本发明属于污泥处理技术领域，更具体地说，涉及一种高含固率污泥厌氧消化产甲烷的方法。
背景技术：
水处理过程中会产生大量的污泥，污泥的处理处置已成为不可回避的重要问题。在污泥减量化、无害化、资源化的大背景下，厌氧消化技术已成为研究热点。污泥经过厌氧消化处理一方面可以降低污泥中有机物含量，促进污泥稳定，另一方面消化产生的沼气经热电联产可实现污泥中能源回收。《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南(试行)》、《“十二五”期间污泥处置建议》和《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策(试行)》等近年来相关政策文件均鼓励城镇污水处理厂采用厌氧消化技术，但目前全国经过厌氧处理的污泥不足2％。常见的厌氧消化法处理的污泥含固率通常在3％～5％，导致建设和运行成本较高，近年来高含固率的污泥消化(高固消化)已得到越来越多的重视，提高厌氧消化污泥的含固率可显著降低建设所需投资，同时可降低加热费用，具有显著的经济优势。
目前研究人员对提高污泥厌氧消化效率进行了大量的研究，改善手段包括热处理、超声处理、工艺改进等。王志军等人研究采用130～210℃，0～70min条件下热水解预处理污泥后SCOD/TCOD比例明显上升，170℃热水解半小时以上产气量增加50％(王志军等，热水解预处理改善污泥的厌氧消化性能.环境科学.2005(01):68-71)。刘吉宝等人研究发现，微波-过氧化氢-碱组合可提高甲烷产量及速率(刘吉宝，倪晓棠，魏源送，等.微波及其组合工艺强化污泥厌氧消化研究.环境科学.2014(09):3455-3460)。王国华通过采用两相厌氧消化技术，即将产酸阶段与产甲烷阶段分置于两个反应器中进行，VS的去除率得到显著提高(王国华，王磊，谭学军，等.餐厨垃圾与污泥两相中温厌氧消化试验研究.净水技术.2014(01):54-57)。
中国专利申请号200910195302.8公开了一种污泥生产甲烷的方法，将污泥在碱性条件下厌氧发酵4～12天，然后将pH调节至中性，加入百分比8～15％的厌氧颗粒污泥，在30～40℃下继续发酵6～14天产甲烷。该方法为传统的污泥厌氧发酵方法，只控制了厌氧消化过程中的pH、接种和温度，控制手段较为单一，更适合于泥质合适、含固率低于8％的污水处理产生的剩余污泥。中国专利申请号201510003850.1公开了一种硫酸铜促进剩余污泥厌氧消化产甲烷的方法，该方法以城镇污水处理厂的剩余污泥为原料，首先投加硫酸铜对污泥进行浸泡，然后通过淘洗将铜离子去除，最后将淘洗后的污泥加入到厌氧反应器中进行厌氧消化。该方法利用了铜离子对微生物结构的破坏，促进有机物的释放进而为水解产酸菌提供更多底物。但是铜离子为重金属，为尽量保证淘洗效果需使用大量去离子水同时要多次对铜离子含量进行检测，该项成本巨大，另外即便经过淘洗铜离子也会有残余，重金属的积累不可避免，实际意义有限。因此，提供一种低能耗、高负荷、环境友好、容易操作的污泥厌氧消化方法具有重要意义。
技术实现要素：
1.要解决的问题
针对现有的污泥厌氧消化容积负荷低，产气效率低的问题，本发明的目的是提供一种高含固率污泥厌氧消化产甲烷的方法，以含固率为12～16％的机械脱水污泥为处理对象，在传统的厌氧消化控制工艺手段基础上，通过按比例按阶段加入多种调节剂，可极大提高厌氧消化反应器单位容积产甲烷率。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种高含固率污泥厌氧消化产甲烷的方法，其步骤为：
步骤一、对待处理污泥进行总有机碳和全氮检测，调整污泥碳氮比在适宜范围内，适宜的碳氮比范围为(20～40)：1；
步骤二、将待处理污泥进行中温预热，预热后将待处理污泥和接种污泥按比例加入至反应器内；
步骤三、控制反应温度，按比例加入鼠李糖脂、烷基多苷、3,3,4,5-四氯水杨酰苯胺(TCS)，搅拌均匀，封闭反应器进行厌氧发酵；反应1～3天后投加铁屑；
步骤四、厌氧发酵产生气体通过碱液吸收得到甲烷气体。
更进一步地，步骤一中若待处理污泥的碳氮比不在适宜范围内，则采用厨余垃圾、植物秸秆进行调节至适宜范围内。
更进一步地，步骤一中所述的待处理污泥为含固率12～16％的污泥。
更进一步地，步骤一中所述的待处理污泥为水处理过程中经离心机脱水或带式压滤机脱水后含固率12～16％的污泥。
更进一步地，步骤二中所述的中温预热是将待处理污泥在33～37℃环境中保持0.5～1d。
更进一步地，步骤二中所述的接种污泥为污水处理厂水解酸化池或厌氧塔污泥、沼气池污泥，接种量为15～30％。
更进一步地，步骤三中所述的温度为34～38℃，鼠李糖脂为工业级，有效含量在18～50％。
更进一步地，步骤三中鼠李糖脂、烷基多苷和3,3,4,5-四氯水杨酰苯胺的投加量分别为1～5g/L、0.1～0.2g/L和0.1～1mg/L。
更进一步地，步骤三中铁屑投加量为1～3g/L，以有效铁计。
更进一步地，步骤三中投加铁屑后，每隔一周补投加一次步骤三中所投加的物质。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明创新的以含固率为12～16％的机械脱水污泥为厌氧消化处理对象，反应器体积可比现有的低含固率污泥厌氧消化反应器降低40～50％，可极大降低污泥消化建设成本；
(2)本发明在传统的厌氧消化控制手段如温度、pH等基础上以通过泥质初调节(碳氮比调节)、中温预处理等工艺手段，结合工业生产废物(废铁屑)、可生物降解表面活性剂(鼠李糖脂、烷基多苷)、低毒性化学解偶联剂(TCS)批次投加，既明显增加了厌氧消化产甲烷的效率，又降低了添加剂的环境风险，还可体现以废治废的环境资源循环理念，提高污泥资源化和能源化利用程度，在污泥资源化与能源化领域具有广泛应用前景。
附图说明
图1为本发明具体操作流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
如图1所示，从某城市污水处理厂采取经带式压滤机脱水后的污泥，含固率12％，开展厌氧消化实验。
步骤一、根据TOC测定仪测定和土壤全氮测定标准方法测得该污泥的碳氮比为22，在合适的范围内，故不再额外添加碳氮比调节剂。
步骤二、由于实验时正值夏天，白天平均气温约37℃，将待消化污泥密封放于室温下保持一天。接种污泥来自该城市污水处理厂水解酸化池，经沉淀浓缩后SS为14g/L。取800mL脱水污泥，加入200mL接种污泥，进行混合。
步骤三、向混合后的污泥中加入鼠李糖脂1g、烷基多苷0.1g、TCS 1mg，然后将混合物加入到1L的厌氧反应器中，用氮气排除反应器内空气后密封，用导管将产生的气体导出。反应器温度控制为35±1℃，记录日期，开展厌氧发酵。开始三天后通过加药口加入废铁屑1g(以有效铁计)，搅拌均匀。随后每隔一周补充等量上述添加剂并翻搅一次。
步骤四、将导气管导出的气体通过氢氧化钠配置的碱液洗涤得粗甲烷。反应运行25天，甲烷产生量为5.76L，反应器日甲烷产生量最大可达380mL/L。
实施例2
从某城市污水处理厂采取经离心机脱水后的污泥，含固率16％，开展厌氧消化实验。
步骤一、根据TOC测定仪测定和土壤全氮测定标准方法测得该污泥的碳氮比为15，取某员工食堂打碎后的厨余垃圾，同样方法测定其碳氮比后经计算按比例与待消化污泥混合，使碳氮比为20，待用。
步骤二、将待消化污泥密封放置于37℃烘箱内，恒温处理一天。接种污泥来自某城市污水处理厂水解酸化池，经沉淀浓缩后SS为12g/L。取4L脱水污泥，加入1L接种污泥，进行混合。
步骤三、向混合后的污泥中加入鼠李糖脂15g、烷基多苷1g、TCS 0.5mg，然后将混合物加入到5L的厌氧反应器中，用氮气排除反应器内空气后密封，用导管将产生的气体导出。反应器温度控制为35±1℃，记录日期，开展厌氧发酵。开始三天后通过加药口加入废铁屑10g(以有效铁计)，搅拌均匀。随后每隔一周补充等量上述添加剂，每三天翻搅一次。
步骤四、将导气管导出的气体通过氢氧化钠配置的碱液洗涤得粗甲烷，反应运行25天，甲烷产生量为24.6L，反应器日甲烷产生量最大可达400mL/L。
实施例3
从某制药厂污水处理工段采取经离心机脱水后的污泥，含固率14％，开展厌氧消化实验。
步骤一、根据TOC测定仪测定和土壤全氮测定标准方法测得该污泥的碳氮比为8，取某员工食堂打碎后的厨余垃圾，同样方法测定其碳氮比后经计算按比例与待消化污泥混合，使碳氮比为40，待用。
步骤二、将待消化污泥密封放置于37℃烘箱内，恒温处理0.5天。接种污泥来自某城市污水处理厂水解酸化池，经沉淀浓缩后SS为16g/L。取3.3L脱水污泥，加入1.7L接种污泥，进行混合。
步骤三、向混合后的污泥中加入鼠李糖脂20g、烷基多苷0.8g、TCS 2mg，然后将混合物加入到5L的厌氧反应器中，用氮气排除反应器内空气后密封，用导管将产生的气体导出。反应器温度控制为35±1℃，记录日期，开展厌氧发酵。开始三天后通过加药口加入废铁屑4g(以有效铁计)，搅拌均匀。随后每隔一周补充等量上述添加剂，每三天翻搅一次。
步骤四、将导气管导出的气体通过氢氧化钠配置的碱液洗涤得粗甲烷，反应运行25天，甲烷产生量为20.5L，反应器日甲烷产生量最大可达500mL/L。
实施例4
从某乡镇污水处理厂采取经离心机脱水后的污泥，含固率12％，开展厌氧消化实验。
步骤一、根据TOC测定仪测定该污泥的碳氮比为15，通过加入粉碎的玉米秸秆调节碳氮比至25，保存待用。
步骤二、将待消化污泥密封放置于37℃烘箱内，恒温处理0.5天。接种污泥来自该乡镇污水处理厂水解酸化池，经沉淀浓缩后SS为11g/L。取4L脱水污泥，加入1L接种污泥，进行混合。
步骤三、向混合后的污泥中加入鼠李糖脂15g、烷基多苷0.75g、TCS 3mg，然后将混合物加入到5L的厌氧反应器中，用氮气排除反应器内空气后密封，用导管将产生的气体导出。反应器温度控制为35±1℃，记录日期，开展厌氧发酵。开始三天后通过加药口加入废铁屑12g(以有效铁计)，搅拌均匀。随后每隔一周补充等量上述添加剂，每三天翻搅一次。
步骤四、将导气管导出的气体通过氢氧化钠配置的碱液洗涤得粗甲烷，反应运行25天，甲烷产生量为19.7L，反应器日甲烷产生量最大可达380mL/L。
实施例5
从某小区污水处理站采取经带式压滤机脱水后的污泥，含固率12％，开展厌氧消化实验。
步骤一、根据TOC测定仪测定和土壤全氮测定标准方法测得该污泥的碳氮比为25，在合适的范围内，故不再额外添加碳氮比调节剂。
步骤二、将待消化污泥密封放35℃烘箱内保持1天。接种污泥来自某水处理工程厌氧消化塔，沉淀浓缩后SS为16g/L。取4.25L脱水汚泥，加入750mL接种污泥，混合均匀。
步骤三、向混合后的污泥中加入鼠李糖脂25g、烷基多苷0.8g、TCS 5mg，然后将混合物加入到5L的厌氧反应器中，用氮气排除反应器内空气后密封，用导管将产生的气体导出。反应器温度控制为35±1℃，记录日期，开展厌氧发酵。开始三天后通过加药口加入废铁屑15g(以有效铁计)，搅拌均匀。随后每隔一周补充等量上述添加剂，每三天翻搅一次。
步骤四、将导气管导出的气体通过氢氧化钠配置的碱液洗涤得粗甲烷。反应运行25d，甲烷产生量为30.5L，反应器日甲烷产生量最大可达420mL/L。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的操作并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。