CN102030456B - 一种添加餐厨垃圾提高污泥干法发酵稳定性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种添加餐厨垃圾提高污泥干法发酵稳定性的方法，属固废资源化领域，可解决由于脱水污泥粘度大、TS浓度高、C/N值低等造成的水解酸化程度低、产甲烷底物不足、pH值过高、铵盐积累、产气抑制等问题。步骤为：将餐厨垃圾粉碎后与脱水污泥以重量比1:10~15混合，置于发酵罐中，发酵过程中保持物料温度35±1℃，氧化还原电位≤-300mV，充分搅拌；当pH值升至7.5、甲烷含量升至35%以上时，将餐厨垃圾再次分批加入发酵罐中，每次添加量为脱水污泥重量的5~10%，以使混合后物料pH值≥6.6为宜；添加时间以物料pH值升至7.5以上时为宜；当甲烷含量低于35%、产气速率显著下降时，发酵结束。本发明可用于城市污泥资源化处理和能源回收，相比湿式发酵，可节省设备投资和土地占用。
Description
技术领域
本发明属固废资源化领域，具体涉及一种通过添加餐厨垃圾来提高污泥干法发酵稳定性的方法。
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)，关于以脱水污泥进行干法发酵的方法，以及通过添加餐厨垃圾来提高污泥干法发酵稳定性的方法，均未见报道。
污泥干法发酵的难点在于：反应基质粘度大、TS浓度高、反应中间产物与能量在介质中传递、扩散困难；污泥C/N值低和传质困难导致水解酸化菌不易繁殖，产甲烷阶段可利用的底物不足，产气速度慢；进一步易引起发酵后期pH值过度上升、铵盐积累，形成发酵抑制，这也是造成污泥干法发酵工艺相比湿法发酵工艺运行不稳定、产气效率低的重要原因之一。
发明内容
本发明的目的在于克服城市污泥干法发酵过程中由于反应基质粘度大、TS浓度高、C/N值低等造成的传质困难、水解酸化程度低、产甲烷底物不足、pH值过度上升、铵盐积累，易形成产气抑制等问题，提供一种添加餐厨垃圾提高污泥干法厌氧发酵稳定性的方法。
本发明提出的添加餐厨垃圾提高污泥干法发酵稳定性的方法，具体步骤如下：
(1) 发酵启动
将餐厨垃圾粉碎至平均粒径≤5mm，控水，使其含水率≤85%；将含水率≤80%的脱水污泥与含水率≤85%的餐厨垃圾按重量比10:1~15:1混合，使混合后物料含水率为75~83%，控制其pH值为6.0~7.5, 置于污泥厌氧发酵罐中；
(2) 产酸发酵
发酵开始后，发酵过程快速启动，产气量逐渐上升，保持温度和搅拌条件，按时监测发酵物料pH值和产气成分，当pH升至7.5以上，产气中甲烷含量升至35%以上时，表明发酵过程进入产甲烷发酵阶段；
(3)产甲烷发酵
将餐厨垃圾粉碎至平均粒径≤2mm，控水，使其含水率为70%~80%，将粉碎后的餐厨垃圾分批加入到产甲烷阶段发酵罐中，每次添加量为发酵启动时脱水污泥重量的5~10%，具体添加量应以保证添加餐厨垃圾后物料pH值≥6.6为宜；每隔5~15天添加一次，具体添加时间以发酵物料pH上升至7.5以上时为宜，产甲烷阶段共需添加餐厨垃圾1~3次；在产甲烷阶段保持反应器内物料温度为35±1℃；并进行充分搅拌，控制搅拌转子转速10-30r/min；
(4)沼渣稳定化
当产气中甲烷含量降至35%以下，产气速率显著下降后，可将产甲烷阶段结束后的沼渣一部分作为下一批发酵污泥的接种物料，将剩余物料进行好氧堆肥稳定化，稳定化物料可进入污泥堆肥工艺进行有机肥加工。
本发明中，步骤(1)中保持物料温度为35±1℃，氧化还原电位≤-300mV，充分搅拌，控制搅拌转子转速10-30r/min。
本发明中，步骤(1)中可不进行接种，也可在后续批次发酵中添加部分沼渣进行接种。沼渣的加入量为初始物料体积的1/5~1/3。
本发明中，步骤(4)中发酵结束后可保留沼渣的1/5~1/3作为下一批次的接种物料；剩余物料进行好氧堆肥，控制堆体内氧浓度大于8%，7~14天后可达到腐熟。
本发明具有如下优点：
1. 采用干法工艺处理城市污泥，使发酵物料TS由2%提高到20%以上，相比目前湿法发酵处理城市污泥的工艺，可使反应器容积减少90%，节省物料加热能耗、设备投资和土地占用；
2. 发酵启动时添加少量餐厨垃圾，降低物料搅拌难度，有利于发酵过程充分传质；
3.发酵启动时餐厨垃圾可在加快污泥干法发酵启动速度，促进污泥水解产酸，为产甲烷发酵提供充足底物；通过控制发酵启动时餐厨垃圾加入量，可控制产酸发酵阶段pH值为6.6~7.5，不需外加化学试剂调节pH值；
4. 产甲烷阶段再次添加餐厨垃圾可防止产甲烷阶段pH过度上升并缓解铵盐积累抑制产气，提高污泥干法发酵稳定性。
5. 相比污泥和垃圾分别发酵，该方法可实现两者优势互补。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例1：
取污水厂A脱水污泥20kg，检测其TS含量为25%、有机质含量为48%，C/N比值为10.3；将物料放入污泥厌氧发酵罐中；将4kg含水率50%左右的餐厨垃圾沥水控干，用食品垃圾粉碎器粉碎至糊状，测其含水率为84%，取粉碎后垃圾2kg加入污泥厌氧发酵罐中；开启搅拌电机，转速为30r/min，搅拌电机开1h/停1h运转；启动气体计量、收集装置和温控装置，控制物料温度为35±1℃；每24h监测物料pH、产气量和产气成分；开始发酵10天过程中，测得发酵pH值呈先略有下降、再缓慢上升趋势，由初始pH值7.0降至6.2，缓慢上升至7.8，产气量由初始7~15L/d升至20~30L/d，产气成分中甲烷含量由20%升至40%以上；此时，加入含水率为85%、粉碎至糊状的餐厨垃圾1kg，每24h监测物料pH、产气量和产气成分；当发酵24天时，pH再次升至7.5以上，此时再次加入含水率为85%、粉碎至糊状的餐厨垃圾1kg；发酵45天后，气体中甲烷含量为33%，发酵结束，剩余沼渣的1/5作为接种物料进行回流，剩余物料导入好氧堆肥装置中进行好氧堆肥稳定化。
实施例2：
取污水厂B脱水污泥20kg，检测其TS含量为22%、有机质含量为73%，C/N比值为9.5，pH为7.3；将物料放入污泥厌氧发酵罐中；含水率50%左右的餐厨垃圾沥水控干，用食品垃圾粉碎器粉碎至糊状，测其含水率为82%，将粉碎后垃圾每次500g加入污泥厌氧发酵罐中，混合均匀后取样测其pH，当加入量为2.5kg时，测得混合物料pH为6.2，则密封发酵罐加料口；开启搅拌电机，转速为30r/min，搅拌电机开1h/停1h运转；启动气体计量、收集装置和温控装置，控制物料温度为35±1℃；每24h监测物料pH、产气量和产气成分；开始发酵14天后，物料pH升至7.8，产气量为10~35L/d，产气成分中甲烷含量由20%升至40%以上；此时，加入含水率为82%、粉碎至糊状的餐厨垃圾1.5kg，调节pH为6.8，每24h监测物料pH、产气量和产气成分；当发酵35天时，pH再次升至7.5以上，此时再次加入含水率为83%、粉碎至糊状的餐厨垃圾约2kg，调节pH为6.6；发酵65天后，气体中甲烷含量为35%，发酵结束，剩余沼渣的1/5作为接种物料进行回流，剩余物料导入好氧堆肥装置中进行好氧堆肥稳定化。
Claims (4)
1.一种添加餐厨垃圾提高污泥干法发酵稳定性的方法，其特征在于具体步骤如下：
(1) 发酵启动
将餐厨垃圾粉碎至平均粒径≤5mm，控水，使其含水率≤85%；将含水率≤80%的脱水污泥与含水率≤85%的餐厨垃圾按重量比10:1~15:1混合，使混合后物料含水率为75~83%， pH值为6.0~7.5, 置于污泥厌氧发酵罐中发酵；
(2) 产酸发酵
发酵开始时添加餐厨垃圾后，发酵过程快速启动，产气量逐渐上升，保持温度和搅拌条件，按时监测发酵物料pH值和产气成分，当pH升至7.5以上，产气中甲烷含量升至35%以上时，表明发酵过程进入产甲烷发酵阶段；
(3)产甲烷发酵
将餐厨垃圾粉碎至平均粒径≤2mm，控水，使其含水率为70%~80%，将粉碎后的餐厨垃圾分批加入到产甲烷阶段发酵罐中，每次添加量为发酵启动时脱水污泥重量的5-10%，以保证添加餐厨垃圾后物料pH值≥6.6为宜；每隔5-15天添加一次，以发酵物料pH上升至7.5以上时为宜，产甲烷阶段共需添加餐厨垃圾1-3次；
(4)沼渣稳定化
当产气中甲烷含量降至35%以下，产气速率显著下降后，将产甲烷阶段结束后的沼渣一部分作为下一批发酵污泥的接种物料，将剩余物料进行好氧堆肥稳定化，稳定化物料进入污泥堆肥工艺进行有机肥加工。
2.根据权利要求1所述的添加餐厨垃圾提高污泥干法发酵稳定性的方法，其特征在于发酵过程中保持反应器内物料温度为35±1℃，氧化还原电位≤-300mV，进行充分搅拌并控制转子转速10-30r/min。
3.根据权利要求1所述的添加餐厨垃圾提高污泥干法发酵稳定性的方法，其特征在于步骤(1)中不进行接种，在后续批次发酵中添加部分沼渣进行接种。
4.根据权利要求1所述的添加餐厨垃圾提高污泥干法发酵稳定性的方法，其特征在于步骤(4)中发酵结束后保留沼渣的1/5-1/3作为下一批次的接种物料；剩余物料进行好氧堆肥，控制堆体内氧浓度大于8%，7-14天后达到腐熟。
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