專利名稱：一種添加木薯酒糟提高城市污泥半干式發(fā)酵穩(wěn)定性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于固廢資源化領(lǐng)域，涉及一種提高城市污泥半干式發(fā)酵穩(wěn)定性的方法。
背景技術(shù)：
伴隨著我國污水處理能力的迅速提升，污泥產(chǎn)生量大幅增長。據(jù)估計(jì)，我國濕污泥年產(chǎn)量將很快突破3000萬噸。而據(jù)我國最新調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前污泥的實(shí)際處理處置率甚至不到30%。這必將嚴(yán)重影響我國建設(shè)城市污水處理廠削減水體污染物的效果，這些污泥將可能對地下水、土壤等造成二次污染，成為環(huán)境安全和公眾健康的威脅。我國能源結(jié)構(gòu)長期以煤炭和石油為主，能源供需矛盾日益突出，能源不足已經(jīng)成為制約國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。以污泥厭氧發(fā)酵回收生物質(zhì)能源-沼氣，是符合低碳循環(huán)可持續(xù)發(fā)展的路線，不僅達(dá)到減量化、穩(wěn)定化和安全化目標(biāo)，同時達(dá)到能源最大化和資源最佳化。根據(jù)厭氧發(fā)酵罐中物料的固體含量(TS)，厭氧發(fā)酵技術(shù)可分為濕式發(fā)酵(TS ( 12%)和干式發(fā)酵(TS ^ 20%)兩種，濕式發(fā)酵已在城市污泥(TS為2-3%)消化產(chǎn)沼，并已經(jīng)得到應(yīng)用。與污泥濕法厭氧發(fā)酵相比，污泥干法厭氧發(fā)酵的難點(diǎn)在于(1)脫水污泥含水率低、粘滯系數(shù)高、TS濃度高，呈非流動狀態(tài)，造成反應(yīng)的基質(zhì)粘度大；(2)脫水污泥含固率高，污泥中大量的有機(jī)質(zhì)包裹在微生物體內(nèi)，不利于水解酸化過程的發(fā)生，因此，造成反應(yīng)底物、中間產(chǎn)物與厭氧微生物之間接觸不良，難以啟動或產(chǎn)沼能力低。上述問題是阻礙污泥的干法厭氧發(fā)酵的主要技術(shù)瓶頸。目前，在干法發(fā)酵方面，國外已經(jīng)開展針對高含固率的生活有機(jī)垃圾進(jìn)行厭氧發(fā)酵的技術(shù)和設(shè)備的開發(fā)工作。我國在干法發(fā)酵技術(shù)方面的研究也開展的較少。相關(guān)干法發(fā)酵研究主要針對有機(jī)垃圾(中國專利CN101381674A)、農(nóng)用秸桿(中國專利CN101338273、中國專利CN101338325)，關(guān)于脫水污泥與木薯酒糟進(jìn)行半干式發(fā)酵的方法，未見報道。污泥干法發(fā)酵的難點(diǎn)在于脫水污泥含水率低、粘滯系數(shù)高，呈非流動狀態(tài)，造成反應(yīng)的基質(zhì)粘度大，傳質(zhì)困難導(dǎo)致水解酸化過程緩慢，產(chǎn)甲烷可利用的底物不足；污泥中大量的有機(jī)質(zhì)包裹在微生物體內(nèi)，造成反應(yīng)底物、中間產(chǎn)物與厭氧微生物之間接觸不良，難以啟動或產(chǎn)氣率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為克服現(xiàn)有技術(shù)中城市污泥干法發(fā)酵過程中反應(yīng)底物粘度大、含固率高、傳質(zhì)困難、水解酸化程度低、產(chǎn)甲烷進(jìn)程緩慢等缺陷，而提供一種提高城市污泥半干式發(fā)酵性能的方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種提高城市污泥半干式發(fā)酵性能的方法，包含如下步驟(I)啟動發(fā)酵(Ia)在厭氧發(fā)酵罐中加入接種污泥，然后向接種污泥中加入脫水污泥和木薯酒糟的混合物，與接種污泥混合后形成混合物料進(jìn)行發(fā)酵；
(Ib)向厭氧發(fā)酵罐中繼續(xù)添加脫水污泥和木薯酒糟的混合物，并相應(yīng)排出與繼續(xù)添加的脫水污泥和木薯酒糟的混合物相同質(zhì)量的發(fā)酵結(jié)束物料；(2)馴化菌種保持步驟(I)的發(fā)酵溫度和攪拌條件，使混合發(fā)酵物料中來自接種污泥的甲烷菌馴化成功；
(3)厭氧反應(yīng)器的運(yùn)行繼續(xù)添加步驟(I)制得的混合發(fā)酵物料到厭氧發(fā)酵罐中，待沼氣產(chǎn)率達(dá)到O. 9L/gVS · d厭氧發(fā)酵罐實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行，厭氧發(fā)酵罐維持當(dāng)前的進(jìn)料量運(yùn)行。所述的接種污泥為厭氧發(fā)酵污泥，其加入量為厭氧發(fā)酵罐有效容積的1/3-1/2。所述的脫水污泥的含固率為15°/Γ20%，木薯酒糟的含固率12%_15% ;所述的接種污泥、脫水污泥和木薯酒糟的混合物添加到厭氧發(fā)酵罐中的周期為每日；脫水污泥和木薯酒糟加入?yún)捬醢l(fā)酵罐中作為接種污泥的養(yǎng)料。所述的脫水污泥與木薯酒糟的混合物質(zhì)量比為5:1-1:1，其混合物的含固率為12-18%。其中攪拌轉(zhuǎn)速為20-30r/min，發(fā)酵溫度為53±2°C，氧化還原電位彡_500mV。該還原電位用于評價反應(yīng)器中厭氧菌生長的氧化還原條件，如果該值超出厭氧細(xì)菌最佳生長條件(_500mV)，厭氧細(xì)菌的活性受到抑制。所述的步驟(Ia)中脫水污泥和木薯酒糟的添加量之和為厭氧發(fā)酵罐中接種污泥質(zhì)量的2. 5%-5%。所述的(Ia)中厭氧發(fā)酵罐內(nèi)接種污泥、脫水污泥和木薯酒糟的量達(dá)到厭氧發(fā)酵罐體積的2/3時，再進(jìn)行(Ib)操作。所述的(Ib)中脫水污泥和木薯酒糟的混合物的添加量的范圍中為厭氧發(fā)酵罐中接種污泥質(zhì)量的2. 5%-5%。所述的步驟(2)中當(dāng)沼氣中甲烷體積含量在45-50%時，表明適應(yīng)混合發(fā)酵物料的來自厭氧發(fā)酵污泥的甲烷菌馴化成功。所述的步驟(3)中，每日新添加到厭氧發(fā)酵罐中的混合發(fā)酵物料的量為厭氧發(fā)酵罐中已有物料質(zhì)量的1/8至1/4。所述的步驟(3)中，平穩(wěn)運(yùn)行時甲烷的體積為60-70%。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)I.采用半干式工藝處理城市污泥，使發(fā)酵物料的含固率彡12%，并且彡18%，相比濕式發(fā)酵處理城市污泥的工藝，可使反應(yīng)器容積減少60-70%，節(jié)省能耗、設(shè)備和土地占用；2.相比干式發(fā)酵處理城市污泥的工藝，添加木薯酒糟，降低發(fā)酵物料的粘度和攪拌能耗，同時改善傳質(zhì)，平衡物料中的碳氮比(C/N)，提高產(chǎn)氣率。3.以發(fā)酵污泥作為接種物料，添加脫水污泥與木薯酒糟的混合物后不需要添加堿性物質(zhì)調(diào)節(jié)反應(yīng)器的pH值；
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。實(shí)施例I
(I)啟動發(fā)酵取5L厭氧污泥作為接種污泥，于有效容積為15L厭氧發(fā)酵罐中，設(shè)置厭氧發(fā)酵罐中物料溫度為53±2°C，將含固率為15%、有機(jī)質(zhì)含量70%的脫水污泥(pH值為8. O)與含固率12%、有機(jī)質(zhì)含量為73%的木薯酒糟(pH值為4. O)按照質(zhì)量比5 1共計(jì)333g (占厭氧發(fā)酵罐接種污泥質(zhì)量的3. 3%)，含固率為14%的混合物料(pH值為7. 6)每天加入有效容積為15L的厭氧發(fā)酵te中；直至厭氧發(fā)酵罐中發(fā)酵物料為IOL時，提高每日投加至厭氧發(fā)酵罐中混合物料為400g，添加量為厭氧發(fā)酵罐中接種污泥質(zhì)量的4%，相應(yīng)排出相同質(zhì)量的發(fā)酵結(jié)束物料，同時開啟攪拌裝置，轉(zhuǎn)速20r/min,攪拌電機(jī)的時間繼電器設(shè)置為開5min/停5min,厭氧發(fā)酵罐中物料的氧化還原電位為-525v ；(2)馴化菌種保持步驟(I)的溫度和攪拌條件，每天監(jiān)測產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣成分變化，監(jiān)測混合物料的產(chǎn)沼氣量和沼氣成分，當(dāng)沼氣中甲烷體積含量在47%時，表明適應(yīng)混合發(fā)酵物料的使來自厭氧發(fā)酵污泥的甲烷菌馴化成功；(3)厭氧反應(yīng)器的運(yùn)行逐漸提高每日投加至厭氧發(fā)酵罐中的污泥和木薯酒糟的混合物共計(jì)1250g，混合發(fā)酵物料的量為厭氧發(fā)酵罐中已有物料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1/8，產(chǎn)氣成分中的甲烷含量由最初的47%上升至63%，產(chǎn)氣率為I. OL/gVS · d。其中氧化還原電位通過氧化還原電位儀測得。實(shí)施例2(I)啟動發(fā)酵取7. 5L厭氧污泥作為接種污泥，于有效容積為15L的厭氧發(fā)酵罐，設(shè)置厭氧發(fā)酵罐中物料溫度為53±2°C，將含固率為20%、有機(jī)質(zhì)含量55%脫水污泥(pH值為7. 8)與含固率14%、有機(jī)質(zhì)含量為73%的木薯酒糟(pH值為4. O)按照質(zhì)量比I :1共計(jì)375g (占厭氧發(fā)酵罐接種污泥質(zhì)量的3. 8%)，含固率為17%的混合物料(pH值為7. 3)每天加入有效容積為15L的厭氧發(fā)酵罐中；直至厭氧發(fā)酵罐中發(fā)酵物料為IOL時，提高每日投加至發(fā)酵罐中混合物料為500g，添加量為厭氧發(fā)酵罐中接種污泥質(zhì)量的5%，相應(yīng)排出相同質(zhì)量的發(fā)酵結(jié)束物料，同時開啟攪拌裝置，轉(zhuǎn)速30r/min,攪拌電機(jī)的時間繼電器設(shè)置為開5min/停5min,厭氧發(fā)酵罐中物料的氧化還原電位為-530v ；(2)馴化菌種保持步驟(I)的溫度和攪拌條件，每天監(jiān)測產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣成分變化，監(jiān)測混合物料的產(chǎn)沼氣量和沼氣成分，當(dāng)沼氣中甲烷體積含量在49%時，表明適應(yīng)混合發(fā)酵物料的使來自厭氧發(fā)酵污泥的甲烷菌馴化成功；
(3)厭氧反應(yīng)器的運(yùn)行逐漸提高每日投加至厭氧發(fā)酵罐中的污泥和木薯酒糟的混合物共計(jì)2000g，混合發(fā)酵物料的量為厭氧發(fā)酵罐中已有物料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1/5，產(chǎn)氣成分中的甲烷含量由最初的49%上升至62%，產(chǎn)氣率為I. lL/gVS · d。
上述的對實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在 本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種提高城市污泥半干式發(fā)酵性能的方法，其特征在于包含如下步驟 (O啟動發(fā)酵 (Ia)在厭氧發(fā)酵罐中加入接種污泥，然后向接種污泥中加入脫水污泥和木薯酒糟的混合物，與接種污泥混合后形成混合物料進(jìn)行發(fā)酵； (Ib)向厭氧發(fā)酵罐中繼續(xù)添加脫水污泥和木薯酒糟的混合物，并相應(yīng)排出與繼續(xù)添加的脫水污泥和木薯酒糟的混合物相同質(zhì)量的發(fā)酵結(jié)束物料； (2)馴化菌種 保持步驟(I)的發(fā)酵溫度和攪拌條件，使混合發(fā)酵物料中來自接種污泥的甲烷菌馴化成功； (3)厭氧反應(yīng)器的運(yùn)行 繼續(xù)添加步驟(I)制得的混合發(fā)酵物料到厭氧發(fā)酵罐中，待沼氣產(chǎn)率達(dá)到O. 9L/gVS · d厭氧發(fā)酵罐實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行，厭氧發(fā)酵罐維持當(dāng)前的進(jìn)料量運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述的接種污泥為厭氧發(fā)酵污泥，其加入量為厭氧發(fā)酵罐有效容積的1/3-1/2。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述的脫水污泥的含固率為159Γ20%，木薯酒糟的含固率為12%-15% ;所述的接種污泥、脫水污泥和木薯酒糟的混合物添加到厭氧發(fā)酵罐中的周期為每日。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述的脫水污泥與木薯酒糟的混合物質(zhì)量比為5:1-1:1，其混合物的含固率為12-18%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述的發(fā)酵溫度為53±2°C，發(fā)酵時攪拌轉(zhuǎn)速為 20-30r/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述的步驟(Ia)中脫水污泥和木薯酒糟的添加量之和為厭氧發(fā)酵罐中接種污泥質(zhì)量的2. 5%-5% ； 或所述的(Ia)中厭氧發(fā)酵罐內(nèi)接種污泥、脫水污泥和木薯酒糟的量達(dá)到厭氧發(fā)酵罐體積的2/3時，再進(jìn)行(Ib)操作。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述的(Ib)中脫水污泥和木薯酒糟的混合物的添加量為厭氧發(fā)酵罐中接種污泥質(zhì)量的2. 5%-5%。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述的步驟(2)中當(dāng)沼氣中甲烷體積含量在45-50%時，表明適應(yīng)混合發(fā)酵物料的來自厭氧發(fā)酵污泥的甲烷菌馴化成功。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述的步驟(3)中，每日新添加到厭氧發(fā)酵罐中的混合發(fā)酵物料的量為厭氧發(fā)酵罐中已有物料質(zhì)量的1/8至1/4。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述的步驟(3)中，平穩(wěn)運(yùn)行時甲烷的體積為 60-70%。
全文摘要
本發(fā)明屬于固廢資源化領(lǐng)域，涉及一種提高城市污泥半干式發(fā)酵穩(wěn)定性的方法。該方法包含如下步驟(1)啟動發(fā)酵；(2)馴化菌種；(3)厭氧反應(yīng)器的運(yùn)行。本發(fā)明采用半干式工藝處理城市污泥，使發(fā)酵物料的含固率≥12%，并且≤18%，相比濕式發(fā)酵處理城市污泥的工藝，可使反應(yīng)器容積減少60-70%，節(jié)省能耗、設(shè)備和土地占用；相比干式發(fā)酵處理城市污泥的工藝，添加木薯酒糟，降低發(fā)酵物料的粘度和攪拌能耗，同時改善傳質(zhì)，平衡物料中的碳氮比，提高產(chǎn)氣率。本發(fā)明以發(fā)酵污泥作為接種物料，添加脫水污泥與木薯酒糟的混合物后不需要添加堿性物質(zhì)調(diào)節(jié)反應(yīng)器的pH值。
文檔編號C02F11/04GK102643000SQ201210142840
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月9日
發(fā)明者周玲玲, 張永吉, 戴曉虎 申請人:同濟(jì)大學(xué)