專利名稱：一種添加餐廚垃圾提高污泥干法發(fā)酵穩(wěn)定性的方法
一種添加餐廚垃圾提高污泥干法發(fā)酵穩(wěn)定性的方法技術領域
本發(fā)明屬固廢資源化領域，具體涉及一種通過添加餐廚垃圾來提高污泥干法發(fā) 酵穩(wěn)定性的方法。
背景技術：
城市污水處理廠因凈化生活污水而產生的脫水污泥量巨大，目前全年的可收集 量在沈00萬噸左右，污水處理廠對污泥的處理與處置多采用濃縮脫水后進行土地填埋的 方法，不僅占用有限的土地資源，而且易造成二次污染。另外，填埋的資源利用率較低，不符 合我國可持續(xù)發(fā)展的原則。近年來，全球能源結構正經歷以礦物能源為主向多種能源并存 的方向的轉變，糧食安全和環(huán)境惡化等問題也日益突出，采用厭氧發(fā)酵技術回收污泥中的 非糧生物質能源一沼氣逐漸得到重視。
根據反應器中物料的固體含量(TS)，厭氧發(fā)酵技術可分為濕式發(fā)酵(TS ^ 12%) 和干式發(fā)酵(TS ^ 20%)兩種。濕式發(fā)酵技術在市政污泥(TSS洲左右)消化產沼、禽畜糞 便厭氧發(fā)酵產沼和有機垃圾厭氧產沼等方面已經得到應用，各方面的技術已經比較成熟。 與濕法發(fā)酵工藝相比，干法發(fā)酵工藝具有如下優(yōu)點(1)負荷大，容積產能高，設備體積大 大減?。?2)需水量低或不需水，節(jié)約水資源；(3)產生沼液少，廢渣含水量低，后續(xù)處理費 用低；(4)運行過程穩(wěn)定，無濕法工藝中的浮渣、沉淀等問題；( 臭氣排放少等。
目前，在干法發(fā)酵方面，歐洲各國已開展針對含水率較低的生活垃圾進行厭氧 發(fā)酵技術和設備的開發(fā)工作。我國在干法發(fā)酵技術方面的研究工作開展較少，也缺乏 系統性。相關干法發(fā)酵方法主要針對農用秸稈(CN101338273、CN10133832Q、有機垃圾 (CN101381674A)，關于以脫水污泥進行干法發(fā)酵的方法，以及通過添加餐廚垃圾來提高污 泥干法發(fā)酵穩(wěn)定性的方法，均未見報道。
污泥干法發(fā)酵的難點在于反應基質粘度大、TS濃度高、反應中間產物與能量在 介質中傳遞、擴散困難；污泥C/N值低和傳質困難導致水解酸化菌不易繁殖，產甲烷階段可 利用的底物不足，產氣速度慢；進一步易引起發(fā)酵后期PH值過度上升、銨鹽積累，形成發(fā)酵 抑制，這也是造成污泥干法發(fā)酵工藝相比濕法發(fā)酵工藝運行不穩(wěn)定、產氣效率低的重要原 因之一。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服城市污泥干法發(fā)酵過程中由于反應基質粘度大、TS濃度 高、C/N值低等造成的傳質困難、水解酸化程度低、產甲烷底物不足、pH值過度上升、銨鹽積 累，易形成產氣抑制等問題，提供一種添加餐廚垃圾提高污泥干法厭氧發(fā)酵穩(wěn)定性的方法。
本發(fā)明提出的添加餐廚垃圾提高污泥干法發(fā)酵穩(wěn)定性的方法，具體步驟如下 (1)發(fā)酵啟動將餐廚垃圾粉碎至平均粒徑< 5mm，控水，使其含水率< 85% ；將含水率< 80%的脫水污 泥與含水率< 85%的餐廚垃圾按重量比10 廣15 1混合，使混合后物料含水率為75、3%，控制其PH值為6. (Γ7. 5，置于污泥厭氧發(fā)酵罐中；(2)產酸發(fā)酵發(fā)酵開始后，發(fā)酵過程快速啟動，產氣量逐漸上升，保持溫度和攪拌條件，按時監(jiān)測發(fā) 酵物料PH值和產氣成分，當pH升至7. 5以上，產氣中甲烷含量升至35%以上時，表明發(fā)酵 過程進入產甲烷發(fā)酵階段；(3)產甲烷發(fā)酵將餐廚垃圾粉碎至平均粒徑< 2mm，控水，使其含水率為709Γ80%，將粉碎后的餐廚垃 圾分批加入到產甲烷階段發(fā)酵罐中，每次添加量為發(fā)酵啟動時脫水污泥重量的5 10%，具體 添加量應以保證添加餐廚垃圾后物料PH值>6. 6為宜；每隔5 15天添加一次，具體添加時 間以發(fā)酵物料PH上升至7. 5以上時為宜，產甲烷階段共需添加餐廚垃圾廣3次；在產甲烷 階段保持反應器內物料溫度為35士 1°C ；并進行充分攪拌，控制攪拌轉子轉速10-30r/min ；(4)沼渣穩(wěn)定化當產氣中甲烷含量降至35%以下，產氣速率顯著下降后，可將產甲烷階段結束后的沼 渣一部分作為下一批發(fā)酵污泥的接種物料，將剩余物料進行好氧堆肥穩(wěn)定化，穩(wěn)定化物料 可進入污泥堆肥工藝進行有機肥加工。
本發(fā)明中，步驟(1)中保持物料溫度為35士 1 °C，氧化還原電位彡-300mV,充分攪 拌，控制攪拌轉子轉速10-30r/min。
本發(fā)明中，步驟(1)中可不進行接種，也可在后續(xù)批次發(fā)酵中添加部分沼渣進行 接種。沼渣的加入量為初始物料體積的1/5 1/3。
本發(fā)明中，步驟中發(fā)酵結束后可保留沼渣的1/5 1/3作為下一批次的接種物 料；剩余物料進行好氧堆肥，控制堆體內氧濃度大于8%，7 14天后可達到腐熟。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點1.采用干法工藝處理城市污泥，使發(fā)酵物料TS由洲提高到20%以上，相比目前濕法 發(fā)酵處理城市污泥的工藝，可使反應器容積減少90%，節(jié)省物料加熱能耗、設備投資和土地 占用；2.發(fā)酵啟動時添加少量餐廚垃圾，降低物料攪拌難度，有利于發(fā)酵過程充分傳質；3.發(fā)酵啟動時餐廚垃圾可在加快污泥干法發(fā)酵啟動速度，促進污泥水解產酸，為產甲 烷發(fā)酵提供充足底物；通過控制發(fā)酵啟動時餐廚垃圾加入量，可控制產酸發(fā)酵階段PH值為 6. 6^7. 5，不需外加化學試劑調節(jié)pH值；4.產甲烷階段再次添加餐廚垃圾可防止產甲烷階段pH過度上升并緩解銨鹽積累抑 制產氣，提高污泥干法發(fā)酵穩(wěn)定性。
5.相比污泥和垃圾分別發(fā)酵，該方法可實現兩者優(yōu)勢互補。
具體實施方式
下面通過實施例進一步說明本發(fā)明。 實施例1 取污水廠A脫水污泥20kg，檢測其TS含量為25%、有機質含量為48%，C/N比值為10. 3 ； 將物料放入污泥厭氧發(fā)酵罐中；將4kg含水率50%左右的餐廚垃圾浙水控干，用食品垃圾粉 碎器粉碎至糊狀，測其含水率為84%，取粉碎后垃圾2kg加入污泥厭氧發(fā)酵罐中；開啟攪拌電機，轉速為30r/min，攪拌電機開Ih/停Ih運轉；啟動氣體計量、收集裝置和溫控裝置，控 制物料溫度為35士 1°C ；每24h監(jiān)測物料pH、產氣量和產氣成分；開始發(fā)酵10天過程中，測 得發(fā)酵PH值呈先略有下降、再緩慢上升趨勢，由初始pH值7. 0降至6. 2，緩慢上升至7. 8， 產氣量由初始疒15L/d升至2(T30L/d，產氣成分中甲烷含量由20%升至40%以上；此時，加 入含水率為85%、粉碎至糊狀的餐廚垃圾1kg，每24h監(jiān)測物料pH、產氣量和產氣成分；當發(fā) 酵M天時，pH再次升至7. 5以上，此時再次加入含水率為85%、粉碎至糊狀的餐廚垃圾Ikg ； 發(fā)酵45天后，氣體中甲烷含量為33%，發(fā)酵結束，剩余沼渣的1/5作為接種物料進行回流，剩 余物料導入好氧堆肥裝置中進行好氧堆肥穩(wěn)定化。
實施例2:取污水廠B脫水污泥20kg，檢測其TS含量為22%、有機質含量為73%，C/N比值為9. 5， pH為7. 3 ；將物料放入污泥厭氧發(fā)酵罐中；含水率50%左右的餐廚垃圾浙水控干，用食品垃 圾粉碎器粉碎至糊狀，測其含水率為82%，將粉碎后垃圾每次500g加入污泥厭氧發(fā)酵罐中， 混合均勻后取樣測其PH，當加入量為2. 5kg時，測得混合物料pH為6. 2，則密封發(fā)酵罐加料 口 ；開啟攪拌電機，轉速為30r/min，攪拌電機開Ih/停Ih運轉；啟動氣體計量、收集裝置和 溫控裝置，控制物料溫度為35士 1°C ；每24h監(jiān)測物料pH、產氣量和產氣成分；開始發(fā)酵14 天后，物料PH升至7. 8，產氣量為l(T35L/d，產氣成分中甲烷含量由20%升至40%以上；此 時，加入含水率為82%、粉碎至糊狀的餐廚垃圾1. ^g，調節(jié)pH為6. 8，每24h監(jiān)測物料pH、產 氣量和產氣成分；當發(fā)酵35天時，pH再次升至7. 5以上，此時再次加入含水率為83%、粉碎 至糊狀的餐廚垃圾約^g，調節(jié)pH為6. 6 ；發(fā)酵65天后，氣體中甲烷含量為35%，發(fā)酵結束， 剩余沼渣的1/5作為接種物料進行回流，剩余物料導入好氧堆肥裝置中進行好氧堆肥穩(wěn)定 化。
權利要求
1.一種添加餐廚垃圾提高污泥干法發(fā)酵穩(wěn)定性的方法，其特征在于具體步驟如下(1)發(fā)酵啟動將餐廚垃圾粉碎至平均粒徑< 5mm，控水，使其含水率< 85% ；將含水率< 80%的脫水污 泥與含水率< 85%的餐廚垃圾按重量比10:廣15:1混合，使混合后物料含水率為75 83%， PH值為6. (Γ7. 5，置于污泥厭氧發(fā)酵罐中發(fā)酵；(2)產酸發(fā)酵發(fā)酵開始時添加餐廚垃圾后，發(fā)酵過程快速啟動，產氣量逐漸上升，保持溫度和攪拌條 件，按時監(jiān)測發(fā)酵物料PH值和產氣成分，當pH升至7. 5以上，產氣中甲烷含量升至35%以 上時，表明發(fā)酵過程進入產甲烷發(fā)酵階段；(3)產甲烷發(fā)酵將餐廚垃圾粉碎至平均粒徑< 2mm，控水，使其含水率為709Γ80%，將粉碎后的餐廚垃 圾分批加入到產甲烷階段發(fā)酵罐中，每次添加量為發(fā)酵啟動時脫水污泥重量的5-10%，以保 證添加餐廚垃圾后物料PH值彡6. 6為宜；每隔5-15天添加一次，以發(fā)酵物料pH上升至7. 5 以上時為宜，產甲烷階段共需添加餐廚垃圾1-3次；(4)沼渣穩(wěn)定化當產氣中甲烷含量降至35%以下，產氣速率顯著下降后，可將產甲烷階段結束后的沼 渣一部分作為下一批發(fā)酵污泥的接種物料，將剩余物料進行好氧堆肥穩(wěn)定化，穩(wěn)定化物料 可進入污泥堆肥工藝進行有機肥加工。
2.根據權利要求1所述的添加餐廚垃圾提高污泥干法發(fā)酵穩(wěn)定性的方法，其特征在于 發(fā)酵過程中保持反應器內物料溫度為35士 1°C，氧化還原電位彡_300mV，進行充分攪拌并 控制轉子轉速10-30r/min。
3.根據權利要求1所述的添加餐廚垃圾提高污泥干法發(fā)酵穩(wěn)定性的方法，其特征在于 步驟(1)中不進行接種，在后續(xù)批次發(fā)酵中添加部分沼渣進行接種。
4.根據權利要求1所述的添加餐廚垃圾提高污泥干法發(fā)酵穩(wěn)定性的方法，其特征在于 步驟中發(fā)酵結束后可保留沼渣的1/5-1/3作為下一批次的接種物料；剩余物料進行好 氧堆肥，控制堆體內氧濃度大于8%，7-14天后可達到腐熟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種添加餐廚垃圾提高污泥干法發(fā)酵穩(wěn)定性的方法，屬固廢資源化領域，可解決由于脫水污泥粘度大、TS濃度高、C/N值低等造成的水解酸化程度低、產甲烷底物不足、pH值過高、銨鹽積累、產氣抑制等問題。步驟為將餐廚垃圾粉碎后與脫水污泥以重量比1:10~15混合，置于發(fā)酵罐中，發(fā)酵過程中保持物料溫度35±1℃，氧化還原電位≤-300mV，充分攪拌；當pH值升至7.5、甲烷含量升至35%以上時，將餐廚垃圾再次分批加入發(fā)酵罐中，每次添加量為脫水污泥重量的5~10%，以使混合后物料pH值≥6.6為宜；添加時間以物料pH值升至7.5以上時為宜；當甲烷含量低于35%、產氣速率顯著下降時，發(fā)酵結束。本發(fā)明可用于城市污泥資源化處理和能源回收，相比濕式發(fā)酵，可節(jié)省設備投資和土地占用。
文檔編號C05F5/00GK102030456SQ20101053563
公開日2011年4月27日 申請日期2010年11月9日 優(yōu)先權日2010年11月9日
發(fā)明者何群彪, 戴曉虎, 段妮娜, 董濱 申請人:同濟大學