一种促进污泥厌氧消化产甲烷的方法技术

本发明专利技术涉及一种促进污泥厌氧消化产甲烷的方法，该方法包括以下步骤：(1)向接种污泥中投加生物表面活性剂，促进泥胞外聚合物解聚，从而释放出多种有益于厌氧水解酸化的酶以及具有加速胞外电子穿梭作用的内源腐殖酸；(2)将混有柠檬酸的接种污泥充入氮气保护气后密封，恒温、搅拌并震荡，促使更多的EPS解构以及最大程度释放出HA；(3)将处理后的接种污泥掺混剩余污泥，并移入密闭的厌氧消化设备中，通过搅拌的方式进行同时厌氧消化，以产生甲烷。与现有技术相比，本发明专利技术具有使原有接种污泥中的胞外酶和电子穿梭介体得到充分的利用、简便易行、单位添加有机质产甲烷量提高、提高污泥厌氧消化效率等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种促进污泥厌氧消化产甲烷的方法
本专利技术涉及污泥资源化领域，具体涉及一种促进污泥厌氧消化产甲烷的方法。
技术介绍
厌氧消化被认为是一种最受欢迎的污泥处理方法，其主要是在无氧的条件下，由兼性厌氧菌和专性厌氧菌降解有机质，并将有机质转化为二氧化碳和甲烷。在此过程中，污泥中的有害物质得到分解，污泥总量得以降低并且获得了氢气、甲烷等能源气体，在实现污泥稳定化的同时实现了污泥资源化利用。大中型沼气工程通常存在启动周期较长、启动前负荷较低等问题，对沼气工业的健康发展造成了制约。接种物的合理选择以及活化处理对厌氧消化的运行效果和稳定性来说非常重要。在发酵工程运行的启动阶段，加入充足、优质的厌氧活性微生物作为接种物可以增加厌氧发酵的有机物降解速率，提高沼气产量，缩短启动时间等。当前，为了提高污泥厌氧消化效率，通常的处理对象是剩余污泥而非接种污泥。大量的研究采用水热处理、超声处理、碱处理、高压处理以及多种方法组合处理等方法进行污泥厌氧消化，这些处理方法在一定程度上增加了污泥有机质的溶出，但针对不同的污泥却常常出现不同的处理效果甚至会产生更多的不易降解有机质。有的处理方法比如高压均相预处理，在一定程度上提高了污泥厌氧消化性能，但其由于能耗高、成本高、反应条件苛刻且具有一定的危险性，限制了规模化的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种使原有接种污泥中的胞外酶和电子穿梭介体得到充分的利用、简便易行、单位添加有机质产甲烷量提高、提高污泥厌氧消化效率的促进污泥厌氧消化产甲烷的方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：专利技术人了解到，接种物的活化是十分有必要，并且是具有实际应用前景的。污泥中的主要有机质是废弃的生物膜与污水中被生物膜所吸附的有机质(AbioticOrganicSubtances,AOS)，而生物膜则主要有两部分组成：微生物细胞(Cell,C)和由微生物细胞分泌的胞外聚合物(ExtracellularPolymericSubstances,EPS)，因此，AOS和EPS构成了污泥中的胞外有机质(ExtracellularOrganicSubstances,EOS)。其中，微生物细胞镶嵌在EPS中，并且，EPS占据整个生物膜有机质的90％左右，对于保护微生物细胞和维持生物膜的物化和生化特性具有重要的作用和意义。实际沼气工程中的接种物大多就是在罐体内稳定运行的消化污泥，前期的研究表明经过厌氧消化后EPS的聚合度是增加的，大量涉及到水解、酸化、产甲烷的功能酶系以及内源腐殖质等高聚物会被“绑定”在EPS中，因此，考虑提高污泥有机质的降解程度并且强化甲烷的产生，需要首先解除EPS的部分保护作用，释放出大量能够促进厌氧消化链式反应的酶促介体和电子穿梭介体然后再以合适的比例混合待厌氧消化的剩余活性污泥进一步地，对于腐殖酸这类超分子物质，通常地研究认为其结构中羧基、酚羟基易与水解酶结合而抑制水解过程，进而影响厌氧消化地速率和消化残留物的品质。因此，所筛选的接种物活化预处理方法应当避免腐殖酸再次聚合水解酶。基于此，本专利技术中采用柠檬酸这类无毒性、易被微生物代谢、具有抗凝作用的物质以“强酸换弱酸”的原理在激活内源功能酶系的同时也释放了腐殖酸这类电子穿梭载体，同时避免其在水解酸化阶段可能的抑制作用，具体方案如下：一种促进污泥厌氧消化产甲烷的方法，该方法基于微生物底物代谢理论和活性污泥生物膜结构理论，通过释放接种泥胞外酶及胞外电子传递介体从而促进污泥有机质的厌氧消化处理；由于所使用的活化剂柠檬酸是一种三元有机酸，其通过酸溶和螯合作用能够增溶金属离子，从而一定程度上解除金属离子对EPS组份的配位、架桥等绑定作用，可实现胞外酶的有效释放；同时柠檬酸作为一种强酸，能够置换出内源腐殖酸并以弱酸形式得到暴露，在提供产甲烷菌所需的弱酸环境的同时提供了更多活性的内源电子穿梭介体，进而能够在实现污泥有机质稳定化的同时，提高单位有机质的甲烷产量，具体的步骤描述如下：一种促进污泥厌氧消化产甲烷的方法，该方法包括以下步骤：(1)向接种污泥中投加生物表面活性剂，促进泥胞外聚合物(ExtracellularPolymericSubstance,EPS)解聚，从而释放出多种有益于厌氧水解酸化的酶以及具有加速胞外电子穿梭作用的内源腐殖酸(HumicSubstances,HA)；(2)将混有柠檬酸的接种污泥充入氮气保护气后密封，恒温、搅拌并震荡，促使更多的EPS解构以及最大程度释放出HA；(3)将处理后的接种污泥(CA-IS)掺混剩余污泥，并移入密闭的厌氧消化设备中，通过搅拌的方式进行同时厌氧消化，以产生甲烷。进一步地，所述的接种污泥为半连续厌氧反应器排出污泥，其VS/TS＝35-39％，TS＝8-10％。进一步地，所述的剩余污泥包括低有机质剩余污泥或高有机质剩余污泥。进一步地，所述的低有机质剩余污泥的VS/TS＝26-30％，TS＝15-20％；所述的高有机质剩余污泥的VS/TS＝46-50％，TS＝15-20％。进一步地，步骤(1)中向接种污泥中投加0.05-0.1g/g·TS(TS为污泥总固体含量)生物表面活性剂。进一步地，所述的生物表面活性剂包括柠檬酸，可增溶金属离子且置换腐殖酸的柠檬酸钠或三聚磷酸钠，或者可形成流化床可循环利用的柠檬酸螯合铁。柠檬酸可替换成其他有机酸类的生物表面活性剂，由其自身易生物降解、不产生二次污染、对环境影响小等特点发挥作用。投加柠檬酸过程中，为使投加的药剂能够完全溶解于污泥体系，可将柠檬酸适当溶解于去离子水中(质量分数20-50％)，再将柠檬酸溶液混入接种污泥中。进一步地，步骤(2)中所述恒温的温度为35-37℃，所述搅拌的转速为120-150rpm，所述震荡的时间为10-30h。震荡时间至少持续10h以上，以使得内源腐殖酸被充分置换并暴露于胞外松散层有机质中。进一步地，所述震荡的时间为16-24h。进一步地，步骤(3)中将处理后的接种污泥(CA-IS)按有机质重量比1:(1-2)掺混剩余污泥。进一步地，步骤(3)中，厌氧消化的条件为30-40℃的中温条件或50-60℃的高温条件，厌氧消化的周期小于等于30天(SRT≤30d)。与现有技术相比，本专利技术针对接种物进行处理，药剂用量少，最大化微生物作用；在实际工程中可在泵入剩余污泥之前向原本罐内污泥投加药剂即可，方便快捷；同时能有效的强化污泥厌氧消化效率，可实现单位有机质的产甲烷量达到100％以上的提高，效率远高于各种对剩余污泥预处理的厌氧消化效果。附图说明图1为本专利技术方法的实施流程图；图2为本专利技术的低有机质实施例产甲烷情况图；图3为本专利技术的高有机质实施例产甲烷情况图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。但本实施例并不用于限制本专利技术，凡是采用本专利技术的相似方法及其相似变化，均应列入本专利技术的保护范围。本专利技术主要是通过分离胞外有机质的方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种促进污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n(1)向接种污泥中投加生物表面活性剂；/n(2)将混有柠檬酸的接种污泥充入氮气保护气后密封，恒温、搅拌并震荡；/n(3)将处理后的接种污泥掺混剩余污泥，并移入密闭的厌氧消化设备中，通过搅拌的方式进行同时厌氧消化，以产生甲烷。/n

【技术特征摘要】
1.一种促进污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)向接种污泥中投加生物表面活性剂；
(2)将混有柠檬酸的接种污泥充入氮气保护气后密封，恒温、搅拌并震荡；
(3)将处理后的接种污泥掺混剩余污泥，并移入密闭的厌氧消化设备中，通过搅拌的方式进行同时厌氧消化，以产生甲烷。


2.根据权利要求1所述的一种促进污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于，所述的接种污泥为半连续厌氧反应器排出污泥，其VS/TS＝35-39％，TS＝8-10％。


3.根据权利要求1所述的一种促进污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于，所述的剩余污泥包括低有机质剩余污泥或高有机质剩余污泥。


4.根据权利要求3所述的一种促进污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于，所述的低有机质剩余污泥的VS/TS＝26-30％，TS＝15-20％；所述的高有机质剩余污泥的VS/TS＝46-50％，TS＝15-20％。


5.根据权利要求1所述的一种促进污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于，步骤(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐燕飞，戴晓虎，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31