专利名称：一种以黑麦草促进初沉污泥生产甲烷的方法
技术领域：
本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种以黑麦草促进初沉污泥生产甲烷的方法。
背景技术：
随着污水厂生物处理废水技术的应用，废弃污泥的处理与处置成为一个新的研究热点。污水厂的废弃污泥主要包括初沉污泥与剩余污泥。有机固体的厌氧发酵产甲烷过程可分为四个阶段，即溶解阶段、水解阶段、产酸阶段和产甲烷阶段。通常条件下，污泥的溶解和水解速率较慢，是有机物生物降解过程的限速步骤(例如，文献Waste Manage.2012,32，542-549 ；Bioresour.Technol.2012, 103, 415-424)。因此，在发酵产酸过程中，如果能够提高污泥中非溶解态有机物的溶解、水解效率，则不但可以缩短系统的水力停留时间，提高有机物的去除率，而且能够为后续的产酸过程提供更多的溶解性发酵底物，进而提高短链脂肪酸和甲烷产量。文献较多地报道了各种预处理方法提高污泥的溶解、水解以及产甲烷量，而未对如何促进初沉污泥共代谢厌氧消化促进水解、产酸、产甲烷全过程进行研究。尽管研究者们分别对初沉污泥和草本植物的厌氧消化过程进行了研究，并提出相关促进溶解、水解的预处理方法，但关于添加草本植物促进污泥共代谢水解、产酸过程，以及联合厌氧发酵产沼气的效能研究则未 见报道。如果将较易于厌氧发酵的黑麦草(高碳氮t匕)加入初沉污泥(低碳氮比)中，调节适合的碳氮比，则可以提高其厌氧共代谢产沼气的效倉泛。
发明内容
本发明要解决初沉污泥产甲烷效率不高的技术问题，提供一种以黑麦草促进初沉污泥生产甲烷的方法。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
本发明提出的以黑麦草促进初沉污泥生产甲烷的方法，具体步骤如下:
(1)将初沉污泥与黑麦草充分混合，在30-40°C温度下，pH值为4-7下进行厌氧发酵水解产酸；其中:初沉污泥与黑麦草按照碳氮比(碳、氮元素均来自于污泥与草)为7:1-26:1的比例混合；控制厌氧发酵时间为8-16天；
(2)将步骤(I)得到的混合物在30-40°C温度下，pH值为6-8时进行厌氧发酵产生甲烷，厌氧发酵过程的时间为40-60天。本发明中，步骤(I)中所述厌氧发酵过程的初沉污泥与黑麦草C/N比为20:1。本发明中，步骤(I)中所述初沉污泥与黑麦草在温度为33_37°C条件下，厌氧发酵水解产酸。本发明中，步骤(I)中所述污泥与黑麦草在pH值为4-6条件下，厌氧发酵水解产酸。
本发明中，步骤(I)中所述中污泥与黑麦草的厌氧发酵时间为11-13天，厌氧发酵水解产酸。本发明中，步骤(2)中所述中厌氧发酵的pH值为7。本发明中，步骤(2)中所述中厌氧发酵温度为33_37°C。本发明中，步骤(2)中所述中厌氧发酵时间为48-52天。本发明具有以下有益效果:
本发明以黑 麦草促进污水厂初沉污泥产甲烷的方法，不但提高了初沉污泥的水解和产酸率，而且使初沉污泥中的有机物更充分的转化为甲烷，减少了污泥对环境的污染。
具体实施例方式下面结合实施例进一步说明本发明。为促进初沉污泥产甲烷效率，本发明经过多次反复实验，发现采用下述本发明以黑麦草促进污水厂初沉污泥产甲烷的方法，能够显著提高甲烷产量。本发明首先将初沉污泥与黑麦草按照不同碳氮比(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，温度为 30-40。。，pH 值为 4-7，经过 8-16天充分的水解产酸阶段。这样不仅可以使初沉污泥水解速率得到明显提高，产生出较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链脂肪酸量也得到提高，这为后续厌氧产甲烷阶段提供了丰富的碳源。本发明产甲烷阶段将发酵混合物的pH值调为6-8，温度为30_40°C，发酵40_60天产生甲烷，实现产甲烷量最大化。本发明通过添加黑麦草调节污泥的碳氮比，优化污泥与黑麦草混合发酵的水解、酸化的条件参数与产甲烷阶段的工艺条件参数相结合，可显著提高初沉污泥的产甲烷量。通过实验发现，本发明在初沉污泥与黑麦草碳氮比(C/N) 20:1，温度为33_36°C，pH值为4-6的条件下，厌氧发酵11-13天，获得的短链脂肪酸的浓度较大。进一步研究发现，本发明方法在产甲烷阶段，调节pH值为7，温度为33_36°C，发酵48-52天产甲烷量较大。实施例1
将10 kg初沉污泥平均加入到10个相同的2 L反应器中(玻璃钢材质，工作容积为1.5 L，内径10 cm，高26 cm，呈圆柱形)，加入黑麦草，使其碳氮比(C/N)分别为7: 1、10: 1、12:1、14:1、16:1、18:1、20:1、22:1、24:1、26:1，温度为 30-40。。，pH 值为 4-7，发酵时间为8-16天。测得水解产酸的较佳条件为:混合物碳氮比为20:1，温度为33-37°C，pH值为4_6，发酵11-13天，短链脂肪酸的浓度为250 g-COD/kg-TS。实施例2
将I kg初沉污泥加入到2 L的反应器中(玻璃钢材质，工作容积为1.5 L，内径10 cm,高26 cm，呈圆柱形)，加入黑麦草，使其碳氮比(C/N)为7:1，控制pH为7，温度33-37°C，上述混合物经过48-52天厌氧发酵，甲烷产量为1.1 L-CH4。实施例3
将I kg初沉污泥加入到2 L的反应器中(玻璃钢材质，工作容积为1.5 L，内径10 cm,高26 cm，呈圆柱形)，加入黑麦草，使其碳氮比(C/N)为10:1，控制pH为7，温度33-37°C，上述混合物经过48-52天厌氧发酵，甲烷产量为6.5 L-CH4。实施例4
将I kg初沉污泥加入到2 L的反应器中(玻璃钢材质，工作容积为1.5 L，内径10 cm,高26 cm，呈圆柱形)，加入黑麦草，使其碳氮比(C/N)为12:1，控制pH为7，温度33-37°C，上述混合物经过48-52天厌氧发酵，甲烷产量为7.6 L-CH4。实施例5
将I kg初沉污泥加入到2 L的反应器中(玻璃钢材质，工作容积为1.5 L，内径10 cm,高26 cm，呈圆柱形)，加入黑麦草，使其碳氮比(C/N)为14:1，控制pH为7，温度33-37°C，上述混合物经过48-52天厌氧发酵，甲烷产量为8.9 L-CH4。实施例7
将I kg初沉污泥加入到2 L的反应器中(玻璃钢材质，工作容积为1.5 L，内径10 cm,高26 cm，呈圆柱形)，加入黑麦草，使其碳氮比(C/N)为16:1，控制pH为7，温度33-37°C，上述混合物经过48-52天厌氧发酵，甲烷产量为14.8 L-CH4。实施例8
将I kg初沉污泥加入到2 L的反应器中(玻璃钢材质，工作容积为1.5 L，内径10 cm,高26 cm，呈圆柱形)，加入黑麦草，使其碳氮比(C/N)为18:1，控制pH为7，温度33-37°C，上述混合物经过38-42天厌氧发酵，甲烷产量为13.6 L-CH4。实施例7 将I kg初沉污泥加入到2 L的反应器中(玻璃钢材质，工作容积为1.5 L，内径10 cm,高26 cm，呈圆柱形)，加入黑麦草，使其碳氮比(C/N)为20:1，控制pH为7，温度33-37°C，上述混合物经过48-52天厌氧发酵，甲烷产量为16.9 L-CH4。实施例8
将I kg初沉污泥加入到2 L的反应器中(玻璃钢材质，工作容积为1.5 L，内径10 cm,高26 cm，呈圆柱形)，加入黑麦草，使其碳氮比(C/N)为22:1，控制pH为7，温度33-37°C，上述混合物经过48-52天厌氧发酵，甲烷产量为12.8 L-CH4。实施例9
将I kg初沉污泥加入到2 L的反应器中(玻璃钢材质，工作容积为1.5 L，内径10 cm,高26 cm，呈圆柱形)，加入黑麦草，使其碳氮比(C/N)为24:1，控制pH为7，温度33-37°C，上述混合物经过48-52天厌氧发酵，甲烷产量为10.8 L-CH4。实施例10
将I kg初沉污泥加入到2 L的反应器中(玻璃钢材质，工作容积为1.5 L，内径10 cm,高26 cm，呈圆柱形)，加入黑麦草，使其碳氮比(C/N)为26:1，控制pH为7，温度33-37°C，上述混合物经过48-52天厌氧发酵，甲烷产量为3.9 L-CH4。上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种以黑麦草促进初沉污泥生产甲烷的方法，其特征在于具体步骤如下: (1)将初沉污泥与黑麦草充分混合，在30-40°C温度下，pH值为4-7下进行厌氧发酵水解产酸；其中:初沉污泥与黑麦草按照碳氮比为7:1-26:1的比例混合；控制厌氧发酵时间为8-16天； (2)将步骤(I)得到的混合物在30-40°C温度下，pH值为6-8时进行厌氧发酵产生甲烷，厌氧发酵过程的时间为40-60天。
2.根据权利要求1所述的以黑麦草促进初沉污泥生产甲烷的方法，其特征在于，所述污泥与能源草混合碳氮比为20:1。
3.根据权利要求1所述的以黑麦草促进初沉污泥生产甲烷的方法，其特征在于步骤(O中所述初沉污泥与黑麦草在温度为33-37°C条件下，厌氧发酵水解产酸。
4.根据权利要求1所述的以黑麦草促进初沉污泥生产甲烷的方法，其特征在于步骤(O中所述污泥与黑麦草在PH值为4-6条件下，厌氧发酵水解产酸。
5.根据权利要求1所述的以黑麦草促进初沉污泥生产甲烷的方法，其特征在于步骤(O中所述中污泥与黑麦草的厌氧发酵时间为11-13天，厌氧发酵水解产酸。
6.根据权利要求1所述的以黑麦草促进初沉污泥生产甲烷的方法，其特征在于步骤(2)中所述中厌氧发酵的pH值为7。
7.根据权利要求1所述的以黑麦草促进初沉污泥生产甲烷的方法，其特征在于步骤(2)中所述中厌氧发酵温度为33-37°C。
8.根据权利 要求1所述的以黑麦草促进初沉污泥生产甲烷的方法，其特征在于步骤(2)中所述中厌氧发酵时间为48-52天。
全文摘要
本发明属于环境保护技术领域，涉及一种以添加黑麦草促进污水厂初沉污泥生产甲烷的方法。本发明以黑麦草促进初沉污泥产甲烷的方法，不但可以提高初沉污泥与黑麦草中不溶解性有机物(如蛋白质、碳水化合物、纤维素、木质素等)的水解和酸化效率，获得产短链脂肪酸最大化，而且可以促使短链脂肪酸更充分的转化为甲烷，减少污泥对环境的污染。本发明，将初沉污泥与黑麦草按照不同碳氮比(C/N)7:1-26:1混合，温度为30-40℃，pH值控制为4-7，经过8-16天的水解产酸阶段。然后，调节pH值为6-8，温度为30-40℃，发酵40-60天产生甲烷。
文档编号C02F11/04GK103172240SQ20131006306
公开日2013年6月26日 申请日期2013年2月28日 优先权日2013年2月28日
发明者张栋, 贾舒婷, 高鹏, 赵建夫 申请人:同济大学