一种通过生物滤池去除堆肥厌氧发酵产生的臭气的方法

1.本发明属于环境工程技术领域，具体涉及一种通过生物滤池去除堆肥厌氧发酵产生的臭气的方法。


背景技术：

2.传统的堆肥是用餐厨垃圾、农林废弃物秸秆或者畜禽粪便在一定的人工条件下利用自然界中广泛分布的各种微生物经发酵产生肥料、沼气等有用物质和能源的过程。由于成本条件的限制，堆肥进入后期阶段大多以厌氧发酵为主，一些厌氧微生物将其中的蛋白质等含硫、含氮有机物代谢为硫化氢、氨气等有刺激性气味的分子，这些“臭气”会损伤人体中枢神经系统和呼吸系统，影响工作人员的生命健康。因此，堆肥产生的“臭气”亟需净化处理才能成为安全有用的燃气。
3.生物滤池是近些年来得到社会广泛认可的一种绿色环保、节能的污水、废气处理装置。常用的生物滤池填料分为不可降解滤料和可降解滤料。常用的不可降解滤料有玻璃珠、石棉、陶瓷、火山岩、聚亚胺酯、聚苯乙烯、蛭石、珍珠岩、活性炭、橡胶、木炭、硅藻土等，如cn111172149a公开了一种生物滤池除臭填料，cn111729507b公开了一种生物除臭滤池，上述专利中所用的生物滤池填料均为常规多孔材料，不可降解。可降解滤料有农林废弃物、花生壳、甘蔗渣、椰子纤维、泥炭等。与不可降解滤料相比，可降解滤料中含有丰富的微生物种群及供其生长代谢的营养物质。农林废弃物虽然属于可再生资源，但是仍存在生长周期长、占用耕地等缺点。
4.海鲜废料中富含甲壳素、蛋白质、核酸等营养物质，其中几丁质(甲壳素)是海洋中产生的含量最丰富的可再生资源，通过微生物酶的作用可以产生大量高附加值衍生物，其中几丁质经脱乙酰酶催化产生的脱乙酰几丁质是一种优良的天然絮凝剂，可吸附海水中镉、铬、汞、铜等重金属离子，进一步通过化学沉淀法形成硫化重金属沉淀物去除臭气中的硫化氢分子。此外，填料中还含有高活性小球藻细胞，可大量吸收氨氮合成有机氮源供自身生长。通过甲壳素海水微生物复合滤料可以极大地提高臭气净化效率，同时提高甲烷燃气纯度。但海鲜废料目前的利用主要集中于高端的医药、化妆品以及食品行业，其它则作为垃圾排放或堆肥、饲料化处理，未见用于处理臭气的报道。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提供一种通过生物滤池去除堆肥厌氧发酵产生的臭气的方法，该方法利用解淀粉芽孢杆菌合成的多种生物酶降解海鲜废料，产生各种营养物质及生物活性物质，增强了对海水重金属离子的吸附能力并进一步提高了臭气中硫化氢分子的去除效率，并且增强了微生物对海水高渗环境的抗逆性，促进细胞生长。滤料中含有的高活性小球藻细胞可以将臭气中的无机氨氮转化为必需的有机氮源。滤料成本进一步降低，臭气分子去除效率得到显著提高，nh3、h2s等恶臭成分去除率可达95％以上。
6.本发明是通过以下技术方案实现的：
7.一种通过生物滤池去除堆肥厌氧发酵产生的臭气的方法，包括以下步骤：
8.步骤1)收集沿海地区海鲜废料，将海鲜废料压榨后的固体残渣晒干粉碎，制成颗粒，装入填料箱；
9.步骤2)采用种子培养基培养解淀粉芽孢杆菌和小球藻种子；
10.步骤3)将步骤2)得到的解淀粉芽孢杆菌和小球藻按1:2的体积比混合后，将种子培养液添加到海水中作为海水发酵液；
11.步骤4)将步骤3)得到的海水发酵液与步骤1)得到的海鲜废料颗粒按13:7的质量比在填料箱中混合均匀，培养稳定形成生物滤池；将厌氧发酵产生的臭气通入生物滤池中，即可将臭气分子转化为无害物质并得到高纯度甲烷燃气。
12.优选地，步骤1)所述沿海地区海鲜废料包括海洋捕捞筛分下来的微小海鲜及沿海居民餐饮产生的富含甲壳素成分的餐厨垃圾。
13.优选地，步骤2)所述解淀粉芽孢杆菌的培养温度为26℃，摇床转速180r/min，培养时间36h。
14.优选地，步骤2)所述小球藻的培养温度为25℃，光照静置培养，培养时间5d。
15.优选地，步骤4)所述生物滤池的最适反应温度为28℃，控制ph＝7.0～8.0，每天光照时间8h。
16.优选地，步骤4)所述的生物滤池的含水率为65％。
17.本发明的有益效果如下：
18.本发明通过添加海鲜废料及有益微生物到海水中构成生物滤池，微生物细胞生长迅速且成膜快，显著提高了臭气净化效率。本发明的方法可处理餐厨垃圾、畜禽粪便、秸秆等厌氧发酵产生的臭气，得到净化的高纯度甲烷燃气，去除对环境及人体有害的氨气和硫化氢，且不产生硫酸、硝酸等有害物质，不会造成二次污染。该生物滤池工艺所用液体及填料分别为海水和海鲜废料，滤料成分易得、成本低，无需添加碳源、氮源及其它微量元素，工艺控制简单，菌株生长性能稳定，同时微生物对滤料的生物降解产物几丁质衍生物进一步增强了臭气分子的吸附转化效率，提高细胞对高盐、重金属离子的抗逆性和生物膜的稳定性。经检测，nh3、h2s等恶臭成分去除率可稳定在95％～99％。
附图说明
19.图1为通过生物滤池去除堆肥厌氧发酵产生的臭气的方法示意图；
20.图中：1、甲壳素海水滤料；2、生物滤池。
具体实施方式
21.下面结合附图与具体实施例对本发明做进一步详细说明。
22.本发明所使用的解淀粉芽孢杆菌菌株(bacillus amyloliquefaciens)和小球藻(chlorella vulgaris)均是本实验室购买的通用菌株和细胞。其中解淀粉芽孢杆菌菌株的保藏编号为cgmcc no.1.7463。
23.实施例1
24.一种通过生物滤池去除堆肥厌氧发酵产生的臭气的方法，如图1所示，具体步骤如下：
25.(1)收集沿海地区海鲜废料，主要包括海洋捕捞筛分下来的微小海鲜及沿海居民餐饮产生的富含甲壳素成分的餐厨垃圾，即甲壳素海水滤料1，其中富含蛋白质、甲壳素及各种微量元素，营养丰富。将海鲜废料压榨后的固体残渣晒干粉碎，制成颗粒，装入填料箱。
26.(2)采用种子培养基培养解淀粉芽孢杆菌和小球藻种子，其中解淀粉芽孢杆菌培养温度为26℃，摇床转速180r/min，培养时间36h；小球藻培养温度为25℃，光照静置培养，培养时间5d。
27.(3)将解淀粉芽孢杆菌和小球藻(体积比＝1:2)的种子培养液添加到海水中作为海水发酵液。
28.(4)将海水发酵液与海鲜废料颗粒(质量比＝13:7)在填料箱中混合均匀，制备甲壳素海水滤料1，培养稳定形成生物滤池2，含水率为65％。将厌氧发酵产生的臭气通入所述生物滤池2，最适反应温度为28℃，控制ph在7.0～8.0之间，每天光照时间8h，即可将臭气分子通过生物转化为无害物质并得到高纯度甲烷燃气。
29.经检测，臭气中的nh3、h2s等恶臭成分去除率可稳定在95％～99％。
30.对比例1
31.一种生物滤池除臭方法，具体步骤如下：
32.(1)生物滤池所用填料为秸秆、沸石、陶粒等多孔材料均匀混合而成，含水率为55％。
33.(2)恶臭气体从集气系统中排出后经引风管导入引风机，经引风机输送进入预处理系统，经过温度调节、除尘及增湿后，进入生物滤池除臭装置内进行生物除臭。
34.(3)恶臭气体中的污染物与天然微生物接触，被微生物捕获降解、氧化，使污染物分解为无害的co2和h2o以及硫酸、硝酸等无机物。
35.(4)硫酸、硝酸等进一步被硫杆菌、硝酸菌分解成无害物质。nh3、h2s等恶臭成分去除率在90％～95％。
36.结果分析：
37.通过对比实施例1与对比例1可以看出，实施例1所用滤料含水率达到65％，可以更好溶解臭气分子，增强气液传质效率，提高除臭效率。然而滤料含水率偏高会使滤池缺氧，产生厌氧发酵，影响有益微生物生长，实施例1之所以能够采用较高含水率的填料，是因为代谢产生的co2可被小球藻通过光合作用吸收利用并释放o2。实施例1所用微生物为人工选育的优良复合菌株，臭气净化处理工艺简单，大大缩短了反应时间，不需要进行对比例1中的两阶段反应，从而提高了臭气处理效率，效果更好，且不产生硫酸、硝酸等有害物质，不会造成二次污染。其中解淀粉芽孢杆菌能够通过几丁质酶系协同作用于几丁质填料产生多种几丁质衍生物，在吸附海水中重金属离子之后更好地去除h2s气体分子，同时降低高浓度盐离子对细胞的伤害，可以很好地保护海水环境中的微生物细胞，增强小球藻活性，大量吸收臭气中的氨氮转化为有机氮源，供微生物生长。小球藻通过光合作用合成糖类物质并释放o2，刺激解淀粉芽孢杆菌生长，两种菌具有很好的协同作用。另外，实施例1采用富含几丁质甲壳素的海鲜废料，既降低了成本，无需添加供微生物生长的营养物质，又为微生物提供了更佳的生存环境，因而生物膜更加稳定。
38.在微生物生长过程中，合成分泌的多糖类物质可起到吸附重金属离子絮凝的效果，同时通过添加一些廉价易得、可再生的几丁质生物质来优化生物滤池工艺，进一步增强
了h2s分子的去除效率。本发明所使用的解淀粉芽孢杆菌菌株含有几丁质脱乙酰酶，可将几丁质脱乙酰化生成脱乙酰几丁质，利用被其吸附的重金属离子与h2s分子发生化学反应形成硫化物沉淀，同时去除重金属，净化海水。通过多种酶的协同作用产生几丁质衍生物，可以很好地保护海水环境中的微生物细胞，降低高浓度盐离子对细胞的伤害，增强活性。小球藻细胞将臭气中无机的氨氮转化为有机氮，促进了微生物的生长，且通过光合作用将代谢产生的二氧化碳转化为氧气，解决了滤料含水率过高时，滤池内易产生厌氧区域、增加压降及传质阻力等问题。
39.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种通过生物滤池去除堆肥厌氧发酵产生的臭气的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)收集沿海地区海鲜废料，将海鲜废料压榨后的固体残渣晒干粉碎，制成颗粒，装入填料箱；步骤2)采用种子培养基培养解淀粉芽孢杆菌和小球藻种子；步骤3)将步骤2)得到的解淀粉芽孢杆菌和小球藻按1:2的体积比混合后，将种子培养液添加到海水中作为海水发酵液；步骤4)将步骤3)得到的海水发酵液与步骤1)得到的海鲜废料颗粒按13:7的质量比在填料箱中混合均匀，培养稳定形成生物滤池；将厌氧发酵产生的臭气通入生物滤池中，即可将臭气分子转化为无害物质并得到高纯度甲烷燃气。2.根据权利要求1所述的一种通过生物滤池去除堆肥厌氧发酵产生的臭气的方法，其特征在于，步骤1)所述沿海地区海鲜废料包括海洋捕捞筛分下来的微小海鲜及沿海居民餐饮产生的富含甲壳素成分的餐厨垃圾。3.根据权利要求1所述的一种通过生物滤池去除堆肥厌氧发酵产生的臭气的方法，其特征在于，步骤2)所述解淀粉芽孢杆菌的培养温度为26℃，摇床转速180r/min，培养时间36h。4.根据权利要求1所述的一种通过生物滤池去除堆肥厌氧发酵产生的臭气的方法，其特征在于，步骤2)所述小球藻的培养温度为25℃，光照静置培养，培养时间5d。5.根据权利要求1所述的一种通过生物滤池去除堆肥厌氧发酵产生的臭气的方法，其特征在于，步骤4)所述生物滤池的最适反应温度为28℃，控制ph＝7.0～8.0，每天光照时间8h。6.根据权利要求1所述的一种通过生物滤池去除堆肥厌氧发酵产生的臭气的方法，其特征在于，步骤4)所述的生物滤池的含水率为65％。

技术总结
本发明公开了一种通过生物滤池去除堆肥厌氧发酵产生的臭气的方法，首先将富含几丁质甲壳素的海鲜废料晒干粉碎，然后培养解淀粉芽孢杆菌和小球藻混合海水制备发酵液，再将发酵液通入海鲜废料颗粒形成生物滤池。当堆肥厌氧发酵产生的臭气通过生物滤池时被含有微生物的生物膜吸附，变为供微生物生长的营养物质。该方法可处理餐厨垃圾、畜禽粪便、秸秆等厌氧发酵产生的臭气，得到净化的高纯度甲烷燃气，去除对环境及人体有害的氨气和硫化氢，且不产生硫酸、硝酸等有害物质，不会造成二次污染。该生物滤池工艺所用液体及填料分别为海水和海鲜废料，成本低，无需添加碳源、氮源及其它微量元素，工艺控制简单，菌株生长性能稳定，臭气分子去除效率高。子去除效率高。子去除效率高。


技术研发人员：倪浩 封功能 熊敏 邓丽娜 顾晓天
受保护的技术使用者：盐城工学院
技术研发日：2023.04.06
技术公布日：2023/7/7