專利名稱：一種提高污水廠剩余污泥產(chǎn)甲烷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種提高污水廠剩余污泥產(chǎn)甲烷的方法。
背景技術(shù)：
有機(jī)固體的厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷過程可分為四個(gè)階段，即溶解階段、水解階段、產(chǎn)酸階段和產(chǎn)甲烷階段。通常條件下，污泥的溶解和水解速率較慢，是有機(jī)物生物降解過程的限速步驟(例如，文獻(xiàn)Waste Manage.2012，32，542-549 ；Bioresour.Technol.2012，103，415-424 ；Bioresour.Technol.2011，102，10849-10854)。因此，在發(fā)酵產(chǎn)酸過程中，如能夠提高污泥的溶解和水解速率，不但可以縮短系統(tǒng)的水力停留時(shí)間，提高有機(jī)物的去除率，而且能夠?yàn)楹罄m(xù)的產(chǎn)酸過程提供更多的溶解性發(fā)酵底物，進(jìn)而提高甲烷產(chǎn)量。研究者們提出了諸多提高污泥溶解和水解速率的方法，這些方法的基本原理是促使污泥中顆粒態(tài)的有機(jī)物分解為小分子溶解態(tài)的有機(jī)物，從而可以提高這些有機(jī)物的生物降解性能。文獻(xiàn)較多地報(bào)道了各種預(yù)處理方法提高污泥的溶解、水解以及產(chǎn)甲烷量，而未對如何促進(jìn)污泥共代謝厭氧消化的方法進(jìn)行研究。盡管研究者們分別對剩余污泥和草本植物的厭氧消化過程進(jìn)行了研究，并提出相應(yīng)促進(jìn)溶解、水解的預(yù)處理方法，但關(guān)于草本植物促進(jìn)剩余污泥共代謝及聯(lián)合厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的效能研究則未見報(bào)道。如果將較易于厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的黑麥草(高碳氮比C/N)加入剩余污泥(低碳氮比)中，調(diào)節(jié)適合的碳氮比，則可以提高其厭氧共代謝產(chǎn)沼氣的效能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決剩余污泥產(chǎn)甲烷效率不高的技術(shù)問題，提供一種添加多年生黑麥草顯著促進(jìn)污水廠剩余污泥生產(chǎn)甲烷的方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種提高污水廠剩余污泥產(chǎn)甲烷的方法，包括以下步驟:(1)將污泥與黑麥草充分混合發(fā)酵水解產(chǎn)酸；(2)將步驟(1)得到的混合物進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)生甲烷。所述的步驟(1)中污泥與黑麥草按照碳氮比(碳、氮元素均來自于污泥與草)為7:1-26:1的比例混合，該比值優(yōu)選為20:lo所述的步驟(1)中厭氧發(fā)酵水解產(chǎn)酸的溫度為30-40°C，pH值為4-7，厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的時(shí)間為8-16天；優(yōu)選的，水解產(chǎn)酸的溫度為33-37°C，pH值為4.5-5.5，厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的時(shí)間為11-13天。所述的步驟(2)中厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷的pH值為6-8，優(yōu)選pH為6.5-7.5。所述的步驟(2)中厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷的溫度為30-40°C，時(shí)間為40-60天，厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷的溫度優(yōu)選為33-37°C，發(fā)酵時(shí)間優(yōu)選為39-41天。本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明以黑麥草促進(jìn)污水廠剩余污泥產(chǎn)甲烷的方法，不但可以同時(shí)提高污泥產(chǎn)短鏈脂肪酸量和產(chǎn)甲烷量，而且使污泥中的有機(jī)物得到更充分的回收和再利用，減少了污泥對環(huán)境的污染。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。為促進(jìn)剩余污泥產(chǎn)甲烷效率，本發(fā)明經(jīng)過多次反復(fù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)采用下述本發(fā)明以黑麥草促進(jìn)污水廠剩余污泥產(chǎn)甲烷的方法，能夠顯著提高甲烷產(chǎn)量。本發(fā)明以黑麥草促進(jìn)污水廠剩余污泥產(chǎn)甲烷的方法，包括以下步驟:將污泥與黑麥草按照不同碳氮比(C/N)7: 1、10: 1、12: 1、14: 1、16: 1、18:1、20: 1、22:1、24:1、26:1混合，溫度為30_40°C，pH值控制為4_7，經(jīng)過8_16天充分的水解產(chǎn)酸階段。然后，調(diào)節(jié)PH值為6-8，溫度為30-40 V，發(fā)酵40-60天產(chǎn)生甲烷。本發(fā)明方法首先將剩余污泥與黑麥草按照不同碳氮比((:/^)7:1、10:1、12:1、14:1、16:1、18:1、20:1、22:1、24:1、26:1 混合，溫度為 30_40°C，pH值為 4-7，經(jīng)過 8-16 天充分的水解產(chǎn)酸階段。這樣不僅可以使污泥水解速率得到明顯提高，產(chǎn)生出較多的溶解性碳水化合物等，而且由溶解性碳水化合物生成的短鏈脂肪酸量也得到提高，這為后續(xù)厭氧產(chǎn)甲烷階段提供了豐富的碳源。本發(fā)明產(chǎn)甲烷階段將發(fā)酵混合物的pH值調(diào)為6-8，溫度為30_40°C，發(fā)酵20-60天產(chǎn)生甲烷，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)甲烷量最大化。本發(fā)明通過添加黑麥草調(diào)節(jié)污泥的碳氮比，優(yōu)化污泥與黑麥草混合發(fā)酵的水解、酸化的條件參數(shù)與產(chǎn)甲烷階段的工藝條件參數(shù)相結(jié)合，可顯著提高剩余污泥的產(chǎn)甲烷量。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明在污泥與能源草碳氮比(C/N) 20:1，溫度為33_37°C，pH值為4.5-5.5的條件下，厭氧發(fā)酵11-13天，獲得的短鏈脂肪酸的濃度最大。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明方法在產(chǎn)甲烷階段，調(diào)節(jié)pH值為6.5-7.5，溫度為33-370C，發(fā)酵39-41天產(chǎn)甲烷量最大化。實(shí)施例1(I)將Ikg污水廠剩余污泥加入2L的反應(yīng)器中(玻璃鋼材質(zhì)，工作容積為1.5L，內(nèi)徑10cm，高26cm，呈圓柱形)，并加入黑麥草，污泥與黑麥草按照碳氮比為7:1的比例混合充分混合發(fā)酵水解產(chǎn)酸；發(fā)酵溫度為33-37°C，pH值為4.5-5.5，發(fā)酵11-13天，短鏈脂肪酸的濃度為 50g-C0D/kg-TS。(2)控制pH為6.5-7.5，溫度33_37°C，上述混合物經(jīng)過19-21天厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷，甲烷產(chǎn)量為1.6L-CH4。實(shí)施例2(I)將Ikg污水廠剩余污泥加入2L的反應(yīng)器中(玻璃鋼材質(zhì)，工作容積為1.5L，內(nèi)徑10cm，高26cm，呈圓柱形)，并加入黑麥草，污泥與黑麥草按照碳氮比為10:1的比例混合充分混合發(fā)酵水解產(chǎn)酸；發(fā)酵溫度為33-37°C，pH值為4.5-5.5，發(fā)酵11-13天，短鏈脂肪酸的濃度為100g-C0D/kg-TS。(2)控制pH為6.5-7.5，溫度33_37°C，上述混合物經(jīng)過19-21天厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷，甲烷產(chǎn)量為1.8L-CH4。實(shí)施例3
(I)將Ikg污水廠剩余污泥加入2L的反應(yīng)器中(玻璃鋼材質(zhì)，工作容積為1.5L，內(nèi)徑10cm，高26cm，呈圓柱形)，并加入黑麥草，污泥與黑麥草按照碳氮比為12:1的比例混合充分混合發(fā)酵水解產(chǎn)酸；發(fā)酵溫度為33-37°C，pH值為4.5-5.5，發(fā)酵11-13天，短鏈脂肪酸的濃度為150g-C0D/kg-TS。(2)控制pH為6.5-7.5，溫度33_37°C，上述混合物經(jīng)過19-21天厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷，甲烷產(chǎn)量為2.5L-CH4。實(shí)施例4(I)將Ikg污水廠剩余污泥加入2L的反應(yīng)器中(玻璃鋼材質(zhì)，工作容積為1.5L，內(nèi)徑10cm，高26cm，呈圓柱形)，并加入黑麥草，污泥與黑麥草按照碳氮比為14:1的比例混合充分混合發(fā)酵水解產(chǎn)酸；發(fā)酵溫度為33-37°C，pH值為4.5-5.5，發(fā)酵11-13天，短鏈脂肪酸的濃度為180g-C0D/kg-TS。(2)控制pH為6.5-7.5，溫度33_37°C，上述混合物經(jīng)過19-21天厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷，甲烷產(chǎn)量為3.2L-CH4。實(shí)施例5(I)將Ikg污水廠剩余污泥加入2L的反應(yīng)器中(玻璃鋼材質(zhì)，工作容積為1.5L，內(nèi)徑IOcm,高26cm,呈圓柱形)，污泥與黑麥草按照碳氮比為16:1的比例混合充分混合發(fā)酵水解產(chǎn)酸；發(fā)酵溫度為33-37°C，pH值為4.5-5.5，發(fā)酵11-13天，短鏈脂肪酸的濃度為200g-C0D/kg-TS。(2)控制pH為6.5-7.5，溫度33_37°C，上述混合物經(jīng)過19-21天厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷，甲烷產(chǎn)量為3.8L-CH4。實(shí)施例6(I)將Ikg污水廠剩余污泥加入2L的反應(yīng)器中(玻璃鋼材質(zhì)，工作容積為1.5L，內(nèi)徑10cm，高26cm，呈圓柱形)，并加入黑麥草，污泥與黑麥草按照碳氮比為18:1的比例混合充分混合發(fā)酵水解產(chǎn)酸；發(fā)酵溫度為33-37°C，pH值為4.5-5.5，發(fā)酵11-13天，短鏈脂肪酸的濃度為250g-C0D/kg-TS。(2)控制pH為6.5-7.5，溫度33_37°C，上述混合物經(jīng)過19-21天厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷，甲烷產(chǎn)量為4.5L-CH4。實(shí)施例7(I)將Ikg污水廠剩余污泥加入2L的反應(yīng)器中(玻璃鋼材質(zhì)，工作容積為1.5L，內(nèi)徑10cm，高26cm，呈圓柱形)，并加入黑麥草，污泥與黑麥草按照碳氮比為20:1的比例混合充分混合發(fā)酵水解產(chǎn)酸；發(fā)酵溫度為33-37°C，pH值為4.5-5.5，發(fā)酵11-13天，短鏈脂肪酸的濃度為350g-C0D/kg-TS。(2)控制pH為6.5-7.5，溫度33_37°C，上述混合物經(jīng)過19-21天厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷，甲烷產(chǎn)量為8.8L-CH4。實(shí)施例8(1)將Ikg污水廠剩余污泥加入2L的反應(yīng)器中(玻璃鋼材質(zhì)，工作容積為1.5L，內(nèi)徑10cm，高26cm，呈圓柱形)，并加入黑麥草，污泥與黑麥草按照碳氮比為22:1的比例混合充分混合發(fā)酵水解產(chǎn)酸；發(fā)酵溫度為33-37°C，pH值為4.5-5.5，發(fā)酵11-13天，短鏈脂肪酸的濃度為310g-C0D/kg-TS。
(2)控制pH為6.5-7.5，溫度33_37°C，上述混合物經(jīng)過19-21天厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷，甲烷產(chǎn)量為5.4L-CH4。實(shí)施例9(I)將Ikg污水廠剩余污泥加入2L的反應(yīng)器中(玻璃鋼材質(zhì)，工作容積為1.5L，內(nèi)徑10cm，高26cm，呈圓柱形)，并加入黑麥草，污泥與黑麥草按照碳氮比為24:1的比例混合充分混合發(fā)酵水解產(chǎn)酸；發(fā)酵溫度為33-37°C，pH值為4.5-5.5，發(fā)酵11-13天，短鏈脂肪酸的濃度為270g-C0D/kg-TS。(2)控制pH為6.5-7.5，溫度33_37°C，上述混合物經(jīng)過19-21天厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷，甲烷產(chǎn)量為4.3L-CH4。實(shí)施例10(I)將Ikg污水廠剩余污泥加入2L的反應(yīng)器中(玻璃鋼材質(zhì)，工作容積為1.5L，內(nèi)徑10cm，高26cm，呈圓柱 形)，并加入黑麥草，污泥與黑麥草按照碳氮比為26:1的比例混合充分混合發(fā)酵水解產(chǎn)酸；發(fā)酵溫度為33-37°C，pH值為4.5-5.5，發(fā)酵11-13天，短鏈脂肪酸的濃度為140g-C0D/kg-TS。(2)控制pH為6.5-7.5，溫度33_37°C，上述混合物經(jīng)過19-21天厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷，甲烷產(chǎn)量為3.6L-CH4。實(shí)施例11(I)將Ikg污水廠剩余污泥加入2L的反應(yīng)器中(玻璃鋼材質(zhì)，工作容積為1.5L，內(nèi)徑10cm，高26cm，呈圓柱形)，并加入黑麥草，污泥與黑麥草按照碳氮比為20:1的比例混合充分混合發(fā)酵水解產(chǎn)酸；發(fā)酵溫度為33-37°C，pH值為4.5-5.5，發(fā)酵11-13天，短鏈脂肪酸的濃度為350g-C0D/kg-TS。(2)控制pH為6.5-7.5，溫度33_37°C，上述混合物經(jīng)過29_31天厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷，甲烷產(chǎn)量為15.5L-CH4。實(shí)施例12(I)將Ikg污水廠剩余污泥加入2L的反應(yīng)器中(玻璃鋼材質(zhì)，工作容積為1.5L，內(nèi)徑10cm，高26cm，呈圓柱形)，并加入黑麥草，污泥與黑麥草按照碳氮比為20:1的比例混合充分混合發(fā)酵水解產(chǎn)酸；發(fā)酵溫度為33-37°C，pH值為4.5-5.5，發(fā)酵11-13天，短鏈脂肪酸的濃度為350g-C0D/kg-TS。(2)控制pH為6.5-7.5，溫度33_37°C，上述混合物經(jīng)過39_41天厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷，甲烷產(chǎn)量最大為21.4L-CH4。實(shí)施例13(I)將Ikg污水廠剩余污泥加入2L的反應(yīng)器中(玻璃鋼材質(zhì)，工作容積為1.5L，內(nèi)徑10cm，高26cm，呈圓柱形)，并加入黑麥草，污泥與黑麥草按照碳氮比為，20:1的比例混合充分混合發(fā)酵水解產(chǎn)酸；發(fā)酵溫度為33-37°C，pH值為4.5-5.5，發(fā)酵11-13天，短鏈脂肪酸的濃度為350g-C0D/kg-TS。(2)控制pH為6.5-7.5，溫度33_37°C，上述混合物經(jīng)過49-51天厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷，甲烷產(chǎn)量最大為20.1L-CH4。實(shí)施例14(I)將Ikg污水廠剩余污泥加入2L的反應(yīng)器中(玻璃鋼材質(zhì)，工作容積為1.5L，內(nèi)徑10cm，高26cm，呈圓柱形)，并加入黑麥草，污泥與黑麥草按照碳氮比為20:1的比例混合充分混合發(fā)酵水解產(chǎn)酸；發(fā)酵溫度為33-37°C，pH值為4.5-5.5，發(fā)酵11-13天，短鏈脂肪酸的濃度為350g-C0D/kg-TS。(2)控制pH為6.5-7.5，溫度33_37°C，上述混合物經(jīng)過59_61天厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷，甲烷產(chǎn)量最大為19.3L-CH4。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)?！?br> 權(quán)利要求
1.一種提高污水廠剩余污泥產(chǎn)甲烷的方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)將污泥與黑麥草充分混合發(fā)酵水解產(chǎn)酸； (2)將步驟(I)得到的混合物進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)生甲烷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的步驟(I)中污泥與黑麥草按照碳氮比為7:1-26:1的比例混合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的步驟(I)中污泥與黑麥草按照碳氮比為20:1的比例混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的步驟(I)中厭氧發(fā)酵水解產(chǎn)酸的溫度為30-40°C，pH值為4-7，厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的時(shí)間為8_16天。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的步驟(I)中厭氧發(fā)酵水解產(chǎn)酸的溫度為33-37°C，pH值為4.5-5.5，厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的時(shí)間為11-13天。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的步驟(2)中厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷的pH值為6-8。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的步驟(2)中厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷的pH值為 6.5-7.5。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的步驟(2)中厭氧發(fā)酵甲烷的溫度為30-40°C，發(fā)酵時(shí)間為40-60天。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的步驟(2)中厭氧發(fā)酵甲烷的溫度為`33-37°C，發(fā)酵時(shí)間為39-41天。
全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種提高污水廠剩余污泥產(chǎn)甲烷的方法。該方法包括以下步驟(1)將污泥與黑麥草充分混合發(fā)酵水解產(chǎn)酸；(2)將步驟(1)得到的混合物進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)生甲烷。本發(fā)明以能源草促進(jìn)污水廠剩余污泥產(chǎn)甲烷的方法，不但可以同時(shí)提高污泥產(chǎn)短鏈脂肪酸量和產(chǎn)甲烷量，而且使污泥中的有機(jī)物得到更充分的回收和再利用，減少了污泥對環(huán)境的污染。
文檔編號C02F11/04GK103193369SQ20131008189
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月14日
發(fā)明者張棟, 趙建夫, 王學(xué)江, 王榮昌, 吳家正, 夏四清 申請人:同濟(jì)大學(xué)