专利名称：一种城市污泥厌氧发酵产沼气的快速启动方法
技术领域：
本发明属固废资源化领域，具体涉及一种城市污泥厌氧发酵产沼气的快速启动方法。
背景技术：
城市污水处理厂因净化生活污水而产生的剩余污泥量大，目前全年的可收集量在2600万吨左右(以含水率80%计)，污水处理厂对污泥的处理与处置多采用浓缩脱水后进行土地填埋的方法，不仅占用有限的土地资源，而且易造成二次污染，不符合我国可持续发展的战略原则。近年来，全球能源结构正经历以矿物能源为主向多种能源并存的方向的转变，粮食安全和环境恶化等问题也日益突出，采用厌氧发酵技术回收污泥中的非粮生物质能 源一沼气逐渐得到重视。然而，污泥的厌氧发酵存在启动困难的问题。这是由于厌氧反应微生物主要由兼性厌氧的酸化菌和严格厌氧的产甲烷菌组成。酸化菌世代周期较短、活性强、对环境适应能力强，因此相对容易驯化繁殖；而甲烷菌种类少，多为古菌属、对生存环境要求严格、世代周期长，因此较难培养繁殖。由此，在以往的研究、实践中经常出现投加物料酸化速率快，产生大量的挥发性脂肪酸不能被产甲烷菌有效利用，从而导致厌氧启动失败的情况。同时，一般厌氧反应器规模较大，若完全采用接种泥进行驯化启动，则成本过高，若不使用接种泥只采用待处理物料启动，则耗时长，启动时间可持续3-8个月或更长的时间。
发明内容
本发明的目的在于针对城市污泥厌氧发酵启动过程中由于产甲烷菌生存环境严格及接种泥运输成本高等特点造成的启动困难、启动费用高及启动周期长等问题，提供一种城市污泥厌氧发酵产沼气的快速启动方法。本发明采用的启动策略是基于“有效微生物量”的概念而提出的。“有效微生物量”指反应器中参与厌氧消化的活性生物量的总和，主要由产酸菌和产甲烷菌组成。启动开始阶段，向反应器中投加占反应器体积10-15%的接种泥，假设其中的有机质(VS)量即为最初的“有效微生物量”。假定投加的城市污泥逐步转化为“有效微生物”，这一转化过程在城市污泥投加后的七天内完成。第一天25%的城市污泥有机质(VS)转化为“有效生物量”，第二天20%的城市污泥有机质转化为“有效生物量”，第三、四天均为转化15%，第五、六天为10%，第七天为5%。在一个连续供料环境中，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机质的25%加上两天前投加城市污泥的20%……以此类推，只要知道原始的生物量(第0天)就可以用公式(I)计算出每天反应器中有效生物量。本发明提出的一种城市污泥厌氧发酵产沼气的快速启动方法，具体步骤如下
(I)接种物料预处理
接种物料采用城市污泥、高浓度有机质废水或禽畜粪便厌氧反应器出料污泥任一种，测试出料污泥的含水率，离心脱水将其含水率降为85%-90%，目的是提高接种泥的厌氧微生物浓度，从而缩短启动时间；处理后的接种物料4°C保存待用；
(2)投加基质预处理
根据厌氧工艺投加物料的固体含量(TS)的不同，厌氧发酵技术可分为湿式发酵(TS ( 12%)和干法(高含固)发酵(TS ^ 12 %)两种；根据厌氧工艺要求调节城市污泥的含水率，控制其含水率为78、8%，处理后城市污泥4°C贮存待用；
(3)发酵启动
厌氧反应器内设置搅拌电机间歇运行，调节搅拌电机转速为l(T20r/min，使搅拌电机每天搅拌时间为8-16小时，厌氧反应器的温控装置为水浴控温，初始投加步骤(I)所得的接种泥后打开温控装置，保持物料温度为35±1°C ；
(4)启动过程
启动过程中投加接种物料，接种物料的加入量为厌氧反应器有效容积的1(T15%，然后·投加城市污泥，控制城市污泥中有机质(VS)质量占厌氧反应器中微生物有机质(VS)质量的10%，作为恒定负荷率，设其中的有机质(VS)量即为最初的有效微生物量，投加的城市污泥逐步转化为有效微生物，在一个连续投加城市污泥环境中，任一天的微生物有机质的量等于前一天已存在的微生物有机质的量加上前一天投加城市污泥有机质的25%，再加上两天前投加城市污泥有机质的20%……以此类推，即可根据公式(I)计算出每天厌氧反应器中有效生物量；其中第一天投加的物料量即为原始的有机质VS质量的10%，此后根据公式(I)计算出每天反应器中的微生物量，再按照恒定负荷率计算出的投加城市污泥量进行投力口，启动阶段每天测试系统挥发性脂肪酸VFA的含量，同时收集气体测试甲烷的含量，甲烷含量高于50%时，系统启动顺利。
权利要求
1.一种城市污泥厌氧发酵产沼气的快速启动方法，其特征在于具体步骤如下 (1)接种物料预处理 接种物料采用城市污泥、高有机质废水或禽畜粪便厌氧反应器出料污泥中任一种，测试出料污泥的含水率，离心脱水将其含水率降为85%-90%，处理后的接种物料4°C保存待用； (2)投加基质预处理 根据厌氧工艺要求调节城市污泥的含水率，控制其含水率为78、8%，处理后城市污泥4°C贮存待用； (3)发酵启动 厌氧反应器内设置搅拌电机间歇运行，调节搅拌电机转速为l(T20r/min，使搅拌电机每天搅拌时间为8-16小时，厌氧反应器的温控装置为水浴控温，初始投加步骤(I)所得的接种泥后打开温控装置，保持物料温度为35±1°C ； (4)启动过程 启动过程中投加接种物料，接种物料的加入量为厌氧反应器有效容积的1(T15%，然后投加城市污泥，控制城市污泥中有机质质量占厌氧反应器中微生物有机质质量的10%，作为恒定负荷率，设其中的有机质的质量即为最初的有效微生物量，投加的城市污泥逐步转化为有效微生物，在一个连续投加城市污泥环境中，任一天的微生物有机质的量等于前一天已存在的微生物有机质的量加上前一天投加城市污泥有机质的25%，再加上两天前投加城市污泥有机质的20%……以此类推，即可根据公式(I)计算出每天厌氧反应器中有效生物量；其中第一天投加的物料量即为原始的有机质VS质量的10%，此后根据公式(I)计算出每天反应器中的微生物量，再按照恒定负荷率计算出的投加城市污泥量进行投加，启动阶段每天测试系统挥发性脂肪酸VFA的含量，同时收集气体测试甲烷的含量，甲烷含量高于50%时，系统启动顺利；
2.根据权利要求I所述的城市污泥厌氧发酵产沼气的快速启动方法，其特征在于步骤(2)所述的城市污泥为市政污水厂初沉污泥、剩余活性污泥、生物膜反应器污泥或其混合污泥。
全文摘要
本发明涉及一种城市污泥厌氧发酵产沼气的快速启动方法。厌氧发酵作为一种有效的资源化方法在世界范围内得到广泛利用，但是由于产甲烷菌对环境要求较高，世代周期较长，厌氧消化系统的启动阶段一般需要3-8个月甚至更长的时间。本发明针对城市污泥的厌氧发酵提出一种快速的启动方法，启动过程仅需约50d，产气及甲烷含量正常且无挥发性脂肪酸积累。具体过程为厌氧反应器中加入厌氧污泥作为接种泥，加入量占反应器有效容积的10-15%，每日投加物料且不出料，投加策略为计算出每天反应器中的“有效微生物量”，每天按照基质和有效微生物量的投配比恒为10%启动发酵系统，试验证明本方法可实现污泥厌氧反应器快速稳定的启动。
文档编号C02F11/04GK102701557SQ20121018766
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月8日 优先权日2012年6月8日
发明者戴晓虎, 戴翎翎, 段妮娜, 沙超, 董滨 申请人:同济大学