申請(qǐng)日2015.06.10

　　公開(kāi)(公告)日2015.08.26

　　IPC分類號(hào)C12P5/02

　　摘要

　　一種利用污泥調(diào)控果蔬廢棄物強(qiáng)化單相發(fā)酵產(chǎn)沼氣的方法，它包括如下步驟：首先將果蔬廢棄物粉碎后加入發(fā)酵反應(yīng)器中，加入已濃縮至揮發(fā)性懸浮固體濃度為13-16g/L的剩余污泥，其中以VSS重量份計(jì)果蔬廢棄物100份，剩余污泥5-60份，再加水定容至有效容積1L;按照每100mL發(fā)酵底物接種10g厭氧顆粒污泥;pH值控制在6.5-8;溫度控制在35℃;厭氧攪拌7-20天。加入剩余污泥調(diào)控底物營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)，接種厭氧顆粒污泥調(diào)控微生物避免發(fā)酵反應(yīng)啟動(dòng)失敗，有效解決果蔬廢棄物單相發(fā)酵過(guò)程中水解酸化速度快而產(chǎn)甲烷微生物消耗有機(jī)酸速度慢的這一關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題，從而使單相發(fā)酵能夠穩(wěn)定進(jìn)行，提高蔬廢棄物單相發(fā)酵的底物固體去除效率和沼氣產(chǎn)量3倍以上，同時(shí)縮短發(fā)酵周期。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種利用污泥調(diào)控果蔬廢棄物強(qiáng)化單相發(fā)酵產(chǎn)沼氣的方法，其特征是它包括如下步驟：首先將果蔬廢棄物粉碎后加入發(fā)酵反應(yīng)器中，加入已濃縮至揮發(fā)性懸浮固體濃度為13-16g/L的剩余污泥，其中以VSS重量份計(jì)果蔬廢棄物100份，剩余污泥5-60份，再加水定容至有效容積1L;按照每100 mL發(fā)酵底物接種10g厭氧顆粒污泥，然后啟動(dòng)厭氧攪拌;pH值控制在6.5-8;溫度控制在35℃;厭氧攪拌7-20天。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用污泥調(diào)控果蔬廢棄物強(qiáng)化單相發(fā)酵產(chǎn)沼氣的方法，其特征是所述果蔬廢棄物粉碎是指用粉碎機(jī)將果蔬廢棄物切割成1-2cm的小塊。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用污泥調(diào)控果蔬廢棄物強(qiáng)化單相發(fā)酵產(chǎn)沼氣的方法，其特征是剩余污泥作為調(diào)控劑的最佳投加量為每100份果蔬廢棄物揮發(fā)性懸浮固體對(duì)應(yīng)加入50份揮發(fā)性懸浮固體剩余污泥;pH值控制在6.8-7.2;溫度為35℃;發(fā)酵天數(shù)為15天。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用污泥調(diào)控果蔬廢棄物強(qiáng)化單相發(fā)酵產(chǎn)沼氣的方法，其特征是采用升流式厭氧污泥床，人工合成配水，配水的碳源為乙酸鈉和葡萄糖，乙酸鈉COD:葡萄糖COD=3:2，pH=6.9-7.2，對(duì)厭氧顆粒污泥進(jìn)行馴化;馴化過(guò)程：進(jìn)水起始COD為2500 mg/L，有機(jī)負(fù)荷為5.0 kg-COD/m3·d，運(yùn)行10天;然后逐步提高進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷，從進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷10 kg-COD/m3·d、進(jìn)水COD提高至3000 mg/L，馴化10天;到進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷15 kg-COD/m3·d、進(jìn)水COD提高至4000 mg/L，馴化10天;到進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷20 kg-COD/m3·d、進(jìn)水COD為4000 mg/L，馴化10天。

　　說(shuō)明書

　　利用污泥調(diào)控果蔬廢棄物強(qiáng)化單相發(fā)酵產(chǎn)沼氣的方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及一種利用剩余污泥調(diào)控果蔬廢棄物單相發(fā)酵強(qiáng)化產(chǎn)沼氣的方法，屬于固體廢棄物治理與綜合利用領(lǐng)域。

　　背景技術(shù)

　　由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，水果和蔬菜集約化種植迅速發(fā)展，而且人們對(duì)果蔬的質(zhì)量要求不斷提高，在水果和凈菜上市過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的根、莖、葉等果蔬廢棄物，已經(jīng)成為一種不可忽視的固體廢棄物污染源。果蔬廢棄物具有含水率高(通常>80%)、有機(jī)質(zhì)與營(yíng)養(yǎng)成分豐富(75%的糖類和半纖維素，9%的纖維素及5%的木質(zhì)素)及無(wú)毒害性等特點(diǎn)，非常適宜進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣資源化。

　　目前世界各國(guó)在城市固體廢棄物理上，主要采用的是單相消化系統(tǒng)，因其操作簡(jiǎn)單而且可以節(jié)約成本�？蒲泄ぷ髡邉t多采用兩相消化系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，因其可以控制反應(yīng)的中間步驟而方便研究的進(jìn)行，專利(200710046930.0、201010241842.8等)以蔬菜廢棄物為原料采用單相工藝發(fā)酵制備沼氣，存在產(chǎn)氣量較低等問(wèn)題。這是因?yàn)楣�蔬廢棄物原料的理化性質(zhì)和生物特性等會(huì)造成在厭氧發(fā)酵過(guò)程中出現(xiàn)有機(jī)酸的積累，從而導(dǎo)致了發(fā)酵液pH值降低，對(duì)甲烷微生物產(chǎn)生了毒性，致使發(fā)酵過(guò)程難以順利進(jìn)行。專利(201010106904.4、200810064362.1等)采用兩相厭氧消化技術(shù)處理易腐廢棄物，通過(guò)將水解產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷過(guò)程分開(kāi)，避免易腐性有機(jī)垃圾產(chǎn)生的有機(jī)酸抑制產(chǎn)甲烷作用，但仍面臨反應(yīng)器操作復(fù)雜，無(wú)法連續(xù)運(yùn)行等問(wèn)題。

　　關(guān)于調(diào)控果蔬廢棄物單相發(fā)酵研究通常是添加石灰或碳酸鈣等緩解果蔬廢棄物發(fā)酵過(guò)程的有機(jī)酸積累問(wèn)題，也有將果蔬廢棄物與其他含高氮的廢棄物混合發(fā)酵一定程度上也可減少酸性物質(zhì)的產(chǎn)生。Bouallagui等(見(jiàn)Journal of Environmental Management，2009，90：1844-1849)的研究發(fā)現(xiàn)，添加70%的屠宰場(chǎng)廢水和活性污泥均使沼氣產(chǎn)量提高51.5%和43.8%，但存在發(fā)酵周期長(zhǎng)(43天)和廢物利用率低(VSS去除率80%左右)等問(wèn)題。這是由于甲烷菌世代時(shí)間長(zhǎng)，屠宰場(chǎng)廢水和活性污泥自身攜帶甲烷微生物又少，導(dǎo)致系統(tǒng)甲烷微生物群落不豐富。所以果蔬廢棄物單相發(fā)酵產(chǎn)沼氣的順利進(jìn)行必須依靠微生物的調(diào)控。剩余污泥是污水處理廠在生物法處理城市污水過(guò)程中的副產(chǎn)物，含有大量的有機(jī)質(zhì)(主要是蛋白質(zhì))，可以作為發(fā)酵過(guò)程中重要的氮源來(lái)源，與果蔬廢棄物聯(lián)合發(fā)酵可改變底物C/N值，污泥在發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的氨氮等能夠有效的中和部分有機(jī)酸，維持發(fā)酵過(guò)程的順利進(jìn)行。顆粒污泥外層為水解酸化菌，內(nèi)層為產(chǎn)甲烷菌，產(chǎn)甲烷菌占總量的多數(shù)，產(chǎn)甲烷菌主要包含鬃毛甲烷菌屬(Methanosaete)和甲烷八疊球菌屬(Methanosarcina);經(jīng)過(guò)適宜馴化后，加入污泥調(diào)控的果蔬發(fā)酵反應(yīng)器中，快速調(diào)控發(fā)酵微生物菌群，緩減由果蔬廢棄物易酸化引發(fā)微生物的有機(jī)酸脅迫問(wèn)題，提高發(fā)酵底物利用率和產(chǎn)氣效率。因此本發(fā)明基于以廢制廢的理念，利用顆粒污泥和剩余污泥強(qiáng)化果蔬廢棄物單相發(fā)酵產(chǎn)沼氣，即可消除環(huán)境污染，又實(shí)現(xiàn)了果蔬廢棄物和污泥的資源化利用，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種利用剩余污泥和顆粒污泥提高果蔬廢棄物單相發(fā)酵沼氣產(chǎn)量的方法。

　　本發(fā)明所采取的技術(shù)措施是：一種利用污泥調(diào)控果蔬廢棄物強(qiáng)化單相發(fā)酵產(chǎn)沼氣的方法，其特征是它包括如下步驟：

　　首先將果蔬廢棄物粉碎后加入發(fā)酵反應(yīng)器中，加入已濃縮至揮發(fā)性懸浮固體(VSS)濃度為13-16g/L的剩余污泥，其中以VSS重量份計(jì)果蔬廢棄物100份，剩余污泥5-60份，再加水定容至有效容積1L;按照每100 mL發(fā)酵底物接種10g厭氧顆粒污泥，然后啟動(dòng)厭氧攪拌;pH值控制在6.5-8;溫度控制在35℃;厭氧攪拌7-20d。

　　本方案的具體特點(diǎn)還有，所述果蔬廢棄物粉碎是指用粉碎機(jī)將果蔬廢棄物切割成1-2cm的小塊。

　　剩余污泥作為調(diào)控劑的最佳投加量為每100份果蔬廢棄物揮發(fā)性懸浮固體對(duì)應(yīng)加入50份揮發(fā)性懸浮固體剩余污泥;pH 值控制在6.8-7.2 ;溫度為35℃;發(fā)酵天數(shù)為15天。剩余污泥為污水廠濃縮池取回的新鮮剩余污泥作為對(duì)底物營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)(保證適宜C：N條件)的調(diào)控。

　　所接種的厭氧顆粒污泥取自山東星光糖業(yè)集團(tuán)有限公司，然后采用升流式厭氧污泥床(UASB)，人工合成配水(配水的碳源為乙酸鈉和葡萄糖(乙酸鈉COD:葡萄糖COD=3:2，pH=6.9-7.2)對(duì)厭氧顆粒污泥進(jìn)行馴化。馴化過(guò)程主要包括通過(guò)逐步提高四個(gè)進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷(5、10、15、20 kg-COD/m3·d)及COD濃度(2500、3000、4000、4000 mg/L)實(shí)現(xiàn)，每個(gè)周期各馴化10天。

　　馴化好的顆粒污泥顏色為灰黑色，VSS/TSS為90.4%，平均粒徑為2.5 mm，馴化好的顆粒污泥按照10%比例(100 mL發(fā)酵底物接種10g)接種至上述反應(yīng)裝置中。可急速調(diào)控發(fā)酵微生物菌群，緩減由果蔬廢棄物易酸化引發(fā)發(fā)酵微生物的有機(jī)酸脅迫問(wèn)題，使單相發(fā)酵快速正常啟動(dòng)。

　　本發(fā)明的有益效果如下：(1)本發(fā)明利用剩余污泥和顆粒污泥同時(shí)對(duì)底物營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)和微生物進(jìn)行調(diào)控，較好的實(shí)施條件下較同樣條件不調(diào)控的對(duì)照組沼氣產(chǎn)量提高3倍以上，同時(shí)提高廢物固體去除率和縮短發(fā)酵周期。(2)本發(fā)明所使用的剩余污泥和顆粒污泥在厭氧發(fā)酵方面技術(shù)成熟且原料易得，較兩相發(fā)酵技術(shù)操作簡(jiǎn)單易實(shí)施且節(jié)約成本。(3)本發(fā)明采用以廢制廢的理念，利用城市污水處理廠的剩余污泥調(diào)控果蔬廢棄物單相發(fā)酵強(qiáng)化產(chǎn)甲烷，不僅促進(jìn)果蔬廢棄物的高效降解，也實(shí)現(xiàn)了污泥的資源化利用，提高了沼氣工程的經(jīng)濟(jì)性，為生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)提供了創(chuàng)新途徑。