CN102583913A - 一种用发酵液回流预处理污泥的方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用发酵液回流预处理污泥的方法，包括：将污泥在超声波处理器中用超声波预处理后，进入水解酸化池进行水解酸化，得到水解酸化后的污泥进入产甲烷池进行甲烷发酵处理，其中所述水解酸化得到的发酵液回流至污泥预处理池，与超声波预处理前污泥混合后进行酸化预处理，再进行后续超声预处理。本发明通过将酸化预处理与超声处理结合使用，不仅可以有效提高产气量，降低污泥停留时间，降低消化池体积，而且所需超声声能密度大幅度降低，进而有效降低能耗，使得预处理工艺可以在甲烷生产中得到切实的应用。

Description

一种用发酵液回流预处理污泥的方法及其应用
技术领域
本发明属于废水生物处理领域，主要涉及一种超声污泥破解预处理后污泥，并将水解酸化阶段酸性水解液回流预处理污泥的新方法。该工艺实施之后可提高厌氧消化产气量，减少厌氧产甲烷阶段所需时间，降低发酵液预处理成本。
背景技术
污水厂污泥在填埋之前需要进行稳定化处理，厌氧消化是一种有效的方法，同时厌氧消化还因其能够产生能源而引起越来越多的重视。污泥的厌氧消化可分为三个阶段：水解发酵、酸化发酵和甲烷发酵，后两个阶段进行的饿很快，而水解过程进行的很慢，是厌氧消化的限速步骤，所以厌氧消化一般需要较长的停留时间和较大的消化池。水解缓慢的主要原因是由于微生物细胞壁的存在，因此只有打破细胞壁将细胞内有机质释放出来，厌氧菌才能利用它们进行厌氧消化。酸预处理以及低强度超声波处理是有效的促进厌氧消化的手段，主要是对细胞壁的破解作用。
低强度超声处理污泥，可以将污泥内细胞壁打破，充分释放细胞内物质。单独采用超声波预处理污泥，也可以有效提高污泥的水解产酸速率，提高产氢产甲烷量，但是其能耗大的缺点十分突出，有研究指出，单独以超声波预处理污泥进行厌氧消化，每提升1m3产气量，平均耗电量提高3.2kWh。
发明内容
本发明的目的是克服单独通过超声波预处理污泥提高水解产酸速率存在能耗大的问题，提供一种通过对污泥进行酸化预处理和超声波处理，降低超声波预处理能耗成本，缩短厌氧消化所需时间，提升产气量的酸化预处理组合预处理和超声污泥方法。
为解决上述技术问题，本发明用发酵液回流预处理污泥的方法，包括：将污泥在超声波处理器中用超声波预处理后，进入水解酸化池进行水解酸化，得到水解酸化后的污泥进入产甲烷池进行甲烷发酵处理，其中所述水解酸化得到的发酵液回流至污泥预处理池，与超声波预处理前污泥混合后进行酸化预处理，再进行后续超声波预处理。
在上述技术方案中，水解酸化发酵液回流量比(即：发酵液流量与污泥流量的比值)为50％-90％，且混合均匀后酸化预处理时间为14h-64h。
酸化预处理步骤中的污泥含固量比优选为2％-4％；
所述超声波预处理步骤中超声声能密度优选为0.2kW/m3-0.8kW/m3，更优选0.65kW/m3-0.8kW/m3。
所述的超声处理器优选为多探头式，超声频率为18kHz-30kHz，探头直径为20mm-30mm。
所述超声波预处理时间优选为1min-10min。
所述水解酸化处理步骤中的水力停留时间优选为24h-72h。
本发明还提供了一种用本发明用发酵液回流预处理污泥在制备甲烷的应用，其中甲烷发酵处理步骤中的水力停留时间优选为120h-220h。
与传统厌氧消化工艺相比，本发明的优点在于：充分利用水解酸化过程中产生的大量挥发性脂肪酸，对污泥进行酸化预处理，并利用低强度超声波处理，有效降低普通超声波预处理能耗，提高污泥液相中有机物含量，最终提高消化产气效率。特别是在本发明酸化发酵液酸化预处理优选方案中，预处理后污泥液相中总化学需氧量(TCOD)增加3000-1000mg/L，且液相中蛋白质、多糖等物质显著增加；进一步经超声破解后，污泥中大量细胞壁破裂，菌胶团被打碎，液相中TCOD进一步增加1500-1000mg/L；经上述预处理后污泥进入水解酸化池，污泥水解酸化速度与效率大大加快，水解酸化后进行甲烷发酵处理，甲烷产量可提高50％-90％。将酸化预处理与超声处理结合使用，不仅可以有效提高产气量，降低污泥停留时间，降低消化池体积，而且所需超声声能密度大幅度降低，破解时间缩短，进而有效降低能耗。
附图说明
图1为本发明方法应用于厌氧消化及其污泥预处理工艺的流程图。
具体实施方式
污泥的厌氧消化过程的水解酸化阶段产生大量的可挥发性脂肪酸(VFAs)，主要包括乙酸、丙酸、丁酸、异戊酸等有机酸，如将此阶段产生的VFAs回流，用于对污泥的酸化预处理，可以有效的提高污泥的可生化性。
鉴于此，本发明提出了一种用发酵液回流预处理污泥的方法，包括：将污泥在超声波处理器中用超声波预处理后，进入水解酸化池进行水解酸化，得到水解酸化后的污泥进入产甲烷池进行甲烷发酵处理，其中所述水解酸化得到的发酵液回流至污泥预处理池，与超声波预处理前污泥混合后进行酸化预处理，再进行后续超声波预处理。并通过大量试验研究，比较了不同超声条件(如超声波声能密度、超声作用时间、超声反应器形式等)以及水解液回流条件下(如污泥浓度、水解酸化相停留时间等)超声破解发酵液的pH值，并综合考虑超声能耗、超声破解发酵液后VFAs含量等要素，选择合适超声破解条件，并将其酸化阶段水解液液回流至污泥预处理工艺，获得一种新工艺以及最佳工艺运行参数(如发酵液回流比、预处理时间、水解酸化相停留时间、产甲烷相停留时间等)。采用该工艺进行厌氧消化，可提高产气量，减少消化时间，降低运行费用。
下面通过实施例来进一步说明本发明方法：
实施例1
将水解酸化处理步骤得到的发酵液经过污泥泵回流进入污泥预处理池中，并控制预处理池中污泥含固率2.5％，发酵液的回流量比为50％，机械搅拌混合污泥与发酵液均匀后进行酸化预处理，预处理时间为14h。预处理后污泥液相中TCOD提高1340mg/L。污泥经污泥泵输送至多探头式超声波处理器进行超声破解，其中超声反应器频率为20kHz，探头直径为20mm，声能密度为0.2kW/m3，污泥含固率为2.1％，破解时间为1min。破解后污泥液相中TCOD提高950mg/L。超声处理后的污泥通过污泥泵进入水解酸化池，水力停留时间48h，发酵液pH值降至4.1，如上所述，将发酵液回流至污泥预处理池。水解酸化后的污泥通过污泥泵进入产甲烷池，水力停留时间120h，甲烷产气量为366.94ml/g VS，产气量提高40％。
实施例2
将水解酸化处理步骤得到的发酵液经过污泥泵回流进入污泥预处理池中，并控制污泥预处理池中污泥含固率2.5％，发酵液的回流量比为55％，机械搅拌混合污泥与发酵液均匀后进行酸化预处理，预处理时间为24h。预处理后污泥液相中TCOD提高1453mg/L。污泥经污泥泵输送至多探头式超声波处理器进行超声破解，其中超声反应器频率为20kHz，探头直径为20mm，声能密度为0.42kW/m3，污泥含固率为2.1％，破解时间为3min。破解后污泥液相中TCOD提高1023mg/L。超声处理后的污泥通过污泥泵进入水解酸化池，水力停留时间24h，发酵液pH值降至3.65，如上所述，将发酵液回流至污泥预处理池。水解酸化后的污泥通过污泥泵进入产甲烷池，水力停留时间168h，甲烷产气量为394.2ml/g VS，产气量提高50.4％。
实施例3
将水解酸化处理步骤得到的发酵液经过污泥泵回流进入污泥预处理池中，并控制污泥预处理池中污泥含固率2.9％，发酵液的回流量比为67％，机械搅拌混合污泥与发酵液均匀后进行酸化预处理，预处理时间为36h。预处理后污泥液相中TCOD提高2142mg/L。污泥经污泥泵输送至多探头式超声波处理器进行超声破解，超声反应器频率为28kHz，探头直径为25mm，声能密度为0.65kW/m3，污泥含固率为2.4％，破解时间为5min。破解后污泥液相中TCOD提高1987mg/L。超声处理后的污泥通过污泥泵进入水解酸化池，水力停留时间24h，发酵液pH值降至3.14，如上所述，将发酵液回流至污泥预处理池。水解酸化后的污泥通过污泥泵进入产甲烷池，水力停留时间192d，甲烷产气量为446.8ml/g VS，产气量提高65.7％。
实施例4
将水解酸化处理步骤得到的发酵液经过污泥泵回流进入污泥预处理池中，并控制污泥预处理池中污泥含固率3.2％，发酵液的回流量比为85％，对污泥与发酵液机械搅拌混合均匀后进行酸化预处理，对污泥进行机械搅拌，预处理时间为48h。预处理后污泥液相中TCOD提高2543mg/L。污泥经污泥泵输送至多探头式超声波处理器进行破解，超声反应器频率为18kHz，探头直径为30mm，声能密度为0.75kW/m3，污泥含固率为2.5％，破解时间为8min。破解后污泥液相中TCOD提高2437mg/L。超声处理后的污泥通过污泥泵进入水解酸化池，水力停留时间72h，发酵液pH值降至2.31，如上所述，将发酵液回流至污泥预处理池。水解酸化后的污泥通过污泥泵进入产甲烷池，水力停留时间216h，甲烷产气量为487.3ml/gVS，产气量提高80.7％。
实施例5
将水解酸化处理步骤得到的发酵液经过污泥泵回流进入污泥预处理池中，并控制预处理池中污泥含固率4％，发酵液的回流量比为90％，对污泥与发酵液进行机械搅拌，预处理时间为64h。预处理后污泥液相中TCOD提高2623mg/L。污泥经污泥泵输送至多探头式超声波处理器进行破解，超声反应器频率为30kHz，探头直径为30mm，声能密度为0.8kW/m3，污泥含固率为2.5％，破解时间为10min。破解后污泥液相中TCOD提高2507mg/L。超声处理后的污泥通过污泥泵进入水解酸化池，水力停留时间70h，发酵液pH值降至2.2，如上所述，将发酵液回流至污泥预处理池。水解酸化后的污泥通过污泥泵进入产甲烷池，水力停留时间220h，甲烷产气量为500.78ml/g VS，产气量提高85.7％。
本发明可以应用于有污泥厌氧消化处理工艺的污水处理厂升级改造、新建污泥消化工艺等，经推广后可以提高消化产甲烷量，减少污泥消化时间，充分利用水解酸化阶段产生的有机酸，实现污泥资源化，产生显著的环境效益和经济效益。

Claims (10)

1.一种用发酵液回流预处理污泥的方法，包括：将污泥在超声波处理器中用超声波预处理后，进入水解酸化池进行水解酸化，得到水解酸化后的污泥进入产甲烷池进行甲烷发酵处理，其特征在于，所述水解酸化得到的发酵液回流至污泥预处理池，与超声预处理前污泥混合后进行酸化预处理，再进行后续超声波预处理。
2.根据权利要求1所述的用发酵液回流预处理污泥的方法，其特征在于，水解酸化发酵液回流量比为50％-90％，且混合均匀后酸化预处理时间为14h-64h。
3.根据权利要求2所述的用发酵液回流预处理污泥的方法，其特征在于，所述酸化预处理步骤中的污泥含固量比为2％-4％。
4.根据权利要求1所述的用发酵液回流预处理污泥的方法，其特征在于，所述超声波预处理步骤中超声声能密度为0.2kW/m3-0.8kW/m3。
5.根据权利要求1所述的用发酵液回流预处理污泥的方法，其特征在于，所述超声波预处理步骤中超声声能密度为0.65kW/m3-0.8kW/m3。
6.根据权利要求1所述的用发酵液回流预处理污泥的方法，其特征在于，所述的超声波处理器为多探头式，超声频率为18kHz-30kHz，探头直径为20mm-30mm。
7.根据权利要求1所述的用发酵液回流预处理污泥的方法，其特征在于，所述超声波预处理时间为1min-10min。
8.根据权利要求1所述的用发酵液回流预处理污泥的方法，其特征在于，所述水解酸化处理步骤中的水力停留时间为24h-72h。
9.一种根据权利要求1所述方法处理污泥在制备甲烷的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述污泥在甲烷发酵处理步骤中的水力停留时间为120h-220h。
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