本發(fā)明屬于生物質(zhì)能技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聯(lián)合微貯農(nóng)業(yè)秸稈和水熱處理污泥以生產(chǎn)沼氣的方法。
背景技術(shù)：
中國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，是世界上秸稈資源最為豐富的國(guó)家之一。近年來(lái)，秸稈沼氣工程越來(lái)越受到人們的關(guān)注。利用農(nóng)作物秸稈進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣，是一條清潔高效的秸稈能源化利用途徑。
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程加快，城市生活污水和工業(yè)污水排放快速增加。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)城市污水日排放量已達(dá)133.7億噸。污水經(jīng)過(guò)生物處理后，其體積的0.5%~1%將轉(zhuǎn)化為固態(tài)凝聚體沉降下來(lái)，形成剩余污泥。城市污水處理的剩余污泥已經(jīng)成為嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。國(guó)際上污泥處理處置技術(shù)工藝，主要緊扣四化：穩(wěn)定化、減量化、無(wú)害化、資源化。我國(guó)在污泥減量化方面做了大量的工作，但離真正的減量化還有一定的距離。從技術(shù)層面上說(shuō)，我國(guó)污泥處理處置主要考慮的是穩(wěn)定化的范疇，而資源化利用方面，則沒(méi)有太多考慮。隨著能源和資源危機(jī)的到來(lái)，污泥所含有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)正是現(xiàn)代社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要資源，通過(guò)合理的技術(shù)實(shí)現(xiàn)污泥的減量化、無(wú)害化和資源化才是最合理的方向。厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣是一種優(yōu)質(zhì)清潔能源，剩余污泥厭氧發(fā)酵支取能源已經(jīng)成為非常看好的途徑，國(guó)內(nèi)外都進(jìn)行了大量的研究。傳統(tǒng)厭氧處理剩余污泥濃度為3~5%，效率較低，本發(fā)明將污泥濃度提高到8~10%進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣，體積減少一半、單位容積產(chǎn)氣率提高一倍，加熱能耗降低一倍。
農(nóng)作物秸稈和剩余污泥是我國(guó)產(chǎn)量巨大的兩類固體廢棄物。厭氧消化作為廢棄物減量化和資源化處理的有效方法之一，已成為研究的熱點(diǎn)。由于秸稈中C/N位40~60，厭氧消化效率較低；而剩余污泥C/N為5~20，秸稈與剩余污泥混合消化能調(diào)節(jié)厭氧消化C/N至合理水平25~35，增加厭氧微生物的營(yíng)養(yǎng)平衡和協(xié)同效應(yīng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的在于提供一種聯(lián)合微貯農(nóng)業(yè)秸稈和水熱處理污泥以生產(chǎn)沼氣的方法，該方法中沼氣發(fā)酵料的組分選定可因地制宜，根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物種植情況，選擇大宗農(nóng)業(yè)廢棄物稻草、玉米秸稈、小麥秸稈等作為主要原料，原料無(wú)需烘干和粉碎，切成小段即可。本發(fā)明的技術(shù)方案是將經(jīng)微生物處理后的秸稈和水熱處理后的剩余污泥混合作為混合底物，接種產(chǎn)甲烷污泥，在厭氧環(huán)境中混合消化產(chǎn)沼氣。
所述微生物處理秸稈為加入青貯用微生物菌劑對(duì)秸稈在厭氧條件下進(jìn)行堆漚處理，青貯用微生物菌劑主要為活菌數(shù)比例為糞鏈球菌：凝結(jié)芽孢桿菌：戊糖乳桿菌=1:1:1的微生物組合。
所述水熱處理過(guò)程為將剩余污泥在高溫高壓條件下進(jìn)行水解穩(wěn)定化處理，解決污泥的流動(dòng)性、衛(wèi)生性問(wèn)題，改善其脫水性，提高消化產(chǎn)氣率和容積利用率，降低沼氣含硫量和浮渣產(chǎn)生量。
所述秸稈和剩余污泥混合比例1:1~5:1（按照絕干重量計(jì)算）。
所述產(chǎn)甲烷污泥是含有能夠利用污泥中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化生產(chǎn)甲烷的微生物的污泥。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
1） 農(nóng)業(yè)秸稈原料切成2~5cm片段，按相同重量加入自來(lái)水，接入青貯用微生物菌劑（其中活菌數(shù)比例為糞鏈球菌：凝結(jié)芽孢桿菌：戊糖乳桿菌=1:1:1，添加量105個(gè)微生物/克秸稈），在厭氧條件下進(jìn)行堆漚處理20~40天；
2） 將來(lái)自污水處理廠的剩余污泥（固形物為18~20%）稀釋至8~10%后，加入到水熱處理反應(yīng)器中，升溫到130~180度水熱反應(yīng)30~60分鐘；
3） 預(yù)處理好的秸稈原料和水解污泥按照比例（按照絕干重量計(jì)算比例1:1~5:1）加入酸化罐中進(jìn)行酸化，用回用沼液調(diào)節(jié)酸化罐中固形物含量為4~8%，過(guò)程中通入空氣，在攪拌條件下進(jìn)行微好氧酸化；
4） 將酸化罐中原料連續(xù)泵入沼氣發(fā)酵罐中，發(fā)酵產(chǎn)生沼氣；
5） 過(guò)程中每隔1~2d不斷從發(fā)酵罐放出10%~15%沼液進(jìn)行固液分離，液體部分循環(huán)回用到酸化罐中配料。
具體實(shí)施方式
以下以稻草和污水處理廠剩余污泥為原料進(jìn)行發(fā)酵沼氣為例對(duì)本發(fā)明方法作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此。
實(shí)施例一
1）稱取粉碎至長(zhǎng)度20mm的稻草秸稈，堆漚30d后取料400g（絕干物料為120g），加入水熱處理后的污泥240g（固形物10%），然后補(bǔ)水至2000g（控制固形物含量為8%），控制溫度35-40℃、攪拌轉(zhuǎn)速100rpm，通氣量為0.2 V/V﹒min，在酸化罐中酸解48h；
2）酸解結(jié)束后將物料全部泵入發(fā)酵罐進(jìn)行發(fā)酵，控制發(fā)酵溫度在38-45℃，攪拌速率控制在150-300rpm，發(fā)酵30d后1kg絕干物料平均產(chǎn)沼氣量為0.405m3；
3）每48h從發(fā)酵罐放料1/15進(jìn)行固液分離，沼液回用到酸化罐中。
實(shí)施例二
1）稱取粉碎至長(zhǎng)度20mm的稻草秸稈，堆漚30d后取料400g（絕干物料為120g），加入水熱處理后的污泥1200g（固形物10%），然后補(bǔ)水至3000g（控制固形物含量為8%），控制溫度35-40℃、攪拌轉(zhuǎn)速100rpm，通氣量為0.2 V/V﹒min，在酸化罐中酸解48h；
2）酸解結(jié)束后將物料全部泵入發(fā)酵罐進(jìn)行發(fā)酵，控制發(fā)酵溫度在38-45℃，攪拌速率控制在150-300rpm，發(fā)酵30d后1kg絕干物料平均產(chǎn)沼氣量為0.436m3；
3）每48h從發(fā)酵罐放料1/15進(jìn)行固液分離，沼液回用到酸化罐中。