生活垃圾干式厌氧发酵系统的启动用组合物及启动方法
【技术领域】
[0001] 本发明是关于一种生活垃圾干式厌氧发酵系统的启动用组合物及启动方法，特别 适用于发酵罐有效容积>3000立方米的大型生活垃圾干式厌氧发酵系统的快速启动。
【背景技术】
[0002] 厌氧发酵处理技术根据底物含固率分为湿式发酵和干式发酵两类。干式发酵，是 指发酵原料含固率控制在20%~50%的厌氧发酵处理，与传统湿式发酵相比，干式发酵具 有更高的有机处理负荷率、产气效率高等优点。《中国至2050年生物质资源科技发展路线 图》指出：发展沼气干式发酵技术是未来生化转化技术研究的重要发展方向。到目前为止， 干式厌氧发酵技术的研究与应用已涉及城市垃圾、市政污泥、禽畜粪便、作物秸杆、餐厨垃 圾处理等领域。
[0003] 干式厌氧发酵技术在处理垃圾时一般是先添加活性污泥物料启动发酵，待发酵成 功启动后逐步添加垃圾进行处理，通常认为发酵罐内有机符合达到一定值并能稳定运行一 段时间认为发酵启动成功。然而，目前的干式厌氧发酵技术在处理垃圾时启动难度较大，特 别是国内的垃圾成分复杂、分类较差，更给该技术造成了极大障碍。生活垃圾具有高含固 率、高有机质含量、易生物降解等特点，采用干式厌氧发酵处理技术，反应基质浓度高，挥发 性脂肪酸、氨氮等中间代谢产物易累积，从而对产甲烷菌产生抑制作用，同时，含固率高造 成中间代谢产物和能量在介质中传递、扩散困难，制约系统的处理效率和产气速率，导致生 活垃圾干式厌氧发酵系统启动慢、启动周期长、运行稳定性差。
[0004] 此外，现有采用干式厌氧发酵处理生活垃圾的技术，一般只采用厌氧固体污泥、厌 氧液体污泥或牛粪作为启动物料，如采用液体污泥为接种物，接种物与生活垃圾按照约为 9~10 :1的体积比例混合，进入发酵罐，通过逐步提升有机负荷，最终达到设计的有机负 荷量。对于一些大型生活垃圾干式厌氧发酵系统，例如发酵罐有效容积>3000立方米的生 活垃圾干式厌氧发酵系统，具体实施时，使用相同有效容积的发酵罐，所需的启动物料量较 大、启动时间较长。另外，大型生活垃圾干式厌氧发酵系统中，接种物与发酵底物的接触性 较差，物料难以混合均匀，菌种对垃圾的适应过程较长，且容易发生局部酸化，导致启动失 败。
【发明内容】
[0005] 本发明的一个目的在于提供一种生活垃圾干式厌氧发酵系统的启动用组合物，以 用于启动大型生活垃圾干式厌氧发酵系统（例如发酵罐有效容积>3000立方米），提高启动 速度。
[0006] 本发明的另一目的在于提供一种生活垃圾干式厌氧发酵系统特别是大型生活垃 圾干式厌氧发酵系统（例如发酵罐有效容积>3000立方米）的快速启动方法。
[0007] -方面，本发明提供了一种生活垃圾干式厌氧发酵系统的启动用组合物，该组合 物包括：
[0008] 发酵接种物，该发酵接种物为固体活性污泥；
[0009] 营养结构物，该营养结构物为熟化堆肥、或是秸杆和/或木肩；
[0010] 所述组合物中发酵接种物与营养结构物的质量比例为1~2 :1 ;优选为1. 2~ 1. 8 :1〇
[0011] 根据本发明的具体实施方案，本发明的生活垃圾干式厌氧发酵系统的启动用组合 物中，发酵接种物提供发酵过程所需的各类菌种，主要是包括产乙酸菌、产甲烷菌、脱硫菌 等，本发明中优选选用的是污水处理接种用厂的厌氧固体活性污泥，例如可以是购自市政 污水厂的厌氧固体污泥，更优选地，为了能达到最佳的效果，发酵接种物需满足以下要求：
[0012] 理化特性：
[0013] 粒径：0 ~30mm
[0014] DM:25 ~40%
[0015] VM：>45%
[0016] pH值：7 ~8. 5
[0017] 氨氮：<3g/L
[0018] 总挥发物酸度：〈3g/L。
[0019] 对发酵接种物的生化特性无特殊要求，符合传统接种污泥要求即可。
[0020] 根据本发明的具体实施方案，本发明的生活垃圾干式厌氧发酵系统的启动用组合 物中，使用营养结构物使发酵罐内快速达到适合菌种繁殖的条件，并形成与生活垃圾厌氧 发酵非常相近的生化环境，缩短菌种驯化和适应的周期，从而达到快速启动的目标。本发明 优选使用的营养结构物最佳选择为熟化堆肥（生活垃圾堆肥或农业废弃物堆肥），或是秸 杆和/或木肩，更优选地，营养结构物要满足以下要求：
[0021] 理化特性：
[0022] 粒径：0 ~60mm
[0023] DM:55 ~65%
[0024] VM：>35%
[0025] 20mm以上惰性物含量：〈5 %
[0026] 1mm以上惰性物含量：〈15%
[0027] 5mm以上塑料含量：〈1 %
[0028] 碳氮比：25~3〇
[0029] 生化特性：呼吸量<7mg02/kg。
[0030] 其中，所述的惰性物主要指石头、玻璃、陶瓷、木头和塑料等难以生化分解的物质。
[0031] 根据本发明的具体实施方案，本发明的生活垃圾干式厌氧发酵系统的启动用组合 物中，营养结构物选用秸杆和/或木肩时，对秸杆、木肩的具体种类无特殊要求，可根据地 区农作物及树木种类使用秸杆和/或木肩，通常情况下，例如可以是秸杆和木肩按照重量 比1 :1~3的混合物作为本发明的营养结构物。
[0032] 根据本发明的具体实施方案，本发明的生活垃圾干式厌氧发酵系统的启动用组合 物还包括辅助物料。辅助物料主要用于调节物料的物理特性，如调整组合物的含固率为 30%~35%，还可以利用辅助物料达到调节物料温度的目的，以达到厌氧发酵的运行要求。 本发明中优选使用的辅助物料为液体污泥或水、蒸汽等。
[0033] 本发明的生活垃圾干式厌氧发酵系统的启动用组合物可用于大型生活垃圾干式 厌氧发酵系统（例如发酵罐有效容积>3000立方米）的快速启动。
[0034] 另一方面，本发明还提供了一种生活垃圾干式厌氧发酵系统的快速启动方法，该 方法包括：
[0035] (1)将本发明所述的生活垃圾干式厌氧发酵系统的启动用组合物逐渐装填进入发 酵罐；控制装填过程中发酵罐厌氧发酵温度条件33~38°C、湿度25~35%和pH7~8 ;
[0036] (2)将分选后的生活垃圾逐渐填加到发酵罐中，控制装填过程中发酵罐厌氧发酵 温度条件33~38°C、湿度25~35%和pH7~8,且控制生活垃圾装填速度从装填开始至第 7天发酵罐内有机负荷达2. 3~2. 6kgVDM/m3d，第14天有机负荷达3. 3~3. 6kgVDM/m3d， 第16~21天有机负荷达4kgVDM/m3d以上；启动成功；
[0037] 本发明中，可认为发酵罐内符合以下要求时能维持一天以上时间即表示发酵启动 成功：
[0038] 温度：33 ~38°C
[0039] DM:25 ~35%
[0040] pH值：7~8
[0041] VFA：<5g/L
[0042] 碱度：>4g/L
[0043] 甲烷含量：>45 %
[0044] 有机负荷达4kgVDM/m3d以上。
[0045] 当启动物料装填完成，且生化指标都在指标范围内时，干式厌氧的生化环境已成 功建立，且比较接近处理生活垃圾的厌氧发酵环境；即可填加生活垃圾，进入菌种对生活垃 圾快速适应的过程，约2~3周后可达到满负荷进垃圾状态，根据本发明的优选具体实施方 案，启动成功（有机负荷达4kgVDM/m3d以上）后，可继续添加生活垃圾，例如可以是使发酵 罐内第21天有机负荷约5~6kgVDM/m3d，之后可维持该有机负荷稳定处理垃圾。至此，干 式厌氧启动全部完成。
[0046] 根据本发明的具体实施方案，本发明的生活垃圾干式厌氧发酵系统的快速启动 方法中，步骤（1)中启动用组合物物料总装填量为发酵罐有效容积的40%以上，优选为 40%~80%。启动物料装填具体速度是由机械设备的处理量和发酵罐体积决定的，本发明 对装填速度没有特殊限制，一般在一周左右就能完成。
[0047] 根据本发明的具体实施方案，本发明的生活垃圾干式厌氧发酵系统的快速启动方 法中，对分选后生活垃圾中的有机部分要求如下：
[0048]粒径：<60mm
[0049] DM 35%
[0050] VM 55%DM
[0051] 碳氮比：15~45
[0052] >50mm的杂质：〈干重的5%
[0053] 20~5Ctam的杂质内：塑料+织物〈干重的5%
[0054] 木材〈干重的10%
[0055] 其他无用物〈干重的4 %
[0056] 1~2Ctam的惰性成分：〈干重的16%。
[0057] 本发明的有益技术效果：
[0058] 1、受制约条件少，启动物料易于准备，因厌氧固体污泥，营养结构物在一般的城市 内都可以获得，除此之外，无论冬季或夏季都可以进行启动。
[0059] 2、启动成功率高，采用的启动物料配比无论从理化特性还是生化特性来看，都对 菌种驯化和生化环境的建立有十分积极的作用。
[0060] 3、启动周期短，整个启动过程可在6周内完成，对大型干式厌氧发酵系统的启动 来说，周期非常短，快速启动同时也带来了非常高的经济效益。特别适用于发酵罐有效容积 >3000立方米的大型生活垃圾干式厌氧发酵系统的快速启动。
[0061] 4、运行稳定性高，一旦启动成功，该生化系统的稳定性和抗冲击能力较强。
【附图说明】
[0062] 图1为本发明的一具体实施例的基本流程示意图。
【具体实施方式】
[0063] 以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅 读者更好地理解本发明的实质和特点，