專利名稱：一種以黑麥草促進初沉污泥生產(chǎn)甲烷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以黑麥草促進初沉污泥生產(chǎn)甲烷的方法。
背景技術(shù)：
隨著污水廠生物處理廢水技術(shù)的應(yīng)用，廢棄污泥的處理與處置成為一個新的研究熱點。污水廠的廢棄污泥主要包括初沉污泥與剩余污泥。有機固體的厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷過程可分為四個階段，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，是有機物生物降解過程的限速步驟(例如，文獻Waste Manage.2012,32，542-549 ；Bioresour.Technol.2012, 103, 415-424)。因此，在發(fā)酵產(chǎn)酸過程中，如果能夠提高污泥中非溶解態(tài)有機物的溶解、水解效率，則不但可以縮短系統(tǒng)的水力停留時間，提高有機物的去除率，而且能夠為后續(xù)的產(chǎn)酸過程提供更多的溶解性發(fā)酵底物，進而提高短鏈脂肪酸和甲烷產(chǎn)量。文獻較多地報道了各種預(yù)處理方法提高污泥的溶解、水解以及產(chǎn)甲烷量，而未對如何促進初沉污泥共代謝厭氧消化促進水解、產(chǎn)酸、產(chǎn)甲烷全過程進行研究。盡管研究者們分別對初沉污泥和草本植物的厭氧消化過程進行了研究，并提出相關(guān)促進溶解、水解的預(yù)處理方法，但關(guān)于添加草本植物促進污泥共代謝水解、產(chǎn)酸過程，以及聯(lián)合厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的效能研究則未 見報道。如果將較易于厭氧發(fā)酵的黑麥草(高碳氮t匕)加入初沉污泥(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)沼氣的效倉泛。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決初沉污泥產(chǎn)甲烷效率不高的技術(shù)問題，提供一種以黑麥草促進初沉污泥生產(chǎn)甲烷的方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
本發(fā)明提出的以黑麥草促進初沉污泥生產(chǎn)甲烷的方法，具體步驟如下:
(1)將初沉污泥與黑麥草充分混合，在30-40°C溫度下，pH值為4-7下進行厭氧發(fā)酵水解產(chǎn)酸；其中:初沉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；控制厭氧發(fā)酵時間為8-16天；
(2)將步驟(I)得到的混合物在30-40°C溫度下，pH值為6-8時進行厭氧發(fā)酵產(chǎn)生甲烷，厭氧發(fā)酵過程的時間為40-60天。本發(fā)明中，步驟(I)中所述厭氧發(fā)酵過程的初沉污泥與黑麥草C/N比為20:1。本發(fā)明中，步驟(I)中所述初沉污泥與黑麥草在溫度為33_37°C條件下，厭氧發(fā)酵水解產(chǎn)酸。本發(fā)明中，步驟(I)中所述污泥與黑麥草在pH值為4-6條件下，厭氧發(fā)酵水解產(chǎn)酸。
本發(fā)明中，步驟(I)中所述中污泥與黑麥草的厭氧發(fā)酵時間為11-13天，厭氧發(fā)酵水解產(chǎn)酸。本發(fā)明中，步驟(2)中所述中厭氧發(fā)酵的pH值為7。本發(fā)明中，步驟(2)中所述中厭氧發(fā)酵溫度為33_37°C。本發(fā)明中，步驟(2)中所述中厭氧發(fā)酵時間為48-52天。本發(fā)明具有以下有益效果:
本發(fā)明以黑 麥草促進污水廠初沉污泥產(chǎn)甲烷的方法，不但提高了初沉污泥的水解和產(chǎn)酸率，而且使初沉污泥中的有機物更充分的轉(zhuǎn)化為甲烷，減少了污泥對環(huán)境的污染。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例進一步說明本發(fā)明。為促進初沉污泥產(chǎn)甲烷效率，本發(fā)明經(jīng)過多次反復(fù)實驗，發(fā)現(xiàn)采用下述本發(fā)明以黑麥草促進污水廠初沉污泥產(chǎn)甲烷的方法，能夠顯著提高甲烷產(chǎn)量。本發(fā)明首先將初沉污泥與黑麥草按照不同碳氮比(C/N)如7:1、10:1、12:1、14:1、16:1、18:1、20:1、22:1、24:1 和 26:1 等比例混合，溫度為 30-40。。，pH 值為 4-7，經(jīng)過 8-16天充分的水解產(chǎn)酸階段。這樣不僅可以使初沉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40_60天產(chǎn)生甲烷，實現(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，可顯著提高初沉污泥的產(chǎn)甲烷量。通過實驗發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明在初沉污泥與黑麥草碳氮比(C/N) 20:1，溫度為33_36°C，pH值為4-6的條件下，厭氧發(fā)酵11-13天，獲得的短鏈脂肪酸的濃度較大。進一步研究發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明方法在產(chǎn)甲烷階段，調(diào)節(jié)pH值為7，溫度為33_36°C，發(fā)酵48-52天產(chǎn)甲烷量較大。實施例1
將10 kg初沉污泥平均加入到10個相同的2 L反應(yīng)器中(玻璃鋼材質(zhì)，工作容積為1.5 L，內(nèi)徑10 cm，高26 cm，呈圓柱形)，加入黑麥草，使其碳氮比(C/N)分別為7: 1、10: 1、12:1、14:1、16:1、18:1、20:1、22:1、24:1、26:1，溫度為 30-40。。，pH 值為 4-7，發(fā)酵時間為8-16天。測得水解產(chǎn)酸的較佳條件為:混合物碳氮比為20:1，溫度為33-37°C，pH值為4_6，發(fā)酵11-13天，短鏈脂肪酸的濃度為250 g-COD/kg-TS。實施例2
將I kg初沉污泥加入到2 L的反應(yīng)器中(玻璃鋼材質(zhì)，工作容積為1.5 L，內(nèi)徑10 cm,高26 cm，呈圓柱形)，加入黑麥草，使其碳氮比(C/N)為7:1，控制pH為7，溫度33-37°C，上述混合物經(jīng)過48-52天厭氧發(fā)酵，甲烷產(chǎn)量為1.1 L-CH4。實施例3
將I kg初沉污泥加入到2 L的反應(yīng)器中(玻璃鋼材質(zhì)，工作容積為1.5 L，內(nèi)徑10 cm,高26 cm，呈圓柱形)，加入黑麥草，使其碳氮比(C/N)為10:1，控制pH為7，溫度33-37°C，上述混合物經(jīng)過48-52天厭氧發(fā)酵，甲烷產(chǎn)量為6.5 L-CH4。實施例4
將I kg初沉污泥加入到2 L的反應(yīng)器中(玻璃鋼材質(zhì)，工作容積為1.5 L，內(nèi)徑10 cm,高26 cm，呈圓柱形)，加入黑麥草，使其碳氮比(C/N)為12:1，控制pH為7，溫度33-37°C，上述混合物經(jīng)過48-52天厭氧發(fā)酵，甲烷產(chǎn)量為7.6 L-CH4。實施例5
將I kg初沉污泥加入到2 L的反應(yīng)器中(玻璃鋼材質(zhì)，工作容積為1.5 L，內(nèi)徑10 cm,高26 cm，呈圓柱形)，加入黑麥草，使其碳氮比(C/N)為14:1，控制pH為7，溫度33-37°C，上述混合物經(jīng)過48-52天厭氧發(fā)酵，甲烷產(chǎn)量為8.9 L-CH4。實施例7
將I kg初沉污泥加入到2 L的反應(yīng)器中(玻璃鋼材質(zhì)，工作容積為1.5 L，內(nèi)徑10 cm,高26 cm，呈圓柱形)，加入黑麥草，使其碳氮比(C/N)為16:1，控制pH為7，溫度33-37°C，上述混合物經(jīng)過48-52天厭氧發(fā)酵，甲烷產(chǎn)量為14.8 L-CH4。實施例8
將I kg初沉污泥加入到2 L的反應(yīng)器中(玻璃鋼材質(zhì)，工作容積為1.5 L，內(nèi)徑10 cm,高26 cm，呈圓柱形)，加入黑麥草，使其碳氮比(C/N)為18:1，控制pH為7，溫度33-37°C，上述混合物經(jīng)過38-42天厭氧發(fā)酵，甲烷產(chǎn)量為13.6 L-CH4。實施例7 將I kg初沉污泥加入到2 L的反應(yīng)器中(玻璃鋼材質(zhì)，工作容積為1.5 L，內(nèi)徑10 cm,高26 cm，呈圓柱形)，加入黑麥草，使其碳氮比(C/N)為20:1，控制pH為7，溫度33-37°C，上述混合物經(jīng)過48-52天厭氧發(fā)酵，甲烷產(chǎn)量為16.9 L-CH4。實施例8
將I kg初沉污泥加入到2 L的反應(yīng)器中(玻璃鋼材質(zhì)，工作容積為1.5 L，內(nèi)徑10 cm,高26 cm，呈圓柱形)，加入黑麥草，使其碳氮比(C/N)為22:1，控制pH為7，溫度33-37°C，上述混合物經(jīng)過48-52天厭氧發(fā)酵，甲烷產(chǎn)量為12.8 L-CH4。實施例9
將I kg初沉污泥加入到2 L的反應(yīng)器中(玻璃鋼材質(zhì)，工作容積為1.5 L，內(nèi)徑10 cm,高26 cm，呈圓柱形)，加入黑麥草，使其碳氮比(C/N)為24:1，控制pH為7，溫度33-37°C，上述混合物經(jīng)過48-52天厭氧發(fā)酵，甲烷產(chǎn)量為10.8 L-CH4。實施例10
將I kg初沉污泥加入到2 L的反應(yīng)器中(玻璃鋼材質(zhì)，工作容積為1.5 L，內(nèi)徑10 cm,高26 cm，呈圓柱形)，加入黑麥草，使其碳氮比(C/N)為26:1，控制pH為7，溫度33-37°C，上述混合物經(jīng)過48-52天厭氧發(fā)酵，甲烷產(chǎn)量為3.9 L-CH4。上述的對實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和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種以黑麥草促進初沉污泥生產(chǎn)甲烷的方法，其特征在于具體步驟如下: (1)將初沉污泥與黑麥草充分混合，在30-40°C溫度下，pH值為4-7下進行厭氧發(fā)酵水解產(chǎn)酸；其中:初沉污泥與黑麥草按照碳氮比為7:1-26:1的比例混合；控制厭氧發(fā)酵時間為8-16天； (2)將步驟(I)得到的混合物在30-40°C溫度下，pH值為6-8時進行厭氧發(fā)酵產(chǎn)生甲烷，厭氧發(fā)酵過程的時間為40-60天。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以黑麥草促進初沉污泥生產(chǎn)甲烷的方法，其特征在于，所述污泥與能源草混合碳氮比為20:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以黑麥草促進初沉污泥生產(chǎn)甲烷的方法，其特征在于步驟(O中所述初沉污泥與黑麥草在溫度為33-37°C條件下，厭氧發(fā)酵水解產(chǎn)酸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以黑麥草促進初沉污泥生產(chǎn)甲烷的方法，其特征在于步驟(O中所述污泥與黑麥草在PH值為4-6條件下，厭氧發(fā)酵水解產(chǎn)酸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以黑麥草促進初沉污泥生產(chǎn)甲烷的方法，其特征在于步驟(O中所述中污泥與黑麥草的厭氧發(fā)酵時間為11-13天，厭氧發(fā)酵水解產(chǎn)酸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以黑麥草促進初沉污泥生產(chǎn)甲烷的方法，其特征在于步驟(2)中所述中厭氧發(fā)酵的pH值為7。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以黑麥草促進初沉污泥生產(chǎn)甲烷的方法，其特征在于步驟(2)中所述中厭氧發(fā)酵溫度為33-37°C。
8.根據(jù)權(quán)利 要求1所述的以黑麥草促進初沉污泥生產(chǎn)甲烷的方法，其特征在于步驟(2)中所述中厭氧發(fā)酵時間為48-52天。
全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)境保護技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種以添加黑麥草促進污水廠初沉污泥生產(chǎn)甲烷的方法。本發(fā)明以黑麥草促進初沉污泥產(chǎn)甲烷的方法，不但可以提高初沉污泥與黑麥草中不溶解性有機物(如蛋白質(zhì)、碳水化合物、纖維素、木質(zhì)素等)的水解和酸化效率，獲得產(chǎn)短鏈脂肪酸最大化，而且可以促使短鏈脂肪酸更充分的轉(zhuǎn)化為甲烷，減少污泥對環(huán)境的污染。本發(fā)明，將初沉污泥與黑麥草按照不同碳氮比(C/N)7:1-26:1混合，溫度為30-40℃，pH值控制為4-7，經(jīng)過8-16天的水解產(chǎn)酸階段。然后，調(diào)節(jié)pH值為6-8，溫度為30-40℃，發(fā)酵40-60天產(chǎn)生甲烷。
文檔編號C02F11/04GK103172240SQ20131006306
公開日2013年6月26日 申請日期2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月28日
發(fā)明者張棟, 賈舒婷, 高鵬, 趙建夫 申請人:同濟大學(xué)