專利名稱：一種水葫蘆資源化新工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于可再生能源開發(fā)利用與環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，具體來說涉及一種利用壓濾處理 提高水葫蘆資源化利用率的方法。
背景技術(shù)：
水葫蘆(&'cMoA77/acms沖^5b/m.)，學(xué)名鳳眼蓮，雨久花科，俗稱布袋蓮、水荷花、假
水仙，原產(chǎn)地巴西、阿根廷和秘魯?shù)葒?。水葫蘆喜高溫濕潤，在25 35'C下生長速度驚人，
通常在8個月內(nèi)就能從10棵增至60萬棵，是公認(rèn)的生長最快的植物之一。20世紀(jì)30年
代作為飼料從南亞傳入我國，為我國養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展做出了很大的貢獻(xiàn)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅
速發(fā)展混合飼料已逐漸取代水葫蘆，造成水葫蘆的利用率大大降低而逸為野生。同時，水
污染的日益加劇為水葫蘆的快速繁殖提供了充足的營養(yǎng)。目前，我國南部19個省市都存
在嚴(yán)重的水葫蘆泛濫問題。由于水葫蘆的入侵改變了當(dāng)?shù)厮w的各種理化性質(zhì)，影響了當(dāng)
地的生物多樣性，孽生蚊蠅。由于水葫蘆的瘋長，堵塞了河道，給航運(yùn)、發(fā)電、灌溉等造
成了很大影響，水葫戸被列為世界十大害草之一。
由于水葫蘆的快速生長帶來了一系列的問題，但是水葫蘆畢竟是一種水生植物，更是
一種潛在的生物質(zhì)資源，如何合理有效的利用這種資源是科研工作者嗜待解決的問題。目
前，對水葫蘆資源化利用主要包括以下幾方面飼料、肥料、水體修復(fù)、食品、藥用資源
的丌發(fā)、提取有用物質(zhì)(蛋白質(zhì)、谷胱甘肽、回收抗氧化體)、厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣等。其中，
水葫蘆飼料化、直接厭氧發(fā)酵和壓濾后堆肥是目前水葫蘆工程化利用最多的3種方式。目
前，由于水葫蘆生長的水體環(huán)境比較復(fù)雜，水葫蘆飼料化越來越少；水葫蘆直接厭氧發(fā)酵
存在單位質(zhì)量干物質(zhì)產(chǎn)氣量低，同時水葫蘆高達(dá)95%左右的含水率降低了厭氧反應(yīng)器的處
理能力，此外，由于水葫蘆各部位的成分不同，其厭氧產(chǎn)氣差異較大，進(jìn)而降低了該技術(shù)
的經(jīng)濟(jì)性；將水葫蘆壓濾后好氧堆肥在技術(shù)上沒有任何問題，但是由于好氧堆肥的經(jīng)濟(jì)性
遠(yuǎn)低于厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣，且將富含易分解有機(jī)物的水葫蘆莖好氧堆肥在經(jīng)濟(jì)性上沒有優(yōu) 勢。如何提高厭氧反應(yīng)器的處理能力和水葫蘆的厭氧生物轉(zhuǎn)化率，最終提高水葫蘆資源化 的經(jīng)濟(jì)效益是目前水葫蘆工程化利用急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對目前水葫蘆厭氧發(fā)酵存在的厭氧反應(yīng)器處理能力低、水葫蘆生物 轉(zhuǎn)化率低以及厭氧消化工作量大等問題，提供一種不僅方法簡單，而且操作簡便，在保證 厭氧反應(yīng)器處理能力大幅提高的前提下提高水葫蘆的生物轉(zhuǎn)化率的方法。
本發(fā)明的目的可以通過以下措施達(dá)到
一種水葫蘆資源化新工藝，由水葫蘆預(yù)處理、濾液的處理和濾渣的處理三部分構(gòu)成， 其步驟如下
(1) 分離收集的水葫蘆的根和莖，并分別將根、莖粉碎至濃漿狀；
(2) 分別將濃漿狀物質(zhì)進(jìn)行壓濾，得到莖濾渣、根濾渣和根莖壓濾液；
(3) 將根莖壓濾液經(jīng)人工濕地系統(tǒng)處理后排放；
(4) 將莖濾渣中加入?yún)捬醢l(fā)酵接種物后進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣，其中厭氧反應(yīng)器TS 負(fù)荷為2.0 6.0% (質(zhì)量比)，反應(yīng)溫度為25 55'C;
(5) 將根濾渣用秸稈調(diào)節(jié)含水率至55 70% (質(zhì)量比)、C/N調(diào)至25 35后，進(jìn)行 好氧堆肥。
本發(fā)明的一種水葫蘆資源化新工藝，詳細(xì)歩驟如下
(1) 將收集的水葫蘆用機(jī)械或人工方式進(jìn)行根莖分離，分別將分離所得根、莖粉碎，
粉碎后的根和莖均為濃漿狀；
(2) 將步驟(1)所得濃漿狀物質(zhì)進(jìn)行壓濾，可得莖和根的濾渣以及莖、根的壓濾液 (即莖濾渣、根濾渣，以及合并莖壓濾液和根壓濾液的根莖壓濾液)；
(3) 將步驟(2)所得莖和根的壓濾液(根莖壓濾液)經(jīng)沉淀池沉淀后，用人工濕地
系統(tǒng)處理后排放；
(4) 將歩驟(2)所得莖濾渣接種厭氧污泥后進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣，厭氧反應(yīng)器TS 負(fù)荷為2.0 6.0%，反應(yīng)溫度為25 55'C。待產(chǎn)氣高峰過后(該階段通常需20 30天)， 將反應(yīng)器內(nèi)的發(fā)酵物取出，進(jìn)行下一輪發(fā)酵；
(5) 將步驟(2)所得根濾渣調(diào)節(jié)含水率至55 70%后進(jìn)行好氧堆肥，定期進(jìn)行通 風(fēng)或人工翻堆；好氧堆肥的處理周期為30天左右(通常需要25 35天)。
堆肥的原料為根壓濾后的濾渣，厭氧發(fā)酵的原料為莖壓濾后的濾渣。 根莖壓濾液進(jìn)入人工濕地系統(tǒng)前先經(jīng)過沉淀池進(jìn)行沉淀處理。人工濕地的進(jìn)水為根莖 壓濾液經(jīng)沉淀后的出水，避免了濾液中的顆粒物對人工濕地的堵塞，也降低了人工濕地的 處理負(fù)荷。本發(fā)明對于沉淀池具體采用何種沉淀處理方法并無要求，只要能夠減少壓濾液中的顆粒物即可。
厭氧發(fā)酵接種物為污水處理廠的厭氧消化污泥、老沼氣池污泥、腐敗河泥、新鮮牛糞 等其中的一種或多種，接種物用量為發(fā)酵物(莖濾渣)干重的5% 30%。 本發(fā)明的有益效果-
1、 工藝簡單，可操作性強(qiáng)。
2、 在保證水葫蘆厭氧發(fā)酵反應(yīng)器處理能力大幅提高的前提下，大幅提高水葫蘆的厭 氧生物轉(zhuǎn)化率，單位質(zhì)量水葫蘆的產(chǎn)氣量大幅提高了 45.99%。
3、 將水葫蘆根和莖分開處理， 一方面提高了厭氧反應(yīng)器的容積產(chǎn)氣率，另一方面減 少了厭氧處理的工作量，更好的實(shí)現(xiàn)了因物而用的思想。
4、 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了水葫蘆不同部位的最大利用率，由不同原料的特性進(jìn)行相應(yīng)的利用， 既實(shí)現(xiàn)了厭氧發(fā)酵、好氧堆肥和人工濕地3種技術(shù)的互補(bǔ)，又大大提高了水葫蘆資源化的 經(jīng)濟(jì)性。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
圖2為根、根渣和根壓濾液的日產(chǎn)氣量曲線。
圖3為莖、莖渣和莖壓濾液的日產(chǎn)氣量曲線。
圖4為整株、整株渣和整株壓濾液的日產(chǎn)氣量曲線。
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。
實(shí)施例
將收集的水葫蘆根莖分離后粉碎至濃漿狀，壓濾，取等量(以干物質(zhì)計(jì))壓濾后的水 葫蘆整株、根和莖(即整株濾渣、根濾渣和莖濾渣)分別裝入?yún)捬醴磻?yīng)器中，加入接種物 (厭氧消化污泥或老沼氣池污泥)進(jìn)行接種，混合，接種物的加入量為發(fā)酵物干重的5%
30%,向反應(yīng)器中加水調(diào)節(jié)TS負(fù)荷至2 6。/。。同時，取等量的水葫蘆整株、根和莖的壓 濾液接種后進(jìn)行厭氧發(fā)酵，反應(yīng)器體積為1000mL。封閉發(fā)酵裝置，發(fā)酵裝置的出氣口通 過輸氣管與儲氣裝置連接，反應(yīng)溫度控制在25 55°C，發(fā)酵過程中通過攪拌裝置對發(fā)酵 物進(jìn)行攪拌，24h內(nèi)即可產(chǎn)生沼氣。發(fā)酵過程中日產(chǎn)氣量的變化曲線見圖2，圖3和圖4。 經(jīng)過20 30天的發(fā)酵，產(chǎn)氣量明顯下降，當(dāng)日產(chǎn)氣量低于平均日產(chǎn)氣量的30%時，反應(yīng) 即可結(jié)束，進(jìn)行新一輪發(fā)酵。
本例中，除根外，水葫蘆莖和整株的濾渣均具有較好的厭氧產(chǎn)氣能力，單位干物質(zhì)產(chǎn) 氣量分別為330.83 mL/gTS和271.93 mL/g TS。將水葫蘆根莖分離后厭氧發(fā)酵對總產(chǎn)氣量的影響不大，根、莖壓濾后分別厭氧發(fā)酵的總產(chǎn)氣量較水葫蘆整株壓濾后直接厭氧發(fā)酵產(chǎn) 氣量僅提高了7.57%，但將根莖分離處理減少了厭氧消化處理的工作量，提高了厭氧反應(yīng) 器的處理能力和產(chǎn)氣能力。
水葫蘆各部位壓濾液的產(chǎn)氣能力均較低，200 mL水葫蘆整株、莖和根壓濾液的累積 產(chǎn)氣量分別為96.5、 367和87 mL。水葫蘆壓濾液的COD含量較低(一般為200~ 400mg乇")，將壓濾液厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣的經(jīng)濟(jì)價值較低，故先進(jìn)行沉淀處理后采用人工濕地 系統(tǒng)處理后排放，處理后的出水可達(dá)地表水二級排放標(biāo)準(zhǔn)。
水葫蘆根的厭氧消化性能較差，而根的有機(jī)質(zhì)含量為68.62%，揮發(fā)性固體含量為 肌76%，總氮含量為2.18%， C/N為18.26,含水率為87.16%,采用秸稈(稻草、麥秸和 玉米稈等)調(diào)節(jié)含水率至55 70%、調(diào)節(jié)C/N至25 35后進(jìn)行好氧堆肥，定時進(jìn)行機(jī)械 通風(fēng)或人工翻堆。經(jīng)30d的好氧堆肥處理后，堆肥產(chǎn)品的有機(jī)質(zhì)含量為48.65 59. 13%， 總氮含量為2.26 2,45%， ？205含量為1.35 1.54%， K20含量為3. 56 3. 82%。是一種優(yōu) 質(zhì)的有機(jī)肥。
對照實(shí)驗(yàn)
將收集的水葫蘆根莖分離后粉碎，然后裝入?yún)捬醴磻?yīng)器中，加入接種物(厭氧消化污
泥或老沼氣池污泥)進(jìn)行接種，混合，接種物的加入量為發(fā)酵物干重的5% 30%。向混 合料中加水，使反應(yīng)器的系統(tǒng)TS負(fù)荷為2 6n/。。'封閉發(fā)酵裝置，發(fā)酵裝置的出氣口通過 輸氣管與儲氣裝置連接，反應(yīng)溫度控制在25 55°C，發(fā)酵過程中通過攪拌裝置對發(fā)酵物 進(jìn)行攪拌，24h內(nèi)即可產(chǎn)生沼氣，當(dāng)產(chǎn)氣高峰過后，產(chǎn)氣量明顯下降，反應(yīng)即可結(jié)束。結(jié) 果見圖2、 3和4。
本例中，發(fā)酵時間為33天，整株、莖和根的累積產(chǎn)氣量分別為3257、4017和954.5 mL， 莖具有最大的產(chǎn)氣能力，莖的單位干物質(zhì)產(chǎn)氣量達(dá)191.29 mL/gTS,而根的單位干物質(zhì)產(chǎn) 氣量僅為45.45 mL/gTS。將水葫蘆根莖分離后厭氧發(fā)酵對總產(chǎn)氣量的影響不大，根、莖 分別厭氧發(fā)酵的總產(chǎn)氣量較水葫蘆整株直接厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣量僅提高了 8.77%。
對比對照組實(shí)驗(yàn)，將壓濾后的水葫蘆進(jìn)行厭氧發(fā)酵可以明顯提高水葫蘆的厭氧產(chǎn)氣性 能，壓濾處理后，水葫蘆整株、莖和根的單位干物質(zhì)產(chǎn)氣量分別提高了 75.33、 72.95和 92.04%。同時，由于壓濾處理大大降低了濾渣的含水率(壓濾前后水葫蘆的TS含量提高 了l倍)，用其進(jìn)行厭氧發(fā)酵時可大幅提高反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷。將水葫蘆的根莖分離處理 不但減少了厭氧消化的處理量，提高了厭氧反應(yīng)器的產(chǎn)氣能力，同時可獲得高質(zhì)的堆肥產(chǎn) 品，具有更大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
權(quán)利要求
1、一種水葫蘆資源化新工藝，其特征在于該工藝包括如下步驟(1)分離收集的水葫蘆的根和莖，并分別將根、莖粉碎至濃漿狀；(2)分別將濃漿狀物質(zhì)進(jìn)行壓濾，得到莖濾渣、根濾渣和根莖壓濾液；(3)將根莖壓濾液經(jīng)人工濕地系統(tǒng)處理后排放；(4)將莖濾渣中加入?yún)捬醢l(fā)酵接種物后進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣，其中厭氧反應(yīng)器TS負(fù)荷為2.0～6.0％，反應(yīng)溫度為25～55℃；(5)將根濾渣用秸稈調(diào)節(jié)含水率至55～70％、C/N調(diào)至25～35后，進(jìn)行好氧堆肥。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的工藝，其特征在于所述的根莖壓濾液進(jìn)入人工濕地系統(tǒng)前 先經(jīng)過沉淀池進(jìn)行沉淀處理。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述的厭氧發(fā)酵接種物為污水處理廠的 厭氧消化污泥、老沼氣池污泥、腐敗河泥或新鮮牛糞其中的一種或多種。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的工藝，其特征在于所述的厭氧發(fā)酵接種物的用量為莖 濾渣干重的5% 30%。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的工藝，其特征在于厭氧發(fā)酵的反應(yīng)溫度為25 55'C，厭氧 發(fā)酵周期為20 30天。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的工藝，其特征在于所述的根濾渣進(jìn)行好氧堆肥時，定期進(jìn) 行機(jī)械通風(fēng)或人工翻堆。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的工藝，其特征在于根濾渣好氧堆肥周期為25 35天。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水葫蘆資源化新工藝，該工藝包括分離收集的水葫蘆的根和莖，并分別將根、莖粉碎至濃漿狀；分別將濃漿狀物質(zhì)進(jìn)行壓濾，得到莖濾渣、根濾渣和根莖壓濾液；將根莖壓濾液進(jìn)入人工濕地系統(tǒng)處理后排放；將莖濾渣中加入?yún)捬醢l(fā)酵接種物后進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣，其中厭氧反應(yīng)器TS負(fù)荷為2.0～6.0％；將根濾渣用秸稈調(diào)節(jié)含水率至55～70％、C/N調(diào)至25～35后，進(jìn)行好氧堆肥。本發(fā)明將水葫蘆根莖分離后分別壓濾，對壓濾后的莖和渣分別采用厭氧發(fā)酵和好氧堆肥的方式進(jìn)行資源化，不但提高了水葫蘆的產(chǎn)氣性能(產(chǎn)氣量提高了45.99％)，厭氧反應(yīng)器的處理能力可成倍提高，同時可獲得高品質(zhì)的堆肥產(chǎn)品，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
文檔編號B09B3/00GK101524696SQ20091002936
公開日2009年9月9日 申請日期2009年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月10日
發(fā)明者琳 倫, 張繼彪, 方彩霞, 王衛(wèi)平, 艷 羅, 羅興章, 鄒星星, 正 鄭, 陳廣銀, 高順枝 申請人:南京大學(xué)