申请日2014.07.01
公开(公告)日2016.08.24
IPC分类号C12P5/02; C02F11/04
摘要
本发明公开了一种稻草秸秆碱处理与剩余污泥混合消化产沼气的方法，属于固体废弃物处理控制、环保净化处理技术领域。本发明采用混合厌氧发酵产沼气，在有效处置了稻草秸秆、剩余污泥的同时，做到了废弃物无害化和资源化利用，系统运行稳定，能源回收率高，在原料来源复杂的情况下，具有较好的处理效果。
权利要求书
1.一种秸秆与剩余污泥混合消化产沼气的方法，其特征在于，将经氢氧化钠溶液预处理后的秸秆和剩余污泥混合作为混合底物，再接种产甲烷污泥，在厌氧环境中混合消化产沼气;所述氢氧化钠溶液是质量分数为5%的氢氧化钠溶液，与秸秆按固液比1:10混合;所述经氢氧化钠溶液预处理后的秸秆与剩余污泥的混合比例为VS比1:1，混合底物与产甲烷污泥的混合比例为VS比1:1;
其中，氢氧化钠溶液预处理的步骤为：将稻草秸秆粉碎至1-2cm段状，将其与质量分数为5%的NaOH溶液按固液比1:10混合，在常温下浸泡24h，洗涤至中性，70℃下烘干至恒重;在厌氧环境中混合消化产沼气的步骤为：在35℃条件下，采用序批式厌氧发酵产沼气，混合底物与产甲烷污泥VS比1:1混合，混合底物由稻草秸秆与剩余污泥按VS比1:1混合，在厌氧环境中进行消化;上述在厌氧环境中混合消化产沼气的步骤为在500mL血清瓶中加入混合底物和产甲烷污泥，混合底物与产甲烷污泥VS比1:1混合，混合底物由稻草秸秆与剩余污泥按VS比1:1混合，加水定容至500mL，最后向反应瓶中通入氮气，进行厌氧消化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述秸秆为稻草秸秆。
说明书
一种稻草秸秆碱处理与剩余污泥混合消化产沼气的方法
技术领域
本发明涉及一种稻草秸秆碱处理与剩余污泥混合消化产沼气的方法，属于固体废弃物处理控制、环保净化处理技术领域。
背景技术
我国作为农业大国，水稻秸秆产量巨大，每年产量高达2.3亿吨，高于其他农作物秸秆。目前，大部分被焚烧或者闲置处理，浪费资源的同时又是造成雾霾类空气污染的主要元凶之一。稻草秸秆的主要成分为纤维素、半纤维素和木质素类碳水化合物，能够在微生物作用下产生沼气、氢气、酒精等高附加值物质。能够对稻草秸秆进行有效资源化利用，对缓解如今面临的能源、环境危机具有重要意义。稻草秸秆中虽然半纤维素和纤维素较易被厌氧微生物分解，但木质纤维素结构坚固难于被利用，且围绕在纤维素的外层作为保护层，阻碍了纤维素和半纤维素的水解，为了提高秸秆利用率，通常选取一定预处理方式降低秸秆中木质素含量。
污泥作为污水生物处理过程中的主要副产物，2003年城市污水厂的脱水污泥产量约为130万吨，并以每年大于10%的速度递增。2010年底，全国城镇污水处理量达到343亿立方米，脱水污泥产生量接近2200万吨，而且其中有80%没有得到妥善处理。如何妥善处理这些剩余污泥日益受到国内外研究者的关注。污水处理过程中排放的剩余污泥存在含水率高、易腐烂、有恶臭，同时含有大量的细菌、病毒、寄生虫及重金属等有毒有害物质，易对环境造成二次污染等问题。
稻草秸秆和剩余污泥是我国产量巨大的两类固体废弃物。厌氧消化作为废弃物减量化和资源化处理的有效方法之一，已成为研究的热点。由于稻草秸秆中细菌生长需要的氮源和矿物质含量低，C/N高达50左右，因此，稻草秸秆单独消化效率偏低;而剩余污泥C/N较低为6-16，稻草秸秆与剩余污泥混合消化能调节厌氧消化C/N。还具有稀释潜在的有毒化合物，增加微生物的营养平衡和协同效应，增加可生物降解物质负荷，提高最终沼气产量的优势。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种稻草秸秆碱处理与剩余污泥混合消化产沼气的方法。本发明的技术方案是将经氢氧化钠溶液预处理后的秸秆和剩余污泥混合作为混合底物，再接产甲烷污泥(即接种污泥)，在厌氧环境中混合消化产沼气。
所述氢氧化钠溶液是质量分数为5%的氢氧化钠溶液，与秸秆按固液比1:10(1g秸秆：10mL NaOH溶液)混合。
所述秸秆为稻草秸秆。
所述经氢氧化钠溶液预处理后的秸秆与剩余污泥的混合比例为VS(灼烧减量)比1:1，混合底物与产甲烷污泥的混合比例为VS比1:1。
所述产甲烷污泥是含有能够利用污泥中的物质转化生产甲烷的微生物的污泥。
所述方法优选在35℃条件下，采用序批式厌氧发酵产沼气。
所述方法进一步优选以下步骤：(1)将稻草秸秆粉碎至1-2cm段状，将其与质量分数为5%的NaOH溶液按固液比1:10混合，在常温下浸泡24h，洗涤至中性，70℃下烘干至恒重;(2)采用序批式发酵法，35℃条件下，混合底物与产甲烷污泥VS比1:1混合，混合底物由稻草秸秆与剩余污泥按VS比1:1混合，在厌氧环境中进行厌氧消化实验。
所述步骤(2)在500mL血清瓶中加入混合底物和产甲烷污泥，混合底物与产甲烷污泥VS比1:1混合，混合底物由稻草秸秆与剩余污泥按VS比1:1混合，加水定容至500mL，最后向反应瓶中通入氮气，进行厌氧消化。
发明的技术原理：厌氧消化过程如图1所示。稻草秸秆组成中由于木质纤维素结构坚固难于被利用，且围绕在纤维素的外层作为保护层，阻碍了纤维素和半纤维素的水解，通常，为了提高秸秆利用率，选取一定预处理方式降低秸秆中木质素含量，稻草秸秆单独消化时，C/N比高;而剩余污泥进行单独厌氧消化时，其可生物降解物质较难溶出且有毒成分含量较高，导致产沼气效率较低。将餐厨垃圾和剩余污泥混合消化，既可稀释污泥中的有毒成分，又能促进物料中营养物质的平衡，从而提高消化速率。
本发明的有益效果：
(1)稻秸秸秆粉碎后经碱处理与污水处理厂的剩余污泥一定比例混合接种产甲烷污泥，本发明的工艺简单，易控制，无需外加营养物质，沼气产量明显高于单独消化过程，具有显著协同效应，增加厌氧发酵的经济效益。
(2)碱处理后的稻草秸秆厌氧消化性能提高。经碱处理后的稻草秸秆单独消化A组和混合消化C组的沼气产量分别为319.6mL/gVS和338.9mL/gVS，比未经碱处理B、D两组分别提高了25.88%和19.71%。稻草秸秆与剩余污泥混合消化相比单独消化具有协同效应，未处理混合消化D组沼气和甲烷产量比估计值分别提高了26.39%和24.79%，碱处理混合消化C组沼气和甲烷产量比估计值分别提高了34.5%和39.54%。
(3)沼气中平均甲烷体积分数在50%左右，其中，稻草秸秆未处理单独消化B组甲烷体积分数最低为46.89%，经碱处理A组略有增加，为49.48%，混合消化组中未处理D和碱处理C两组甲烷体积分数分别为50.06%和53.69%，剩余污泥单独处理E组甲烷体积分数最高为55.68%。经碱处理的稻草秸秆单独消化A组和混合消化C组VS去除率分别为74.43%和78.53%，比未处理的对应组B、D两组增加23.60%和19.41%。结果表明经碱处理或混合消化手段使得基质中更多的有机物被厌氧微生物利用，这也是碱处理和混合消化组沼气产量较高的原因。
(4)混合消化系统中，pH、氨氮、SCOD、VFA、蛋白质、碳水化合物浓度均维持在较佳范围内，未出现抑制情况，碱处理和混合消化组最佳;胞外蛋白酶、木聚糖酶和滤纸酶活性能够反映不同组别生物降解活性。
