CN102557375A - 一种污泥两相回流微波强化厌氧消化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于污泥资源化处理领域，公开了一种污泥两相回流微波强化厌氧消化的方法，该方法包括以下步骤：将浓缩污泥和脱水污泥配成混合污泥，取上述混合污泥作为进料进行水解酸化反应，同时回流污泥经微波强化处理后，再循环进行水解酸化反应，同时从水解酸化反应阶段出料污泥进行产甲烷反应，收集沼气。本发明方法不仅处理效率高，而且结构紧凑、相互配合运作，运行稳定，适合在大中小污水处理厂中推广应用。

Description

一种污泥两相回流微波强化厌氧消化的方法
技术领域
本发明属于污泥资源化处理领域，涉及一种污泥两相回流微波强化厌氧消化的方法。
背景技术
我国兴建了大量污水处理厂，截至2009年，全国已建有城镇污水处理厂1792座，处理能力达9904万m3/d，平均运行负荷率为81.27％。在这些污水处理厂的建设和运行对城市污染负荷的削减起到了重要作用的同时，污水处理过程中副产物城市污泥量也日益增加。目前，全国年产湿污泥已近3000万吨(含水率80％)，污泥处理处置的中心已从简单的填埋转向以资源化为主的土地利用。而在污泥进行土地利用前需要对污泥进行稳定化处理，回收污泥中含有的大量的生物质能，厌氧发酵是污泥稳定化的重要措施之一，不仅过程所需能量较低，还可回收污泥中生物质能，是一种非常有应用前景的污泥资源化技术。
传统的两相厌氧消化研究，从微生物生长特点、生长动力学等方面从事了大量的研究，在基础研究的角度上，证明了两相工艺的优越性。但其采用的处理构筑物仍然为传统完全混合式的消化池，其主要缺点是停留时间较长，且有机物的降解效率有限(尤其是对低有机质的污泥)，产气量不高。
发明内容
针对我国污泥厌氧消化产气量少、产气不稳定，难于应用厌氧稳定工艺对其进行处理的缺陷，本发明的目的是提供一种污泥两相回流微波强化厌氧消化的方法。
本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种污泥两相回流微波强化厌氧消化的方法，该方法包括以下步骤：
将浓缩污泥和脱水污泥配成混合污泥，取上述混合污泥作为进料进行水解酸化反应，同时回流污泥经微波强化处理后，再循环进行水解酸化反应，同时从水解酸化反应阶段出料污泥进行产甲烷反应，收集沼气。
所述的混合污泥含水率为88～98％。
所述的进料或出料是指每日进料量＝每日出料量＝水解酸化污泥总量/水解酸化反应的停留时间＝产甲烷污泥总量/产甲烷的反应时间。
所述的回流污泥的回流比为5～20％。
所述的水解酸化反应的停留时间为2～4d。
所述的水解酸化反应控制温度为35±1℃或55±1℃，转速30～300rpm。
所述的微波强化处理工艺操作条件为：微波频率为2450MHz，微波功率为100～1000w，辐射时间为1～20min。
所述的产甲烷反应的停留时间为10～15d。
所述的产甲烷反应控制温度为35±1℃或55±1℃，转速为30～300rpm，pH为6.6～7.8。
本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
1、本发明方法将两相厌氧消化、微波强化破壁、回流等技术有机结合起来，实现了物理化学强化处理技术和微生物处理技术结合，真正实现了有机底物的高效利用、水解产酸菌和产甲烷菌的分离，使两相内的细菌都能发挥最大的活性，提高整个系统的运行稳定性。
2、本发明方法通过污泥回流强化装置在系统中的有机设置，可以保证产甲烷发酵段在高有机物浓度下的稳定运行，具有很高的有机负荷和有机物去除率，沼气产量和产率高，提高了整个系统的处理效率。
3、本发明方法不仅处理效率高，而且结构紧凑、相互配合运作，运行稳定，适合在大中小污水处理厂中推广应用。
4、本发明方法在厌氧发酵工艺过程中通过回流和微波强化处理增强了固相物质的溶解性，为厌氧发酵提供充足底物，增加产气量，缩短污泥厌氧发酵时间，从而推动污泥厌氧发酵技术的广泛应用，实现污泥资源化利用。
附图说明
图1表示本发明的污泥两相回流微波强化厌氧消化的方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
图1表示本发明的污泥两相回流微波强化厌氧消化的方法的流程图。
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为77.82％)和浓缩污泥(含水率为95.44％)在污泥调配池中配成含水率为88.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体浓度占总固体浓度的比例VS/TS是的37.4％。每日通过污泥泵泵入2.5L至水解酸化反应器中，其中水解酸化反应器总有效体积为5L，每日出料1L至微波辐射装置中(回流比为20％)，在微波频率为2450MHz，功率为800W条件下微波辐射5min后再循环投入水解酸化反应器中。同时每日出料2.5L至产甲烷反应器中；产甲烷反应器总有效体积为30L，每日出料2.5L至集泥池中，并通过沼气池收集沼气。其中，水解酸化反应停留时间为2d，产甲烷反应停留时间为12d，共停留14d。水解酸化反应过程中控制温度为35±1℃，转速250rpm；产甲烷反应过程中控制温度为35±1℃，转速为250rpm，pH为6.6～7.8。运行2～3个周期(即28d～42d)后可稳定产气，平均日产气量为35.5L，甲烷含量62.55％，平均有机物降解率为32％。
比较例1
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为77.82％)和浓缩污泥(含水率为95.44％)在污泥调配池中配成含水率为88.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体浓度占总固体浓度的比例VS/TS是的37.4％。每日通过污泥泵泵入2.5L至水解酸化反应器中，其中水解酸化反应器总有效体积为5L。同时每日出料2.5L至产甲烷反应器中；产甲烷反应器总有效体积为30L，每日出料2.5L至集泥池中，并通过沼气池收集沼气。其中，水解酸化反应停留时间为2d，产甲烷反应停留时间为12d，共停留14d。水解酸化反应过程中控制温度为35±1℃，转速30～300rpm；产甲烷反应过程中控制温度为35±1℃，转速为250rpm，pH为6.6～7.8。运行2～3个周期(即28d～42d)后可稳定产气，平均日产气量为25.5L，甲烷含量62.55％，平均有机物降解率为24％。
由此可见，实施例1与比较例1相比产气量提高了39.2％，平均有机物降解率增高了8％。
实施例2
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为82.11％)和浓缩污泥(含水率为98.23％)在污泥调配池中配成含水率为92.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体浓度占总固体浓度的比例VS/TS是45.2％。每日通过污泥泵泵入2.0L至水解酸化反应器中，其中水解酸化反应器总有效体积为6L，每日出料1L至微波辐射装置中(回流比为16.7％)，在微波频率为2450MHz，功率为1000W条件下微波辐射1min后再循环投入水解酸化反应器中。同时每日出料2L至产甲烷反应器中；产甲烷反应器总有效体积为30L，每日出料2.0L至集泥池中，并通过沼气池收集沼气。其中，水解酸化反应停留时间为3d，产甲烷反应停留时间为15d，共停留18d。水解酸化反应过程中控制温度为55±1℃，转速200rpm；产甲烷反应过程中控制温度为35±1℃，转速为200rpm，pH为6.6～7.8。运行2～3个周期(即36d～54d)后可稳定产气，平均日产气量为29.2L，甲烷含量63.64％，平均有机物降解率为35％。
比较例2
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为82.11％)和浓缩污泥(含水率为98.23％)在污泥调配池中配成含水率为92.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体浓度占总固体浓度的比例VS/TS是45.2％。每日通过污泥泵泵入2.0L至水解酸化反应器中，其中水解酸化反应器总有效体积为6L。同时每日出料2L至产甲烷反应器中；产甲烷反应器总有效体积为30L，每日出料2.0L至集泥池中，并通过沼气池收集沼气。其中，水解酸化反应停留时间为3d，产甲烷反应停留时间为15d，共停留18d。水解酸化反应过程中控制温度为55±1℃，转速200rpm；产甲烷反应过程中控制温度为35±1℃，转速为200rpm，pH为6.6～7.8。运行2～3个周期(即36d～54d)后可稳定产气，平均日产气量为22.5L，甲烷含量62.53％，平均有机物降解率为28％。
由此可见，实施例2与比较例2相比产气量提高了29.8％，平均有机物降解率增高了7％
实施例3
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为79.23％)和浓缩污泥(含水率为98.12％)在污泥调配池中配成含水率为98.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体浓度占总固体浓度的比例VS/TS是70.2％。每日通过污泥泵泵入2.0L至水解酸化反应器中，其中水解酸化反应器总有效体积为8.0L，每日出料1L至微波辐射装置中(回流比为12.5％)，在微波频率为2450MHz，功率为600W条件下微波辐射10min后再循环投入到水解酸化反应器中。同时每日出料2L至产甲烷反应器中；产甲烷反应器总有效体积为30L，每日出料2.0L至集泥池中，并通过沼气池收集沼气。其中，水解酸化反应停留时间为4d，产甲烷反应停留时间为15d，共停留19d。水解酸化反应过程中控制温度为35±1℃，转速50rpm；产甲烷反应过程中控制温度为55±1℃，转速为50rpm，pH为6.6～7.8。运行2～3个周期(即38d～57d)后可稳定产气，平均日产气量为10.3L，甲烷含量65.56％，平均有机物降解率为39％。
比较例3
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为79.23％)和浓缩污泥(含水率为98.12％)在污泥调配池中配成含水率为98.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体浓度占总固体浓度的比例VS/TS是70.2％。每日通过污泥泵泵入2.0L至水解酸化反应器中，其中水解酸化反应器总有效体积为8.0L。同时每日出料2L至产甲烷反应器中；产甲烷反应器总有效体积为30L，每日出料2.0L至集泥池中，并通过沼气池收集沼气。其中，水解酸化反应停留时间为4d，产甲烷反应停留时间为15d，共停留19d。水解酸化反应过程中控制温度为35±1℃，转速50rpm；产甲烷反应过程中控制温度为55±1℃，转速为50rpm，pH为6.6～7.8。运行2～3个周期(即38d～57d)后可稳定产气，平均日产气量为9.2L，甲烷含量63.25％，平均有机物降解率为34％。
由此可见，实施例3与比较例3相比产气量提高了12.0％，平均有机物降解率增高了5％
实施例4
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为79.23％)和浓缩污泥(含水率为94.12％)在污泥调配池中配成含水率为92.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体浓度占总固体浓度的比例VS/TS是61.6％。每日通过污泥泵泵入2.0L至水解酸化反应器中，其中水解酸化反应器总有效体积为8.0L，每日出料400mL至微波辐射装置中(回流比为5％)，在微波频率为2450MHz，功率为100W条件下微波辐射20min后再循环投入到水解酸化反应器中。同时每日出料2L至产甲烷反应器中；产甲烷反应器总有效体积为20L，每日出料2.0L至集泥池中，并通过沼气池收集沼气。其中，水解酸化反应停留时间为4d，产甲烷反应停留时间为10d，共停留14d。水解酸化反应过程中控制温度为55±1℃，转速150rpm；产甲烷反应过程中控制温度为55±1℃，转速为150rpm，pH为6.6～7.8。运行2～3个周期(即28d～42d)后可稳定产气，平均日产气量为气34.3L，甲烷含量65.42％，平均有机物降解率为35.0％。
比较例4
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为79.23％)和浓缩污泥(含水率为94.12％)在污泥调配池中配成含水率为92.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体浓度占总固体浓度的比例VS/TS是61.6％。每日通过污泥泵泵入2.0L至水解酸化反应器中，其中水解酸化反应器总有效体积为8.0L。同时每日出料2L至产甲烷反应器中；产甲烷反应器总有效体积为20L，每日出料2.0L至集泥池中，并通过沼气池收集沼气。其中，水解酸化反应停留时间为4d，产甲烷反应停留时间为10d，共停留14d。水解酸化反应过程中控制温度为55±1℃，转速150rpm；产甲烷反应过程中控制温度为55±1℃，转速为150rpm，pH为6.6～7.8。运行2～3个周期(即28d～42d)后可稳定产气，平均日产气量为气28.3L，甲烷含量62.85％，平均有机物降解率为30.2％。
由此可见，实施例4与比较例4相比产气量提高了21.2％，平均有机物降解率增高了4.8％
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种污泥两相回流微波强化厌氧消化的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
将浓缩污泥和脱水污泥配成混合污泥，取上述混合污泥作为进料进行水解酸化反应，同时回流污泥经微波强化处理后，再循环进行水解酸化反应，同时从水解酸化反应阶段出料污泥进行产甲烷反应，收集沼气。
2.根据权利要求1所述的污泥两相回流微波强化厌氧消化的方法，其特征在于：所述的混合污泥含水率为88～98％。
3.根据权利要求1所述的污泥两相回流微波强化厌氧消化的方法，其特征在于：所述的进料或出料是指每日进料量＝每日出料量＝水解酸化污泥总量/水解酸化反应的停留时间＝产甲烷污泥总量/产甲烷的反应时间。
4.根据权利要求1所述的污泥两相回流微波强化厌氧消化的方法，其特征在于：所述的回流污泥的回流比为5～20％。
5.根据权利要求1所述的污泥两相回流微波强化厌氧消化的方法，其特征在于：所述的水解酸化反应的停留时间为2～4d。
6.根据权利要求1所述的污泥两相回流微波强化厌氧消化的方法，其特征在于：所述的水解酸化反应控制温度为35±1℃或55±1℃，转速30～300rpm。
7.根据权利要求1所述的污泥两相回流微波强化厌氧消化的方法，其特征在于：所述的微波强化处理工艺操作条件为：微波频率为2450MHz，微波功率为100～1000w，辐射时间为1～20min。
8.根据权利要求1所述的污泥两相回流微波强化厌氧消化的方法，其特征在于：所述的产甲烷反应的停留时间为10～15d。
9.根据权利要求1所述的污泥两相回流微波强化厌氧消化的方法，其特征在于：所述的产甲烷反应控制温度为35±1℃或55±1℃，转速为30～300rpm，pH为6.6～7.8。
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