一种市政污泥和垃圾混合发酵高效生产氢气和甲烷的方法.pdf

一种市政污泥和垃圾混合发酵高效生产氢气和甲烷的方法，其特征是采用污水厂的厌氧消化活性污泥和经过加热处理并活化的厌氧活性污泥分别作为产甲烷种泥、产氢种泥，将市政污泥和垃圾按一定比例混合，加入石灰，置于碱解反应器中进行碱解，将碱解后的混合物和产氢种泥泵入产氢反应器进行产氢反应，收集产生的含有氢气的生物气，将产氢后的剩余混合物和产甲烷种泥泵入产甲烷反应器混合反应生产甲烷。既能获取高热值、洁净能源氢气和甲烷，实现废物资源化，又解决了市政污泥和垃圾对环境的污染问题。各反应器可序批式运行，也可连续运行，所需设备简单，操作方便，成本低廉。

1、  一种市政污泥和垃圾混合发酵高效生产氢气和甲烷的方法，其特征是采用如下处理、生产工艺：
(1)种泥准备：产甲烷种泥采用污水厂厌氧消化活性污泥，产氢种泥是利用污水厂厌氧消化活性污泥经过加热处理并活化得到，即取厌氧消化活性污泥风干、磨碎、过筛，在105℃下加热2h，杀灭非芽孢菌产甲烷菌，将经加热处理过的厌氧活性污泥加入3g/L葡萄糖营养溶液中，调pH至6.5，35℃下活化24h而制成产氢种泥；
(2)碱解：将去除其中不可降解有机物后的垃圾进行粉碎、过筛，取石灰，粉碎、过筛，采用污水厂的初沉污泥、剩余污泥、浓缩污泥或脱水污泥，将上述污泥、垃圾和石灰装入碱解反应器并混合，使混合物的碳氮比C/N保持在10-30，石灰和有机物比值CaO/VS保持在0.05-0.2，含水率保持在85％-99％，碱解反应时间为0.5-3d；
(3)产氢：将碱解后的混合物泵入产氢反应器，按种泥与底物体积比为0.1-0.5的比例加入产氢种泥，搅拌混合，启动产氢反应器，温度30℃-60℃，反应时间3-8d；
(4)产甲烷：将产氢后的剩余混合物泵入产甲烷反应器，按种泥与底物体积比为0.1-0.5的比例加入产甲烷种泥，搅拌混合，启动产甲烷反应器，温度30℃-60℃，反应时间7-15d。

一种市政污泥和垃圾混合发酵高效生产氢气和甲烷的方法
技术领域
本发明涉及一种废物资源化技术，特别是一种市政污泥和垃圾混合发酵高效生产氢气和甲烷的方法。
背景技术
目前，对市政污泥和垃圾通常是采用填埋、农用或焚烧等方法进行处理、处置。但由于我国大部分城市生活垃圾中水分占40％～60％，其干固体中有机成分只占30％～55％；城市污水处理厂产生的污泥含水率达85％～99.5％，其干固体中有机物含量40％-60％，垃圾和污泥热值普遍低于4000kJ/kg，并不适宜于焚烧处理。当垃圾和污泥中重金属含量较高时，也不适合农用。因此多数垃圾都采用填埋处理，但对地下水和大气环境的二次污染问题不容忽视；而污泥要进行填埋处理，还需进一步脱水，更是麻烦、成本高。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述的技术问题，为市政污泥和垃圾的处理提供一种更有价值的资源化方法，即市政污泥和垃圾混合发酵高效生产氢气和甲烷的方法。
为实现上述发明目的，本发明采用的具体生产方法如下：
1、种泥准备：产甲烷种泥采用污水厂厌氧消化活性污泥。产氢种泥是利用污水厂厌氧消化活性污泥经过加热处理并活化得到，即取厌氧消化活性污泥风干、磨碎、过筛，在105℃下加热2h，杀灭非芽孢菌产甲烷菌。将经加热处理过的厌氧活性污泥加入3g/L葡萄糖营养溶液中，调pH至6.5，35℃下活化24h而制成产氢种泥。
2、碱解：将去除其中不可降解有机物后的垃圾进行粉碎、过筛，取石灰，粉碎、过筛，采用污水厂的初沉污泥、剩余污泥、浓缩污泥或脱水污泥，将上述污泥、垃圾和石灰装入碱解反应器并混合，使混合物的碳氮比C/N保持在10-30，石灰和有机物比值CaO/VS保持在0.05-0.2，含水率保持在85％-99％，碱解反应时间为0.5-3d。
3、产氢：将碱解后的混合物泵入产氢反应器，按种泥与底物体积比为0.1-0.5的比例加入产氢种泥，搅拌混合，启动产氢反应器，温度30℃-60℃，反应时间3-8d。
4、产甲烷：将产氢后的剩余混合物泵入产甲烷反应器，按种泥与底物体积比为0.1-0.5的比例加入产甲烷种泥，搅拌混合，启动产甲烷反应器，温度30℃-60℃，反应时间7-15d。
正常运行后，产氢反应器和产甲烷反应器在排出器内混合物时，均可分别留出一定比例的混合物作为下一批反应的产氢种泥和产甲烷种泥。
本发明由于采用以上工艺方法，利用市政污泥和垃圾作原料，采用石灰碱解强化产氢和产甲烷过程，获取高热值、洁净能源氢气和甲烷，实现废物资源化，解决市政污泥和垃圾对环境的污染问题。将含氮丰富的市政污泥与含碳丰富的市政垃圾进行混合发酵，有利于厌氧微生物的生理代谢，同时通过加入石灰，可强化市政污泥和垃圾的碱解，有利于提高市政污泥和垃圾中有机成分的降解率，强化产氢和产甲烷效应，氢气产率最高可达52mL/gVS，甲烷产率最高可达103mL/gVS，分别比不加石灰时提高2-4倍和2-3倍。在两相厌氧消化系统前端只需加设一台小型碱解反应器，只需向其中加入廉价易得的石灰，而不必向产氢反应器和产甲烷反应器另加酸碱等化学药剂，即可实现市政污泥和垃圾混合发酵高效生产氢气和甲烷，各反应器可序批式运行，也可连续运行，所需设备简单，操作方便，成本低廉。
附图说明
图1为本发明所采用的实验装置。
其中：1.碱解反应器，2.产氢反应器，3.产甲烷反应器，4-8.泥浆泵。
具体实施方式
实施例1：碱解反应器中，C/N＝30，CaO/VS＝0.1，含水率＝95％，时间1d。产氢反应器中，种泥与底物体积比为0.1，温度55℃，时间8d。产甲烷反应器中，种泥与底物体积比为0.2，温度35℃，时间9d。得到的氢气产率为23mL/gVS，甲烷产率为67mL/gVS。
实施例2：碱解反应器中，C/N＝10，CaO/VS＝0.05，含水率＝85％，时间3d。产氢反应器中，种泥与底物体积比为0.3，温度40℃，时间5d。产甲烷反应器中，种泥与底物体积比为0.4，温度40℃，时间14d。得到的氢气产率为40mL/gVS，甲烷产率为84mL/gVS。
实施例3：碱解反应器中，C/N＝20，CaO/VS＝0.2，含水率＝90％，时间2d。产氢反应器中，种泥与底物体积比为0.3，温度35℃，时间8d。产甲烷反应器中，种泥与底物体积比为0.3，温度35℃，时间15d。得到的氢气产率为52mL/gVS，甲烷产率为103mL/gVS。
实施例4：碱解反应器中，C/N＝15，CaO/VS＝0.15，含水率＝95％，时间0.5d。产氢反应器中，种泥与底物体积比为0.5，温度35℃，时间3d。产甲烷反应器中，种泥与底物体积比为0.3，温度40℃，时间10d。得到的氢气产率为44mL/gVS，甲烷产率为93mL/gVS。