在于，所述過(guò)程參數(shù)包括：厭氧發(fā)酵水力停留時(shí)間、所述沼氣的單位產(chǎn)氣量，所述沼氣中的甲烷含量，和/或所述第二混合液的pH。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的廢水與酒糟混合厭氧發(fā)酵方法，其特征在于，所述第二預(yù)設(shè)條件包括：所述厭氧發(fā)酵水力停留時(shí)間達(dá)到預(yù)設(shè)時(shí)間、相鄰兩個(gè)所述單位產(chǎn)氣量的第一差值比率不大于10％、所述沼氣中的甲烷含量大于等于50％和所述第二混合液的pH＝6-8。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢水與酒糟混合厭氧發(fā)酵方法，其特征在于，所述廢水的進(jìn)料體積的計(jì)算公式為：V1＝(V0*a)/n，其中，V1為廢水的進(jìn)料體積；V0為發(fā)酵裝置有效容積；a為廢水的進(jìn)料COD容積負(fù)荷；n為廢水的COD濃度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢水與酒糟混合厭氧發(fā)酵方法，其特征在于，所述酒糟的干物質(zhì)進(jìn)料質(zhì)量的計(jì)算公式為：m2＝b*V，其中，m2為酒糟的干物質(zhì)進(jìn)料質(zhì)量；b為第二混合液的干物質(zhì)濃度；V為第二混合液的總體積。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的廢水與酒糟混合厭氧發(fā)酵方法，其特征在于，所述第二混合液的干物質(zhì)濃度小于等于15％。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的廢水與酒糟混合厭氧發(fā)酵方法，其特征在于，所述第二混合液的干物質(zhì)濃度為6-10％。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢水與酒糟混合厭氧發(fā)酵方法，其特征在于，所述第一沼液的進(jìn)料體積的計(jì)算公式為：V3＝V-V1-V2，其中，V3為第一沼液的進(jìn)料體積，V為第二混合液的總體積，V1為廢水的進(jìn)料體積，V2為酒糟的進(jìn)料總體積。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢水與酒糟混合厭氧發(fā)酵方法，其特征在于，所述第一沼液和所述第二沼液均為非曝氣的沼液。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本申請(qǐng)的目的在于提出一種廢水與酒糟混合厭氧發(fā)酵方法，已解決或部分解決背景技術(shù)提出的問(wèn)題。
基于上述目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N廢水與酒糟混合厭氧發(fā)酵方法，包括如下步驟：
將第一沼液與廢水混合，得到第一混合液；其中，所述廢水的進(jìn)料COD容積負(fù)荷符合第一預(yù)設(shè)條件；
將所述第一混合液與酒糟混合得到第二混合液；
將所述第二混合液進(jìn)行厭氧發(fā)酵，收集厭氧發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的沼氣，持續(xù)測(cè)定所述厭氧發(fā)酵過(guò)程中的過(guò)程參數(shù)，至所述過(guò)程參數(shù)符合第二預(yù)設(shè)條件；
將發(fā)酵后的所述第二混合液過(guò)濾，得到第二沼液；其中，所述第二沼液能作為第一沼液與所述廢水混合。
其中，本申請(qǐng)所述的廢水主要指的是高濃度廢水(COD含量超過(guò)50000mg/L)。在制酒釀酒、生物制藥、石化煉制、重金屬冶煉等化工生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的高COD廢水，這些高COD廢水常規(guī)手段處理成本高，因此使用本申請(qǐng)所述的方法進(jìn)行協(xié)同處理，提高酒糟和廢水的資源化利用水平。
其中，本申請(qǐng)所述的酒糟為米、麥、高梁等釀酒后剩余的殘?jiān)?/p>
其中，本申請(qǐng)所述的第一沼液為有機(jī)物質(zhì)經(jīng)厭氧發(fā)酵后形成的褐色明亮的液體。
進(jìn)一步地，所述厭氧發(fā)酵采用中溫發(fā)酵，發(fā)酵溫度35-42℃。
進(jìn)一步地，所述厭氧發(fā)酵的溫度為37℃。
進(jìn)一步地，所述第一預(yù)設(shè)條件為：所述廢水的進(jìn)料COD容積負(fù)荷小于等于3-4kgCOD/(m3•d)。
進(jìn)一步地，所述第一預(yù)設(shè)條件為：所述廢水的進(jìn)料COD容積負(fù)荷≤3.28kgCOD/(m3•d)。
其中，容積負(fù)荷是指發(fā)酵裝置的單位有效容積在單位時(shí)間內(nèi)所能承受的污染物的量。本申請(qǐng)中，以COD容積負(fù)荷來(lái)表示發(fā)酵裝置的單位有效容積在單位時(shí)間內(nèi)所能承受的廢水的COD含量。
其中，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)所述廢水的進(jìn)料COD容積負(fù)荷大于3.28kgCOD/(m3•d)時(shí)，由于所述廢水的進(jìn)料COD容積負(fù)荷太大，第一混合液中COD含量太高，容易引起發(fā)酵系統(tǒng)的酸化，導(dǎo)致產(chǎn)氣能力下降甚至停止。
進(jìn)一步地，所述過(guò)程參數(shù)包括：厭氧發(fā)酵水力停留時(shí)間、所述沼氣的單位產(chǎn)氣量，所述沼氣中的甲烷含量，和/或所述第二混合液的pH。
進(jìn)一步地，所述第二預(yù)設(shè)條件包括：所述厭氧發(fā)酵水力停留時(shí)間達(dá)到預(yù)設(shè)時(shí)間、相鄰兩個(gè)所述單位產(chǎn)氣量的第一差值比率不大于10％、所述沼氣中的甲烷含量大于等于50％、和所述第二混合液的pH＝6-8。
其中，所述第二預(yù)設(shè)條件包括上述四個(gè)條件，當(dāng)所述第二混合液厭氧發(fā)酵過(guò)程中的參數(shù)符合同時(shí)滿足上述四個(gè)條件時(shí)，所述第二混合液厭氧發(fā)酵過(guò)程穩(wěn)定且滿足實(shí)際需求，此時(shí)完成第二混合液的厭氧發(fā)酵。
所述厭氧發(fā)酵水力停留時(shí)間為所述第二混合液進(jìn)行厭氧發(fā)酵的最佳時(shí)間。當(dāng)厭氧發(fā)酵的時(shí)間太短，造成第二混合液發(fā)酵不充分，第二混合液中的有機(jī)物沒有被充分發(fā)酵，沒有被充分利用，造成資源的浪費(fèi)；當(dāng)厭氧發(fā)酵的時(shí)間太長(zhǎng)，增加發(fā)酵反應(yīng)的成本，損耗大大增加。
其中，所述預(yù)設(shè)時(shí)間為30-60天。
其中，所述預(yù)設(shè)時(shí)間優(yōu)選為40天。
其中，在厭氧發(fā)酵過(guò)程中，單位產(chǎn)氣量與沼氣中的甲烷含量是表征發(fā)酵系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的直接指標(biāo)，只有單位產(chǎn)氣量與沼氣中的甲烷含量同時(shí)保持穩(wěn)定的發(fā)酵罐才有實(shí)際意義。其中，相鄰兩個(gè)所述單位產(chǎn)氣量的第一差值比率不大于10％，證明單位產(chǎn)氣量保持穩(wěn)定；所述沼氣中的甲烷含量大于等于50％，證明沼氣中的甲烷含量保持穩(wěn)定，只有滿足這兩個(gè)條件，才能說(shuō)明發(fā)酵過(guò)程保持穩(wěn)定，發(fā)酵才具有實(shí)際意義。
其中，所述第一差值比率Q的計(jì)算公式為：Q＝(w1-w2)/w1，其中，w1為相鄰兩個(gè)所述單位產(chǎn)氣量中較大的數(shù)值，w2為相鄰兩個(gè)所述單位產(chǎn)氣量中較小的數(shù)值。
其中，所述第二混合液的pH＝6-8.5。pH值直接影響厭氧發(fā)酵過(guò)程中微生物的代謝和繁殖。一般情況下，厭氧發(fā)酵的正常pH值為6-8.5，當(dāng)pH值低于6或者高于8.5時(shí)均不利于沼氣的產(chǎn)生。pH低于6時(shí)厭氧發(fā)酵罐內(nèi)易發(fā)生酸化反應(yīng)，不利于第二混合液的發(fā)酵，而當(dāng)pH高于8.5時(shí)，則易出現(xiàn)氨氮濃度累積，進(jìn)而抑制產(chǎn)氣。
進(jìn)一步地，所述第二混合液的pH＝6.8-8。
進(jìn)一步地，所述廢水的進(jìn)料體積的計(jì)算公式為：V1＝(V0*a)/n，
其中，V1為廢水的進(jìn)料體積；V0為發(fā)酵裝置有效容積；a為廢水的進(jìn)料COD容積負(fù)荷；n為廢水的COD含量。
進(jìn)一步地，所述酒糟的干物質(zhì)進(jìn)料質(zhì)量的計(jì)算公式為：m2＝b*V,
其中，m2為酒糟的干物質(zhì)進(jìn)料質(zhì)量；b為第二混合液的干物質(zhì)濃度；V為第二混合液的總體積。
其中，依據(jù)所述第二混合液的總體積和第二混合液的干物質(zhì)濃度，可以計(jì)算出酒糟的干物質(zhì)進(jìn)料質(zhì)量。依據(jù)酒糟的干物質(zhì)進(jìn)料質(zhì)量和酒糟原始的干物質(zhì)質(zhì)量，可以計(jì)算出酒糟的進(jìn)料總體積(即下述的V2)。
其中，當(dāng)所述厭氧發(fā)酵為連續(xù)進(jìn)出料過(guò)程時(shí)，每次發(fā)酵的第二混合液的總體積＝發(fā)酵裝置有效容積/厭氧發(fā)酵水力停留時(shí)間；當(dāng)所述厭氧發(fā)酵為非連續(xù)進(jìn)出料時(shí)，每次發(fā)酵的第二混合液的總體積小于等于發(fā)酵裝置有效容積。
進(jìn)一步地，所述第二混合液的干物質(zhì)濃度小于等于15％。
進(jìn)一步地，所述第二混合液的干物質(zhì)濃度為6-10％。
其中，當(dāng)所述第二混合液的干物質(zhì)濃度太大時(shí)，使得第二混合液中酒糟的濃度太高，以致厭氧發(fā)酵過(guò)程攪拌困難，攪拌越困難，則第二混合液的均質(zhì)化效果越差，厭氧發(fā)酵的效果也越差。
進(jìn)一步地，所述第一沼液的進(jìn)料體積的計(jì)算公式為：V3＝V-V1-V2,
其中，V3為第一沼液的進(jìn)料體積，V為第二混合液的總體積，V1為廢水的進(jìn)料體積，V2為酒糟的進(jìn)料總體積。
進(jìn)一步地，所述第一沼液和所述第二沼液均為非曝氣的沼液。
其中，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，如果第一沼液或第二沼液經(jīng)過(guò)曝氣回流，則會(huì)對(duì)發(fā)酵系統(tǒng)產(chǎn)氣量有負(fù)面影響，以致單位產(chǎn)氣量降低，不利于厭氧發(fā)酵。
從上面所述可以看出，本申請(qǐng)?zhí)峁┑膹U水與酒糟混合厭氧發(fā)酵方法，將廢水與第一沼液混合，得到符合第一預(yù)設(shè)條件的第一混合液，使用第一沼液對(duì)廢水進(jìn)行接種，以增加發(fā)酵系統(tǒng)中的微生物，加快發(fā)酵反應(yīng)的進(jìn)行，同時(shí)堿性的第一沼液可以對(duì)酸性的廢水進(jìn)行中和，以提高系統(tǒng)的pH及穩(wěn)定性，確保廢水不會(huì)對(duì)發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生太大沖擊，避免廢水中過(guò)高的COD引起發(fā)酵系統(tǒng)酸化，最終導(dǎo)致產(chǎn)氣能力下降甚至停止；將第一混合液與酒糟混合后進(jìn)行厭氧發(fā)酵，既可以對(duì)高濃度廢水進(jìn)行處理，減少?gòu)U水排量，又可以增加產(chǎn)氣量，增加收益；同時(shí)，厭氧發(fā)酵后得到的第二沼液可以作為第一沼液循環(huán)使用，減少了廢水的排量，并且大大降低了處理成本，實(shí)現(xiàn)了高濃度廢水經(jīng)濟(jì)環(huán)保地處理。
（發(fā)明人：何榮玉;張自強(qiáng);楊琦;詹余福;劉篤一）
