申请日2011.06.17
公开(公告)日2011.12.21
IPC分类号C02F3/30; C12P5/02
摘要
本发明属于资源综合利用技术领域，具体涉及一种利用有机废水进行固氮用于秸秆厌氧发酵的方法。该方法包括以下步骤：(1)利用空气经脱氧反应器脱氧处理后的氮气产品作为初始氮源;(2)向有机废水中接种光合细菌，在氮气的氛围中光照培养，培养后的液体经离心分离取上清液为有机氮产物;(3)有机氮产物灭活后作为氮源加入秸秆厌氧发酵过程中。本发明利用光合细菌将有机废水中的营养物质在厌氧光照条件下利用自身固氮酶的固氮作用将空气中的氮转化为菌体蛋白和菌体色素，从而将空气中的单质氮以有机态形式转化固定，然后作为氮源供给秸秆厌氧发酵过程对氮源的需求，还使有机废水得到了重新利用，避免有机废水直接排放造成对环境的污染破坏。
权利要求书
1.一种利用有机废水进行固氮用于秸秆厌氧发酵的方法，包括以下步骤：(1)利用空气经脱氧反应器脱氧处理后的氮气产品作为初始氮源;(2)向有机废水中接种光合细菌，在氮气的氛围中光照培养，培养后的液体经离心分离取上清液为有机氮产物;(3)有机氮产物灭活后作为氮源加入秸秆厌氧发酵过程中，100克秸秆添加400-800mL的有机氮产物。
2.如权利要求1所述的利用有机废水进行固氮用于秸秆厌氧发酵的方法，其特征在于：所述步骤(2)中接种光合细菌时光合细菌接种量为有机废水体积的5-10%，有机废水下部通入氮气使反应器内的气压达0.1Mpa;光照培养的时间不少于96h，控制光照度为2000-3000 Lx，培养温度为25-30℃。
3.如权利要求1或2所述的利用有机废水进行固氮用于秸秆厌氧发酵的方法，其特征在于：所述步骤(1)中氮气产品的制备过程为：将COD为4000-6000mg/L的有机废水送入脱氧反应器内;向脱氧反应器内加入有机废水质量1/15-1/20的好氧活性污泥;由脱氧反应器底部通入空气，空气在脱氧反应器内自下至上流动过程中氧气参与反应被消耗，排出脱氧反应器的气体去除二氧化碳后干燥得氮气产品。
4.如权利要求3所述的利用有机废水进行固氮用于秸秆厌氧发酵的方法，其特征在于：所述脱氧反应器包括壳体，壳体底部设有曝气器，曝气器的进口与空气进气管连接，曝气器上方的壳体内壁竖向间隔交错设有向下倾斜和向上倾斜的折流板，折流板的远端与相对壳体内壁之间留有空隙;壳体顶部设有喷淋器，喷淋器的进口通过循环管与壳体底部连接，循环管的进口处设有循环泵，壳体顶部设有出气管，壳体上部设有进水管，壳体底部为倾斜状，壳体底面设有排污口。
5.如权利要求4所述的利用有机废水进行固氮用于秸秆厌氧发酵的方法，其特征在于：壳体上设有溢流管;进水管设于由上至下第二块折流板与第三块折流板之间。
说明书
一种利用有机废水进行固氮用于秸秆厌氧发酵的方法
技术领域
本发明属于资源综合利用技术领域，具体涉及一种利用有机废水进行固氮用于秸秆厌氧发酵的方法。
背景技术
我国是一个农业大国，具有丰富的秸秆资源，但随着经济的快速发展，原作为农村生活用能和牲畜饲料的农作物秸秆逐步沦为农业废弃物，其不当处置造成了严重的环境污染。近年来，随着化石能源供应紧张和环境问题的日益突出，以秸秆为主的生物质能成为后续能源发展的重要技术方式。在各类生物质能技术中，秸秆沼气发酵不仅可以将秸秆转化为清洁的气体能源，发酵后的产物还可作为有机肥料进行返田，实现秸秆资源的良性循环。但秸秆是富碳生物质体，而秸秆沼气发酵微生物在厌氧发酵过程中需要一定量的氮源来完成自身的生长代谢，纯粹的秸秆进行发酵因缺少氮源往往造成酸溺现象而不能正常发酵产气。为了弥补秸秆中氮源不足的问题，现在秸秆沼气发酵工程一般都要人为增加氮源来满足厌氧发酵微生物的正常生长，在畜禽养殖业发达地区则通过添加畜禽粪便进行补充必需氮源，而在缺乏养殖业的地区则直接使用碳酸氢铵、尿素作为补充氮源，造成了很大的资源浪费。
光合细菌是一类具有特殊生长代谢体系的古细菌，其能在不同环境条件下进行生长代谢活动，其中其在厌氧光照和营养条件缺氮下的情况将单质氮转化为自身生长代谢所需氮源，并以菌体蛋白和菌体色素形式保存下来。光合细菌固氮是光合细菌自身固氮酶的一种缺氮代谢途径，利用光合细菌这种固氮特性能将将空气中丰富的氮气资源转化为有机氮为秸秆厌氧发酵必要的碳源可以减少其厌氧发酵过程对人工化学氮源的需要，降低生产运行成本。
发明内容
本发明提供一种节约能源的利用有机废水进行固氮用于秸秆厌氧发酵的方法。
本发明采用以下技术方案：
一种利用有机废水进行固氮用于秸秆厌氧发酵的方法，包括以下步骤：(1)利用空气经脱氧反应器脱氧处理后的氮气产品作为初始氮源;(2)向有机废水中接种光合细菌，在氮气的氛围中光照培养，培养后的液体经离心分离取上清液为有机氮产物;(3)有机氮产物灭活后作为氮源加入秸秆厌氧发酵过程中，100克秸秆添加400-800mL的有机氮产物。
所述步骤(2)中接种光合细菌时光合细菌接种量为有机废水体积的5-10%，有机废水下部通入氮气使反应器内的气压达0.1Mpa;光照培养的时间不少于96h，控制光照度为2000-3000 Lx，培养温度为25-30℃。
所述步骤(1)中氮气产品的制备过程为：将COD为4000-6000mg/L的有机废水送入脱氧反应器内;向脱氧反应器内加入有机废水质量1/15-1/20的好氧活性污泥;由脱氧反应器底部通入空气，空气在脱氧反应器内自下至上流动过程中氧气参与反应被消耗，排出脱氧反应器的气体去除二氧化碳后干燥得氮气产品。
所述脱氧反应器包括壳体，壳体底部设有曝气器，曝气器的进口与空气进气管连接，曝气器上方的壳体内壁竖向间隔交错设有向下倾斜和向上倾斜的折流板，折流板的远端与相对壳体内壁之间留有空隙;壳体顶部设有喷淋器，喷淋器的进口通过循环管与壳体底部连接，循环管的进口处设有循环泵，壳体顶部设有出气管，壳体上部设有进水管，壳体底部为倾斜状，壳体底面设有排污口。
壳体上设有溢流管;进水管设于由上至下第二块折流板与第三块折流板之间。
本发明利用光合细菌将有机废水中的营养物质在厌氧光照条件下利用自身固氮酶的固氮作用将空气中的氮转化为菌体蛋白和菌体色素，从而将空气中的单质氮以有机态形式转化固定，然后作为氮源供给秸秆厌氧发酵过程对氮源的需求，缓解了目前秸秆发酵过程中需要加入碳酸氢铵、尿素等补充氮源造成的很大的资源浪费，还使有机废水得到了重新利用，避免有机废水直接排放造成对环境的污染破坏。本发明对有机废水的固氮工艺简单，其主要成本在于光照培养的光照对电能消耗，如采用太阳光做自然光源，适当延长培养时间弥补太阳光周期性变化影响则可大大降低生产成本。
本发明对有机废水进行固氮处理之前要进行灭菌处理，防止杂菌污染，同时减少空气氧对光合细菌的抑制作用。本发明不能直接利用空气作为有机废水代谢反应的氮源，这是因为空气中氧对固氮酶有抑制作用，因此所采用的氮气必须是脱氧之后的空气，如果当微量氧存在时应增加培养时间，以便光合细菌首先进行好氧呼吸作用消耗存在的微量氧而后转入固氮代谢。
本发明中利用有机废水获得氮气产品时，有机废水COD需要进行控制，这是因为当有机废水COD过低时则不能完全消除空气中含有的氧气，而当有机废水COD过高时则有大量的CO2、CO等新杂质气体生成，不仅增加吸收碱液的消耗量也影响获得氮气的纯度。控制COD使得有机废水的降解代谢停留在好氧和微好氧层次，避免有机质在厌氧状态下更多杂气的生成。利用有机废水获得氮气产品的方法简单、能耗低，在获取氮气的同时对有机废水还有一定的净化作用，利用本发明方法获取的气体中氮气浓度(体积百分比)可达到95%左右，产气中还含有少量浓度的氧气和一氧化碳气体，可作为获取高纯氮气的前驱气体。
利用有机废水获得氮气产品所用的脱氧反应器结构设计简单，布局合理，设置折流板，能够使空气在反应器内实现充分自下至上的折流，保证空气中的氧气最大程度地被有机质降解代谢消耗掉。
