[发明专利]一种小麦秸秆发酵产乙醇混合城市餐厨垃圾的两相厌氧处理装置与工艺

说明书

一种小麦秸秆发酵产乙醇混合城市餐厨垃圾的两相厌氧处理装置与工艺，它包括以下步骤：将小麦秸秆粉碎并打磨成颗粒，采用稀NaOH溶液在恒温水浴条件下对其进行碱‑热预处理，并用纤维素酶对预处理后的混合液进行水解。采用乙醇型发酵的pH调控手段发酵该混合液产醇，并将产生的乙醇发酵液与城市餐厨垃圾混合进行厌氧共消化。本发明可达到如下效果：在城市餐厨垃圾厌氧消化过程中稳定地建立基于直接种间电子传递的互养代谢途径，加快有机酸互养转化为甲烷，减轻由于酸性积累对产甲烷菌造成的抑制，提高城市餐厨垃圾厌氧消化的效率和稳定性。该技术投资成本少，操作简单，提高效果明显，可应用于现有城市餐厨垃圾厌氧消化或共消化工艺的升级改造。

技术领域 本发明涉及一种城市餐厨垃圾厌氧消化的装置与工艺。

背景技术 随着城市生活水平和质量的不同提高，城市餐厨垃圾已成为威胁城市环境的首要问题，如空气、土壤、地下水等。厌氧消化由于具有负荷高、能耗(或运行费用)低、产沼气等特点，被广泛应用于城市餐厨垃圾处置及其减量化。然而，城市餐厨垃圾中含有较高浓度的有机质，且其碱度通常较低，经水解酸化后，极易产生大量的有机酸，破坏厌氧消化系统的酸性平衡，抑制产甲烷菌，最终导致厌氧消化工艺失败。

厌氧消化过程中的碱度补偿主要依赖于高效的互养代谢机制，即有机酸通过酸化菌与产甲烷菌的互养合作转化为甲烷的过程能够使厌氧消化系统的碱度上升，进而在一定程度上缓解酸性积累。传统的互养代谢主要依靠氢气(或甲酸)作为酸化菌和产甲烷菌之间电子交换的载体，即种间氢气(或甲酸)传递。种间氢气(或甲酸)传递的稳定运转需要耗氢(或甲酸)产甲烷菌持续地消耗氢气(或甲酸)，以维持厌氧消化系统内较低的氢气分压(或甲酸浓度)，才能使有机酸分解产氢(或甲酸)在热力学上可行。然而，在常规厌氧消化系统中，耗氢(或甲酸)产甲烷菌的丰度通常较低。一些环境条件的扰动，如有机负荷、温度、pH等，极易使耗氢(或甲酸)产甲烷菌代谢受阻，导致厌氧消化系统中氢气分压(或甲酸浓度)显著上升，造成酸性积累，进一步抑制产甲烷菌。

直接种间电子传递被认为是一种能够取代种间氢气(或甲酸)传递的新型互养代谢方式。相比种间氢气(或甲酸)传递，其优势主要表现为以下三点：1)不依靠氢气(或甲酸)作为种间电子交换的载体，而依靠酸化菌胞外生长的导电菌丝和分泌的细胞色素进行种间电子交换，电子传递效率得以提高；2)直接种间电子传递的速率是种间氢气(或甲酸)传递的8-9倍，有机酸分解和产甲烷速率得以加快；3)电子受体端产甲烷菌属于耗乙酸产甲烷菌，其在常规厌氧消化系统中占优势地位。因此，构建厌氧消化系统中直接种间电子传递有望提高城市餐厨垃圾厌氧消化效率和稳定性。

前期研究表明，采用乙醇作为底物驯化常规厌氧消化器，类似启动啤酒废水厌氧消化器，能够在其污泥中富集地杆菌——目前唯一在共培养体系下被证实能够驱动直接种间电子传递的酸化菌，建立基于直接种间电子传递的互养代谢途径，加快有机酸的分解，提高产甲烷效率。然而，大量的投加乙醇在实际应用中将不可避免地增加工艺的运行费用。需要指出的是，乙醇是可以通过在水解酸化阶段发酵含糖有机废物来产生，如蔗糖、纤维素、秸秆等，这样不仅能够降低工艺的运行成本，还能够永久地在厌氧消化系统中建立直接种间电子传递。