一种利用秸秆联合剩余污泥制备沼气的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用秸秆联合剩余污泥制备沼气的方法，包括：秸秆和剩余污泥预处理、厌氧接种污泥的培养、秸秆?污泥厌氧发酵体系的启动、水解酸化液的产生和预处理、沼气化工艺优化等步骤。厌氧消化污泥在自制水解酸化罐中接种培养完成后，投加已预处理的秸秆和剩余污泥进行水解酸化液的制备，再以沸石作为吸附剂对水解酸化液进行预处理，再对厌氧复合床反应器进行启动，以水解酸化预处理液为外加碳源，通过调节进水负荷、水力停留时间和反应器内pH值，确定沼气化最优工艺条件，产生高纯度的沼气。本发明不仅容积产气率高，平均比产沼气速率快，对废水COD去除效果理想，而且制备沼气和处理成本也较低，对外界环境不会带来二次污染。
【专利说明】
一种利用秸秆联合剩余污泥制备沼气的方法
技术领域
[0001] 本发明属于固体废弃物处理技术领域，涉及一种农业废弃物秸杆和剩余污泥资源 化处理技术，具体涉及一种利用秸杆联合剩余污泥制备沼气的方法。
【背景技术】
[0002] 生物质是一种通过大气、水、大地以及阳光产生的可以不断再生、永续利用的可持 续性资源，如农业废弃物秸杆、林木杂草等。我国是一个耕地面积约亿亩的农业大国，潜在 的生物质资源非常丰富，秸杆综合利用率还不很高，大量剩余秸杆被遗弃田间地头，全国各 地露天焚烧稻杆现象十分普遍，直接焚烧不仅破坏环境浪费资源，而对生产生活也有很多 危害。因此研究农业废弃物的综合利用是大势所趋，很有必要，也很有意义。一方面，可以减 少增加利用减少石化能源的消耗，缓解能源危机的压力；另一方面，也可以减少对环境的污 染和破坏，符合可持续发展的目标。另外随着我国城市化建设的快速发展，城镇污水处理率 逐年提高，污水处理厂剩余污泥产量也急剧增加。城镇污水处理厂污泥含水率高(脱水污泥 含水率在80 %左右），易腐烂发臭，并且含有大量病原菌、寄生虫卵以及络、萊等重金属，另 外还会释放二嗯英等"三致"物质，但污泥中还含有丰富的、等水体富营养物体。污泥若不经 处理随意堆放，其渗滤液会对地下水、地表水、土壤等造成污染，直接危害人类身体健康。
[0003] 随着废物资源化思想的提出，国内外研究者们对高浓度有机废水和固体废弃物进 行了大量的实验和实践，进一步证实了有机质可以转化为能源，面对国际能源日益紧张的 形势，开发废水中的有机质能源已成为废水处理新的发展方向。关于有机污染的治理，最佳 技术是采用生物处理技术，它比化学和物化处理技术效果好而且处理费用低。厌氧消化技 术处理后产物是清洁能源，固体物质被消化以后可以得到高质量的有机肥料和土壤改良 剂，动力消耗较低，需要能量少，因而使用成本降低；同时厌氧消化减少了温室气体的排放， 厌氧消化技术可以有效实现固体废物的"无害化、减量化、资源化"具有广阔的应用前景。
[0004] 发达国家关于厌氧发酵技术研究开始较早，自18世纪70年代以来，利用厌氧发酵 处理有机污染物的技术已经取得了较大进展。S.Menardo等研究了颗粒大小和加热预处理 对四种农业废弃物(小麦稻、大麦稻、稻杆、玉米秸杆）甲烷浓度的影响，结果发现机械切割 后四种稻杆的甲烷浓度可以提高80%，小麦和大麦秸加热预处理后甲烷浓度可提高60%， 另外无论是机械处理还是加热预处理，小麦稻的甲烷浓度都是提高最多的。国际上污泥处 理以厌氧消化和堆肥为主，污泥处置以土地利用、焚烧、灰渣利用为主。美国地区主要通过 厌氧消化、堆肥、投碱稳定污泥，稳定化处理后的浓缩污泥可土地利用。加拿大则采用三等 级质量系统，将污泥分门别类地应用于绿化、农业、林业。而欧洲法国、德国和荷兰等地，焚 烧比例较高，英国、挪威、丹麦等则侧重土地利用，但对重金属的含量有严格的要求，并规定 不能施用污泥的作物类型。日本和韩国由污泥焚烧、热干化、填海转向堆肥、灰渣利用，并将 堆肥产品用于园林、绿地，或利用污泥发电、供热。
[0005] 国内的关于厌氧发酵技术的研究开始于20世纪初，直到80年代初，才有较大的进 展。近来厌氧发酵技术得到广泛的研究与应用，主要用于处理有机废弃物产沼气和转化为 二次能源。康佳丽以稻杆作为原料，研究中温条件下经堆怄、固态预处理后不同负荷下的厌 氧消化产气性能。傅国志研究了不同接种泥、不同有机负荷下，纯稻杆厌氧消化的启动情况 以及搅拌与沼液回流对对麦稻序批次厌氧消化性能的影响。杜静等在35°C恒温下研究了底 物浓度和接种率对稻秸沼气发酵的影响，在我国，常见的污泥处理技术主要有卫生填埋、焚 烧、直接烘干等。据统计，污泥填埋占20%，堆肥土地利用的比例为10%，焚烧占6%，仍有 60%多的污泥未得到稳定化、无害化处理处置，大部分都是外运弃置或简易堆放，严重影响 周边卫生。冼超彦等用ABR作为两相厌氧工艺在产甲烷反应器进行了启动研究。韩耀霞通过 把产酸阶段和产甲烷阶段分别置于两个独立反应器，通过控制剩余污泥投配比、pH考察产 酸反应器得到的水解酸化液性质对产甲烷的影响。
[0006] 通过以上有关秸杆和污泥厌氧发酵的研究可以看出，国内外此类研究很多，而且 主要以农作物結杆为原料。研究的内容，针对原料预处理方法的较多，还有就是关于原料配 比和工艺条件的优化。但是传统的污泥厌氧处理工艺还是存在着几个方面的限制：一是如 果污泥挥发分含量低，相对的能源回收效率就地;二是污泥厌氧消化后，上清液污染物含量 高。因此，如何高效减量化、资源化、无害化污泥成为目前重要的研究方向。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种利用秸杆联合剩余污泥制备沼气的方法，以克服上述 现有技术存在的缺陷，本发明利用农业废弃物秸杆联合剩余污泥进行厌氧水解发酵产沼气 的研究，不仅解决了污泥在厌氧发酵过程中自身的碳水化合物等含量低的问题，而且还会 提高厌氧产沼气的效率和纯度。
[0008] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0009] -种利用秸杆联合剩余污泥制备沼气的方法，包括以下步骤：
[0010]步骤一:将秸杆切割过筛后，加入氢氧化钠溶液预处理，得到预处理秸杆，测其含 水量保存备用；
[0011] 步骤二：将生活污水厂处理车间获取的剩余污泥取回后去除杂质，得到预处理剩 余污泥，密封恒定水分备用；
[0012] 步骤三:将取自污水处理厂的厌氧消化污泥作为接种污泥，以厌氧消化污泥中消 化液里的溶解性有机物质为碳源，曝气培养后加入到水解酸化罐中；
[0013] 步骤四：将步骤一中预处理秸杆和步骤二中预处理剩余污泥按照（1~2):(2~1) 的质量比加入水解酸化罐中，反应温度为30~50°C，pH值为8~10,厌氧发酵10~20d后，取 水解酸化罐的上层清液即为水解酸化液；
[0014] 步骤五:将利用壳聚糖改性的沸石按5~15g/L加入到步骤四制备的水解酸化液 中，调节反应pH值为8~10，进行反应lOmin~30min，得到水解酸化预处理液；
[0015] 步骤六:在厌氧复合床反应器中按质量比（1~2):(2~1)投加接种污泥和水解酸 化预处理液，在中温条件下反应即产生沼气。
[0016] 进一步地，步骤一中将秸杆切割后过60目筛后，按照1:1的固液比，将质量浓度为 10%的氢氧化钠溶液加入秸杆中，于50°C下预处理30min得到预处理秸杆。
[0017]进一步地，步骤三中曝气培养时间为7d，接种污泥的加入量为水解酸化罐体积的 三分之一。
[0018] 进一步地，步骤四中控制反应体系中VS含量为50g/L，投配率为20 %。
[0019]进一步地，步骤七中所述的中温条件为35±0.5°C。
[0020] 进一步地，步骤七中在中温条件下，进行内循环，采用顶部回流，当检测顶部水化 学需氧量C0D低于400mg/L时停止回流，调节反应器内pH值为6.5~7.5，水力停留时间为1~ 2d后得到沼气。
[0021] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
[0022] 本发明以秸杆联合剩余污泥制备沼气，不仅达到"以废治废、变废为宝"的目的，而 且生产成本低，经济效益可观，还解决了固体废弃物二次污染问题;本发明以制浆工艺方法 对秸杆进行预处理，不仅可以获得富含挥发性脂肪酸的高有机浓度水解酸化液，而且还可 有效地缩短厌氧反应周期，提高生产效率;本发明以沸石对碱性水解酸化液进行吸附预处 理，由于沸石具有较强的选择性吸附能力，所以它不仅可以保证C0D损失率很低的情况下提 高水解酸化液的比例，而且处理成本低廉;本发明采用秸杆联合剩余污泥制备的水解酸化 液，以外加碳源形式加入到厌氧复合床反应器中，对厌氧微生物无毒无害，而且还不会残留 在水中对水体产生二次危害;本发明采用的工艺技术，不仅容积产气率和C0D去除率高，而 且平均比产沼气速率更快。
【附图说明】
[0023] 图1是本发明所用的水解酸化罐结构示意图；
[0024] 图2是本发明所用的厌氧复合床反应器示意图；
[0025] 图3是本发明的技术路线流程图。
[0026] 其中，1、罐体;2、温度计;3、搅拌器;4、进料口；5、出气口；6、排泥口；7、酸化罐集气 瓶;8、进水槽;9、进水栗；10、厌氧复合床反应器本体;11、出水槽;12、厌氧污泥；13、取样口； 14、填料;15、水封瓶;16、气体流量计;17、反应器集气瓶。
【具体实施方式】
[0027] 下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：
[0028] 如图3所示，一种利用秸杆联合剩余污泥制备沼气的方法，包括以下步骤：
[0029]步骤一:将秸杆检测其主要指标(如表1)，切割过60目筛后，按照1:1的固液比，将 质量浓度为10%的氢氧化钠溶液加入秸杆中，于50°C下预处理30min得到预处理秸杆，预处 理后测其含水量保存备用；
[0030] 步骤二:将生活污水厂处理车间获取的剩余污泥取回后去除杂质，密封恒定水分 备用，检测剩余污泥及其上清液的各成分指标(如表2)。
[0031] 步骤三:将取自污水处理厂的厌氧消化污泥作为接种污泥，接种污泥外观椭圆，色 泽深灰色，性能良好(见表3)。以厌氧消化污泥消化液中的溶解性有机物质为碳源，曝气培 养7d后以提高水解酸化菌的活性，随后加入到水解酸化罐(如图1)中，其中接种污泥的加入 量为水解酸化罐体积的三分之一。
[0032] 步骤四：以反应体系中VS(Volatility solids)含量为50g/L投加预处理猜杆-预 处理剩余污泥，将预处理过的秸杆和剩余污泥按照质量比（1~2):(2~1)加入上述水解酸 化罐中（容积为5L)，控制反应温度为30~50°C，改变发酵pH值为8~10，控制投配率为20 %， 搅拌速率为150rpm，厌氧发酵周期10~20d后，最后取水解酸化罐的上层清液即为水解酸化 液。
[0033]步骤五:将利用壳聚糖改性的沸石按5~15g/L加入到步骤四制备的水解酸化液 中，调节反应pH值为8.0~10.0，进行反应lOmin~30min，得到水解酸化预处理液。
[0034]沸石改性过程如下：首先取研磨后的的沸石粉与0.2mol/L的醋酸混合，在室温下 搅拌6h，将酸化后的沸石粉过滤后再用去离子水清洗，最后将沸石粉在80 °C下干燥备用。将 20g的壳聚糖置于锥形瓶中，然后加入200mL0.2mol/L的醋酸溶液，在60 °C下持续搅拌直到 壳聚糖完全溶解形成粘稠状的胶体。最后取80g的酸化沸石粉加入一些去离子水逐渐加入 壳聚糖胶体中，在60°C下搅拌6h。反应结束后逐滴在混合物中加入0.4mol/L的氢氧化钠溶 液以形成多孔隙的壳聚糖结构。最后将样品用去离子水清洗至洗液pH值接近7。最后将样品 进行冷冻干燥作为利用壳聚糖改性的沸石备用。
[0035]步骤六:在厌氧复合床反应器(如图2)中按质量比（1~2):(2~1)投加接种污泥和 水解酸化预处理液，控制反应器内温度为35±0.5°C，开始进行内循环，采用顶部回流，当检 测顶部水化学需氧量COD低于400mg/L时停止回流，开始连续注入水解酸化预处液，调节控 制反应器内最适pH值范围为6.5~7.5，水力停留时间（HRT)为1~2d后得到沼气，检测分析 反应体系容积产气率、反应后气体中甲烷含量及进出水水质变化，得到厌氧复合床在中温 条件下高效产沼气的运行工艺参数。
[0042] 其中，步骤三中的水解酸化罐为自制，如图1所示，水解酸化反应罐材质为有机玻 璃，总有效容积为5.0L(内径为30cm)，搅拌器3插入罐体1内，出气口 5通过管道连入酸化罐 集气瓶7内，装置密封性良好，罐体1上设有温度计2,罐体1上部设有进料口4,下部设有排泥 口 6,整个装置控制温度为35 ±0.5°C，搅拌器3通过搅拌电机带动，搅拌电机转速控制在 150r/min左右，以定时器控制搅拌时间。
[0043] 其中，步骤六中的厌氧复合床反应器为自制，如图2所示，厌氧复合床反应器本体 10为有机玻璃，总有效容积为10. 〇L(内径为10cm，有效高度0.5m)，分为上中下三个部分，上 部分为三相分离器，中部装有填料14,防止污泥上浮，下部装有厌氧污泥12。水解酸化液进 入进水槽8后，通过进水栗9提升至厌氧复合床反应器本体10，经过厌氧污泥12厌氧消化，反 应时会在取样口 13进行取样检测，泥水混合物上升通过填料14至三相分离器进行泥、水、气 分离，分离后的水流至出水槽11;分离后的沼气经水封瓶15后经气体流量计16计量后进入 反应器集气瓶17储存。
[0044] 下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：
[0045] 实施例1
[0046] 步骤一:将秸杆检测其主要指标，切割过60目筛后，按照1:1的固液比，将质量浓度 为10%的氢氧化钠溶液加入秸杆中，于50°C下预处理30min得到预处理秸杆，预处理后测其 含水量保存备用；
[0047]步骤二:将生活污水厂处理车间获取的剩余污泥取回后去除较大杂质，密封恒定 水分备用，检测剩余污泥及其上清液的各成分指标。
[0048]步骤三:将取自污水处理厂的厌氧消化污泥作为接种污泥，接种污泥外观椭圆，色 泽深灰色，性能良好，以厌氧消化污泥消化液中的溶解性有机物质为碳源，曝气培养7d后以 提高水解酸化菌的活性，随后加入到水解酸化罐中，其中接种污泥的加入量为水解酸化罐 体积的三分之一。
[0049] 步骤四：以反应体系中VS(Volatility solids)含量为50g/L投加预处理猜杆-预 处理剩余污泥，将预处理过的秸杆和剩余污泥按照质量比2:1加入上述水解酸化罐中（容积 为5L)，控制反应温度为50 °C，改变发酵pH值为9,控制投配率为20%，搅拌速率为150rpm，厌 氧发酵周期15d后，水解酸化罐产出的水解酸化液C0D平均为18256.3mg/L，SC0D/C0D为 94.2%，ThODHAc/ThODVFAs平均为76.2%，其中，SC0D/C0D为溶解性化学需氧量和化学需氧 量的比值，ThODHAc/ThODVFAs为醋酸理论需氧量与挥发性脂肪酸理论需氧量的比值。
[0050]步骤五:将利用壳聚糖改性的沸石按l〇g/L加入到步骤四制备的水解酸化液中，在 常温条件下，调节反应pH值为9,进行反应30min，得到水解酸化预处理液。此时C0D平均为 17142·6mg/L，SC0D/C0D为95 · 1 %。
[0051]步骤六:在厌氧复合床反应器中按质量比1:2投加接种污泥和水解酸化预处理液， 控制反应器内温度为35±0.5°C，开始进行内循环，采用顶部回流，当检测顶部水化学需氧 量C0D低于400mg/L时停止回流，开始连续注入水解酸化预处液，调节控制反应器内最适pH 值范围为7.0,水力停留时间（HRT)为1.5d后，容积产气率高达243.8L/(m3 · d)，而且纯度很 高，甲烷比例为88.7 %，同时，C0D去除率为81.2 %。
[0052] 实施例2
[0053]步骤一:将秸杆检测其主要指标，切割过60目筛后，按照1:1的固液比，将质量浓度 为10%的氢氧化钠溶液加入秸杆中，于50°C下预处理30min得到预处理秸杆，预处理后测其 含水量保存备用；
[0054]步骤二：将生活污水厂处理车间获取的剩余污泥取回后去除较大杂质，密封恒定 水分备用，检测剩余污泥及其上清液的各成分指标。
[0055]步骤三:将取自污水处理厂的厌氧消化污泥作为接种污泥，接种污泥外观椭圆，色 泽深灰色，性能良好。以厌氧消化污泥消化液中的溶解性有机物质为碳源，曝气培养7d后以 提高水解酸化菌的活性，随后加入到水解酸化罐中，其中接种污泥的加入量为水解酸化罐 体积的三分之一。
[0056] 步骤四：以反应体系中VS(Volatility solids)含量为50g/L投加预处理猜杆-预 处理剩余污泥，将预处理过的秸杆和剩余污泥按照质量比1:2加入上述水解酸化罐中（容积 为5L)，控制反应温度为50 °C，改变发酵pH值为9,控制投配率为20%，搅拌速率为150rpm，厌 氧发酵周期20d后，水解酸化罐产出的水解酸化液COD平均为15815.4mg/L，SC0D/C0D为 91.8%，111〇0拟(3/111〇0￥卩厶8平均为69.8%。
[0057]步骤五:将利用壳聚糖改性的沸石按10g/L加入到步骤四制备的水解酸化液中，在 常温条件下，调节反应pH值为10,进行反应20min，得到水解酸化预处理液。此时C0D平均为 14936·2mg/L，SC0D/C0D为92·1 %。
[0058]步骤六:在厌氧复合床反应器中按质量比2:1投加接种污泥和水解酸化预处理液， 控制反应器内温度为35±0.5°C，开始进行内循环，采用顶部回流，当检测顶部水化学需氧 量C0D低于400mg/L时停止回流，开始连续注入水解酸化预处液，调节控制反应器内最适pH 值范围为7.0,水力停留时间（HRT)为2d后，容积产气率为222.5lV(m3 · d)，甲烷比例为 85.1%，同时，C0D去除率为80.4%。
[0059] 实施例3
[0060]步骤一:将秸杆检测其主要指标，切割过60目筛后，按照1:1的固液比，将质量浓度 为10%的氢氧化钠溶液加入秸杆中，于50°C下预处理30min得到预处理秸杆，预处理后测其 含水量保存备用；
[0061]步骤二:将生活污水厂处理车间获取的剩余污泥取回后去除较大杂质，密封恒定 水分备用，检测剩余污泥及其上清液的各成分指标。
[0062]步骤三:将取自污水处理厂的厌氧消化污泥作为接种污泥，接种污泥外观椭圆，色 泽深灰色，性能良好。以厌氧消化污泥消化液中的溶解性有机物质为碳源，曝气培养7d后以 提高水解酸化菌的活性，随后加入到水解酸化罐中，其中接种污泥的加入量为水解酸化罐 体积的三分之一。
[0063] 步骤四：以反应体系中VS(Volatility solids)含量为50g/L投加预处理猜杆-预 处理剩余污泥，将预处理过的秸杆和剩余污泥按照质量比1:1加入上述水解酸化罐中（容积 为5L)，控制反应温度为50°C，改变发酵pH值为10，控制投配率为20%，搅拌速率为150rpm， 厌氧发酵周期20d后，水解酸化罐产出的水解酸化液COD平均为17468.7mg/L，SC0D/C0D为 93.5%，111〇0拟。/111〇0￥卩厶8平均为71.4%。
[0064]步骤五:将利用壳聚糖改性的沸石按5g/L加入到步骤四制备的水解酸化液中，在 常温条件下，调节反应pH值为10,进行反应10min，得到水解酸化预处理液。此时C0D平均为 16869·2mg/L，SC0D/C0D为94·0 %。
[0065] 步骤六:在厌氧复合床反应器中按质量比1:1投加接种污泥和水解酸化预处理液， 控制反应器内温度为35±0.5°C，开始进行内循环，采用顶部回流，当检测顶部水化学需氧 量C0D低于400mg/L时停止回流，开始连续注入水解酸化预处液，调节控制反应器内最适pH 值范围为6.5,水力停留时间（HRT)为2d后，容积产气率为226.8lV(m3 · d)，甲烷比例为 86.2%，同时，C0D去除率为82.5%。
[0066] 实施例4
[0067] 步骤一:将秸杆检测其主要指标，切割过60目筛后，按照1:1的固液比，将质量浓度 为10%的氢氧化钠溶液加入秸杆中，于50°C下预处理30min得到预处理秸杆，预处理后测其 含水量保存备用；
[0068]步骤二:将生活污水厂处理车间获取的剩余污泥取回后去除较大杂质，密封恒定 水分备用，检测剩余污泥及其上清液的各成分指标。
[0069]步骤三:将取自污水处理厂的厌氧消化污泥作为接种污泥，接种污泥外观椭圆，色 泽深灰色，性能良好。以厌氧消化污泥消化液中的溶解性有机物质为碳源，曝气培养7d后以 提高水解酸化菌的活性，随后加入到水解酸化罐中，其中接种污泥的加入量为水解酸化罐 体积的三分之一。
[0070] 步骤四：以反应体系中VS(Volatility solids)含量为50g/L投加预处理猜杆-预 处理剩余污泥，将预处理过的秸杆和剩余污泥按照质量比2:1加入上述水解酸化罐中（容积 为5L)，控制反应温度为50 °C，改变发酵pH值为9,控制投配率为20%，搅拌速率为150rpm，厌 氧发酵周期l〇d后，水解酸化罐产出的水解酸化液C0D平均为18236.7mg/L，SC0D/C0D为 92 · 8%，ThODHAc/ThODVFAs平均为70 · 7%。
[0071]步骤五:将利用壳聚糖改性的沸石按15g/L加入到步骤四制备的水解酸化液中，在 常温条件下，调节反应pH值为9,进行反应20min，得到水解酸化预处理液。此时C0D平均为 16132.5mg/L，SC0D/C0DS92.5%。
[0072]步骤六:在厌氧复合床反应器中按质量比2:1投加接种污泥和水解酸化预处理液， 控制反应器内温度为35±0.5°C，开始进行内循环，采用顶部回流，当检测顶部水化学需氧 量C0D低于400mg/L时停止回流，开始连续注入水解酸化预处液，调节控制反应器内最适pH 值范围为6.5，水力停留时间（HRT)为1.5d后，容积产气率为210.6L/(m3 · d)，甲烷比例为 81.4%，同时，C0D去除率为76.8%。
[0073] 实施例5
[0074] 步骤一:将秸杆检测其主要指标，切割过60目筛后，按照1:1的固液比，将质量浓度 为10%的氢氧化钠溶液加入秸杆中，于50°C下预处理30min得到预处理秸杆，预处理后测其 含水量保存备用；
[0075] 步骤二:将生活污水厂处理车间获取的剩余污泥取回后去除较大杂质，密封恒定 水分备用，检测剩余污泥及其上清液的各成分指标。
[0076]步骤三:将取自污水处理厂的厌氧消化污泥作为接种污泥，接种污泥外观椭圆，色 泽深灰色，性能良好。以厌氧消化污泥消化液中的溶解性有机物质为碳源，曝气培养7d后以 提高水解酸化菌的活性，随后加入到水解酸化罐中，其中接种污泥的加入量为水解酸化罐 体积的三分之一。
[0077] 步骤四：以反应体系中VS(Volatility solids)含量为50g/L投加预处理猜杆-预 处理剩余污泥，将预处理过的秸杆和剩余污泥按照质量比2:1加入上述水解酸化罐中（容积 为5L)，控制反应温度为30 °C，改变发酵pH值为9,控制投配率为20%，搅拌速率为150rpm，厌 氧发酵周期20d后，水解酸化罐产出的水解酸化液C0D平均为17241.1mg/L，SC0D/C0D为 89.7%，111〇0拟。/111〇0￥卩厶8平均为71.6%。
[0078] 步骤五:将利用壳聚糖改性的沸石按10g/L加入到步骤四制备的水解酸化液中，在 常温条件下，调节反应pH值为8,进行反应10min，得到水解酸化预处理液。
[0079] 步骤六:在厌氧复合床反应器中按质量比1:2投加接种污泥和水解酸化预处理液， 控制反应器内温度为35±0.5°C，开始进行内循环，采用顶部回流，当检测顶部水化学需氧 量COD低于400mg/L时停止回流，开始连续注入水解酸化预处液，调节控制反应器内最适pH 值范围为7.5，水力停留时间（HRT)为1.5d后，容积产气率为218.2L/(m3 · d)，甲烷比例为 84.8%，同时，COD去除率为78.5%。
[0080] 实施例6
[0081 ]步骤一:将秸杆检测其主要指标，切割过60目筛后，按照1:1的固液比，将质量浓度 为10%的氢氧化钠溶液加入秸杆中，于50°C下预处理30min得到预处理秸杆，预处理后测其 含水量保存备用；
[0082]步骤二:将生活污水厂处理车间获取的剩余污泥取回后去除较大杂质，密封恒定 水分备用，检测剩余污泥及其上清液的各成分指标。
[0083]步骤三:将取自污水处理厂的厌氧消化污泥作为接种污泥，接种污泥外观椭圆，色 泽深灰色，性能良好。以厌氧消化污泥消化液中的溶解性有机物质为碳源，曝气培养7d后以 提高水解酸化菌的活性，随后加入到水解酸化罐中，其中接种污泥的加入量为水解酸化罐 体积的三分之一。
[0084] 步骤四：以反应体系中VS(Volatility solids)含量为50g/L投加预处理猜杆-预 处理剩余污泥，将预处理过的秸杆和剩余污泥按照质量比2:1加入上述水解酸化罐中（容积 为5L)，控制反应温度为50 °C，改变发酵pH值为8,控制投配率为20%，搅拌速率为150rpm，厌 氧发酵周期15d后，水解酸化罐产出的水解酸化液C0D平均为17937.1mg/L，SC0D/C0D为 93 · 1 %，ThODHAc/ThODVFAs平均为74 · 6%。
[0085] 步骤五:将利用壳聚糖改性的沸石按10g/L加入到步骤四制备的水解酸化液中，在 常温条件下，调节反应pH值为8，进行反应20min，得到水解酸化预处理液。
[0086] 步骤六:在厌氧复合床反应器中按质量比1:1投加接种污泥和水解酸化预处理液， 控制反应器内温度为35±0.5°C，开始进行内循环，采用顶部回流，当检测顶部水化学需氧 量C0D低于400mg/L时停止回流，开始连续注入水解酸化预处液，调节控制反应器内最适pH 值范围为7.0，水力停留时间（HRT)为1.0d后，容积产气率为232.6L/ (m3 · d)，甲烷比例为 86.6%，同时，C0D去除率为80.5%。
【主权项】
1. 一种利用秸杆联合剩余污泥制备沼气的方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一:将秸杆切割过筛后，加入氢氧化钠溶液预处理，得到预处理秸杆，测其含水量 保存备用； 步骤二:将生活污水厂处理车间获取的剩余污泥取回后去除杂质，得到预处理剩余污 泥，密封恒定水分备用； 步骤三:将取自污水处理厂的厌氧消化污泥作为接种污泥，以厌氧消化污泥中消化液 里的溶解性有机物质为碳源，曝气培养后加入到水解酸化罐中； 步骤四：将步骤一中预处理秸杆和步骤二中预处理剩余污泥按照（1~2): (2~1)的质 量比加入水解酸化罐中，反应温度为30~50°C，pH值为8~10,厌氧发酵10~20d后，取水解 酸化罐的上层清液即为水解酸化液； 步骤五:将利用壳聚糖改性的沸石按5~15g/L加入到步骤四制备的水解酸化液中，调 节反应pH值为8~10,进行反应lOmin~30min，得到水解酸化预处理液； 步骤六:在厌氧复合床反应器中按质量比（1~2):(2~1)投加接种污泥和水解酸化预 处理液，在中温条件下反应即产生沼气。2. 根据权利要求1所述的一种利用秸杆联合剩余污泥制备沼气的方法，其特征在于，步 骤一中将秸杆切割后过60目筛后，按照1:1的固液比，将质量浓度为10%的氢氧化钠溶液加 入秸杆中，于50°C下预处理30min得到预处理秸杆。3. 根据权利要求1所述的一种利用秸杆联合剩余污泥制备沼气的方法，其特征在于，步 骤三中曝气培养时间为7d，接种污泥的加入量为水解酸化罐体积的三分之一。4. 根据权利要求1所述的一种利用秸杆联合剩余污泥制备沼气的方法，其特征在于，步 骤四中控制反应体系中VS含量为50g/L，投配率为20%。5. 根据权利要求1所述的一种利用秸杆联合剩余污泥制备沼气的方法，其特征在于，步 骤七中所述的中温条件为35 ± 0.5 °C。6. 根据权利要求1所述的一种利用秸杆联合剩余污泥制备沼气的方法，其特征在于，步 骤七中在中温条件下，进行内循环，采用顶部回流，当检测顶部水化学需氧量COD低于 400mg/L时停止回流，调节反应器内pH值为6.5~7.5，水力停留时间为1~2d后得到沼气。
【文档编号】C02F11/04GK105969809SQ201610513053
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月1日
【发明人】王森, 张安龙, 王学川, 张素风, 张丹
【申请人】陕西科技大学