CN102211843B - 一种三相反应实现化粪池污泥能源化资源化工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种三相反应实现化粪池污泥能源化资源化工艺方法。该方法将原料经预处理后，调节反应液干物质浓度为6~8%，进入三相反应：水解相采用复合物理外场作用，超声波处理条件是180W，50-60min，热处理条件是102~107℃，30min，处理顺序是先热处理后超声；水解相产物进入酸化相，在35-40℃，酸化细菌作用下停留24h；酸化相产物进入产烷相，在恒温50-55℃，产烷细菌作用下停留7d，收集沼气，沼液、沼渣深度处理后用作能源和肥料。本发明反应周期短，产生的能源和有机肥质量高，能充分利用工业低温余热资源，实现化粪池污泥变废为宝，减小了市政污水处理系统负担，有良好的经济效益、社会效益和生态效益。

Description

一种三相反应实现化粪池污泥能源化资源化工艺方法

技术领域

本发明属于环保能源技术领域，涉及一种三相反应实现城镇化粪池污泥能源化资源化的工艺方法。

背景技术

1) 化粪池污泥处理与处置的常规做法

在化粪池污泥的处理上，目前主要以无害化为目的，通过定期清理，运输至粪便消纳站，通过固液分离系统将分离出的固体送往垃圾填埋场，分离出的泥浆送往污水处理厂（秦峰，柴晓丽．粪便处理与处置技术[M]．北京：化学工业出版社，2006：34～44）；也有学者开始探索化粪池污泥的减量化技术，通过往化粪池中添加生物制剂降低VS、TS、COD等生化指标（宋珍霞．城市化粪池粪便污泥微生物减量技术及机理研究[D]．重庆：重庆大学，博士学位论文，2009）。

上述文献前者概述了常规处理方法，该方法只是延长了处理链，将其分类而没有实现最终处理，加大了污水处理厂和垃圾填埋场的负担，同时也造成巨大的资源浪费；后者尝试就地处理，不增加后续处理成本，主要是以无害化和减量化为目的，没有实现资源化和能源化。然而在化粪池污泥的能源化资源化技术上的研究很少见到。

2) 厌氧发酵工艺常规做法

赵杰红,张波,以及刘海庆，李文哲都研究过将酸化和产甲烷两个步骤分离开来厌氧处理厨余物或牛粪的试验，主要是考察产酸相中VFA的成分性质及变化和产烷相的最终甲烷产量之间的关系。将酸化相和产烷相分开的工艺效果普遍好于传统的混合模式。（刘海庆，李文哲.中高温酸化两相厌氧发酵处理牛粪的试验[J]．东北农业大学学报，2007，38（6）：809～813．赵杰红,张波,蔡伟民.温度对厨余垃圾的两相厌氧消化中水解和酸化过程的影响[J].环境科学,2006(8):1682-1686.）

上述文献中将一相分两相的方法相对传统工艺有进步，但是厌氧发酵处理工艺的时间瓶颈不在产酸产烷环节，而在于水解环节，即将长碳链有机物转化为相对较短碳链的有机物的过程如果用传统的生物方法完成，整体反应时间不会明显缩短，整体工艺成本也不会有明显下降。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种将水解，酸化，产烷三个步骤在物理上分开的三相反应工艺，为各个步骤提供最优的反应条件，局部最优从而达到整体最优。其中水解步骤由于生物反应耗时太长，而化学方法剂量不好控制且容易导致副产物污染，所以选用合适的物理外场来实现加速水解过程，从而缩短整体反应时间，降低工艺运行成本，提高生产效益。

本发明的技术方案是：一种三相反应实现化粪池污泥能源化资源化工艺方法，具体包括以下步骤：

步骤1：首先，将浓度为TS=15%±2%的城镇化粪池污泥去除大块杂物后，调整其干物质浓度为6%～8%，搅拌均匀；

步骤2.水解相：

将步骤预1处理后的污泥，在温度为102～107℃，热处理30min；然后再超声波强度为180W，微波处理50～60min；        

步骤3.酸化相：

将经水解相的处理后的产物，在35～40℃条件下，经酸化细菌分解，停留时间为48h；

步骤4. 产烷相：

将经酸化相的产物进入产烷相，在50～55℃条件下，厌氧发酵，停留时间7d，收集沼气，经脱硫处理后输送至用户，产生的发酵残余物灌装还田。

进一步，所述步骤2中的热处理的热源为冶金、电力、水泥或化工低温工业余热的任何一种。

本发明具有以下优点：

（1）    缩短工艺周期

使用物理方法实现有机物快速水解，打开厌氧工艺耗时瓶颈，整体工艺反应周期缩短6~10d。

（2）    降低工艺运行成本

随着工艺周期缩短，工艺运行的人力，物力，财力等成本降低，有利于工艺的普遍推广。

（3）    提高厌氧发酵产品品质

本工艺产生的沼气，甲烷含量相对传统工艺提高20%~30%，实验室最高测量值可达85.3%，纯甲烷产量提高40%~50%；本工艺反应残留物沼液沼渣中重金属含量符合国标要求，肥力指标符合行标要求。

（4）    环境和经济效益好

根据“源头治理”和“闭路循环”的思想设计本工艺，其产生的能源能实现经济效益，同时发酵残余物沼渣能作为农林的有机肥料，从而实现零排放，环境效益很好，符合可持续发展要求，是优质的低碳型工艺。

具体实施方式

实施例1

一种三相反应实现化粪池污泥能源化资源化工艺方法，该方法制备步骤为：

首先将取得的高浓度（TS=15%±2%）城镇化粪池污泥除去其中的杂物，调整其为TS=6%，搅拌均匀；

第二步，进入水解相，冶金工业余热加热到102℃条件下进行热水解30分钟，再用180W超声波处理50分钟；

第三步，水解相的产物进入酸化相，在35℃恒温条件下，经酸化细菌分解，停留时间为48h；

第四步，酸化相的产物进入产烷相，在50.0℃恒温条件下，厌氧发酵，停留时间为7d；

第五步，收集沼气，脱硫处理后输送至用户，产生的发酵残余物（沼液沼渣）灌装还田。

实施例2

首先将取得的高浓度（TS=15%±2%）城镇化粪池污泥除去其中的杂物，调整其为TS=7%，搅拌均匀；

第二步，进入水解相，电力工业余热加热到的107℃条件下进行热水解30分钟，再用180W超声波处理55分钟；

第三步，水解相的产物进入酸化相，在37℃恒温条件下，经酸化细菌分解，停留时间为48h；

第四步，酸化相的产物进入产烷相，在52.0℃恒温条件下，厌氧发酵，停留时间为7d；

第五步，收集沼气，脱硫处理后输送至用户，产生的发酵残余物（沼液沼渣）灌装还田。

实施例3

首先将取得的高浓度（TS=15%±2%）城镇化粪池污泥除去其中的杂物，调整其为TS=8%，搅拌均匀；

第二步，进入水解相，水泥工业余热加热到105℃条件下进行热水解30分钟，再用180W超声波处理60分钟；

第三步，水解相的产物进入酸化相，在40℃恒温条件下，经酸化细菌分解，停留时间为48h；

第四步，酸化相的产物进入产烷相，在55.0℃恒温条件下，厌氧发酵，停留时间为7d；

第五步，收集沼气，脱硫处理后输送至用户，产生的发酵残余物（沼液沼渣）灌装还田。

Claims (3)

1.一种三相反应实现化粪池污泥能源化资源化工艺方法，其特征在于，该方法制备步骤为：

首先将取得的高浓度TS=15%±2%的城镇化粪池污泥除去其中的杂物，调整其为TS=6%，搅拌均匀；

第二步，进入水解相，冶金工业余热加热到102℃条件下进行热水解30分钟，再用180W超声波处理50分钟；

第三步，水解相的产物进入酸化相，在35℃恒温条件下，经酸化细菌分解，停留时间为48h；

第四步，酸化相的产物进入产烷相，在50.0℃恒温条件下，厌氧发酵，停留时间为7d；

第五步，收集沼气，脱硫处理后输送至用户，产生的发酵残余物沼液沼渣灌装还田。

2.一种三相反应实现化粪池污泥能源化资源化工艺方法，其特征在于，该方法制备步骤为：

首先将取得的高浓度TS=15%±2%的城镇化粪池污泥除去其中的杂物，调整其为TS=7%，搅拌均匀；

第二步，进入水解相，电力工业余热加热到的107℃条件下进行热水解30分钟，再用180W超声波处理55分钟；

第三步，水解相的产物进入酸化相，在37℃恒温条件下，经酸化细菌分解，停留时间为48h；

第四步，酸化相的产物进入产烷相，在52.0℃恒温条件下，厌氧发酵，停留时间为7d；

第五步，收集沼气，脱硫处理后输送至用户，产生的发酵残余物沼液沼渣灌装还田。

3.一种三相反应实现化粪池污泥能源化资源化工艺方法，其特征在于，该方法制备步骤为：

首先将取得的高浓度TS=15%±2%的城镇化粪池污泥除去其中的杂物，调整其为TS=8%，搅拌均匀；

第二步，进入水解相，水泥工业余热加热到105℃条件下进行热水解30分钟，再用180W超声波处理60分钟；

第三步，水解相的产物进入酸化相，在40℃恒温条件下，经酸化细菌分解，停留时间为48h；

第四步，酸化相的产物进入产烷相，在55.0℃恒温条件下，厌氧发酵，停留时间为7d；

第五步，收集沼气，脱硫处理后输送至用户，产生的发酵残余物沼液沼渣灌装还田。