CN102173552A - 一种分离并回流活性污泥的生物质高固体厌氧消化工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种分离并回流活性污泥的生物质高固体厌氧消化工艺，包括以下步骤，第一步，将生物质加入高固体厌氧反应器，反应后出料；第二步，将出料通过离心设备离心，离心后为上层的清液层、中间的污泥层以及底层的剩余残渣层；第三步，将中间的污泥层回流至所述高固体厌氧反应器，并再次在所述高固体厌氧反应器加入生物质；第四步，反应后出料；循环进行第二、三、四步；本发明解决了厌氧消化过程低负荷、水力停留时间长、污泥停留时间和微生物停留时间无法分离等问题，保证生物质高固体厌氧消化工艺的高负荷，高稳定、高效率运行，实现生物质高效能源化利用。
Description
技术领域
本发明属于生物质高固体厌氧消化工艺，具体涉及一种分离并回流活性污泥的生物质高固体厌氧消化工艺。
背景技术
近年来，受化石能源资源不足、化石能源过度消耗引起的严重环境污染、以及石油价格持续高位运行等的影响，作为目前仅次于煤炭、石油和天然气而居世界能源消费第四位的生物质能源的开发与利用受到全世界的普遍关注与高度重视。
厌氧消化技术不仅可以减少废弃物的体积和质量，并且提供可再生能源，是一种可持续发展的废弃物处理技术。采用厌氧处理设备投资少，能耗低、可回收利用沼气能源。厌氧消化技术可以有效去除有机污染物，并从生物质能源中回收可再生能源，具有良好的经济效益和环境效益。近年来，采用厌氧消化技术，从生物质废弃物中生产清洁能源的方向，更加符合中国当前的能源政策的发展需要。因此，利用区域内丰富的生物质资源，生产以沼气为主的可再生清洁燃料，有望缓解和改善对我国本来就不丰富的化石能源的依赖。
CSTR反应器由于操作容易，运行稳定，被广泛应用于高固体厌氧消化工艺领域，但此工艺物料和微生物在反应器内均匀混合，在排放剩余物时，会导致微生物流失。因此该工艺在高负荷、低停留时间运行时，剩余物排出多，微生物排出量也增多，无法实现污泥停留时间(SRT)和微生物停留时间(CRT)的分离。而厌氧微生物生长世代周期长，如此很容易造成污泥大量流失，从而导致反应器的酸化，进而导致厌氧过程失败。
现有研究认为，对于纤维素含量较高的生物质如秸秆、能源作物，水解酸化过程是限速步骤，因此很多研究人员研究生物质的预处理，提高其水解速率。而对于纤维素含量较低的生物质如果蔬垃圾、餐厨垃圾，产甲烷过程是其限速步骤。但从整个厌氧过程分析，产甲烷仍是总体的限速步骤，产甲烷菌的种群密度对产甲烷过程仍是关键的因素。特别是对于经过预处理的高纤维素生物质和低纤维素生物质，如何截留高效活性厌氧微生物，实现CRT与SRT的分离，在缩短SRT的同时延长CRT，实现厌氧消化反应器内活性厌氧微生物量，这对于提高高固体厌氧消化效率和运行有机负荷具有重要意义。
针对这一问题有人通过投加填料等方法，让微生物附着在填料上，实现SRT和CRT的分离，但现有方法还存在着传质效率较低，易堵塞，搅拌困难等问题，因此需要采用更具有实际可操作性强的技术手段来实现CRT和SRT的分离，在延长CRT的同时，缩短SRT和HRT。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种分离并回流活性污泥的生物质高固体厌氧消化工艺，解决了厌氧消化过程低负荷、水力停留时间(HRT)长、污泥停留时间(SRT)和微生物停留时间(CRT)无法分离等问题，保证生物质高固体厌氧消化工艺的高负荷，高稳定、高效率运行，实现生物质高效能源化利用。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种分离并回流活性污泥的生物质高固体厌氧消化工艺，包括以下步骤，
第一步，将生物质加入高固体厌氧反应器，加入量为高固体厌氧反应器容积的1/30～1/20，反应23±1小时，出料，出料量与加入量一致；
第二步，将出料通过离心设备在12000～15000rpm的转速下离心10～20分钟，离心后为上层的清液层、中间的污泥层以及底层的剩余残渣层；
第三步，将中间的污泥层回流至所述高固体厌氧反应器，并再次在所述高固体厌氧反应器加入生物质，加入量为上一次加料量一致；
第四步，反应23±1小时，出料，出料量与加入量一致；
循环进行第二、三、四步。
将生物质加入高固体厌氧反应器的时间为30±5分钟。
所述的高固体厌氧反应器为连续搅拌反应器系统，即CSTR反应器，离心设备为最高转速不低于15000rpm的高速离心机。
所述第二步中离心后，将上层的清液抽出，底层的剩余残渣过滤，得到中间的污泥。
所述清液抽出后收集作为液肥，所述剩余残渣过滤后干化处理。
所述高固体厌氧反应器的出料口接在离心设备的进料口上。
在高固体厌氧反应器中加料之前，先对要加的生物质进行预处理，所述预处理指用机械方式将生物质破碎至粒径1cm以下，并搅拌均匀。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1)可以有效减少厌氧消化产物量，并减少剩余物中有机物含量，从而解决厌氧剩余物恶臭和高浓度渗滤液问题；
2)大大提高水解酸化菌种群密度，并优化水解酸化菌群结构，筛选优势菌种，加速水解酸化过程，提高厌氧消化效率，增大有机负荷，缩短水力停留时间；
3)有效截留产甲烷菌，减少产甲烷菌流失，提高产甲烷种群密度，提高产甲烷速率，解决低纤维素生物质高固体厌氧消化易酸化问题，从而保证了厌氧反应器的稳定，为厌氧反应器进一步提高有机负荷打下良好基础；
4)反应后的清液可作为高效液肥，剩余残渣可以经过干化做为建筑材料，提高了废弃物的利用效率。
附图说明
附图是本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施方式。
实施例一
一种分离并回流活性污泥的生物质高固体厌氧消化工艺，包括以下步骤，
第一步，将250ml餐厨垃圾加入容积为5L的CSTR厌氧反应器，加料时间30分钟，反应时间23小时，出料，出料时间30分钟，出料总量250ml；
第二步，将所述厌氧反应器的出料通过离心设备在15000rpm的转速下离心15分钟，离心后为上层的清液层、中间的污泥层以及底层的剩余残渣层；
第三步，将上层的清液抽出，底层的剩余残渣过滤，中间的污泥层回流至CSTR厌氧反应器，并再次在所述厌氧反应器加入250ml餐厨垃圾；
第四步，反应23小时，出料，出料量250ml；
循环进行第二、三、四步，即可循环利用污泥来处理餐厨垃圾。
实施例二
一种分离并回流活性污泥的生物质高固体厌氧消化工艺，包括以下步骤，
第一步，将170ml果蔬垃圾加入容积为5L的CSTR厌氧反应器，加料时间29分钟，反应时间22.5小时，出料，出料时间32分钟，出料总量170ml；
第二步，将所述厌氧反应器的出料通过离心设备在12000rpm的转速下离心10分钟，离心后为上层的清液层、中间的污泥层以及底层的剩余残渣层；
第三步，将上层的清液抽出，底层的剩余残渣过滤，中间的污泥层回流至CSTR厌氧反应器，并再次在所述厌氧反应器加入170ml果蔬垃圾；
第四步，反应23.2小时，出料，出料量170ml；
循环进行第二、三、四步，即可循环利用污泥来处理果蔬垃圾。
实施例三
一种分离并回流活性污泥的生物质高固体厌氧消化工艺，包括以下步骤，
第一步，将200ml秸秆加入容积为5L的CSTR厌氧反应器，加料时间33分钟，反应时间24小时，出料，出料时间35分钟，出料总量200ml；
第二步，将所述厌氧反应器的出料通过离心设备在14000rpm的转速下离心10分钟，离心后为上层的清液层、中间的污泥层以及底层的剩余残渣层；
第三步，将上层的清液抽出，底层的剩余残渣过滤，中间的污泥层回流至CSTR厌氧反应器，并在所述厌氧反应器加入200ml果蔬垃圾；
第四步，反应22小时，出料，出料量200ml；
循环进行第二、三、四步，并且每次加入的生物质可以是不同的类型。
为了获得更好的反应效果，在每次加料之前，可以将生物质进行预处理，即用机械方式将生物质破碎至粒径1cm以下，并搅拌均匀。
本发明所述工艺主要用于处理果蔬垃圾、餐厨垃圾等纤维素含量较低或已经经过预处理的生物质，也可以来处理秸秆和能源作物等纤维素含量较高的生物质。生物质具有高含固率(TS＞10％)、高挥发性固体含量(VS＞80％)等特点。传统处理方法效率低，反应时间长，有机负荷低，产气效率低，能源回收率低。所述工艺采用污泥回流的方式，将出料中微生物通过高速离心后，进行分层收集。分离得到的上层清夜(70％)可直接作为液肥使用，底层无机物(6％)由于有机物含量低，含水率低，并且总量少，可以干化后制建材。也可将上清液和底层无机物混合并适当调节含水率后作为农家肥，用于园林、农业，并且由于有机物含量低，避免了恶臭气体的产生。中间层的活性微生物(约24％)，则直接回流进入厌氧消化反应器，可以大大减少了厌氧残渣的排放总量。
通过活性厌氧污泥回流，将促进水解酸化菌的富集和筛选。随着水解酸化菌对基质的适应，环境压力对其进行了优势菌种的筛选，污泥回流将会对优势菌种进行富集，从而加快生物质的水解酸化过程。并且由于水解酸化菌种群密度也会随回流而增大，单位基质所受到的水解酸化作用增大，促进了基质的水解。再通过CSTR反应器良好的搅拌，促进了生物质与水解酸化菌的接触和良好的传质过程，进一步提高水解酸化速率。
通过活性厌氧污泥回流，将产甲烷菌也回流至反应器进行富集。这样解决了产甲烷菌世代周期长，高负荷、低水力停留时间下易流失的问题。此外，由于水解酸化菌富集，水解酸化速率加快，通过回流产甲烷菌增大产甲烷菌量，同时提高产甲烷速率。从而解决以餐厨垃圾为代表的低纤维素含量生物质高固体厌氧消化易酸化而导致反应器不稳定的问题。
本发明中，加料时间，出料时间以及加料量与出料量的选择均非对本发明的限制，这样的选择只是因为考虑到保证达到最佳效果的同时要节约材料，如，加料量过大，处理的最终目的仍然可以实现，但是使得反应时间过长，不利于人工控制。
Claims (10)
1.一种分离并回流活性污泥的生物质高固体厌氧消化工艺，包括以下步骤，
第一步，将生物质加入高固体厌氧反应器，加入量为高固体厌氧反应器容积的1/30～1/20，反应23±1小时，出料，出料量与加入量一致；
第二步，将出料通过离心设备在12000～15000rpm的转速下离心10～20分钟，离心后为上层的清液层、中间的污泥层以及底层的剩余残渣层；
第三步，将中间的污泥层回流至所述高固体厌氧反应器，并再次在所述高固体厌氧反应器加入生物质，加入量与上一次加料量一致；
第四步，反应23±1小时，出料，出料量与加入量一致；
循环进行第二、三、四步。
2.根据权利要求1所述的一种分离并回流活性污泥的生物质高固体厌氧消化工艺，其特征在于，将生物质加入高固体厌氧反应器的时间为30±5分钟。
3.根据权利要求1或2所述的一种分离并回流活性污泥的生物质高固体厌氧消化工艺，其特征在于，出料及污泥回流的总时间为30±5分钟。
4.根据权利要求1所述的一种分离并回流活性污泥的生物质高固体厌氧消化工艺，其特征在于，所述的生物质为秸秆、能源作物、果蔬垃圾或者餐厨垃圾。
5.根据权利要求1所述的一种分离并回流活性污泥的生物质高固体厌氧消化工艺，其特征在于，所述的高固体厌氧反应器为连续搅拌反应器系统，即CSTR反应器。
6.根据权利要求1或2所述的一种分离并回流活性污泥的生物质高固体厌氧消化工艺，其特征在于，所述的离心设备为最高转速不低于15000rpm的高速离心机。
7.根据权利要求1所述的一种分离并回流活性污泥的生物质高固体厌氧消化工艺，其特征在于，所述第二步中离心后，将上层的清液抽出，底层的剩余 残渣过滤，得到中间的污泥。
8.根据权利要求7所述的一种分离并回流活性污泥的生物质高固体厌氧消化工艺，其特征在于，所述清液抽出后收集作为液肥，所述剩余残渣过滤后干化处理。
9.根据权利要求1所述的一种分离并回流活性污泥的生物质高固体厌氧消化工艺，其特征在于，所述高固体厌氧反应器的出料口接在离心设备的进料口上。
10.根据权利要求1所述的一种分离并回流活性污泥的生物质高固体厌氧消化工艺，其特征在于，在高固体厌氧反应器中加料之前，先对要加的生物质进行预处理，所述预处理指用机械方式将生物质破碎至粒径1cm以下，并搅拌均匀。
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