一种提高剩余污泥厌氧消化中甲烷产气率的方法与流程

本发明涉及环境保护领域，具体涉及一种提高剩余污泥厌氧消化中甲烷产气率的方法。

背景技术：

随着经济的快速发展，我国污水排放量和处理量呈逐年上升趋势。污泥作为污水处理的主要副产品，其产量亦逐年上升。相关统计显示，2011年至2015年期间全国年产生污泥约为6000万吨。但长期以来，我国“重水轻泥”的现象导致污泥处理行业存在巨大缺口，每年得到有效处理的污泥不到总量的30％。由于市政污泥含有众多有害重金属、难降解物质及病原微生物，未得到妥善处理的污泥将会造成环境的二次污染，对人民生活构成严重威胁。污泥的稳定化、减量化、无害化、资源化处理处置已成为我国当前生态文明建设的必然要求。

污泥厌氧消化是指在无氧条件下，污泥中可生物降解的有机物由兼性菌和厌氧细菌分解为甲烷和二氧化碳的过程。厌氧消化是目前国际上应用最为广泛的污泥稳定化和资源化的处理方法。厌氧消化可以去除污泥中30％～50％的有机物，能杀灭多数致病菌使污泥稳定。厌氧消化产生的甲烷可以用来发电以补充厌氧消化或污水厂内其他工艺用电需要，实现资源再利用，从而降低成本。并且经厌氧消化后的污泥含有一定的灰分和有机物，适用于土地利用。但传统的厌氧消化具有甲烷产气率低、污泥不易沉降、反应时间长等缺点。如何提高剩余污泥的产气率仍是污泥厌氧消化领域研究的热点问题之一。

我国作为亚洲柑橘生产的优势区域，每年废弃柑橘产量较大，一般处理方法为填埋或丢弃。由于腐烂的果蔬垃圾含水量大、有机质含量高，长久堆积易腐败发臭，处理困难，未经无害化处理的大量废弃柑橘不仅对环境造成了一定的污染，而且造成了可回收资源的浪费。厌氧消化是有机垃圾处理的新技术之一，不仅可以实现废弃物的无害化处置，还能对有机质能源进行一定的回收。但目前生活垃圾厌氧消化处理时多以单一有机质为主，产生的问题往往有产气量低、系统易酸化不稳定等问题。果蔬垃圾都属于重要的可回收资源，资源化、生态化是处理果蔬的关键指导原则，我国关于有机质废物资源化处理方面仍有待进一步发展。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种提高剩余污泥厌氧消化中甲烷产气率的方法，它能提高污泥的甲烷产气率，实现有机垃圾资源再利用和污泥回收利用。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括以下步骤：

步骤1、在剩余污泥中加入柑橘渣和接种污泥；

步骤2、将所述步骤1中所得的混合物进行厌氧消化。

进一步，在上述步骤1中，还加入膨润土。

进一步，在上述步骤1中，接种污泥为污水处理厂消化污泥。

进一步，在上述步骤1中，柑橘渣由废弃柑橘垃圾破碎后烘干，柑橘渣粒径为1～5mm。

进一步，在上述步骤1中，剩余污泥与柑橘渣的挥发性固体vs质量配比为0.8～2.5∶1。

挥发性固体vs指在总固体中能在550度高温下挥发的那部分固体；挥发性固体vs为污泥或柑橘渣中可通过生物降解的有机物量。

进一步，在上述步骤1中，膨润土投加量为剩余污泥和柑橘渣的挥发性固体vs质量的0.2～1.6倍(0.2～1.6g/gvs)，粒径为100～400目。

进一步，在上述步骤2中，所述混合物中固体成分含量的百分比为3％～8％。

混合物中固体成分含量的百分比又称含固率，其测定方法是：先取一定重量的污泥，在105℃烘干2小时，剩下来的是含固率(干重/初始重量)。

由于柑橘渣含较多易降解有机物，水解生成大量有机酸，添加柑橘渣将影响污泥厌氧消化系统ph值及产甲烷菌可利用的有机物量，适量柑橘渣可弥补污泥单独消化时有机质不足、碳氮比较低的缺陷，可保证系统稳定性，提高有机物转化率，使系统消化气产率和甲烷产率同步增加。

本发明的技术效果是：

1、将适量柑橘渣和膨润土混合物添加到剩余污泥中进行联合厌氧消化，不仅实现了剩余污泥的减量化，而且提高了剩余污泥厌氧消化的甲烷产气率，实现了剩余污泥资源化的目的。

2、提供了一种处理废弃柑橘垃圾的方法，避免了现在普遍采用的填埋法处理废弃柑橘垃圾造成二次污染的问题，实现将固体有机废弃物资源化的目的。

3、本方法发明的工艺流程简单、易操作、运行成本低。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为剩余污泥和废弃柑橘不同配比下各组消化气产气率及甲烷产气率变化图；

图2为不同膨润土投加量下各组消化气产气率及甲烷产气率变化图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

取污水处理厂二沉池剩余污泥在4℃下沉降24h，重力浓缩后去除上清液，放入冰箱中贮存待用；柑橘垃圾取重庆自某果园仓储中心，利用破碎机将柑橘垃圾破碎后放入105℃烘箱烘干待用；接种污泥取自实验室餐厨垃圾产甲烷厌氧消化罐。

膨润土也叫斑脱岩、皂土或膨土岩。我国开发使用膨润土的历史悠久，原来只是做为一种洗涤剂。四川仁寿地区数百年前就有露天矿，当地人称膨润土为土粉，真正被广泛使用却只有百来年历史。

实施例1

步骤1、在剩余污泥中加入柑橘渣

剩余污泥和柑橘渣的挥发性固体vs质量配比分别为1:0、0.8:1、1:1、2:1、2.5:1、0:1。

实验用量见表1：

表1剩余污泥与柑橘渣协同厌氧消化实验用量

步骤2、将所得的混合物进行厌氧消化；

将剩余污泥和柑橘垃圾混合物放入小型厌氧消化罐中，各加入接种污泥30g，混匀后充入氮气5min保持厌氧环境再进行密封，调节恒温水浴振荡器的温度为(35±1)℃。此后每天开启摇床振荡器两次。反应前期每隔2-3天取消化液和产生的气体进行检测，反应后期取样间隔为5-6天，直至消化系统停止。

采用排饱和食盐水法计量气体体积，测试结果如图1所示：

1:0组，即污泥单独消化时的消化气产率为621.9ml/gvs，甲烷产率为210.6ml/gvs；

消化气产率是指单位质量物料在厌氧条件下所产沼气的体积；621.9ml/gvs表示每克挥发性固体产621.9ml消化气；

0:1组，即柑橘渣单独消化时的消化气产率为1443.6ml/gvs，甲烷产率为249.5；ml/gvs；

0.8:1组，消化气产气率为721.3ml/gvs，甲烷产气率为256.7ml/gvs；

1:1组，消化气产气率为835.6ml/gvs，甲烷产气率为286.1ml/gvs；

2:1组，消化气产气率为1522.3ml/gvs，甲烷产气率为574.5ml/gvs；

2.5:1组，消化气产气率为1765.6ml/gvs，甲烷产气率为708.7ml/gvs。

由此看出：剩余污泥和柑橘渣的挥发性固体vs质量配比为0.8～2.5∶1时，甲烷产气率均比污泥和柑橘渣单独消化时高。

实施例2

步骤1、在剩余污泥中加入柑橘渣和膨润土；

剩余污泥和柑橘渣的挥发性固体vs质量配比为2:1，膨润土投加量分别为0g/gvs、0.2g/gvs、0.5g/gvs、1.0g/gvs、1.6g/gvs。实验用量见表2：

表2剩余污泥与膨润土协同厌氧消化实验用量

步骤2、将所得的混合物进行厌氧消化；与实施例1相同。

测试结果如图2所示：

0g/gvs组，即剩余污泥和柑橘渣的挥发性固体vs质量配比为2:1时，污泥只与柑橘渣联合消化的消化气产气率为1522.3ml/gvs，甲烷产气率为574.5ml/gvs；

0.2g/gvs组，消化气产气率为1699.7ml/gvs，甲烷产气率为663.2ml/gvs；

0.5g/gvs组，消化气产气率为1737.9ml/gvs，甲烷产气率为682.3ml/gvs；

1.0g/gvs组，消化气产气率为1742.5ml/gvs，甲烷产气率为684.6ml/gvs；

1.6g/gvs组，消化气产气率为1823.9ml/gvs，甲烷产气率为725.3ml/gvs。

从上看出：膨润土投加量为0.2～1.6g/gvs时，消化气产气率和甲烷产气率均比污泥单独厌氧消化和污泥与柑橘渣联合厌氧消化时高。