CN115466029A - 一种污泥的高负荷微生物平衡方法 - Google Patents

一种污泥的高负荷微生物平衡方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种污泥的高负荷微生物平衡方法，属于环保技术领域；该方法包括以下步骤：S1、前期发酵：将发酵原料和产甲烷菌混合后添加至厌氧发酵反应器中进行前期发酵；S2、稳定期发酵：将发酵原料按日添加至厌氧发酵反应器中进行稳定期发酵；步骤S1和步骤S2中所述发酵原料组成相同；所述发酵原料由污泥和改性生物炭组成。本发明的改性生物炭表面存在聚多巴胺，利用聚多巴胺提升改性生物炭的分散性，减低了生物炭之间的团聚；从而在每个聚多巴胺改性生物炭表面形成一个微发酵场所，在每个微发酵场所进行污泥的发酵处理；即在每个微发酵场所的处理负荷大大降低；从而大大提升了本发明方法的处理负荷。

Description

一种污泥的高负荷微生物平衡方法
技术领域
本发明属于环保技术领域，尤其涉及一种污泥的高负荷微生物平衡方法。
背景技术
餐厨垃圾中有机物含量丰富，含水率高，生化产甲烷潜能大；相关技术中采用如下技术手段进行处理：填埋、焚烧、堆肥和厌氧消化；而厌氧消化处理具有无害化处理和实现餐厨垃圾的资源化处理等优势，从而存在较大的应用前景。但相关技术中采用厌氧消化处理存在处理不稳定的问题。
相关技术在厌氧消化处理过程中存在超负荷的问题，而超负荷运行过程中同样会导致厌氧消化处理过程失稳；为了规避上述问题，相关技术中采用降低处理负荷的方式；而处理负荷的降低，则会导致处理效率降低。
因此，本发明提供了一种污泥的高负荷微生物平衡方法，该方法实现了污泥的高效处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种污泥的高负荷微生物平衡方法，以解决上述背景技术中提出的问题和缺陷的至少一个方面。
具体如下，一种污泥的高负荷微生物平衡方法，包括以下步骤：
S1、前期发酵：将发酵原料和产甲烷菌混合后添加至厌氧发酵反应器中进行前期发酵；
S2、稳定期发酵：将发酵原料按日添加至厌氧发酵反应器中进行稳定期发酵；
步骤S1和步骤S2中所述发酵原料组成相同；
所述发酵原料由污泥和改性生物炭组成；
所述改性生物炭为聚多巴胺改性生物炭。
根据本发明方法技术方案中的一种技术方案，至少具备如下有益效果：
本发明的方法利用聚多巴胺改性生物炭来处理污泥，其中聚多巴胺具有极强的粘附性、良好的水分散性、稳定性和生物相容性；从而提升了改性生物炭在混合体系中的相容性和稳定性；而生物炭表面含有大量的官能团，主要基团包括羧基、羰基、酚羟基、羟基、内酯基和酸酐基。上述基团保证了生物炭对水和污泥具有良好的吸附性；本发明的改性生物炭表面存在聚多巴胺，利用聚多巴胺提升改性生物炭的分散性，减低了生物炭之间的团聚；从而在每个聚多巴胺改性生物炭表面形成一个微发酵场所，在每个微发酵场所进行污泥的发酵处理；即在每个微发酵场所的处理负荷大大降低；从而大大提升了本发明方法的处理负荷。
同时聚多巴胺改性后的生物炭，其稳定性大大增加，从而降低了发酵过程中失稳的可能，从而增加了发酵过程的稳定性。
根据本发明的一些实施方式，所述前期发酵过程中溶氧量为0.3mg/L～5mg/L。
根据本发明的一些实施方式，所述稳定期发酵过程中溶氧量为0.3mg/L～5mg/L。
本发明通过对发酵过程溶氧量进行控制，从而实现了对发酵过程的控制。
根据本发明的一些实施方式，所述稳定期发酵过程中需搅拌。
根据本发明的一些实施方式，所述搅拌的速度为400rmp/min～600rmp/min。
根据本发明的一些实施方式，步骤S1中所述污泥、所述改性生物炭、所述产甲烷菌和水形成混合体系。
根据本发明的一些实施方式，步骤S2中所述污泥的负荷为10g/(L·d)～20g/(L·d)。
根据本发明的一些实施方式，所述污泥的TSS为20000mg/L～50000mg/L。
根据本发明的一些实施方式，所述污泥的VSS为10000mg/L～20000mg/L。
根据本发明的一些实施方式，所述污泥的pH为6～8。
根据本发明的一些实施方式，所述前期发酵过程中温度为35℃～40℃。
根据本发明的一些实施方式，所述前期发酵的时间为5d～10d。
根据本发明的一些实施方式，所述稳定期发酵过程中温度为35℃～40℃。
发酵过程中温度过低，则发酵的效率过低；发酵的温度过高，会导致厌氧菌群的失活。
根据本发明的一些实施方式，所述污泥和所述改性生物炭的质量比为100：1～3。
改性生物炭的用量过低，则会导致单位体积内的改性生物炭含量较低，从而导致微发酵场所较少，从而影响发酵的效率和稳定性。
改性生物炭的用量过多，会导致改性生物炭的分散难度增大，且改性生物炭的团聚同样会增加；反而会影响到发酵的效率和稳定性。
根据本发明的一些实施方式，所述改性生物炭的制备方法，包括以下步骤：
将生物炭和多巴胺添加至三羟甲基氨基甲烷盐酸盐溶液中反应，固液分离，收集固相。
根据本发明的一些实施方式，所述生物炭和所述多巴胺的质量比为100:2～5。
多巴胺的用量较少，对生物炭的改性效果较差，从而影响到改性生物炭的分散效果。
多巴胺的用量较多，会导致生物炭表面聚多巴胺的量过多，从而导致改性生物炭中生物炭含量较低，从而导致改性生物炭提供的微发酵场所较少，从而影响到发酵的效率。
根据本发明的一些实施方式，所述三羟甲基氨基甲烷盐酸盐溶液的pH为7.5～8.5。
根据本发明的一些实施方式，所述生物炭与所述三羟甲基氨基甲烷盐酸盐溶液的质量体积比为1g：40mL～60mL。
根据本发明的一些实施方式，所述生物炭的制备方法，包括以下步骤：
将玉米秸秆在保护气氛下炭化；
所述炭化的温度为400℃～600℃。
炭化的温度过低，会导致生物炭的炭化不完全；而炭化的温度过高，则会导致生物炭表面官能团减少，从而影响到改性生物炭的分散效果。
根据本发明的一些实施方式，所述炭化的时间为0.5h～2h。
根据本发明的一些实施方式，所述保护气氛为氦气、氖气、氩气和氪气中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述产甲烷菌为巴氏甲烷八叠球菌和甲酸甲烷杆菌中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述产甲烷菌由巴氏甲烷八叠球菌和甲酸甲烷杆菌组成。
根据本发明的一些实施方式，所述巴氏甲烷八叠球菌和甲酸甲烷杆菌的质量比为1:1.5～2.5。
根据本发明的一些实施方式，步骤S1中发酵原料和所述产甲烷菌的质量比为100:1～2。
根据本发明的一些实施方式，步骤S2中所述发酵原料的添加方式为每日添加一次。
根据本发明的一些实施方式，所述稳定期发酵过程中污泥的负荷为10g/(L·d)～20g/(L·d)。
根据本发明的一些实施方式，所述稳定期发酵的时间在300d以上。
根据本发明的一些实施方式，所述稳定期发酵的时间为300d～350d。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明实施方式中所选用污泥的TSS为36410mg/L，VSS为23660mg/L，pH＝6.9。
本发明实施方式中生物炭的制备方法，由以下步骤组成：
将玉米秸秆在氩气氛围化炭化，炭化温度为400℃，炭化时间为1h。
实施例1
本实施例为一种污泥的高负荷微生物平衡方法，由以下步骤组成：
S1、前期发酵：将发酵原料和产甲烷菌混合后添加至厌氧发酵反应器中进行前期发酵；
S2、稳定期发酵：将发酵原料按日添加至厌氧发酵反应器中进行稳定期发酵；
步骤S1和步骤S2中发酵原料组成相同；
污泥和改性生物炭的质量之比为100：1；
步骤S1中发酵原料和产甲烷菌的质量之比为100:1；
步骤S1中前期发酵过程中的温度为35℃；
步骤S1中前期发酵过程中溶氧量为0.5mg/L；
步骤S1中前期发酵的时间为10d；
步骤S2中稳定期发酵过程中的温度为35℃；
步骤S2中稳定期发酵过程中溶氧量为0.5mg/L；
步骤S2中污泥的负荷为15g/(L·d)(即通过调整污泥和水的用量，从而实现对污泥的负荷进行控制)。
产甲烷菌由巴氏甲烷八叠球菌和甲酸甲烷杆菌组成；
巴氏甲烷八叠球菌和甲酸甲烷杆菌的质量比为1:2。
本实施例中改性生物炭的制备方法，由以下步骤组成：
将生物炭和多巴胺添加至三羟甲基氨基甲烷盐酸盐溶液中反应，固液分离，收集固相。
本实施例中生物炭与多巴胺的质量之比为100:3。
本实施例中三羟甲基氨基甲烷盐酸盐溶液的pH为8.5。
本实施例中生物炭与三羟甲基氨基甲烷盐酸盐的质量体积比为1g：50mL。
本实施例中反应时间为10h。
实施例2
本实施例为一种污泥的高负荷微生物平衡方法，与实施例1的差异在于：本实施例中产甲烷菌为巴氏甲烷八叠球菌。
实施例3
本实施例为一种污泥的高负荷微生物平衡方法，与实施例1的差异在于：本实施例中产甲烷菌为巴氏甲烷八叠球菌。
对比例1
本对比例为一种污泥的发酵方法，与实施例1的差异在于：本对比例中采用生物炭替换改性生物炭。
本对比例中污泥与生物炭的质量比为100:1。
对比例2
本对比例为一种污泥的发酵方法，与实施例1的差异在于：本对比例中采用聚多巴胺替换改性生物炭。
本对比例中污泥与聚多巴胺的质量比为100:1。
本对比例中聚多巴胺的制备方法，由以下步骤组成：
将多巴胺添加至三羟甲基氨基甲烷盐酸盐溶液中反应，固液分离，收集固相。
本对比例中三羟甲基氨基甲烷盐酸盐溶液的pH为8.5。
本对比例中聚多巴胺与三羟甲基氨基甲烷盐酸盐的质量体积比为1g：200mL。
对比例3
本对比例为一种污泥的发酵方法，与实施例1的差异在于：本对比例中不加入改性生物炭。
对比例4
本对比例为一种污泥的发酵方法，与实施例1的差异在于：本对比例中污泥和改性生物炭的质量之比为100：0.5。
对比例5
本对比例为一种污泥的发酵方法，与实施例1的差异在于：本对比例中污泥和改性生物炭的质量之比为100：5。
对比例6
本对比例为一种污泥的发酵方法，与实施例1的差异在于：本对比例中生物炭与多巴胺的质量比为100:1。
对比例7
本对比例为一种污泥的发酵方法，与实施例1的差异在于：本对比例中生物炭与多巴胺的质量比为100：6。
本发明实施例1～3和对比例1～7中方法稳定期日平均甲烷产量和稳定运行时间结果见表1。
稳定运行时间的判断依据为：当日甲烷产量降低为稳定期发酵期最高产量的1/2时，即稳定运行的最长时间。
表1本发明实施例1～3和对比例1～7中方法稳定期日平均甲烷产量和稳定运行时间结果
Figure BDA0003872081400000081
Figure BDA0003872081400000091
本发明实施例1与实施例2～3的差异在于：实施例1采用两种产甲烷菌搭配使用；实施例2和实施例3中采用单一产甲烷菌；从表1中数据得知：采用两种产甲烷菌搭配，有利于进一步提升甲烷产量。
本发明对比例1与实施例1的差异在于：采用生物炭替换改性生物炭；从表1中数据得知：采用改性生物炭有利于提升甲烷产量。
本发明对比例2与实施例1的差异在于：采用聚多巴胺替换改性生物炭，从表1中数据得知：采用改性生物炭有利于提升甲烷产量。
本发明对比例3与实施例1的差异在于：不加入改性生物炭，从表1中数据得知：采用改性生物炭有利于提升甲烷产量。
本发明对比例4～5和实施例1的差异在于：污泥和改性生物炭的质量比不同，从表1中数据得知：将污泥和改性生物炭的质量比控制在一定范围内，有利于进一步提升甲烷产量。
本发明对比例6～7和实施例1的差异在于：生物炭和多巴胺的质量比不同，从表1中数据得知：将生物炭和多巴胺的质量比控制在一定范围内，有利于进一步提升甲烷产量。
综上所述，本发明的方法利用聚多巴胺改性生物炭来处理污泥，聚多巴胺具有极强的粘附性、良好的水分散性、稳定性和生物相容性；从而提升了改性生物炭在混合体系中的相容性和稳定性；而生物炭表面含有大量的官能团，主要基团包括羧基、羰基、酚羟基、羟基、内酯基和酸酐基。上述基团保证了生物炭对水和污泥具有良好的吸附性；本发明的改性生物炭表面存在聚多巴胺，利用聚多巴胺提升改性生物炭的分散性，减低了生物炭之间的团聚；从而在每个聚多巴胺改性生物炭表面形成一个微发酵场所，在每个微发酵场所进行污泥的发酵处理；即在每个微发酵场所的处理负荷大大降低；从而大大提升了本发明方法的处理负荷。同时聚多巴胺改性后的生物炭，其稳定性大大增加，从而降低了发酵过程中失稳的可能，从而增加了发酵过程的稳定性。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种污泥的高负荷微生物平衡方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、前期发酵：将发酵原料和产甲烷菌混合后添加至厌氧发酵反应器中进行前期发酵；
S2、稳定期发酵：将发酵原料按日添加至厌氧发酵反应器中进行稳定期发酵；
步骤S1和步骤S2中所述发酵原料组成相同；
所述发酵原料由污泥和改性生物炭组成；
所述改性生物炭为聚多巴胺改性生物炭。
2.根据权利要求1所述的污泥的高负荷微生物平衡方法，其特征在于，所述稳定期发酵过程中溶氧量为0.3mg/L～5mg/L。
3.根据权利要求1所述的污泥的高负荷微生物平衡方法，其特征在于，所述稳定期发酵过程中温度为25℃～30℃。
4.根据权利要求1所述的污泥的高负荷微生物平衡方法，其特征在于，所述污泥和所述改性生物炭的质量比为100：1～3。
5.根据权利要求1至4任一项所述的污泥的高负荷微生物平衡方法，其特征在于，所述改性生物炭的制备方法，包括以下步骤：
将生物炭和多巴胺添加至三羟甲基氨基甲烷盐酸盐溶液中反应，固液分离，收集固相。
6.根据权利要求5所述的污泥的高负荷微生物平衡方法，其特征在于，所述生物炭和所述多巴胺的质量比为100:2～5。
7.根据权利要求5所述的污泥的高负荷微生物平衡方法，其特征在于，所述生物炭的制备方法，包括以下步骤：
将玉米秸秆在保护气氛下炭化；
所述炭化的温度为400℃～600℃。
8.根据权利要求7所述的污泥的高负荷微生物平衡方法，其特征在于，所述炭化的时间为0.5h～2h。
9.根据权利要求1至4任一项所述的污泥的高负荷微生物平衡方法，其特征在于，步骤S1中所述产甲烷菌和所述发酵原料的质量比为1～2:100。
10.根据权利要求1至4任一项所述的污泥的高负荷微生物平衡方法，其特征在于，所述产甲烷菌为巴氏甲烷八叠球菌和甲酸甲烷杆菌中的至少一种。
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