申请日2016.12.29
公开(公告)日2017.04.26
IPC分类号C02F11/04
摘要
本发明涉及一种污泥厌氧消化的处理方法，包括下述步骤(1)调整污泥含固率为5‑10%;(2)将污泥加入厌氧消化罐中，加入量为消化罐容积的60%(v/v)，加入消化罐容积8‑10%(v/v)的产甲烷接种物，加水至消化罐容积的90%，调节pH至7.5‑7.7;(3)接种复合微生物菌剂，加入量为消化罐容积的0.5%‑1.2%(v/v)，搅拌均匀，封盖;(4)保持反应温度在25‑35℃左右，每10h搅拌一次，搅拌的同时添加硝酸稀土，反应36h。本发明方法可以大大提高同等体积污泥产生甲烷量，很好的提高了效率，增大了污泥利用率，使污泥更加资源化。
权利要求书
1.一种污泥厌氧消化的处理方法，其特征在于，包括下述步骤
(1)调整污泥使其含固率为5-10wt%;
(2)将含固率为5-10wt%的污泥加入厌氧消化罐中，加入量为消化罐容积的60%(v/v)，再加入消化罐容积8-10%(v/v)的产甲烷接种物，加水至消化罐容积的90%，调节pH至7.5-7.7;
(3)接种复合微生物菌剂，加入量为消化罐容积的0.5%-1.2%(v/v)，搅拌均匀，封盖;
(4)保持反应温度在25-35℃左右，每10h搅拌一次，搅拌的同时添加硝酸稀土，反应36h。
2.根据权利要求1的方法，所述产甲烷接种物选自沼气发酵液、粪坑沉渣或源自沼气池的厌氧活性污泥。
3.根据权利要求1-2的方法，所述硝酸稀土的加入量为按每克污泥中可挥发性固体(VSS)加入3.0-4.5μg硝酸稀土。
4.根据权利要求1-3所述的方法，所述硝酸稀土为硝酸镧或硝酸铈。
5.根据权利要求1-4所述的方法，所述复合微生物菌剂由混合菌液和载体组成，所述混合菌液由短小芽孢杆菌、阴沟肠杆菌、反硝化菌、脱氮副球菌、解淀粉芽孢杆菌、乳酸乳球菌制备。
6.根据权利要求1-5所述的方法，其特征在于：
所述短小芽孢杆菌为 (Bacillus pumilus)ATCC 27142;
所述阴沟肠杆菌为(Enterobacter cloacae)ATCC 700323;
所述反硝化菌为(Paracoccus pantotrophus)ATCC 35512;
所述脱氮副球菌为 (Paracoccus denitrificans) ATCC 13543;
所述解淀粉芽孢杆菌为(Bacillus amyloliquefaciens)ATCC 23843;
所述乳酸乳球菌为(Lactococcus lactis)ATCC 11454。
7.根据权利要求1-6所述的方法，所述载体由高岭土、壳聚糖按照重量比1：3混合而成，所述复合微生物菌剂为混合菌液和载体按照1：2的重量比混合制备生物制剂。
8.根据权利要求1-7所述的方法，其特征在于，所述混合菌液的制备方法如下：短小芽孢杆菌、阴沟肠杆菌、反硝化菌、脱氮副球菌、解淀粉芽孢杆菌、乳酸乳球菌分别培养至浓度为1×108个/ml的菌液，然后按照3:2:2:1:4:3的体积比混合，即得。
9.权利要求1-8所述方法用于污泥厌氧处理的用途。
说明书
一种污泥厌氧消化的方法
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种污泥厌氧消化的方法。
背景技术
随着我国城市化进程和小城镇建设步伐加快以及人口增加，公众对环境质量的要求日益提高，大量的污水处理厂不断建成并投入使用，随之而来的污泥量也越来越大。污泥是污水处理后的产物，是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体，污泥的主要特性是含水率高，有机物含量高，容易腐化发臭，并且颗粒较细，比重较小，呈胶状液态，它是介于液体和固体之间的浓稠物，可以用泵运输，但它很难通过沉降进行固液分离。目前行业内对于污泥的年产量统计虽然没有达成共识，但规模已经相当大，然而长期以来，我国存在着重废水处理，轻污泥处理的倾向，目前我国污泥处理处置主要有填埋、焚烧、投海及土地利用等传统处理模式。污水处理厂中污泥未经任何处理直接农用的约占60%以上，即使在设有消化池的污水处理厂，消化后的污泥也只是稍加脱水就直接农用或填埋。尽管国家花费了大量人力、物力和财力处理了污水，但由于未经恰当处理的这些污泥进入环境后，直接给水体和大气带来二次污染，对生态环境和人类活动构成了严重威胁。所以对污泥的减量化、稳定化、无害化和资源化的研究和实践都变得尤为重要和迫切。
通常污泥处理费用约占污水处理厂投资和运行费用的20%～40%，而污泥厌氧消化是国际上常用的污泥生物处理方法，同时，也是大型污水处理厂最为经济的污泥处理办法。它是一个多级过程,即污泥中的有机物(如蛋白质、脂肪、碳水化合物)被水解并在酸化阶段由不同的兼性菌群降解成短链状有机酸、醇、H2、CO2和醋酸,其中有机酸和醇进一步分解成乙酸,最后生成沼气。由此，污泥达到了稳定化和无害化，并可回收生物能源。泥通过厌氧消化,会使污泥的体积减少为原来的1/2～2/3，污泥脱水效果提高，水分与固体易于分离，稳定性增强，无明显的恶臭，有毒细菌减少。污泥的厌氧消化是使污泥实现“四化”的主要环节，首先，有机物被厌氧消化分解，可使污泥稳定化，使之不易腐败，其次，通过厌氧消化，大部分病原菌或蛐虫卵被杀灭或作为有机物被分解，使污泥无害化，第三，随着污泥被稳定化，将产生大量高热值的沼气，作为能源利用，使污泥资源化，最后，污泥经消化以后，其中的部分有机氮转化成了氨氮，提高了污泥的肥效。
污泥的厌氧消化过程中，虽然主要靠浓缩和脱水，但有机物被厌氧分解，转化成沼气，这本身也是一种消化过程，现有技术中，污泥产生沼气的过程主要依靠产甲烷菌对甲酸、乙酸和甲醇的消耗，而有机酸物质在依靠纤维素酶、蛋白质酶和脂肪酶等酶类对有机物的消化分解生成后，除去可以被产甲烷菌直接利用的甲酸、乙酸和甲醇，其它酸醇类的物质，例如丙酸和丁酸等均不能作为产甲烷菌产生甲烷的底物，无法被产甲烷菌分解利用，很大程度上造成资源浪费，导致产甲烷的效率大大降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种污泥厌氧消化的处理方法及其微生物菌剂。
1、选用污水处理厂剩余污泥，加水调整其总含固率为5-10%;
2、将第一步所得含固率为5-10%的污泥加入厌氧消化罐中，加入量为消化罐容积的60%(v/v)，加入消化罐容积8-10%(v/v)的产甲烷接种物，加水至消化罐容积的90%，调节pH至7.5-7.7;
所述产甲烷接种物选自沼气发酵液、粪坑沉渣或源自沼气池的厌氧活性污泥;
3、接种复合微生物菌剂，加入量为消化罐容积的0.5%-1.2%(v/v)，搅拌均匀，封盖;
4、保持反应温度在25-35℃左右，每10h搅拌一次，搅拌的同时添加硝酸稀土，反应36h;
所述硝酸稀土的加入量为按每克污泥中可挥发性固体(VSS)加入3.0-4.5μg硝酸稀土。
所述硝酸稀土均可选用硝酸镧(La(NO3)3·6H2O)、硝酸铈(Ce(NO3)3·6H2O)。
所述复合微生物菌剂包括混合菌液和载体，所述混合菌液由短小芽孢杆菌、阴沟肠杆菌、反硝化菌、脱氮副球菌、解淀粉芽孢杆菌、乳酸乳球菌制备。
所述短小芽孢杆菌为 (Bacillus pumilus)ATCC27142;
所述阴沟肠杆菌为(Enterobacter cloacae)ATCC 700323;
所述反硝化菌为(Paracoccus pantotrophus)ATCC 35512;
所述脱氮副球菌为 (Paracoccus denitrificans) ATCC13543;
所述解淀粉芽孢杆菌为(Bacillus amyloliquefaciens)ATCC 23843;
所述乳酸乳球菌为(Lactococcus lactis)ATCC 11454。
所述载体可为固体载体和/或液体载体。所述固体载体为矿物材料、生物材料和/或高分子化合物;所述矿物材料可为粘土、滑石、高岭土、蒙脱石、白碳、沸石、硅石、草炭土和硅藻土中的至少一种;所述生物材料为各类作物的秸秆、松壳、稻草、花生壳、玉米粉、豆粉、淀粉、草炭和动物的粪便中的至少一种;所述液体载体可为有机溶剂、植物油、矿物油或水;所述有机溶剂为癸烷和/或十二烷。
本申请选择载体由下述原料组成：高岭土、壳聚糖。
优选地，所述载体由高岭土、壳聚糖按照重量比1：3混合而成;
该载体可以保证在菌剂用于生物填料中附着性好的优点，还具有来源广泛、成本低廉、使用方便、保藏期长、制备方法简单等优点。
所述复合微生物菌剂为混合菌液和载体按照1：2的重量比混合制备生物制剂;
所述混合菌液的制备方法如下：短小芽孢杆菌、阴沟肠杆菌、反硝化菌、脱氮副球菌、解淀粉芽孢杆菌、乳酸乳球菌分别培养至浓度为1×108个/ml的菌液，然后按照3:2:2:1:4:3的体积比混合，即得;
本发明所述菌种均可以从美国模式培养物集存库(ATCC)购买得到。
本领域技术人员可以根据常识选择合适的培养基及扩大培养方法，使活菌数达到108个/克，以及按照常规制备微生物固体制剂的方法制备。
本发明的复合菌剂能够快速增殖，从而减少初始成本，适应性强，将各种能形成优势菌群的菌种，配制成高效微生物制剂，按一定量投加到污泥处理系统中，加速微生物对污泥的降解，以提高系统的生物处理效率，保证系统稳定运行。微生物制剂中的各菌种之间合理配伍，共生协调，互不拮抗，其制备方法简便，方法易行，其操作简便，利于工业化生产;本发明的处理工艺操作方法简单，减少了资源浪费，投入较少，降低了处理成本。
本发明通过添加硝酸稀土实现对反硝化速率的提升，充分利用了生物法与化学法的优势，使得反硝化菌的反硝化速率达到2mgNO3--N/(mg VSS·d)以上，从而实现了对反硝化菌脱氮性能的提升，实现了厌氧体系的同时反硝化产甲烷。
本发明菌剂中短小芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌在培养过程中可以产生大量纤维素酶、淀粉酶，产生的酶可以有效的对污泥中的有机物进行分解消化;乳酸乳球菌其代谢产物是乳酸和乙酸，能够将有机物被酶分解后无法被产甲烷菌利用的丙酸等有机酸转化为乙酸，从而使产甲烷菌可以将其利用，产生甲烷气体，可以大大提高同等体积污泥产生甲烷量，很好的提高了效率，增大了污泥利用率，各菌种之间相互协同，创造适宜的氧化还原条件，并清除有毒物质，解除反馈抑制，创造热力学上的有利条件，使污泥利用更加资源化。
具体实施方式
实施例1
制备复合微生物制剂，所述复合微生物菌剂由混合菌液和载体组成，所述混合菌液由短小芽孢杆菌、阴沟肠杆菌、反硝化菌、脱氮副球菌、解淀粉芽孢杆菌、乳酸乳球菌制备。
所述短小芽孢杆菌为 (Bacillus pumilus)ATCC27142;
所述阴沟肠杆菌为(Enterobacter cloacae)ATCC 700323;
所述反硝化菌为(Paracoccus pantotrophus)ATCC 35512;
所述脱氮副球菌为 (Paracoccus denitrificans) ATCC13543;
所述解淀粉芽孢杆菌为(Bacillus amyloliquefaciens)ATCC 23843;
所述乳酸乳球菌为(Lactococcus lactis)ATCC 11454。
所述载体由高岭土、壳聚糖按照重量比1：3混合而成;
所述复合微生物菌剂为混合菌液和载体按照1：2的重量比混合制备生物制剂;
所述混合菌液的制备方法如下：短小芽孢杆菌、阴沟肠杆菌、反硝化菌、脱氮副球菌、解淀粉芽孢杆菌、乳酸乳球菌分别培养至浓度为1×108个/ml的菌液，然后按照3:2:2:1:4:3的体积比混合，即得;
本发明所述菌种均可以从美国模式培养物集存库(ATCC)购买得到。
本领域技术人员可以根据常识选择合适的培养基及扩大培养方法，使活菌数达到108个/克，以及按照常规制备微生物固体制剂的方法制备。
实施例2
污泥样本来自某污水处理厂，按照下述步骤处理
1、调整污泥使其含固率为8%;
2、将第一步所得含固率为8%的污泥加入厌氧消化罐中，加入量为消化罐容积的60%(v/v)，加入消化罐容积8%(v/v)的产甲烷接种物，加水至消化罐容积的90%，调节pH至7.5-7.7;
所述产甲烷接种物为沼气发酵液;
3、接种复合微生物菌剂，加入量为消化罐容积的1%(v/v)，搅拌均匀，封盖;
4、保持反应温度在30℃，每10h搅拌一次，搅拌的同时添加硝酸稀土，反应36h;
所述硝酸稀土的加入量为按每克污泥中可挥发性固体(VSS)加入3μg硝酸稀土，共添加3次。
所述硝酸稀土为硝酸铈(Ce(NO3)3·6H2O);
所述微生物制剂采用实施例1制备的制剂。
处理效果如表1：
表1 污泥处理效果
实施例3 菌剂成分对甲烷增量实验的影响
首先从取200kg某污水处理厂污泥，将其等分为五份，每份为40kg。
将等分的五份污泥分别置于五个相同的密闭反应容器中，分别标记为实验组，对照1组，对照2组，对照3组，空白对照组。
实验组：取实施例一制备的微生物菌剂，按照污泥1%的重量比，接种至实验组的反应容器中，维持厌氧环境消化反应12h后，使用甲烷测量仪对反应容器内甲烷产生量进行测量;
对照1组：将实施例1中微生物菌剂去掉反硝化菌，其余均相同，加入至反应容器中，维持厌氧环境消化反应12h后，使用甲烷测量仪对反应容器内甲烷产生量进行测量;
对照2组：将实施例1中微生物菌剂去掉阴沟肠杆菌和脱氮副球菌，其余均相同，按照污泥1%的重量比，加入至反应容器中，维持厌氧环境消化反应12h后，使用甲烷测量仪对反应容器内甲烷产生量进行测量;
对照3组：将实施例1中微生物菌剂去掉解淀粉芽孢杆菌、乳酸乳球菌菌，其余均相同，按照污泥1%的重量比，加入至反应容器中，维持厌氧环境消化反应12h后，使用甲烷测量仪对反应容器内甲烷产生量进行测量;
空白对照组加等量水。
测量结果如表2所示：
表2 甲烷产生量测定
实验组对照1组对照2组对照3组空白对照组初始产气时间2h6h7h4.5h12h甲烷含量m338.717.515.319.53.5
实验组中甲烷含量远大于对照组。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方式对本案作了详尽的说明，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所作的修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。