專利名稱:一種城市污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的快速啟動方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬固廢資源化領(lǐng)域,具體涉及一種城市污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的快速啟動方法。
背景技術(shù):
城市污水處理廠因凈化生活污水而產(chǎn)生的剩余污泥量大,目前全年的可收集量在2600萬噸左右(以含水率80%計),污水處理廠對污泥的處理與處置多采用濃縮脫水后進行土地填埋的方法,不僅占用有限的土地資源,而且易造成二次污染,不符合我國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略原則。近年來,全球能源結(jié)構(gòu)正經(jīng)歷以礦物能源為主向多種能源并存的方向的轉(zhuǎn)變,糧食安全和環(huán)境惡化等問題也日益突出,采用厭氧發(fā)酵技術(shù)回收污泥中的非糧生物質(zhì)能 源一沼氣逐漸得到重視。然而,污泥的厭氧發(fā)酵存在啟動困難的問題。這是由于厭氧反應微生物主要由兼性厭氧的酸化菌和嚴格厭氧的產(chǎn)甲烷菌組成。酸化菌世代周期較短、活性強、對環(huán)境適應能力強,因此相對容易馴化繁殖;而甲烷菌種類少,多為古菌屬、對生存環(huán)境要求嚴格、世代周期長,因此較難培養(yǎng)繁殖。由此,在以往的研究、實踐中經(jīng)常出現(xiàn)投加物料酸化速率快,產(chǎn)生大量的揮發(fā)性脂肪酸不能被產(chǎn)甲烷菌有效利用,從而導致厭氧啟動失敗的情況。同時,一般厭氧反應器規(guī)模較大,若完全采用接種泥進行馴化啟動,則成本過高,若不使用接種泥只采用待處理物料啟動,則耗時長,啟動時間可持續(xù)3-8個月或更長的時間。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對城市污泥厭氧發(fā)酵啟動過程中由于產(chǎn)甲烷菌生存環(huán)境嚴格及接種泥運輸成本高等特點造成的啟動困難、啟動費用高及啟動周期長等問題,提供一種城市污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的快速啟動方法。本發(fā)明采用的啟動策略是基于“有效微生物量”的概念而提出的?!坝行⑸锪俊敝阜磻髦袇⑴c厭氧消化的活性生物量的總和,主要由產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌組成。啟動開始階段,向反應器中投加占反應器體積10-15%的接種泥,假設其中的有機質(zhì)(VS)量即為最初的“有效微生物量”。假定投加的城市污泥逐步轉(zhuǎn)化為“有效微生物”,這一轉(zhuǎn)化過程在城市污泥投加后的七天內(nèi)完成。第一天25%的城市污泥有機質(zhì)(VS)轉(zhuǎn)化為“有效生物量”,第二天20%的城市污泥有機質(zhì)轉(zhuǎn)化為“有效生物量”,第三、四天均為轉(zhuǎn)化15%,第五、六天為10%,第七天為5%。在一個連續(xù)供料環(huán)境中,任何一天的生物量等于前一天已存在的生物量加上前一天投加城市污泥有機質(zhì)的25%加上兩天前投加城市污泥的20%……以此類推,只要知道原始的生物量(第0天)就可以用公式(I)計算出每天反應器中有效生物量。本發(fā)明提出的一種城市污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的快速啟動方法,具體步驟如下
(I)接種物料預處理
接種物料采用城市污泥、高濃度有機質(zhì)廢水或禽畜糞便厭氧反應器出料污泥任一種,測試出料污泥的含水率,離心脫水將其含水率降為85%-90%,目的是提高接種泥的厭氧微生物濃度,從而縮短啟動時間;處理后的接種物料4°C保存待用;
(2)投加基質(zhì)預處理
根據(jù)厭氧工藝投加物料的固體含量(TS)的不同,厭氧發(fā)酵技術(shù)可分為濕式發(fā)酵(TS ( 12%)和干法(高含固)發(fā)酵(TS ^ 12 %)兩種;根據(jù)厭氧工藝要求調(diào)節(jié)城市污泥的含水率,控制其含水率為78、8%,處理后城市污泥4°C貯存待用;
(3)發(fā)酵啟動
厭氧反應器內(nèi)設置攪拌電機間歇運行,調(diào)節(jié)攪拌電機轉(zhuǎn)速為l(T20r/min,使攪拌電機每天攪拌時間為8-16小時,厭氧反應器的溫控裝置為水浴控溫,初始投加步驟(I)所得的接種泥后打開溫控裝置,保持物料溫度為35±1°C ;
(4)啟動過程
啟動過程中投加接種物料,接種物料的加入量為厭氧反應器有效容積的1(T15%,然后·投加城市污泥,控制城市污泥中有機質(zhì)(VS)質(zhì)量占厭氧反應器中微生物有機質(zhì)(VS)質(zhì)量的10%,作為恒定負荷率,設其中的有機質(zhì)(VS)量即為最初的有效微生物量,投加的城市污泥逐步轉(zhuǎn)化為有效微生物,在一個連續(xù)投加城市污泥環(huán)境中,任一天的微生物有機質(zhì)的量等于前一天已存在的微生物有機質(zhì)的量加上前一天投加城市污泥有機質(zhì)的25%,再加上兩天前投加城市污泥有機質(zhì)的20%……以此類推,即可根據(jù)公式(I)計算出每天厭氧反應器中有效生物量;其中第一天投加的物料量即為原始的有機質(zhì)VS質(zhì)量的10%,此后根據(jù)公式(I)計算出每天反應器中的微生物量,再按照恒定負荷率計算出的投加城市污泥量進行投力口,啟動階段每天測試系統(tǒng)揮發(fā)性脂肪酸VFA的含量,同時收集氣體測試甲烷的含量,甲烷含量高于50%時,系統(tǒng)啟動順利。
權(quán)利要求
1.一種城市污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的快速啟動方法,其特征在于具體步驟如下 (1)接種物料預處理 接種物料采用城市污泥、高有機質(zhì)廢水或禽畜糞便厭氧反應器出料污泥中任一種,測試出料污泥的含水率,離心脫水將其含水率降為85%-90%,處理后的接種物料4°C保存待用; (2)投加基質(zhì)預處理 根據(jù)厭氧工藝要求調(diào)節(jié)城市污泥的含水率,控制其含水率為78、8%,處理后城市污泥4°C貯存待用; (3)發(fā)酵啟動 厭氧反應器內(nèi)設置攪拌電機間歇運行,調(diào)節(jié)攪拌電機轉(zhuǎn)速為l(T20r/min,使攪拌電機每天攪拌時間為8-16小時,厭氧反應器的溫控裝置為水浴控溫,初始投加步驟(I)所得的接種泥后打開溫控裝置,保持物料溫度為35±1°C ; (4)啟動過程 啟動過程中投加接種物料,接種物料的加入量為厭氧反應器有效容積的1(T15%,然后投加城市污泥,控制城市污泥中有機質(zhì)質(zhì)量占厭氧反應器中微生物有機質(zhì)質(zhì)量的10%,作為恒定負荷率,設其中的有機質(zhì)的質(zhì)量即為最初的有效微生物量,投加的城市污泥逐步轉(zhuǎn)化為有效微生物,在一個連續(xù)投加城市污泥環(huán)境中,任一天的微生物有機質(zhì)的量等于前一天已存在的微生物有機質(zhì)的量加上前一天投加城市污泥有機質(zhì)的25%,再加上兩天前投加城市污泥有機質(zhì)的20%……以此類推,即可根據(jù)公式(I)計算出每天厭氧反應器中有效生物量;其中第一天投加的物料量即為原始的有機質(zhì)VS質(zhì)量的10%,此后根據(jù)公式(I)計算出每天反應器中的微生物量,再按照恒定負荷率計算出的投加城市污泥量進行投加,啟動階段每天測試系統(tǒng)揮發(fā)性脂肪酸VFA的含量,同時收集氣體測試甲烷的含量,甲烷含量高于50%時,系統(tǒng)啟動順利;
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的城市污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的快速啟動方法,其特征在于步驟(2)所述的城市污泥為市政污水廠初沉污泥、剩余活性污泥、生物膜反應器污泥或其混合污泥。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種城市污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的快速啟動方法。厭氧發(fā)酵作為一種有效的資源化方法在世界范圍內(nèi)得到廣泛利用,但是由于產(chǎn)甲烷菌對環(huán)境要求較高,世代周期較長,厭氧消化系統(tǒng)的啟動階段一般需要3-8個月甚至更長的時間。本發(fā)明針對城市污泥的厭氧發(fā)酵提出一種快速的啟動方法,啟動過程僅需約50d,產(chǎn)氣及甲烷含量正常且無揮發(fā)性脂肪酸積累。具體過程為厭氧反應器中加入?yún)捬跷勰嘧鳛榻臃N泥,加入量占反應器有效容積的10-15%,每日投加物料且不出料,投加策略為計算出每天反應器中的“有效微生物量”,每天按照基質(zhì)和有效微生物量的投配比恒為10%啟動發(fā)酵系統(tǒng),試驗證明本方法可實現(xiàn)污泥厭氧反應器快速穩(wěn)定的啟動。
文檔編號C02F11/04GK102701557SQ20121018766
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月8日
發(fā)明者戴曉虎, 戴翎翎, 段妮娜, 沙超, 董濱 申請人:同濟大學