[发明专利]一种添加木薯酒糟提高城市污泥半干式发酵稳定性的方法

说明书

技术领域

本发明属于固废资源化领域，涉及一种提高城市污泥半干式发酵稳定性的方法。

背景技术

伴随着我国污水处理能力的迅速提升，污泥产生量大幅增长。据估计，我国湿污泥年产量将很快突破3000万吨。而据我国最新调研数据显示，当前污泥的实际处理处置率甚至不到30%。这必将严重影响我国建设城市污水处理厂削减水体污染物的效果，这些污泥将可能对地下水、土壤等造成二次污染，成为环境安全和公众健康的威胁。我国能源结构长期以煤炭和石油为主，能源供需矛盾日益突出，能源不足已经成为制约国民经济发展的瓶颈。以污泥厌氧发酵回收生物质能源-沼气，是符合低碳循环可持续发展的路线，不仅达到减量化、稳定化和安全化目标，同时达到能源最大化和资源最佳化。

根据厌氧发酵罐中物料的固体含量（TS），厌氧发酵技术可分为湿式发酵（TS≤12%）和干式发酵（TS≥20%）两种，湿式发酵已在城市污泥（TS为2-3%）消化产沼，并已经得到应用。与污泥湿法厌氧发酵相比，污泥干法厌氧发酵的难点在于：（1）脱水污泥含水率低、粘滞系数高、TS浓度高，呈非流动状态，造成反应的基质粘度大；（2）脱水污泥含固率高，污泥中大量的有机质包裹在微生物体内，不利于水解酸化过程的发生，因此，造成反应底物、中间产物与厌氧微生物之间接触不良，难以启动或产沼能力低。上述问题是阻碍污泥的干法厌氧发酵的主要技术瓶颈。

目前，在干法发酵方面，国外已经开展针对高含固率的生活有机垃圾进行厌氧发酵的技术和设备的开发工作。我国在干法发酵技术方面的研究也开展的较少。相关干法发酵研究主要针对有机垃圾（中国专利CN101381674A）、农用秸秆（中国专利CN101338273、中国专利CN101338325），关于脱水污泥与木薯酒糟进行半干式发酵的方法，未见报道。

污泥干法发酵的难点在于：脱水污泥含水率低、粘滞系数高，呈非流动状态，造成反应的基质粘度大，传质困难导致水解酸化过程缓慢，产甲烷可利用的底物不足；污泥中大量的有机质包裹在微生物体内，造成反应底物、中间产物与厌氧微生物之间接触不良，难以启动或产气率低。

发明内容

本发明的目的在于为克服现有技术中城市污泥干法发酵过程中反应底物粘度大、含固率高、传质困难、水解酸化程度低、产甲烷进程缓慢等缺陷，而提供一种提高城市污泥半干式发酵性能的方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种提高城市污泥半干式发酵性能的方法，包含如下步骤：

（1）启动发酵

（1a）在厌氧发酵罐中加入接种污泥，然后向接种污泥中加入脱水污泥和木薯酒糟的混合物，与接种污泥混合后形成混合物料进行发酵；

（1b）向厌氧发酵罐中继续添加脱水污泥和木薯酒糟的混合物，并相应排出与继续添加的脱水污泥和木薯酒糟的混合物相同质量的发酵结束物料；

（2）驯化菌种

保持步骤（1）的发酵温度和搅拌条件，使混合发酵物料中来自接种污泥的甲烷菌驯化成功；

（3）厌氧反应器的运行

继续添加步骤（1）制得的混合发酵物料到厌氧发酵罐中，待沼气产率达到0.9L/g VS·d厌氧发酵罐实现平稳运行，厌氧发酵罐维持当前的进料量运行。

所述的接种污泥为厌氧发酵污泥，其加入量为厌氧发酵罐有效容积的1/3-1/2。

所述的脱水污泥的含固率为15%~20%，木薯酒糟的含固率12%-15%；所述的接种污泥、脱水污泥和木薯酒糟的混合物添加到厌氧发酵罐中的周期为每日；脱水污泥和木薯酒糟加入厌氧发酵罐中作为接种污泥的养料。

所述的脱水污泥与木薯酒糟的混合物质量比为5:1-1:1，其混合物的含固率为12-18%。

其中搅拌转速为20-30r/min，发酵温度为53±2℃，氧化还原电位≤-500mV。该还原电位用于评价反应器中厌氧菌生长的氧化还原条件，如果该值超出厌氧细菌最佳生长条件（-500mV），厌氧细菌的活性受到抑制。

所述的步骤（1a）中脱水污泥和木薯酒糟的添加量之和为厌氧发酵罐中接种污泥质量的2.5%-5%。

所述的（1a）中厌氧发酵罐内接种污泥、脱水污泥和木薯酒糟的量达到厌氧发酵罐体积的2/3时，再进行（1b）操作。

所述的（1b）中脱水污泥和木薯酒糟的混合物的添加量的范围中为厌氧发酵罐中接种污泥质量的2.5%-5%。

所述的步骤（2）中当沼气中甲烷体积含量在45-50%时，表明适应混合发酵物料的来自厌氧发酵污泥的甲烷菌驯化成功。