一種快速啟動污泥超高溫厭氧消化系統的方法技術方案

本發明專利技術涉及一種快速啟動污泥超高溫厭氧消化系統的方法，屬于污水處理和固廢資源化領域?；具^程為：(1)以VS:VS=1：1的高溫厭氧消化污泥和脫水污泥混合物在65℃厭氧反應器中進行嗜熱甲烷菌初次富集；(2)將與步驟(1)等量的混合物與完成初次富集的物料進行混合，進行嗜熱甲烷菌二次富集；(3)用VS:VS=1：1的高溫污泥和脫水污泥混合物啟動反應器，每天的投加量占反應器中總量的5~8%，此過程只進料不出料；(4)在3個SRT的時間內，將混合進料逐漸替換為純污泥進料，完成污泥超高溫厭氧消化反應器的啟動。每天記錄產氣量，測試甲烷含量。當以純污泥進料時，甲烷含量達到50%以上，認為反應器順利啟動。實驗證明本方法可實現污泥超高溫厭氧反應系統的快速啟動。

Method for quickly starting sludge super high temperature anaerobic digestion system

The invention relates to a method for quick start sludge ultra high temperature anaerobic digestion system, which belongs to the field of sewage treatment and solid waste recycling. The basic process is as follows: (1) of thermophilic methanogenic enrichment first at 65 DEG C in the anaerobic reactor with high temperature anaerobic digestion sludge and dewatered sludge mixture VS:VS=1:1; (2) and (1) equivalent steps with a mixture of complete material enrichment were first mixed thermophilic methane bacteria two enrichment; (3) the startup of the reactor using VS:VS=1:1 high temperature sludge and dewatered sludge mixture, the daily dosage of total 5~8% in the reactor, the process of feeding is not only a material; (4) in the 3 SRT of the time, will gradually replace the pure mixed feed sludge feeding, super complete sludge high temperature anaerobic digestion reactor start-up. Gas production was recorded daily. When YISHION sludge feeding, the methane content of more than 50%, that the reactor started smoothly. The experimental results show that this method can realize the rapid start-up of sludge anaerobic reaction system.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種利用高溫厭氧消化污泥快速啟動污泥超高溫厭氧消化系統的方法，屬于污水處理和固廢資源化領域。
技術介紹
近年來，由于能夠回收污泥中的資源及能源，厭氧消化技術日益受到關注。大部分的污泥厭氧消化系統是在中溫（35℃）或高溫（55℃）條件下運行的。然而，中溫厭氧消化系統的有機物降解率較低，所需的SRT也比較長；而高溫厭氧消化過程中，微生物的降解潛能也并沒有得到充分的釋放。有機物顆粒的水解是厭氧消化的主要限速步驟。因此，提高厭氧消化的效率在很大程度上依賴于提高有機顆粒的水解效率。由于水解酸化菌生長的最適溫度為55℃到70℃，當厭氧消化系統的溫度從55℃上升到65℃時，水解酸化菌活性增強，同時，有機顆粒的溶解性在超高溫條件下也會顯著提高，從而加快傳質速率，使得厭氧消化系統中有機物的降解速率及產氣效率提高，SRT縮短。普通的中溫和高溫厭氧消化過程中，乙酸利用型產甲烷菌利用揮發性脂肪酸（VFAs，包括乙酸、丙酸、異丁酸、正丁酸等），醇類等通過乙酸利用型產甲烷途徑最終生成甲烷和CO2。當溫度上升至65℃時，多數乙酸利用型產甲烷菌的生長速率會明顯降低甚至完全停止，以有機酸為底物的產甲烷途徑幾乎不再進行。而嗜高溫的氫利用型產甲烷菌的最佳生存溫度是55℃到70℃，當溫度達到65℃時，氫利用型產甲烷途徑的效率達到最大。因此，利用氫利用型產甲烷途徑在超高溫條件下進行厭氧消化是可行的。進行污泥的超高溫厭氧消化能夠提高其中難生物降解物質的溶解性，提高厭氧消化系統中有機物的降解速率；同時，也有可能實現充分利用氫利用型產甲烷途徑的同時，節省以乙酸等短鏈脂肪酸形式存在的碳源進行后續綜合利用；此外，當溫度上升至60℃以上時，污泥中的致病菌也能夠被殺滅，初步滿足污泥處理處置無害化的要求。目前，超高溫厭氧消化的研究較少，還未發現純污泥體系超高溫厭氧消化系統的相關研究。同時，由于嗜熱甲烷菌的種類少、世代時間長，因此較難培養繁殖。另外，污泥中有機質含量較高，體系復雜，容易出現酸化速率過快，產生大量的VFAs不能被產甲烷菌有效利用，從而導致啟動失敗的情況。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提出一種快速啟動污泥超高溫厭氧消化系統的方法，主要為一種利用高溫厭氧消化污泥作為接種進行快速啟動的方法。本專利技術提出的一種快速啟動污泥超高溫厭氧消化系統的方法，具體步驟如下：（１）投加基質和接種泥預處理從污水處理廠取脫水污泥作為基質，測試脫水污泥的TS和VS；置于4℃保存待用。使用前將其用去離子水稀釋至含固率不超過10%；以含固率不超過10%的高溫厭氧消化污泥為接種泥，從穩定運行的高溫厭氧消化反應器中現取現用；（２）嗜熱甲烷菌初次富集按VS（高溫厭氧消化污泥）：VS（脫水污泥）=1：1的比例，將步驟（１）所得的高溫厭氧消化污泥和脫水污泥投加到反應器中，投加量占反應器有效容積的15~20%；用氮氣將反應器上空的空氣吹出，密封反應器，保證完全厭氧環境。反應器運行條件為：采用水浴控溫，保持在65℃，反應器內設置攪拌電機間歇運行，調節攪拌電機轉速為10~20 r/min；反應器運行時間為25~30天，此期間不進出料；每天記錄產氣量，并收集氣體，所述氣體為甲烷、二氧化碳等，測試甲烷含量；（３）嗜熱甲烷菌二次富集向步驟（２）所得產物中投加與步驟(2)所得產物等量的脫水污泥和高溫厭氧消化污泥；保持步驟(2)所述反應器運行條件，反應器運行時間為15~20天，每天記錄產氣量，并收集氣體，所述氣體為甲烷、二氧化碳等，測試甲烷含量；（４）超高溫厭氧消化反應器的啟動啟動過程中，按VS（高溫厭氧消化污泥）：VS（脫水污泥）=2：1的比例每天向步驟（３）所述的反應器中繼續投加高溫厭氧消化污泥和脫水污泥，直至達到反應器有效容積，停止加料；每天高溫厭氧消化污泥和脫水污泥的投加量為投加VS總量占反應器中VS總量的5~8%；在此期間，只進料，不出料；每天記錄產氣量，并收集氣體，所述氣體為甲烷、二氧化碳等，測試甲烷含量，有條件的情況下，檢測pH、VFAs、氨氮等常規指標。（５）超高溫厭氧消化反應器的連續運行以高溫厭氧消化污泥和脫水污泥組成的混合物為進料，按VS（脫水污泥按VS（高溫厭氧消化污泥）：VS（脫水污泥）=1：1投加比例向反應器進料，穩定進料和出料，以15天為一個SRT周期；當第一個SRT周期結束后，仍以高溫厭氧消化污泥和脫水污泥組成的混合物為進料，按VS（高溫厭氧消化污泥）：VS（脫水污泥）=1：2投加比例向反應器中進料，當第二個SRT周期結束后，以脫水污泥為進料，每天記錄產氣量，并收集氣體，測試甲烷含量；有條件的情況下，檢測pH、VFAs、氨氮等常規指標；當第三個SRT周期結束后，以脫水污泥進料時，反應器內甲烷含量達到50%以上，認為反應器啟動順利完成。本專利技術具有如下優點：1.針對嗜熱甲烷菌種類少的情況，本專利技術利用含有嗜熱甲烷菌的高溫厭氧消化污泥作為接種物，加快嗜熱甲烷菌的富集，能縮短啟動周期。2.嗜熱甲烷菌對環境要求高、世代時間較長、難富集，本專利技術采用污泥逐步替換、提高有機負荷的方式啟動超高溫厭氧消化系統，這樣能夠保證嗜熱產甲烷菌能夠快速適應環境，并維持體系中產酸菌和甲烷菌的比例協調，有效保證系統穩定。3.本專利技術所啟動的污泥超高溫厭氧消化系統，有機物的降解速率及產氣效率高，能夠明顯縮短SRT；并能夠在充分利用氫利用型產甲烷途徑的同時，節省以乙酸等短鏈脂肪酸形式存在的碳源進行后續綜合利用；此外，當溫度上升至60度以上時，污泥中的致病菌也能夠被殺滅，初步滿足污泥處理處置無害化的要求。具體實施方式下面通過實施例具體說明本專利技術。以下實施例中所用高溫厭氧消化污泥和污泥為同一批，高溫厭氧消化污泥取自穩定運行的高溫厭氧消化反應器，反應器進料TS為12%，SRT為20天，脫水污泥取自上海某污水處理廠。高溫厭氧消化污泥和脫水污泥的相關參數如表1所示。表1 接種泥、脫水污泥相關參數物料TS（%）VS（%）脫水污泥20.8010.44高溫厭氧消化污泥8.153.39實施例1厭氧反應器有效容積為6 L，外部夾層通入自來水，加熱方式為電加熱，溫度控制方式為物料控溫，攪拌軸為橫向雙螺旋攪拌軸。(1)嗜熱甲烷菌初次富集：用去離子水將脫水污泥稀釋至含固率（TS）稀釋為8%，取500 g高溫厭氧消化污泥投加到反應器中，按VS:VS（高溫厭氧消化污泥:脫水污泥）=1：1投加脫水污泥，脫水污泥投加質量422 g，充用氮氣排除反應器上空空氣后，保持反應器密閉，物料溫度穩定在65 ℃，運行25天。攪拌方式為間歇攪拌，轉速為10 r/min，設置攪拌5min，停止5 min。(2)嗜熱甲烷菌二次富集：25天后，再次加入500 g高溫厭氧消化污泥和422g脫水污泥，運行20天。(3)反應器啟動：每天按反應器中物料總量的5%投加VS:VS（高溫厭氧消化污泥:脫水污泥）=1：1的高溫厭氧消化污泥和脫水污泥，約25天達到反應器的有效容積。(4)反應器連續運行：以VS:VS（高溫厭氧消化污泥:脫水污泥）=1：1的高溫厭氧消化污泥和脫水污泥混合物作為進料，每天進料400 g，出料為進料量減去估算的氣體消耗的有機質量（以產生1L氣體消耗1g有機質計算），SRT為15天。一個SRT后，將進料更換為VS:VS（高溫厭氧消化污泥本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種快速啟動污泥超高溫厭氧消化系統的方法，其特征在于具體步驟如下：（１）投加基質和接種泥預處理從污水處理廠取脫水污泥作為基質，測試脫水污泥的TS和VS；置于4℃保存待用；使用前將其用去離子水稀釋至含固率不超過10%；以含固率不超過10%的高溫厭氧消化污泥為接種泥，從穩定運行的高溫厭氧消化反應器中現取現用；（２）嗜熱甲烷菌初次富集按VS（高溫厭氧消化污泥）：VS（脫水污泥）=1：1的比例，將步驟（１）所得的高溫厭氧消化污泥和脫水污泥投加到反應器中，投加量占反應器有效容積的15~20%；用氮氣將反應器上空的空氣吹出，密封反應器，保證完全厭氧環境；反應器運行條件為：采用水浴控溫，保持在65℃，反應器內設置攪拌電機間歇運行，調節攪拌電機轉速為10~20?r/min；反應器運行時間為25~30天，此期間不進出料；每天記錄產氣量，并收集氣體，所述氣體為甲烷、二氧化碳等，測試甲烷含量；（３）嗜熱甲烷菌二次富集向步驟（２）所得產物中投加與步驟(2)所得產物等量的脫水污泥和高溫厭氧消化污泥；保持步驟(2)所述反應器運行條件，反應器運行時間為15~20天，每天記錄產氣量，并收集氣體，所述氣體為甲烷、二氧化碳等，測試甲烷含量；（４）超高溫厭氧消化反應器的啟動啟動過程中，按VS（高溫厭氧消化污泥）：VS（脫水污泥）=2：1的比例每天向步驟（３）所述的反應器中繼續投加高溫厭氧消化污泥和脫水污泥，直至達到反應器有效容積，停止加料；每天高溫厭氧消化污泥和脫水污泥的投加量為投加VS總量占反應器中VS總量的5~8%；在此期間，只進料，不出料；每天記錄產氣量，并收集氣體，測試甲烷含量；（５）超高溫厭氧消化反應器的連續運行以高溫厭氧消化污泥和脫水污泥組成的混合物為進料，按VS（脫水污泥按VS（高溫厭氧消化污泥）：VS（脫水污泥）=1：1投加比例向反應器進料，穩定進料和出料，以15天為一個SRT周期；當第一個SRT周期結束后，仍以高溫厭氧消化污泥和脫水污泥組成的混合物為進料，按VS（高溫厭氧消化污泥）：VS（脫水污泥）=1：2投加比例向反應器中進料，當第二個SRT周期結束后，以脫水污泥為進料，每天記錄產氣量，并收集氣體，測試甲烷含量；當第三個SRT周期結束后，以脫水污泥進料時，反應器內甲烷含量達到50%以上，認為反應器啟動順利完成。...

【技術特征摘要】
1.一種快速啟動污泥超高溫厭氧消化系統的方法，其特征在于具體步驟如下：（１）投加基質和接種泥預處理從污水處理廠取脫水污泥作為基質，測試脫水污泥的TS和VS；置于4℃保存待用；使用前將其用去離子水稀釋至含固率不超過10%；以含固率不超過10%的高溫厭氧消化污泥為接種泥，從穩定運行的高溫厭氧消化反應器中現取現用；（２）嗜熱甲烷菌初次富集按VS（高溫厭氧消化污泥）：VS（脫水污泥）=1：1的比例，將步驟（１）所得的高溫厭氧消化污泥和脫水污泥投加到反應器中，投加量占反應器有效容積的15~20%；用氮氣將反應器上空的空氣吹出，密封反應器，保證完全厭氧環境；反應器運行條件為：采用水浴控溫，保持在65℃，反應器內設置攪拌電機間歇運行，調節攪拌電機轉速為10~20 r/min；反應器運行時間為25~30天，此期間不進出料；每天記錄產氣量，并收集氣體，所述氣體為甲烷、二氧化碳等，測試甲烷含量；（３）嗜熱甲烷菌二次富集向步驟（２）所得產物中投加與步驟(2)所得產物等量的脫水污泥和高溫厭氧消化污泥；保持步驟(2)所述反應器運行條件，反應器運行時間為15~20天，每天記錄產...

【專利技術屬性】
技術研發人員：戴曉虎，于春曉，李寧，戴翎翎，董濱，
申請(專利權)人：同濟大學，
類型：發明
國別省市：上海;31