基于游离氨预处理的污泥厌氧发酵产甲烷的方法和装置

技术领域

本发明涉及固体废弃物资源化和新能源的技术领域，尤其涉及一种基于游离氨预处理的污泥厌氧发酵产甲烷的原位沼气升级方法和装置。

背景技术

在城市水环境处理工艺中，城市污泥无害化处置率达到90％。随着处理工艺的不断升级以及新型能源的发展变化，城市污泥资源化逐渐成为新的关注热点。

沼气是通过污泥中有机物的厌氧发酵降解产生的，能够部分代替天然气和化石燃料的可再生能源；生物甲烷在供热和发电以及作为车辆燃料方面提供了多种应用。目前，通过厌氧发酵产生甲烷是城市污泥资源的首选技术途径，但是由于污泥中的有机质被胞外聚合物囊裹和胞壁束缚，难以利用和转化为甲烷，低甲烷产率和浓度限制了污泥资源化和高值化利用。

在现有的污泥资源化技术中，通过污泥预处理加速有机质溶出和强化产甲烷，仍然是提高甲烷产率、实现污泥资源化的关键核心技术。目前，提高甲烷产率的方法主要集中在污泥预处理技术研究。通过污泥的高温热水解预处理，能有效提高甲烷产率，但对设备工艺水平要求高、初始投入大。通过预处理可以有效破坏污泥胞外聚合物、胞壁等保护类物质实现溶胞破壁，促进胞内外有机物的释放，提高污泥的水解率、生物可降解性，从而加速反应进行和厌氧消化进程，最终提高甲烷产率。但大部分预处理方法仍需输入大量能量或化学品，降低了污泥的回收效益，阻碍了规模化的应用。

发明内容

为至少部分地解决上述提及的技术缺陷中的至少之一，本发明的实施例主要提供一种基于游离氨预处理的污泥厌氧发酵产甲烷的原位沼气升级方法和装置，通过预处理过程中游离氨破坏发酵基质中有机质的胞外聚合物的胞内外的质子、钾离子浓度平衡，促使胞外聚合物的胞内小分子有机物在氨渗透压的作用下，穿透细胞壁进行释放，加速有机物在水解阶段的溶出。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面的实施例，提供了一种基于游离氨预处理的污泥厌氧发酵产甲烷的原位沼气升级方法，包括：将游离氨调制溶液加到预处理单元的待预处理污泥中，在使游离氨浓度达到200～1500mg/L后，进行12～36h静置处理，得到pH值为6.5～8.3、游离氨浓度为380～580mg/L的发酵基质；以及将上述发酵基质输入接种有厌氧消化污泥的厌氧生物反应器进行发酵，以产生以甲烷为主(体积占地大于80～85％)的沼气。

作为本发明的另一个方面的实施例，提供了一种用于执行上述基于游离氨预处理的污泥厌氧发酵产甲烷的原位沼气升级方法的装置，包括：预处理单元，适用于将游离氨调制溶液加到待预处理污泥中，在使游离氨浓度达到200～1500mg/L后，进行12～36h静置处理，得到pH值为6.5～8.3、游离氨浓度为380～580mg/L的发酵基质；以及厌氧生物反应器，厌氧生物反应器的进水口与预处理单元的出水口通过第一进水泵相连通，厌氧生物反应器适用于接收预处理单元的发酵基质，并接种厌氧消化污泥来使发酵基质进行发酵，产生以甲烷为主(体积占地大于80～85％)的沼气。

本发明上述实施例提供的基于污泥厌氧发酵产生甲烷的原位沼气升级方法和装置，通过含有游离氨碱性溶液的处理，破坏发酵基质中囊裹有机质的胞外聚合物和胞壁处胞内外的质子、钾离子浓度平衡，促使胞内小分子有机物在氨渗透压的作用下，穿透细胞壁进行释放，得到发酵基质；其中，游离氨还适用于弱化乙酸型产生甲烷的途径，对氢营养型产生甲烷的途径进行同步调控以转化成乙酸的积累-消耗过程，基于发酵体系中游离氨对于发酵产生的二氧化碳的固定作用，提高所形成的碳酸盐缓冲体系对pH值的缓冲作用，建立稳定的发酵体系，同时，由于二氧化碳被固定于微碱性的发酵体系中也可促进利用二氧化碳和氢气来发酵产甲烷的氢营养型产甲烷过程，从而极大地提高了基于污泥厌氧发酵产生甲烷的效率、浓度。

附图说明

图1为根据本发明实施例的基于游离氨预处理的污泥厌氧发酵产甲烷的原位沼气升级方法的简易工艺流程示意图；

图2为根据本发明实施例的用于执行基于游离氨预处理的污泥厌氧发酵产甲烷的原位沼气升级方法的装置的示意图；

图3为根据本发明的一种示例性实施例的连续实验-预处理前后污泥厌氧发酵产生甲烷的数据折线图。

附图标记：

1-预处理单元；

1-1预处理单元的出水口；

2-厌氧生物反应器；

2-1厌氧生物反应器的进水口；

2-2厌氧生物反应器的气体循环入口；

2-3厌氧生物反应器的水浴循环保温层；

2-4第一级三相分离器；

2-5厌氧生物反应器的气体循环出口；

2-6第二级三相分离器；

2-7排气口；

2-8厌氧生物反应器的出水口；

3-生物膜池；

3-1生物膜池的气体循环入口；

3-2生物膜池的进水口；

3-3生物膜池的气体循环出口；

3-4生物膜池的出水口；

3-5陶瓷膜；

4-沼气计；

5-甲烷计；

6-可编程逻辑控制器(PLC)。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

图1为根据本发明实施例的基于污泥厌氧发酵产甲烷的原位沼气升级方法的简易工艺流程示意图。

在本发明的一些实施例中，参见图1，厌氧生物反应器2的出口端包括厌氧生物反应器2的气体循环出口和厌氧生物反应器2的出水口，其中厌氧生物反应器2的气体循环出口通过设有第一沼气循环泵的管路与生物膜池3的内部的膜组件相连，厌氧生物反应器2的出水口通过设有出水泵的管路与生物膜池3的进水口连通。生物膜池3的出口端包括生物膜池3的气体循环出口和生物膜池3的出水口，其中生物膜池3的气体循环出口通过设有第二沼气循环泵的管路与厌氧生物反应器2的气体循环入口相连，生物膜池3的出水口的管路设有出水泵。

参照图1，待预处理污泥在预处理单元1中经过游离氨调制溶液处理后进行静置处理，得到pH值为6.5～8.3、游离氨浓度为380～580mg/L的发酵基质；接着将经过游离氨预处理的发酵基质输入到厌氧生物反应器2中进行发酵，以产生以甲烷为主(体积占地大于80～85％)的沼气；厌氧生物反应器2的沼气通过管路进入到生物膜池3，生物膜池3的沼气通过管路输送到厌氧生物反应器2，进而形成沼气的循环以及沼气中二氧化碳的循环截留。

根据本发明一个方面的实施例，提供了一种基于游离氨预处理的污泥厌氧发酵产甲烷的原位沼气升级方法，包括：步骤1)：将游离氨调制溶液加到预处理单元的待预处理污泥中，在使游离氨浓度达到200～1500mg/L后，进行12～36h静置处理，得到pH值为6.5～8.3(例如，6.98、7.16、7.23、7.32、7.41、7.48、7.58)、游离氨浓度为380～580mg/L(例如380mg/L、400mg/L、460mg/L、580mg/L)的发酵基质；以及步骤2)将来自于预处理单元的发酵基质输入接种有厌氧消化污泥的厌氧生物反应器进行发酵以产生以甲烷为主(体积占地大于80～85％)的沼气。

本发明上述实施例提供的基于游离氨预处理的污泥厌氧发酵产甲烷的原位沼气升级方法，通过含有游离氨碱性溶液的处理，破坏发酵基质中囊裹有机质的胞外聚合物和胞壁处的胞内外的质子、钾离子浓度平衡，促使胞内小分子有机物在氨渗透压的作用下，穿透细胞壁进行释放，得到预处理污泥；其中，游离氨还适用于弱化乙酸型产生甲烷的途径，对氢营养型产生甲烷的途径进行同步调控以转化成乙酸的积累-消耗过程，基于发酵体系中游离氨对于发酵产生的二氧化碳的固定作用，提高碳酸盐缓冲体系对pH值的缓冲作用，建立稳定的发酵体系。

根据本发明的实施例，步骤1)中待预处理污泥为来源于污水处理中高效沉淀池的浓缩污泥，其中的总固体(TS)为29.51±2.95mg/L，挥发性固体(VS)为19.08±1.79mg/L，未进行其他处理，以便于后续直接进行工程性应用；发酵基质能够在厌氧生物反应器内直接进行发酵的pH值优选为7.5～7.8。将经过预处理的发酵基质输入厌氧生物反应器进行反应时，输送单元预处理单元的液位不低于中心位置。

根据发明的实施例，步骤1)具体包括：步骤1A)将游离氨调制溶液加到预处理单元的待预处理污泥中，得到pH为7.5～8.6，游离氨浓度为200～1500mg/L的预处理基质；以及步骤1B)将上述预处理基质在20℃～40℃进行静置12～36，得到pH值为6.5～8.3、游离氨浓度为380～580mg/L的上述发酵基质。

根据本发明的实施例，步骤1A)中游离氨调制溶液包括游离氨以及选自氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种碱。根据本发明的实施例，游离氨是铵(NH

根据本发明的实施例，碱性氯化铵溶液的pH值为8.05～8.35(例如，8.12、8.16、8.23、8.27、8.29、8.34)，优选8.27，游离氨的浓度为200～1500mg/L(例如，230mg/L、290mg/L、370mg/L、480mg/L、595mg/L、1000mg/L)。根据本发明的实施例，步骤1A)中加入游离氨调制溶液后得到的预处理基质的pH值为7.5～8.6，例如可以是7.6、7.8、8.0、8.4等，游离氨浓度为200～1500mg/L，例如可以是400mg/L、420mg/L、500mg/L、800mg/L、1000mg/L等，优选为400mg/L。

根据本发明的实施例，步骤1B)中在温度为20℃～40℃(例如，23.5℃、28.5℃、32.5℃、36.5℃、39.5℃)的条件下执行12～36h(例如，3.6h、8，.6h、12.8h、16.9h、23.8h)的静置处理。在静置处理24h后液相中有机物已能达到较高的释放水平，优选地，pH约为7.5～7.8的发酵基质可以直接进行厌氧发酵。

根据本发明的实施例，在将上述发酵基质输入接种有厌氧消化污泥的厌氧生物反应器进行发酵之前，还包括厌氧状态调节的操作：在静置处理后将惰性气体通入到厌氧生物反应器，以使发酵基质保持厌氧状态。

根据本公开的实施例，基于游离氨预处理的污泥厌氧发酵产甲烷的原位沼气升级方法还包括，将厌氧生物反应器内的出水输送到生物膜池，以继续进行发酵，并使生物膜池的出水与污泥相分离，实现污泥资源化和沼气生产；将厌氧生物反应器内的沼气输送到生物膜池，以进一步吸收沼气中的二氧化碳，并对生物膜池的膜组件进行曝气控制膜污染；以及将生物膜池中的沼气再次回送到厌氧生物反应器，以构成沼气的循环以及沼气中二氧化碳的循环截留吸收。

根据本发明的实施例，由于自厌氧生物反应器输送到生物膜池的出水仍保留部分有机物、部分二氧化碳和游离氨等物质，在生物膜池仍可以继续厌氧发酵产甲烷，对出水中的有机物或污泥浓度起到进一步降低作用，而沼气通过循环的方式不仅可以对生物膜池中的膜组件进行曝气以降低膜污染，还可以在厌氧生物反应器中更多地循环截留二氧化碳，从而可以提纯沼气，并强化厌氧生物反应器中利用二氧化碳和乙酸、有机物等分解出的氢进行产甲烷的氢营养型产甲烷途径。

根据本发明的实施例，生物膜池内的膜组件可以为垂直于生物膜池底的方向上间隔地设置的多个陶瓷膜，陶瓷膜适用于缓冲沼气循环对反应器发酵体系的影响以及截留沼气中的有机物和污泥，以降低经过生物膜池的出水的化学需氧量。

根据本发明的实施例，还提供了一种用于执行上述基于游离氨预处理的污泥厌氧发酵产甲烷的原位沼气升级方法的装置，包括：预处理单元1，适用于将游离氨调制溶液加到待预处理污泥中，在使游离氨浓度达到200～1500mg/L后，进行12～36h静置处理，得到pH值为6.5～8.3、游离氨浓度为380～580mg/L的发酵基质；以及厌氧生物反应器2，所述厌氧生物反应器的进水口2-1与预处理单元1的出水口1-1通过第一进水泵相连通，厌氧生物反应器2适用于接收预处理单元1的发酵基质，并接种厌氧消化污泥来使上述发酵基质进行发酵，产生以甲烷为主(体积占地大于80～85％)的沼气。

参照图2所示的根据本发明实施例的执行上述基于污泥厌氧发酵产生甲烷的原位沼气升级方法的装置的示意图。

根据本发明的实施例，参见图2，上述装置包括预处理单元1和厌氧生物反应器2。预处理单元1具体适用于将游离氨调制溶液加入到预处理单元1中的待预处理污泥中，得到pH为7.5～8.6，游离氨浓度为200～1500mg/L的预处理基质，将上述预处理基质在20℃～40℃进行12～36h的静置处理，得到加速水解过的发酵基质。

根据本发明的实施例，进一步地，厌氧生物反应器中通过第一级三相分离器2-4、第二级三相分离器2-6的作用多次将污泥中的水、大颗粒物质和气体进分离，使得厌氧发酵过程的产物沼气到达厌氧生物反应器2的排气口2-7排出。排出的气体经过水溶液的处理后到达能够测出沼气体积的沼气计4，接着经过氢氧化钠水溶液的处理将气体输送到能够测得甲烷气体体积的甲烷计5。根据本发明的实施例，上述装置还包括生物膜池3，生物膜池的进水口3-2与厌氧生物反应器的出水口2-8通过第二进水泵相连通，生物膜池3的膜组件与厌氧生物反应器的气体循环出口2-5通过第一沼气循环泵相连通，生物膜池的气体循环出口3-3与厌氧生物反应器的气体循环入口2-2通过第二沼气循环泵相连通；其中，厌氧生物反应器2中的沼气首先经过厌氧生物反应器的气体循环出口2-5，接着经过设有第一沼气循环泵的管路到达生物膜池的气体循环入口3-1，进入到生物膜池3内的膜组件中，然后经过生物膜池3内的膜组件的截留作用，将沼气中的有机物和污泥进行去除后，通过生物膜池的气体循环出口3-3流出，经过设有第二沼气循环泵的管路达到厌氧生物反应器的气体循环入口2-1，形成完整的沼气回路。再一方面，通过厌氧生物反应器的出水口2-8的出水，经过设有第二进水泵的管路到达生物膜池的进水口3-2，流过生物膜池3内的膜组件后，到达生物膜池的出水口3-4，通过生物膜池设有出水泵的管路流出，例如，流入到蓄水池进行储存备用。在厌氧生物反应器2的外围设置有厌氧生物反应器的水浴循环保温层2-3。

根据本发明的实施例，参见图2，生物膜池3内的膜组件为垂直于生物膜池底的方向上间隔设置的多个陶瓷膜3-5，陶瓷膜3-5适用于缓冲沼气循环对反应器发酵体系的影响以及截留沼气中的有机物和污泥，以降低经过生物膜池3的出水的化学需氧量。

根据本发明的实施例，产生甲烷的装置还包括可编程逻辑控制器(PLC)数据控制计量设备；该PLC数据控制计量设备可以包括可编程逻辑控制器6、设置在预处理单元1中的第一pH值传感器、设置在厌氧生物反应器2的第一级三相分离器2-4和第二级三相分离器2-6之间的第二pH值传感器、氧化还原电位(ORP)传感器和温度传感器；设置在厌氧生物反应器2的第一级三相分离器2-4下方的第三pH值传感器、氧化还原电位(ORP)传感器和液相电导率(EC)传感器；设置在生物膜池3中的第四pH值传感器；以及设置在管路中的便携式计量器及微量气体流量计。可以根据这些传感器的测量值，判断预处理单元、反应器的发酵体系以及生物膜池的部分运行特性。

根据本发明的实施例，PLC数据控制计量设备适用于计量预处理单元、厌氧生物反应器以及生物膜池的进水速率、出水速率和沼气循环的速率，以及对第一进水泵、第二进水泵、第一沼气循环泵和第二沼气循环泵进行控制，以采用水量协同模式实现调控预处理单元1、厌氧生物反应器2以及生物膜池3的进水或出水，以及调控厌氧生物反应器2与生物膜池3之间气相的循环。其中，水量协同模式是指根据预处理单元的进水量和生物膜池的出水量相互协调的需要，通过同步调控厌氧生物反应器的进水量和出水量，满足厌氧生物反应器以及生物膜池的循环水量需求。

在本发明的一些实施例中，便携式计量器及微量气体流量计通过数据传输线路与可编程逻辑控制器(PLC)数据控制计量设备相连；PLC数据控制计量设备通过控制信号传输线路分别与第一进水泵、第二进水泵、第一沼气循环泵和第二沼气循环泵相连。

以下通过对比例和实施例来进一步说明本发明。在下面的详细描述中，为了便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面解释。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。而且，在不冲突的情况下，以下各实施例中的细节可以任意组合为其他可行实施例。

实施例1

用于污泥厌氧发酵产甲烷的游离氨预处理方法的平行实验

采用5组平行实验，设计不同游离氨(FA)的浓度梯度分别为：0、200、400、600、800mg/L，预处理单元和厌氧生物反应器的体积分别为1500mL，具体步骤如下：

S1：选取待预处理污泥

采用特征指标为[总固体(TS)＝23.3g/L、挥发性固体(VS)＝16.1g/L、pH＝6.52、游离氨(FA)＝0.42mg/L]的高效沉淀池的浓缩污泥，不进行其他处理过程直接为待预处理污泥；

S2：制备预处理基质

分别量取1000mL的待预处理污泥于5组平行实验的预处理单元中的反应器，添加不同体积的NaOH、NH

S3：通过静置处理制备发酵基质

分别向S2得到预处理基质的反应器中通入氮气2min后，预处理中的静置时间为1～7天，每间隔24h进行取样50mL，测定发酵基质中的有机物释放速率。

实验结果表明，处理时间为1天时，有机物的释放基本达到最高的释放水平且第5～7天的时间基本停滞。与控制组[游离氨(FA)浓度为0mg/L]相比，优化剂量的游离氨处理后TCOD(总化学需氧量)、SCOD(溶解性化学需氧量)浓度分别提高了134.64％～250.34％、154.70％～274.55％，表明优化剂量的游离氨水平有效强化了污泥的预处理效果，游离氨预处理在水解阶段加速了污泥中有机物的释放，有效提高了污泥液相中的溶解性有机物的浓度，优化的静置处理的时间为1天。

实施例2

基于游离氨预处理的污泥厌氧发酵产甲烷的原位沼气升级方法的平行实验

采用5组平行实验(15个)，设计不同游离氨(FA)的浓度梯度分别为：0、200、400、600、800mg/L，所用反应器的体积分别为600mL，游离氨预处理和厌氧发酵分别在反应器中批量进行，预处理单元的游离氨水平条件设计与实施例1一致，具体步骤如下：

S1：选取待预处理污泥和接种污泥

在反应器中采用特征指标为[总固体(TS)＝11.5g/L、挥发性固体(VS)＝7.0g/L、pH＝7.47、游离氨(FA)＝20.64mg/L]高效沉淀池的浓缩污泥，不进行其他处理过程直接为待处理污泥；接种污泥的特征指标为[总固体(TS)＝105.8g/L、挥发性固体(VS)＝77.8g/L、pH＝7.51]，接种体积比为2∶1；

S2：制备发酵基质

参考实施例1设计游离氨浓度梯度，分别在5组平行实验的预处理单元中的每个反应器中加入相同体积的待预处理污泥，添加NaOH、NH

S3：厌氧发酵过程

分别向S2得到发酵基质的反应器中通入氮气2min后，将该反应器作为厌氧生物反应器进行厌氧发酵；连接测试系统前使用高纯度氮气充注2min确保厌氧生物反应器在厌氧条件下运行；搅拌转速为120rpm/min，间歇频率为运行时间为5min、间停时间为10min，期间水浴恒温37℃；发酵周期为28天，反应器运行第0、7、17、28天进行取样(依据为甲烷产气周期性下降并甲烷日产量低于5mL)，发酵过程采用全自动生化产甲烷潜势(Biochemicalmethane potential，BMP)和测试系统(AMPTS II，Bioprocess Control)进行测试实验评估。

结果显示，相较于控制组(FA浓度为0mg/L)，经游离氨预处理后的发酵基质进行厌氧发酵的第一产气高峰(D0-D5)以及第二次产气高峰(D9-D12)速率分别提升21.04％、120.39％；厌氧生物反应器内的累积产生甲烷量和产生甲烷潜势分别提高了34.6％、23.3％，优化的预处理基质中游离氨的浓度为400mg/L。

实施例3

一种基于游离氨预处理的污泥厌氧氧发酵产生甲烷的装置，包括预处理单元1、厌氧生物反应器2和生物膜池3，其中厌氧生物反应器(Internal Circulation AnaerobicBioreactor)，为圆柱形反应器R×H＝0.15m×1.8m，工作容积为27L。如图2所示，该装置的具体结构如下：

(1)厌氧生物反应器的进水口2-1通过管路上设有的第一进水泵与预处理单元的出水口1-1相连；

(2)厌氧生物反应器2的出口端分为气体循环出口和出水口，其中厌氧生物反应器的气体循环出口2-5通过管路上设有的第一沼气循环泵与生物膜池3内部的陶瓷膜3-5相连，厌氧生物反应器的出水口2-8通过管路上设有的第二进水泵与生物膜池的进水口3-2相连；

(3)生物膜池3的出口端分为气体循环出口和出水口，其中生物膜池的气体循环出口3-3通过管路上设有的第二沼气循环泵与厌氧生物反应器的气体循环入口2-2相连，生物膜池的出水口3-7处的管路上设有出水泵；

(4)厌氧生物反应器的气体循环出口与微量气体流量计相连通，微量气体流量计通过数据传输线路与PLC 6相连；PLC 6通过控制信号传输线路与第一进水泵、第二进水泵、第一沼气循环泵和第二沼气循环泵相连。

一种基于游离氨预处理的污泥厌氧发酵产甲烷的原位沼气升级方法，为连续式产甲烷的方法，具体步骤如下：

S1：连续实验-选取待预处理污泥及接种物

采用特征指标为[总固体(TS)＝29.51±2.95g/L、挥发性固体(VS)＝19.08±1.79g/L、pH＝7.35±0.11、游离氨(FA)＝2.84±0.10g/L]的高效沉淀池的浓缩污泥，不进行其他处理过程直接为待预处理污泥；接种污泥的特征指标为[总固体(TS)＝105.8g/L、挥发性固体(VS)＝77.8g/L、pH＝7.51]，接种体积比为2∶1；

S2：连续实验-对照厌氧发酵过程

以S1所得的待预处理污泥作为发酵底物直接输入到厌氧生物反应器，沼气再循环系统由第一沼气循环泵和第二沼气循环泵控制为30rpm/min，以进行部分气液再循环，设置运行温度为37℃，发酵周期为47天，期间由微量沼气计量器与PLC数据控制计量设备实时记录沼气、甲烷产率、累积产量，实验结果示出于图3中。

S3：连续实验-预处理得到发酵基质

在预处理单元中加入流量为2000mL/d的待预处理污泥，添加NaOH(3mol/L)、NH

S4：连续实验-实验厌氧发酵过程

分别厌氧生物反应器2中通入氮气2min后将步骤S3得到的发酵基质转入到厌氧生物反应器进行反应；沼气再循环系统由沼气循环泵控制为30rpm/min进行部分气液再循环，设置运行温度为37℃，发酵周期为98天，期间由微量沼气计量器与PLC 6实时记录沼气、甲烷产率、累积产量，实验结果示出于图3中。

如图3所示，与对照厌氧发酵过程(发酵周期为1～47天)相比，经过游离氨预处理的厌氧发酵过程中甲烷浓度由42.97±4.48％上升至84.7±2.69％，提高了97.28％，甲烷的产率由0.59±0.30L/d提高至5.34±1.01L/d，升高了9.05倍；经过游离氨预处理的污泥厌氧发酵产生甲烷的方法极大地改善了污泥中有机物的水解产率、产甲烷效率低的问题，并因此提高了厌氧发酵所得沼气中的甲烷浓度，加速反应的启动，并且缩短厌氧消化产甲烷周期，具备新型原位沼气升级的潜力。

本发明实施例所提供的基于游离氨预处理的污泥厌氧发酵产甲烷的原位沼气升级方法和装置，通过含有游离氨碱性溶液的处理，破坏发酵基质中有机质的胞外聚合物的胞内外的质子、钾离子浓度平衡，促使胞外聚合物的胞内小分子有机物在氨渗透压的作用下，穿透细胞壁进行释放，得到预处理污泥；其中，游离氨还适用于弱化乙酸型产生甲烷的途径，对氢营养型产生甲烷的途径进行同步调控以转化成乙酸的积累-消耗过程，基于发酵体系中游离氨对发酵产生的二氧化碳的固定作用，提高所形成的碳酸盐缓冲体系对pH值的缓冲作用，建立稳定的发酵体系，同时，由于二氧化碳被固定于微碱性的发酵体系中也可促进利用二氧化碳和氢气来发酵产甲烷的氢营养型产甲烷过程，极大地提高了基于污泥厌氧发酵产生甲烷的效率、浓度。进一步地，通过沼气循环的方式进一步促使二氧化碳保留于碱性发酵体系中，从而进一步提高了沼气中甲烷的浓度，沼气中甲烷浓度可提升至80％～90％，二氧化碳浓度降低至10％～20％。此外，游离氨(FA)是铵(NH

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。