一種提高人糞厭氧產沼氣性能的方法

2023-05-27 05:47:16 4

專利名稱：一種提高人糞厭氧產沼氣性能的方法
技術領域：
本發明屬於有機固體廢物處理領域，具體的為涉及一種提高人糞厭氧產沼氣性能的方法。
背景技術：
中國是世界上產生有機廢物最多的國家，其中每年產生2141萬噸的人糞、2200萬噸的汙泥。這些有機廢物如不進行有效地處理，將對人類健康和生態環境造成極大的危害。目前，人糞的處理主要以無害化和肥料化研究為主，如專利1850736A公開了城市人糞製取肥料的處理方法，通過對人糞的分離、造粒、滅菌和乾燥等步驟實現人糞的有效利用。但是該方法需要專門設備，投資較大，而且產品應用有限。厭氧消化是一種可以將有機廢物進行 無害化處理並能將其轉化為清潔能源的技術，是未來有機廢物處理的主要發展方向之一。然而，目前對人糞厭氧消化的研究較少，如張翠麗等研究了溫度對人糞厭氧消化的影響，表明人糞在25°C條件下其產氣最好，達到30. 2L (《溫度對4種不同糞便厭氧消化產氣效率及消化時間的影響》[J].農業工程學報，2008，24(7) :209-212.)。但是，這些處理方式對人糞無害化效果不好，而且其厭氧消化產氣量較低。單獨的人糞物料比較容易酸化，致使厭氧消化體系中揮發性有機酸(VFA)積累，pH下降，進而抑制產甲烷菌生理活性，從而導致其產氣性能降低，甚至厭氧消化失敗，不能完全滿足大規模的沼氣生產需要。因此，為了提高人糞物料的厭氧消化效率，可以將其與其他有機物料聯合進行厭氧消化。汙泥是一種有機物含量聞、含水率聞、pH較聞的有機廢物。因此，本發明考慮將人糞與汙泥混合調節，控制適宜的PH值和啟動條件進行厭氧消化。該方法不僅能克服單一物料厭氧消化的不足，同時可以改善厭氧微生物所需的營養元素，使各種原料互相彌補各自缺點，產生優勢互補，使其優勢最大化，共同提高沼氣產量。

發明內容
本發明目的在於能夠提供一種提高人糞產沼氣性能的方法，本發明提出的人糞和汙泥混合的方法，可以是混合物料達到適宜的PH值和啟動條件，並且改善微生物生存所需的營養元素，該方法可以解決單一人糞原料厭氧消化存在的問題，從而為工程實踐和提高產氣量提供依據。本發明提供了一種提高人糞產沼氣性能的方法，其特徵在於
將人糞和經過離心或沉降倒掉上清液後的汙泥以總固體質量比1:0. 5-2的比例在厭氧消化反應器中充分混合進行厭氧發酵，以下比例如無說明均為總固體(TS)質量比；所加接種汙泥量為13000-17000 mg/L，優選範圍14000-16000 mg/L，加水定容使反應器中物料的負荷為50gTS/L-80gTS/L，處於厭氧消化最佳範圍，封閉厭氧消化反應器，反應溫度控制低溫、中溫或高溫某一條件下，厭氧消化過程中提供繼續攪拌或人工混合，12小時內即可產生沼氣。進一步特徵在於人糞可以是新鮮人糞或化糞池糞便，化糞池糞便經過離心處理或沉降處理。進一步特徵在於汙泥可以是初沉汙泥，剩餘汙泥和脫水汙泥，初沉汙泥和剩餘汙泥經過離心處理或沉降處理。進一步特徵在於離心和沉降的目的是達到反應要求的負荷，離心和沉降完畢的特徵是總固體大於要求的負荷。進一步特徵在於所述的發酵時間持續25天以上，優選持續30天以上，進一步優選持續40天以上。每天計量產氣量以及氣體成份，當CH4含量達到50%以上時，認為進入甲烷化階段。經過25-40天厭氧消化，當產氣量明顯下降，當日產 氣量低於反應器體積的5%-10%時，認為厭氧消化產氣結束。將易酸化的人糞物料和鹼度高的市政汙泥混合厭氧發酵，分別在50 gTS/L、65gTS/L、80 gTS/L的有機負荷條件下進行厭氧消化，人糞和經過離心或沉降倒掉上清液後的汙泥以1:0. 5-2的比例充分混合進行厭氧發酵，推薦的比例人糞和初沉汙泥以1:1混合，所加汙泥量為；15000mg/L，此時產氣性能最優，此時反應體系中並沒有出現揮發性有機酸(VFA)積累,產氣穩定。消化液的氨氮值為71 mg/L -160 mg/L,不會對厭氧消化造成抑制。本發明的工藝簡單，可操作性強；該方法將人糞和離心或沉降後的汙泥混合厭氧消化，不但同時處理了兩種及以上的有機固體廢物，而且提高了各種物料混合厭氧消化中生物質的生物轉化率，提高了人糞的產氣性能。


圖I :不同物料單日產氣量；
圖2 :不同物料累積產氣量；
圖3 :不同物料單位VS產氣量。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明進行進一步的闡述
實施例I
人糞和初沉汙泥不同比例混合厭氧消化產沼氣性能
將人糞和離心或沉降後的初沉汙泥按總固體質量比I: O、I: I、2:1、1:2、O: I的比例(其中1:0和O: I分別為純汙泥和純人糞)充分混合；
將所得的混合物質放入2L的錐形瓶厭氧消化反應器中，接種汙水處理廠消化汙泥，充分混合，接種汙泥的添加量為13000-17000mg/L (質量以TS計)，優選15000mg/L加水定容到I. 5L工作體積；
調節反應器中物質的有機負荷分別為50gTS/L、65gTS/L、80gTS/L，此時共3個負荷，每個負荷5種比例。用橡膠塞封閉錐形瓶厭氧消化反應器，反應器出氣口通過輸氣管與排水記氣的裝置相連，反應溫度通過水浴控制在(35±2)°C，厭氧消化過程中通過人力提供每天兩次的充分攪拌，12小時內即可產生沼氣。經過30-40天厭氧消化，產氣量明顯下降，當日產氣量低於反應體積的5%_10%時，認為厭氧消化產氣結束。
每天計量儲氣瓶中的沼氣產量，日產氣量圖與累積產氣量圖見圖1、2;單位VS產氣量見圖3。單位V S產氣量表示每克揮發性有機物質的產氣量，一般用來衡量物料的產沼氣性能。結果表明以初沉汙泥和人糞乾物質比例為1:1的累積產氣量最高，其中50gTS/L下的單位VS產氣量可以達到498. 6ml，為所有比例和負荷中的最大值。反應器的氨氮值為616mg/L-1918mg/L，在有益範圍之內，鹼度值為2920mg/L -19800mg/L，有很好的系統緩衝能力。
當理解的是，本發明的具體實施例僅僅是出於示例性說明的目的，其不以任何方式限定本發明專利的保護範圍，本領域的技術人員可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬於本發明專利所附權利要求的保護範圍。
權利要求
1.一種提高人糞厭氧消化產沼氣的方法，其特徵在於將人糞與離心和/或沉降處理後的汙泥按總固體質量比1:0. 5-2的比例混合；混合後的物料放入厭氧消化反應器中，力口入接種汙泥，所用的接種汙泥是汙水處理廠和/或沼氣站的消化汙泥，其PH值為7. 0-8. 2，總固體TS為3%-13%，氨氮值小於2000mg/L，優選為100_800mg/L，攪拌使物料混合，接種汙泥的添加量為13000-17000mg/L ;加水定容使反應器中物質的濃度為50g_80gTS/L，控制進料PH為7. 2-7. 6，進行或者不進行碳氮比調節，封閉厭氧消化反應器，反應溫度介於13-57°C之間，厭氧消化過程中提供繼續攪拌或人工混合。
2.根據權利要求I所述的產沼氣的方法，其特徵在於人糞可以是新鮮人糞或化糞池糞便，化糞池糞便經過離心處理或沉降處理。
3.根據權利要求I所述的產沼氣的方法，其特徵在於汙泥選自是初沉汙泥、剩餘汙泥和/或脫水汙泥，初沉汙泥和剩餘汙泥經過離心處理或沉降處理。
4.根據權利要求I所述的產沼氣的方法，其特徵在於所述的發酵時間持續25天以上，優選持續30天以上,進一步優選持續40天以上。
5.根據權利要求I所述的產沼氣的方法，其特徵在於混合物料的鹼度值大於2000mg/L，優選為 2850mg/L _8690mg/L。
6.根據權利要求I所述的產沼氣的方法，其特徵在於控制反應器溫度保持基本恆定，較好的溫度控制範圍為低溫(13_17°C )中溫(33-37°C )或高溫(53_57°C )，優選為高溫。
全文摘要
本發明公開了一種提高人糞厭氧產沼氣性能的方法，該方法將人糞與離心或沉降後的汙泥按總固體質量比1:2-2:1混合，混合後的物料放入厭氧消化反應器中，加入接種汙泥在低溫、中溫或高溫條件下進行反應。該方法工藝簡單，可操作性強，同時處理兩種及以上的多種有機固體廢物，單位揮發性固體產氣量比單獨人糞提高4.7-6.8倍。
文檔編號C02F11/04GK102964044SQ201210533459
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月12日 優先權日2012年12月12日
發明者李秀金, 劉茹飛, 鄒德勳, 袁海榮, 朱保寧 申請人:北京化工大學