CN102583914A - 一种提高城市污泥干法发酵性能的方法 - Google Patents

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周玲玲
张永吉
董滨
陈功
戴晓虎
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Abstract

本发明属于固废资源化领域,涉及一种提高城市污泥干法发酵性能的方法,其包含以下步骤:(1)碱+热水解预处理:将固体碱与脱水污泥混合,加入到高压反应釜中,进行高压热水解;(2)将上述步骤(1)中经高压热水解预处理过的脱水污泥与固体碱的混合物冷却;(3)然后将步骤(2)中制得的预处理污泥加入厌氧发酵罐中,与厌氧发酵污泥混合均匀,然后在发酵罐中进行发酵处理。本发明有效地改善污泥传质性能及破坏污泥的胶体结构、絮凝体、微生物细胞,使细胞内有机质流出,加速有机物的快速水解,使难生物降解的有机物转化为易降解有机物,为厌氧菌提供更多的可生物降解底物,从而提高后续厌氧发酵的效率,显著提高沼气的产量。

Description

一种提高城市污泥干法发酵性能的方法
技术领域
[0001] 本发明属于固废资源化领域,涉及一种提高城市污泥干法发酵性能的方法。
背景技术
[0002] 伴随着我国污水处理能力的迅速提升,污泥产生量大幅增长。据估计,我国湿污泥年产量将很快突破3000万吨。而据我国最新调研数据显示,当前污泥的实际处理处置率甚至不到30%。这必将严重影响我国建设城市污水处理厂削减水体污染物的效果,这些污泥将可能对地下水、土壤等造成二次污染,成为环境安全和公众健康的威胁。我国能源结构长期以煤炭和石油为主,能源供需矛盾日益突出,能源不足已经成为制约国民经济发展的瓶颈,而日益严重的土壤矿化问题也是关系国民经济发展的重要制约因素。以污泥厌氧发酵回收生物质能源-沼气,是符合低碳循环可持续发展的路线,不仅达到减量化、稳定化和安全化目标,同时达到能源最大化和资源最佳化。
[0003] 根据厌氧发酵罐中物料的固体含量(TS),厌氧发酵技术可分为湿式发酵 (TS ^ 12%)和干式发酵(TS ^20%)两种,湿式发酵已在城市污泥(TS为2-3% )消化产沼,并已经得到应用。与污泥湿法厌氧发酵相比,污泥干法厌氧发酵的难点在于:(I)脱水污泥含水率低、粘滞系数高、TS浓度高,呈非流动状态,造成反应的基质粘度大;(2)脱水污泥含固率高,污泥中大量的有机质包裹在微生物体内,不利于水解酸化过程的发生,因此, 造成反应底物、中间产物与厌氧微生物之间接触不良,难以启动或产沼能力低。上述问题是阻碍污泥的干法厌氧发酵的主要技术瓶颈。
[0004] 国内外对污泥湿法厌氧发酵前预处理技术开展了如下工作,如:化学预处理(酸、 碱)、超声波、微波处理、臭氧氧化等,但是以上方法均是针对湿法污泥厌氧发酵,如:碱+超声波(CN 101565262A)、微波+碱热水解(CN 101524699A)等预处理手段。对于粘滞性大, 流动性差的干污泥,可采用热水解预处理(CN 101948228A),采用高温热水解+碱联合预处理技术应用于污泥干法厌氧发酵方面,国内外均未见报道。
[0005] 由于脱水污泥粘滞性大,流动性差造成的传质困难,不易直接厌氧发酵等困难;另外污泥中的有机质大部分是微生物的细胞物质,被微生物细胞所包裹,难以为厌氧微生物所利用,限制了污泥的干法厌氧发酵,为了降低污泥直接厌氧发酵的难度和提高污泥干法厌氧发酵的水解效率和产沼效率,对污泥进行碱和热水解的处理。据文献报道(Tanaka S., and Kamiyama K. Thermochemical pretreatment in the anaerobic digestion of waste activated sludge. Water science and technology,2002,46 (10),173-179. ;Delgenes J. P.,Penaud V.,Torijos M. , Moletta R. Investigation on the changes in anaerobic biodegradability and biotoxicity of an inductrial microbial biomass induced by thermochemical pre-treatment. Water science and technology,2000,41 (3), 137-144.),与单纯的热处理相比,在相同的温度条件下,热处理与化学方法联合作用不仅增加污泥中有机物的溶解性和有机物的可生化性,而且破坏污泥絮体结构,及污泥中微生物的细胞壁,导致污泥中微生物细胞的破碎,胞内物质溶出。缩短污泥的水解效率,为产甲烷阶段做准备。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于针对现有技术的缺陷而提出一种提高城市污泥干法发酵性能的方法。该方法针对城市污泥干法厌氧发酵过程中物料的流动性差、传质效果差、气体不易溢出等困难,通过碱和热水解的联合作用,提高水解效率和可生物利用有机物的量,从而提高污泥厌氧发酵性能,使城市污泥实现减量化、资源化。
[0007] 为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
[0008] 一种提高城市污泥干法发酵性能的方法,包含以下步骤:
[0009] (I)碱+热水解预处理:将固体碱与脱水污泥混合,加入到高压反应釜中,进行高压热水解;
[0010] (2)将上述步骤(I)中经高压热水解预处理过的脱水污泥与固体碱的混合物冷却;
[0011] (3)然后将步骤(2)中制得的预处理污泥加入厌氧发酵罐中,与厌氧发酵污泥混合均匀,然后在发酵罐中进行发酵处理。
[0012] 所述的固体碱选自氢氧化钠或氢氧化钾。
[0013] 所述的步骤(I)中脱水污泥的含固率为15-25%。
[0014] 所述的步骤⑴中固体碱与脱水污泥的质量比为1% _5%。
[0015] 所述的步骤(I)中高压热水解的反应温度为120-170°C,反应时间为30_60min。
[0016] 所述的步骤(2)的冷却温度为至55_60°C。
[0017] 所述的步骤(2)的厌氧发酵处理的温度为50_60°C,温度波动不超过±2°C。
[0018] 所述的步骤(3)中,每日连续进出料,预处理污泥的进料量为厌氧发酵污泥体积的 1/10-1/20。
[0019] 所述的步骤(3)中,混合后的污泥在发酵罐中的停留时间为10-20天。
[0020] 本发明的有益效果在于:
[0021] 通过投加碱和热水解的联合作用有效改善污泥传质性能及破坏污泥的胶体结构、 絮凝体、微生物细胞,使细胞内有机质流出,加速有机物的快速水解,使难生物降解的有机物转化为易降解有机物,为厌氧菌提供更多的可生物降解底物,从而提高后续厌氧发酵的效率,显著提高沼气的产量。
具体实施方式
[0022] 下面通过实施例进一步说明本发明:
[0023] 实施例I :
[0024] (I)按照碱与污泥的质量比为3%的比例将氢氧化钠与含固率为15%的脱水污泥混合,然后加入到高压反应釜中,进行高压热水解;在150°C条件下处理30min ;
[0025] (2)将上述碱+高压热水解处理的污泥冷却至55 °C左右,污泥粘度降低85 %,污泥中溶的解性化学需氧量(COD)占总COD的50% ;
[0026] (3)每日加入O. 5L预处理污泥于有效容积为IOL的厌氧发酵罐中,预处理污泥的进料量为接种污泥体积的1/20 ;发酵罐中原有IOL的物料为厌氧发酵污泥,控制发酵罐中的物料温度为53+2°C,物料在发酵罐中的停留时间为20天,在上述过程中每日连续进出料并且控制搅拌装置启动30min,停止30min。
[0027] 与未处理脱水污泥进行厌氧发酵处理相比,污泥中有机物的降解率提高20%,单位体积甲烷产率提高25%。
[0028] 实施例2 :
[0029] (I)按照碱与污泥的质量比为3%的比例将氢氧化钾与含固率为22%的脱水污泥混合,然后加入到高压反应釜中,进行高压热水解;在150°C条件下处理30min ;
[0030] (2)将上述碱+高压热水解处理的污泥冷却至55 °C左右,污泥粘度降低90 %,污泥中溶解性化学需氧量(COD)占总COD的45% ;
[0031] (3)每日加入O. 5L预处理污泥于有效容积为IOL的厌氧发酵罐中,预处理污泥的进料量为接种污泥体积的1/20 ;发酵罐中原有IOL的物料为厌氧发酵污泥,控制发酵罐中的物料温度为53+2°C,物料在发酵罐中的停留时间为20天,待污泥中有机物的降解率和产气率稳定后,提高发酵罐每日进料量为1L,污泥停留时间为10天,在上述过程中,连续进出料,并且控制搅拌装置启动30分钟,停止30分钟。
[0032] 与未处理脱水污泥厌氧发酵处理相比,污泥中有机物的降解率提高18%,单位体积甲烷产率提高30%。
[0033] 实施例3 :
[0034] (I)按照碱与污泥的质量比为5%的比例将氢氧化钠与含固率为20%的脱水污泥混合,然后加入到高压反应釜中,进行高压热水解;在120°C条件下处理40min ;
[0035] (2)将上述碱+高压热水解处理的污泥冷却至55°C左右,污泥粘度降低84%,污泥中溶解性化学需氧量(COD)占总COD的55% ;
[0036] (3)每日加入O. 5L预处理污泥于有效容积为IOL的厌氧发酵罐中,预处理污泥的进料量为接种污泥体积的1/20 ;发酵罐中原有IOL的物料为厌氧发酵污泥,控制发酵罐中的物料温度为53+2°C,物料在发酵罐中的停留时间为20天,在上述过程中,连续进出料并且控制搅拌装置启动30分钟,停止30分钟。
[0037] 与未处理脱水污泥进行厌氧发酵处理相比,污泥中有机物的降解率提高16%,单位体积甲烷产率提高33%。
[0038] 实施例4 :
[0039] (I)按照碱与污泥的质量比为1%的比例将氢氧化钠与含固率20%的脱水污泥混合,然后加入到高压反应釜中,进行高压热水解;在120°C条件下处理60min ;
[0040] (2)将上述碱+高压热水解处理的污泥冷却至55 °C左右,污泥粘度降低77 %,污泥中溶解性化学需氧量(COD)占总COD的47% ;
[0041] (3)每日加入O. 5L预处理污泥于有效容积为IOL的厌氧发酵罐中,预处理污泥的进料量为接种污泥体积的1/20 ;发酵罐中原有IOL的物料为厌氧发酵污泥,控制发酵罐中的物料温度为53+2°C,物料在发酵罐中的停留时间为20天,在上述过程中连续进出料并且控制搅拌搅拌装置30分钟,停止30分钟。
[0042] 与未处理脱水污泥进行厌氧发酵处理相比,污泥中有机物的降解率提高12%,单位体积甲烧广率提闻28%。
[0043] 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. 一种提高城市污泥干法发酵性能的方法,其特征在于:包含以下步骤:(1)将固体碱与脱水污泥混合,加入到高压反应釜中,进行高压热水解;(2)将上述步骤(I)中经高压热水解预处理过的脱水污泥与固体碱的混合物冷却;(3)然后将步骤(2)中制得的预处理污泥加入厌氧发酵罐中,与厌氧发酵污泥混合均匀,然后在厌氧发酵罐中进行发酵处理。
2.根据权利要求I所述的方法,其特征在于:所述的固体碱选自氢氧化钠或氢氧化钾。
3.根据权利要求I所述的方法,其特征在于:所述的步骤(I)中脱水污泥的含固率为 15-25%。
4.根据权利要求I所述的方法,其特征在于:所述的步骤(I)中固体碱与脱水污泥的质量比为1% _5%。
5.根据权利要求I所述的方法,其特征在于:所述的步骤(I)中高压热水解的反应温度为120-170°C,反应时间为30-60min。
6.根据权利要求I所述的方法,其特征在于:所述的步骤(2)的冷却温度为至 55-60。。。
7.根据权利要求I所述的方法,其特征在于:所述的步骤(2)的厌氧发酵处理的温度为50-60°C,温度波动不超过±2°C。
8.根据权利要求I所述的方法,其特征在于:所述的步骤(3)中,每日连续进出料,预处理污泥的进料量为厌氧发酵污泥体积的1/10-1/20。
9.根据权利要求I所述的方法,其特征在于:所述的步骤(3)中,混合后的污泥在发酵罐中的停留时间为10-20天。
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