CN101962258A - 一种用于加快城市污泥干法发酵进程的循环接种方法 - Google Patents

Abstract

本发明属固废资源化领域，具体涉及一种用于加快城市污泥干法发酵进程的循环接种方法，步骤为：首先进行第一批次物料发酵，首次接种外源颗粒污泥后，使物料依次经历水解阶段、酸化阶段和气化阶段；分别于前一批物料水解阶段、酸化阶段和产气高峰阶段时取适量物料对后一批物料进行启动水解接种、酸化阶段接种和气化阶段接种，每次接种后各批次物料继续发酵进程，直至出料。本发明根据发酵过程不同阶段微生物富集规律有针对性地进行优势菌种接种培养，可有效缩短各阶段过渡时间，促进发酵进程，强化干法发酵微生物的生态功能，城市污泥的资源化处理，可显著节省设备投资和土地占用。

Description

一种用于加快城市污泥干法发酵进程的循环接种方法

技术领域

本发明属固废资源化领域，具体涉及一种用于加快城市污泥干法发酵进程的循环接种方法。

背景技术

城市污水处理厂因净化生活污水而产生的脱水污泥量巨大，目前全年的可收集量在2600万吨左右，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。另外，填埋的资源利用率较低，不符合我国可持续发展的原则。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——沼气逐渐得到重视。

根据反应器中物料的固体含量(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。湿式发酵技术在市政污泥(TS为2%左右)消化产沼、禽畜粪便厌氧发酵产沼和有机垃圾厌氧产沼等方面已经得到应用，各方面的技术已经比较成熟。与湿法发酵工艺相比，干法发酵工艺具有如下优点： (1)负荷大，容积产能高，设备体积大大减小；(2)需水量低或不需水，节约水资源；(3)产生沼液少，废渣含水量低，后续处理费用低；(4)运行过程稳定，无湿法工艺中的浮渣、沉淀等问题；(5)臭气排放少等。

目前，在干法发酵方面，欧洲各国已开展针对含水率较低的生活垃圾进行厌氧发酵技术和设备的开发工作。我国在干法发酵技术方面的研究工作开展较少，也缺乏系统性。相关干法发酵方法主要针对农用秸秆(CN101338273、CN101338325)、有机垃圾(CN101381674A)，以及垃圾和污泥混合物料(CN101172746A)，关于以脱水污泥进行干法发酵的方法，以及相关的快速启动及发酵技术，国内外均未见报道。

与垃圾等非粘性有机物料进行干法发酵相比，污泥干法发酵的难点在于：反应基质粘度大、TS浓度高，物料为塑性、非流动状态，造成反应中间产物与能量在介质中传递、扩散困难，发酵启动慢，周期长，产甲烷菌不易富集。关于干法发酵的现有方法，由于未针对脱水污泥的物料特点，不适于污泥干法发酵过程。

发明内容

本发明的目的在于克服城市污泥干法发酵启动慢、周期长、产甲烷菌不易富集等困难，提供一种用于加快城市污泥干法发酵进程的循环接种方法。

本发明提出的用于加快城市污泥干法发酵进程的循环接种方法，对前一批次物料发酵，使物料依次经过水解阶段、酸化阶段和气化阶段；在前一批次物料水解阶段、酸化阶段和产气高峰阶段时取物料对后一批次物料进行启动水解接种、酸化阶段接种和气化阶段接种，每次接种后各批次物料继续发酵进程，直至出料；循环往复，具体步骤如下：

(1)第一批次启动

将第一批次初始物料脱水污泥放入反应器中，对厌氧颗粒污泥进行固液分离，静置弃去上清液或过滤后，将厌氧污泥颗粒加入脱水污泥中进行接种，密封进料口，开启螺带搅拌电机，调节转速为5~15r/min，启动阶段为2~3天，培养驯化厌氧菌种，搅拌产热使物料温度升高至30℃以上；其中：厌氧颗粒污泥加入量为脱水污泥体积的1/5~1/3；

(2)第一批次水解、第二批次启动

第一批次水解阶段控制螺带搅拌电机的转速为10~20r/min，并设置搅拌电机每天搅拌时间超过12h，3~4天后，物料含水率升高1~3%，物料粘附力下降10~15g，物料中水解发酵细菌富集；取此时第一批次水解物料加入到第二批次初始物料脱水污泥中进行接种，混合后第二批次进入启动阶段和水解阶段，第一批次剩余物料从水解阶段末期进入酸化阶段，第一批次水解物料加入量为第二批次初始物料脱水污泥体积的1/4-1/3；

(3)第一批次酸化、第二批次水解、第三批次启动

第一批次酸化阶段保持螺带搅拌电机的转速为10~20r/min，并设置搅拌电机间歇运行，使每天搅拌时间为8h-16h；打开温控装置，保持物料温度为35±1℃，酸化阶段为4~7天；当第二批次物料水解3~4天后，取第二批次水解物料加入到第三批次初始物料脱水污泥中进行接种，第二批次水解物料加入量为第三批次初始物料脱水污泥体积的1/4-1/3；第二批物料进入水解阶段末期时，取第一批次进入酸化阶段初期物料加入到第二批次进行入产酸阶段物料进行接种，使其进入酸化阶段，第一批剩余物料则进入气化阶段；第一批次进入酸化阶段初期物料加入量为第二批次进行入产酸阶段物料体积的1/4-1/3；

(4)第一批次物料气化、第二批次物料酸化、第三批次物料水解、第四批次物料启动

第一批次物料气化阶段继续控温35±1℃，调节螺带搅拌电机的转速为20~40r/min，设置搅拌电机间歇运行，使每天搅拌时间8h-16h，并增大搅拌电机开停频率，以利于中间产物扩散和产气溢出；在气化阶段控制物料的pH值为6.6~7.5；第三批次物料水解3~4天后，接种启动第四批次物料；第三批次物料水解末期，取第二批次产酸阶段物料对其接种，具体方法同前述批次操作；第一批次物料产气高峰时，取该气化阶段物料对第二批次物料酸化末期物料进行接种，接种前按照产甲烷阶段搅拌参数控制发酵，并调解pH至为6.6~7.5；剩余物料继续原批次发酵进程； 

(5)第一批次物料出料、第二批次物料气化、第三批次物料酸化、第四批次物料水解

第一批次物料发酵结束后，卸出沼渣，该批次发酵结束；其他批次物料循环往复按照上述发酵进程进行，并适时对下一批次物料进行接种。

本发明具有如下优点：

1. 首批物料发酵启动后，后续物料即不需外源接种，降低成本；接种物均来自同种物料发酵过程，驯化期短，有效克服外援接种微生物与土著微生物的拮抗问题。

2. 采用多段式循环接种，可根据发酵过程不同阶段微生物富集规律有针对性地进行优势菌种接种培养，有效缩短各阶段过渡时间，促进发酵进程，强化干法发酵微生物的生态功能。

3. 循环接种与序批式发酵方式相结合，并采用螺带式搅拌，集中了完全混合式和推流式发酵的优点，能够在解决干法传质困难的基础上强化干法发酵微生物功能，加快发酵进程，提高产气效率。

4. 启动和水解阶段不需温控，利用搅拌产热使物料升温，节能高效。

附图说明

图1为本发明方法结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。

实施例1：

取污水厂A脱水污泥300L，放入第一发酵罐中；将100L取自UASB反应器的厌氧颗粒污泥进行初步固液分离，滤去上清液，将颗粒污泥加入物料中；混合均匀后检测物料含水率80.8%、有机质含量为60%、C/N比值为10.8、物料粘附力为45g；密封进料口，设置搅拌转速12r/min，打开螺带搅拌电机开关，进行发酵启动；启动2天后，由温度显示装置测得物料温度为35℃，湿式气体流量计显示产气量为20L，表明物料正在水解；调节搅拌转速为20r/min，并设置搅拌电机开1小时/停1小时运转，水解4天后，由污泥取样口取样测得物料含水率为82.4%，粘附力为34g，此时将脱水污泥300L放入第二发酵罐中，加入第一发酵罐中的水解阶段物料80L进行接种，开始启动和水解，搅拌控制同第一发酵罐水解段；之后，第一发酵罐物料pH下降，进入酸化段，保持搅拌设置，打开温控装置，控制物料温度为35±1℃，第二发酵罐物料进入水解段末期时，取第一发酵罐富含产乙酸菌物料50L对第二发酵罐物料进行接种，使其快速进入酸化阶段，酸化段搅拌及温控同第一发酵罐酸化段；第一发酵罐物料pH回升时，调节转速为30r/min，并设置搅拌电机开0.5小时/停0.5小时运转，每天监测物料pH，均符合6.6~7.5，不需调节；第一发酵罐物料产气高峰时，调节第二发酵罐物料pH，使其pH为6.6~7.5，取第一发酵罐物料50L对第二发酵罐物料进行接种，使其快速进入气化阶段，气化阶段控制同第一发酵罐气化阶段；当产气速率和产气中甲烷含量显著下降时，发酵结束，可出料。 

Claims (1)

1.一种用于加快城市污泥干法发酵进程的循环接种方法，其特征在于具体步骤如下：

(1)第一批次启动

将第一批次初始物料脱水污泥放入反应器中，对厌氧颗粒污泥进行固液分离，静置弃去上清液或过滤后，将厌氧污泥颗粒加入脱水污泥中进行接种，密封进料口，开启螺带搅拌电机，调节转速为5-15r/min，启动阶段为2-3天，培养驯化厌氧菌种，搅拌产热使物料温度升高至30℃以上；其中：厌氧颗粒污泥加入量为脱水污泥体积的1/5-1/3；

(2)第一批次水解、第二批次启动

第一批次水解阶段控制螺带搅拌电机的转速为10-20r/min，并设置搅拌电机每天搅拌时间超过12h，3-4天后，物料含水率升高1-3%，物料粘附力下降10-15g，物料中水解发酵细菌富集；取此时第一批次水解物料加入到第二批次初始物料脱水污泥中进行接种，混合后第二批次进入启动阶段和水解阶段，第一批次剩余物料从水解阶段末期进入酸化阶段，第一批次水解物料加入量为第二批次初始物料脱水污泥体积的1/4-1/3；

(3)第一批次酸化、第二批次水解、第三批次启动

第一批次酸化阶段保持螺带搅拌电机的转速为10~20r/min，并设置搅拌电机间歇运行，使每天搅拌时间为8h-16h；打开温控装置，保持物料温度为35±1℃，酸化阶段为4-7天；当第二批次物料水解3-4天后，取第二批次水解物料加入到第三批次初始物料脱水污泥中进行接种，第二批次水解物料加入量为第三批次初始物料脱水污泥体积的1/4-1/3；第二批物料进入水解阶段末期时，取第一批次进入酸化阶段初期物料加入到第二批次进行入产酸阶段物料进行接种，使其进入酸化阶段，第一批剩余物料则进入气化阶段；第一批次进入酸化阶段初期物料加入量为第二批次进行入产酸阶段物料体积的1/4-1/3；

(4)第一批次物料气化、第二批次物料酸化、第三批次物料水解、第四批次物料启动

第一批次物料气化阶段继续控温35±1℃，调节螺带搅拌电机的转速为20-40r/min，设置搅拌电机间歇运行，使每天搅拌时间8h-16h，并增大搅拌电机开停频率，以利于中间产物扩散和产气溢出；在气化阶段控制物料的pH值为6.6-7.5；第三批次物料水解3-4天后，接种启动第四批次物料；第三批次物料水解末期，取第二批次产酸阶段物料对其接种，具体方法同前述批次操作；第一批次物料产气高峰时，取该气化阶段物料对第二批次物料酸化末期物料进行接种，接种前按照产甲烷阶段搅拌参数控制发酵，并调解pH至为6.6-7.5；剩余物料继续原批次发酵进程； 

(5)第一批次物料出料、第二批次物料气化、第三批次物料酸化、第四批次物料水解

第一批次物料发酵结束后，卸出沼渣，该批次发酵结束；其他批次物料循环往复按照上述发酵进程进行，并适时对下一批次物料进行接种。

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