專利名稱：一種用于加快城市污泥干法發酵進程的循環接種方法
技術領域：
本發明屬固廢資源化領域，具體涉及一種用于加快城市污泥干法發酵進程的循環 接種方法。
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2600萬噸左右，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 我國可持續發展的原則。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，糧食安全和環境惡化等問題也日益突出，采用厭氧發酵技術回收污泥中的非 糧生物質能源——沼氣逐漸得到重視。根據反應器中物料的固體含量(TS)，厭氧發酵技術可分為濕式發酵(TSS 12%)和 干式發酵(TS ^ 20 %)兩種。濕式發酵技術在市政污泥(TS為2%左右)消化產沼、禽畜糞 便厭氧發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。 與濕法發酵工藝相比，干法發酵工藝具有如下優點(1)負荷大，容積產能高，設備體積大 大減小；(2)需水量低或不需水，節約水資源；(3)產生沼液少，廢渣含水量低，后續處理費 用低；(4)運行過程穩定，無濕法工藝中的浮渣、沉淀等問題；(5)臭氣排放少等。目前，在干法發酵方面，歐洲各國已開展針對含水率較低的生活垃圾進行厭氧 發酵技術和設備的開發工作。我國在干法發酵技術方面的研究工作開展較少，也缺乏 系統性。相關干法發酵方法主要針對農用秸稈(CN101338273、CN101338325)、有機垃圾 (CN101381674A)，以及垃圾和污泥混合物料(CN101172746A)，關于以脫水污泥進行干法發 酵的方法，以及相關的快速啟動及發酵技術，國內外均未見報道。與垃圾等非粘性有機物料進行干法發酵相比，污泥干法發酵的難點在于反應基 質粘度大、TS濃度高，物料為塑性、非流動狀態，造成反應中間產物與能量在介質中傳遞、擴 散困難，發酵啟動慢，周期長，產甲烷菌不易富集。關于干法發酵的現有方法，由于未針對脫 水污泥的物料特點，不適于污泥干法發酵過程。
發明內容
本發明的目的在于克服城市污泥干法發酵啟動慢、周期長、產甲烷菌不易富集等 困難，提供一種用于加快城市污泥干法發酵進程的循環接種方法。本發明提出的用于加快城市污泥干法發酵進程的循環接種方法，對前一批次物料 發酵，使物料依次經過水解階段、酸化階段和氣化階段；在前一批次物料水解階段、酸化階 段和產氣高峰階段時取物料對后一批次物料進行啟動水解接種、酸化階段接種和氣化階段 接種，每次接種后各批次物料繼續發酵進程，直至出料；循環往復，具體步驟如下
(1)第一批次啟動
將第一批次初始物料脫水污泥放入反應器中，對厭氧顆粒污泥進行固液分離，靜置棄去上清液或過濾后，將厭氧污泥顆粒加入脫水污泥中進行接種，密封進料口，開啟螺帶攪拌 電機，調節轉速為5 15r/min，啟動階段為2 3天，培養馴化厭氧菌種，攪拌產熱使物料溫度 升高至30°C以上；其中厭氧顆粒污泥加入量為脫水污泥體積的1/5 1/3 ；
(2)第一批次水解、第二批次啟動
第一批次水解階段控制螺帶攪拌電機的轉速為l(T20r/min，并設置攪拌電機每天攪拌 時間超過12h，3、天后，物料含水率升高廣3%，物料粘附力下降l(Tl5g，物料中水解發酵細 菌富集；取此時第一批次水解物料加入到第二批次初始物料脫水污泥中進行接種，混合后 第二批次進入啟動階段和水解階段，第一批次剩余物料從水解階段末期進入酸化階段，第 一批次水解物料加入量為第二批次初始物料脫水污泥體積的1/4-1/3 ；
(3)第一批次酸化、第二批次水解、第三批次啟動
第一批次酸化階段保持螺帶攪拌電機的轉速為l(T20r/min，并設置攪拌電機間歇運 行，使每天攪拌時間為8h-16h ；打開溫控裝置，保持物料溫度為35 士 TC，酸化階段為Γ7 天；當第二批次物料水解3、天后，取第二批次水解物料加入到第三批次初始物料脫水污 泥中進行接種，第二批次水解物料加入量為第三批次初始物料脫水污泥體積的1/4-1/3 ； 第二批物料進入水解階段末期時，取第一批次進入酸化階段初期物料加入到第二批次進行 入產酸階段物料進行接種，使其進入酸化階段，第一批剩余物料則進入氣化階段；第一批次 進入酸化階段初期物料加入量為第二批次進行入產酸階段物料體積的1/4-1/3 ；
(4)第一批次物料氣化、第二批次物料酸化、第三批次物料水解、第四批次物料啟動 第一批次物料氣化階段繼續控溫35士 1°C，調節螺帶攪拌電機的轉速為2(T40r/min，
設置攪拌電機間歇運行，使每天攪拌時間8h-16h，并增大攪拌電機開停頻率，以利于中間產 物擴散和產氣溢出；在氣化階段控制物料的PH值為6. 6 7.5 ；第三批次物料水解；Γ4天后， 接種啟動第四批次物料；第三批次物料水解末期，取第二批次產酸階段物料對其接種，具體 方法同前述批次操作；第一批次物料產氣高峰時，取該氣化階段物料對第二批次物料酸化 末期物料進行接種，接種前按照產甲烷階段攪拌參數控制發酵，并調解PH至為6. 6^7. 5 ；剩 余物料繼續原批次發酵進程；
(5)第一批次物料出料、第二批次物料氣化、第三批次物料酸化、第四批次物料水解 第一批次物料發酵結束后，卸出沼渣，該批次發酵結束；其他批次物料循環往復按照上
述發酵進程進行，并適時對下一批次物料進行接種。本發明具有如下優點
1.首批物料發酵啟動后，后續物料即不需外源接種，降低成本；接種物均來自同種物 料發酵過程，馴化期短，有效克服外援接種微生物與土著微生物的拮抗問題。2.采用多段式循環接種，可根據發酵過程不同階段微生物富集規律有針對性地 進行優勢菌種接種培養，有效縮短各階段過渡時間，促進發酵進程，強化干法發酵微生物的 生態功能。3.循環接種與序批式發酵方式相結合，并采用螺帶式攪拌，集中了完全混合式和 推流式發酵的優點，能夠在解決干法傳質困難的基礎上強化干法發酵微生物功能，加快發 酵進程，提高產氣效率。 4.啟動和水解階段不需溫控，利用攪拌產熱使物料升溫，節能高效。
圖1為本發明方法結構示意圖。
具體實施例方式下面通過實施例結合附圖進一步說明本發明。實施例1
取污水廠A脫水污泥300L，放入第一發酵罐中；將100L取自UASB反應器的厭氧顆粒 污泥進行初步固液分離，濾去上清液，將顆粒污泥加入物料中；混合均勻后檢測物料含水 率80. 8%、有機質含量為60%、C/N比值為10. 8、物料粘附力為45g ；密封進料口，設置攪拌 轉速12r/min，打開螺帶攪拌電機開關，進行發酵啟動；啟動2天后，由溫度顯示裝置測得 物料溫度為35°C，濕式氣體流量計顯示產氣量為20L，表明物料正在水解；調節攪拌轉速為 20r/min，并設置攪拌電機開1小時/停1小時運轉，水解4天后，由污泥取樣口取樣測得 物料含水率為82. 4%，粘附力為34g，此時將脫水污泥300L放入第二發酵罐中，加入第一發 酵罐中的水解階段物料80L進行接種，開始啟動和水解，攪拌控制同第一發酵罐水解段；之 后，第一發酵罐物料PH下降，進入酸化段，保持攪拌設置，打開溫控裝置，控制物料溫度為 35士 1°C，第二發酵罐物料進入水解段末期時，取第一發酵罐富含產乙酸菌物料50L對第二 發酵罐物料進行接種，使其快速進入酸化階段，酸化段攪拌及溫控同第一發酵罐酸化段；第 一發酵罐物料PH回升時，調節轉速為30r/min，并設置攪拌電機開0. 5小時/停0. 5小時運 轉，每天監測物料PH，均符合6. 6^7. 5，不需調節；第一發酵罐物料產氣高峰時，調節第二發 酵罐物料PH，使其pH為6. 6^7. 5，取第一發酵罐物料50L對第二發酵罐物料進行接種，使其 快速進入氣化階段，氣化階段控制同第一發酵罐氣化階段；當產氣速率和產氣中甲烷含量 顯著下降時，發酵結束，可出料。
權利要求
一種用于加快城市污泥干法發酵進程的循環接種方法，其特征在于具體步驟如下(1)第一批次啟動將第一批次初始物料脫水污泥放入反應器中，對厭氧顆粒污泥進行固液分離，靜置棄去上清液或過濾后，將厭氧污泥顆粒加入脫水污泥中進行接種，密封進料口，開啟螺帶攪拌電機，調節轉速為5 15r/min，啟動階段為2 3天，培養馴化厭氧菌種，攪拌產熱使物料溫度升高至30℃以上；其中厭氧顆粒污泥加入量為脫水污泥體積的1/5 1/3；(2)第一批次水解、第二批次啟動第一批次水解階段控制螺帶攪拌電機的轉速為10 20r/min，并設置攪拌電機每天攪拌時間超過12h，3 4天后，物料含水率升高1 3%，物料粘附力下降10 15g，物料中水解發酵細菌富集；取此時第一批次水解物料加入到第二批次初始物料脫水污泥中進行接種，混合后第二批次進入啟動階段和水解階段，第一批次剩余物料從水解階段末期進入酸化階段，第一批次水解物料加入量為第二批次初始物料脫水污泥體積的1/4 1/3；(3)第一批次酸化、第二批次水解、第三批次啟動第一批次酸化階段保持螺帶攪拌電機的轉速為10~20r/min，并設置攪拌電機間歇運行，使每天攪拌時間為8h 16h；打開溫控裝置，保持物料溫度為35±1℃，酸化階段為4 7天；當第二批次物料水解3 4天后，取第二批次水解物料加入到第三批次初始物料脫水污泥中進行接種，第二批次水解物料加入量為第三批次初始物料脫水污泥體積的1/4 1/3；第二批物料進入水解階段末期時，取第一批次進入酸化階段初期物料加入到第二批次進行入產酸階段物料進行接種，使其進入酸化階段，第一批剩余物料則進入氣化階段；第一批次進入酸化階段初期物料加入量為第二批次進行入產酸階段物料體積的1/4 1/3；(4)第一批次物料氣化、第二批次物料酸化、第三批次物料水解、第四批次物料啟動第一批次物料氣化階段繼續控溫35±1℃，調節螺帶攪拌電機的轉速為20 40r/min，設置攪拌電機間歇運行，使每天攪拌時間8h 16h，并增大攪拌電機開停頻率，以利于中間產物擴散和產氣溢出；在氣化階段控制物料的pH值為6.6 7.5；第三批次物料水解3 4天后，接種啟動第四批次物料；第三批次物料水解末期，取第二批次產酸階段物料對其接種，具體方法同前述批次操作；第一批次物料產氣高峰時，取該氣化階段物料對第二批次物料酸化末期物料進行接種，接種前按照產甲烷階段攪拌參數控制發酵，并調解pH至為6.6 7.5；剩余物料繼續原批次發酵進程； (5)第一批次物料出料、第二批次物料氣化、第三批次物料酸化、第四批次物料水解第一批次物料發酵結束后，卸出沼渣，該批次發酵結束；其他批次物料循環往復按照上述發酵進程進行，并適時對下一批次物料進行接種。
全文摘要
本發明屬固廢資源化領域，具體涉及一種用于加快城市污泥干法發酵進程的循環接種方法，步驟為首先進行第一批次物料發酵，首次接種外源顆粒污泥后，使物料依次經歷水解階段、酸化階段和氣化階段；分別于前一批物料水解階段、酸化階段和產氣高峰階段時取適量物料對后一批物料進行啟動水解接種、酸化階段接種和氣化階段接種，每次接種后各批次物料繼續發酵進程，直至出料。本發明根據發酵過程不同階段微生物富集規律有針對性地進行優勢菌種接種培養，可有效縮短各階段過渡時間，促進發酵進程，強化干法發酵微生物的生態功能，城市污泥的資源化處理，可顯著節省設備投資和土地占用。
文檔編號C02F11/04GK101962258SQ20101028849
公開日2011年2月2日 申請日期2010年9月21日 優先權日2010年9月21日
發明者嚴媛媛, 周玲玲, 戴曉虎, 段妮娜, 董濱 申請人:同濟大學