本发明专利技术涉及一种利用牛粪快速启动污泥超高温厌氧消化系统的方法，属于污水处理和固废资源化领域。基本过程为：(1)以VS:VS=1：1的牛粪和脱水污泥混合物在65℃厌氧反应器中进行嗜热甲烷菌初次富集；(2)将与步骤(1)等量的混合物与完成初次富集的物料进行混合，进行嗜热甲烷菌二次富集；(3)用VS:VS=1：1的牛粪和污泥混合物启动反应器，每天的投加量占反应器中总量的5~8%，此过程只进料不出料；(4)在3个SRT的时间中，将混合进料逐渐替换为纯污泥进料，完成污泥超高温厌氧消化反应器的启动。每天记录产气量，并收集气体，测试甲烷含量。当以纯污泥进料时，甲烷含量达到50%以上，认为反应器顺利启动。实验证明本方法可实现污泥超高温厌氧反应系统的快速启动。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种利用牛粪快速启动污泥超高温厌氧消化系统的方法，属于属于污水处理和固废资源化领域。
技术介绍
厌氧消化技术由于其能够回收污泥中的资源及能源而备受关注。多数的厌氧消化系统在中温（35℃）和高温（55℃）条件下运行。由于受到有机物颗粒水解的限制，中温厌氧消化的有机物降解率较低，所需的SRT也比较长，高温厌氧消化过程中，微生物的降解潜能也并没有得到充分的释放。因此，提高厌氧消化的效率在很大程度上取决于其水解效率的提高。水解酸化菌生长的最适温度为55到70℃，当厌氧消化系统的温度从55℃上升到65℃时，污泥中蛋白质等难降解有机物的溶解性会显著提高，其传质速率得以加快。嗜高温的氢利用型产甲烷菌的最佳生存温度是55到70℃，当温度达到65℃时，氢利用型产甲烷途径的效率达到最大。污泥热水解是一种能够加快污泥水解速率，提高产甲烷效率的前处理技术，近年来在实际工程中得到了广泛的应用。热水解后的污泥温度较高，利用热水解污泥中的剩余热量，进行超高温厌氧消化，利用颗粒状污泥的溶解性和嗜高温的水解酸化微生物活性提高的特点，同时富集嗜高温的氢利用型产甲烷菌，能够提高厌氧消化系统中有机物的降解速率及产气效率。在充分利用氢利用型产甲烷途径的同时，节省以乙酸等短链脂肪酸形式存在的碳源进行后续利用，实现碳源的综合利用。此外，当温度上升至60℃以上时，污泥中的致病菌也能够被杀灭，初步满足污泥处理处置无害化的要求。目前，国内外关于超高温厌氧消化的研究较少，并没有污泥体系的超高温厌氧消化系统。同时，由于嗜热甲烷菌的种类少、世代时间长，因此较难培养繁殖。另外，污泥中有机质含量较高，体系复杂，容易出现酸化速率过快，产生大量的VFAs不能被产甲烷菌有效利用，从而导致启动失败的情况。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种快速启动污泥超高温厌氧消化系统的方法，主要为一种利用牛粪快速启动污泥超高温厌氧消化系统的方法。本专利技术提出的一种利用牛粪快速启动污泥超高温厌氧消化系统的方法，具体步骤如下：（１）接种牛粪和投加基质预处理将新鲜牛粪取回后，测试牛粪的TS和VS，并将取回的牛粪置于35℃恒温密封保存8小时，以活化其中的微生物；尽量保证取回后1天内完成反应系统接种，以保持牛粪中甲烷菌的活性；使用前将其用去离子水稀释至含固率不超过8%；从污水处理厂取脱水污泥作为基质，测试脱水污泥的TS和VS；置于4℃保存待用；使用前将其用去离子水稀释至含固率不超过8%；（２）嗜热甲烷菌初次富集按VS（牛粪）：VS（脱水污泥）=1：1的比例，将步骤（1）所得的牛粪和脱水污泥投加到反应器中，投加量占反应器有效容积的15~20%；用氮气将反应器上空的空气吹出，密封反应器，保证完全厌氧环境；反应器运行条件为：采用水浴控温，保持在65℃，反应器内设置搅拌电机间歇运行，调节搅拌电机转速为10~20 r/min；控制反应器运行时间为25~30天，此期间不进出料；每天记录产气量，并收集气体，测试甲烷含量；（３）嗜热甲烷菌二次富集向步骤（２）所得产物中投加与步骤(2)所得产物等量的脱水污泥和牛粪；保持步骤(2)所述反应器运行条件，控制反应器运行时间为8~10天，每天记录产气量，并收集气体，所述气体为甲烷、二氧化碳气体等，测试甲烷含量；（４）反应器启动启动过程中，按VS（牛粪）：VS（脱水污泥）=1：1投加比例每天向步骤（３）所述反应器中继续投加牛粪和脱水污泥，直至达到反应器有效容积，停止加料；每天牛粪和脱水污泥的投加量为投加VS总量占反应器中VS总量的5~8%；在此期间，只进料，不出料；每天记录产气量，并收集气体，测试甲烷含量，有条件的情况下，检测pH、VFAs、氨氮等常规指标；（５）超高温厌氧消化反应器连续运行以牛粪和脱水污泥组成的混合物为进料，按VS（牛粪）：VS（脱水污泥）=1：1的投加比例向步骤（３）所述反应器中进料，稳定进出料，以12天为一个SRT周期；当第一个SRT周期结束后，仍以牛粪和脱水污泥组成的混合物为进料，按VS（牛粪）：VS（脱水污泥）=1：2投加比例向反应器进料，当第二个SRT周期结束后，单纯以脱水污泥为进料，每天记录产气量，并收集气体，测试甲烷含量；有条件的情况下，检测pH、VFAs、氨氮等常规指标；当第三个SRT周期结束时，仍以脱水污泥进料时，反应器甲烷含量达到50%以上，则认为反应器启动顺利完成。本专利技术具有如下优点：1.针对嗜热甲烷菌种类少的情况，本专利技术利用含有嗜热甲烷菌的牛粪作为接种物，加快嗜热甲烷菌的富集，能缩短启动周期。2.嗜热甲烷菌对环境要求高、世代时间较长、难富集，本专利技术采用逐步污泥替换、提高有机负荷的方式启动超高温厌氧消化系统，这样能够保证嗜热产甲烷菌能够快速适应环境，并维持体系中产酸菌和甲烷菌的比例协调，有效保证系统稳定。3.本专利技术所启动的污泥超高温厌氧消化系统，有机物的降解速率及产气效率高，能够明显缩短SRT；能够在充分利用氢利用型产甲烷途径的同时，节省以乙酸等短链脂肪酸形式存在的碳源进行后续利用，实现碳源的综合利用；此外，当温度上升至60℃以上时，污泥中的致病菌也能够被杀灭，初步满足污泥处理处置无害化的要求。具体实施方式下面通过实施例具体说明本专利技术。以下实施例中所用牛粪和污泥为同一批，牛粪取自上海浦东某生态园，脱水污泥取自上海某污水处理厂。牛粪和污泥的相关参数如表1所示。表1 接种泥、脱水污泥相关参数物料TS（%）VS（%）脱水污泥20.8010.44牛粪15.4712.94实施例1厌氧反应器有效容积为6 L，外部夹层通入自来水，加热方式为电加热，温度控制方式为物料控温，搅拌轴为横向双螺旋搅拌轴。(1)嗜热甲烷菌初次富集：用去离子水将牛粪和脱水污泥分别稀释至含固率（TS）稀释为8%，取500 g牛粪投加到反应器中，按VS:VS（牛粪:脱水污泥）=1：1投加脱水污泥，脱水污泥投加质量833 g，充用氮气排除反应器上空空气后，保持反应器密闭，物料温度稳定在65 ℃，运行12天。搅拌方式为间歇搅拌，转速为10 r/min，设置搅拌5min，停止5 min。(2)嗜热甲烷菌二次富集：12天后，再次加入500 g牛粪和833 g脱水污泥，运行10天。(3)反应器启动：每天按反应器中物料总量的5%投加VS:VS（牛粪:脱水污泥）=1：1的牛粪和脱水污泥，约20天达到反应器的有效容积。(4)反应器连续运行：以VS:VS（牛粪:脱水污泥）=1：1的牛粪和脱水污泥混合物作为进料，每天进料500 g，出料为进料量减去估算的气体消耗的有机质量（以产生1L气体消耗1g有机质计算），SRT为12天。一个SRT周期后，将进料更换为VS:VS（牛粪:脱水污泥）=1：2的牛粪和脱水污泥混合物。一个SRT周期后，更换为只以脱水污泥进行进出料。每天记录产气量，并收集气体，测试甲烷含量。并检测pH、VFAs、氨氮等常规指标。启动时间约80天，到脱水污泥替换结束时，反应器总产气量达到6.2 L/d，气体中甲烷含量达到56.3%，启动完成。实施例2厌氧反应器有效容积为9 L，外部夹层通入自来水，加热方式为电加热，温度控制方式为物料控温，搅拌轴为横向双螺旋搅拌轴。(1)嗜热甲烷菌初次富集：用去离子水将牛粪和脱水污泥分别稀释至含固率（TS）稀释为12%，取112本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用牛粪快速启动污泥超高温厌氧消化系统的方法，其特征在于具体步骤如下:（１）接种牛粪和投加基质预处理将新鲜牛粪取回后，测试牛粪的TS和VS，并将取回的牛粪置于35℃恒温密封保存8小时，以活化其中的微生物；尽量保证取回后1天内完成反应系统接种，以保持牛粪中甲烷菌的活性；使用前将其用去离子水稀释至含固率不超过8%；从污水处理厂取脱水污泥作为基质，测试脱水污泥的TS和VS；置于4℃保存待用；使用前将其用去离子水稀释至含固率不超过8%；（２）嗜热甲烷菌初次富集按VS（牛粪）：VS（脱水污泥）=1：1的比例，将步骤（1）所得的牛粪和脱水污泥投加到反应器中，投加量占反应器有效容积的15~20%；用氮气将反应器上空的空气吹出，密封反应器，保证完全厌氧环境；反应器运行条件为：采用水浴控温，保持在65℃，反应器内设置搅拌电机间歇运行，调节搅拌电机转速为10~20 r/min；控制反应器运行时间为25~30天，此期间不进出料；每天记录产气量，并收集气体，测试甲烷含量；（３）嗜热甲烷菌二次富集向步骤（２）所得产物中投加与步骤(2)所得产物等量的脱水污泥和牛粪；保持步骤(2)所述反应器运行条件，控制反应器运行时间为8~10天，每天记录产气量，并收集气体，测试甲烷含量；（４）反应器启动启动过程中，按VS（牛粪）：VS（脱水污泥）=1：1投加比例每天向步骤（３）所述反应器中继续投加牛粪和脱水污泥，直至达到反应器有效容积，停止加料；每天牛粪和脱水污泥的投加量为投加VS总量占反应器中VS总量的5~8%；在此期间，只进料，不出料；每天记录产气量，并收集气体，测试甲烷含量；（５）超高温厌氧消化反应器连续运行以牛粪和脱水污泥组成的混合物为进料，按VS（牛粪）：VS（脱水污泥）=1：1的投加比例向步骤（３）所述反应器中进料，稳定进出料，以12天为一个SRT周期；当第一个SRT周期结束后，仍以牛粪和脱水污泥组成的混合物为进料，按VS（牛粪）：VS（脱水污泥）=1：2投加比例向反应器进料，当第二个SRT周期结束后，单纯以脱水污泥为进料，每天记录产气量，并收集气体，测试甲烷含量；当第三个SRT周期结束时，仍以脱水污泥进料时，反应器甲烷含量达到50%以上，则认为反应器启动顺利完成。...
【技术特征摘要】
1.一种利用牛粪快速启动污泥超高温厌氧消化系统的方法，其特征在于具体步骤如下:（１）接种牛粪和投加基质预处理将新鲜牛粪取回后，测试牛粪的TS和VS，并将取回的牛粪置于35℃恒温密封保存8小时，以活化其中的微生物；尽量保证取回后1天内完成反应系统接种，以保持牛粪中甲烷菌的活性；使用前将其用去离子水稀释至含固率不超过8%；从污水处理厂取脱水污泥作为基质，测试脱水污泥的TS和VS；置于4℃保存待用；使用前将其用去离子水稀释至含固率不超过8%；（２）嗜热甲烷菌初次富集按VS（牛粪）：VS（脱水污泥）=1：1的比例，将步骤（1）所得的牛粪和脱水污泥投加到反应器中，投加量占反应器有效容积的15~20%；用氮气将反应器上空的空气吹出，密封反应器，保证完全厌氧环境；反应器运行条件为：采用水浴控温，保持在65℃，反应器内设置搅拌电机间歇运行，调节搅拌电机转速为10~20 r/min；控制反应器运行时间为25~30天，此期间不进出料；每天记录产气量，并收集气体，测试甲烷含量；（３）嗜热甲烷菌二次富集向步骤（２）所得产物中投加与步骤(2)所得产...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴晓虎，李宁，于春晓，戴翎翎，董滨，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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