CN102603141A - 一种预处理提高低有机质污泥厌氧发酵产沼气的方法 - Google Patents

一种预处理提高低有机质污泥厌氧发酵产沼气的方法 Download PDF

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陈汉龙
冯雷雨
戴晓虎
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Abstract

本发明属于固体废弃物资源化技术领域，公开了一种预处理提高低有机质污泥厌氧发酵产沼气的方法，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进行预处理，取上述混合污泥作为进料进行厌氧消化，并出料相同体积的污泥，收集沼气。本发明方法提高低有机质污泥厌氧发酵产气效率，稳定产气量，且能耗低，应用方便，进一步促进污泥资源化。本发明方法缩短了低有机质污泥厌氧启动时间，提高了低有机质污泥厌氧消化产气总量，促进了低有机质污泥资源化利用。

Description

一种预处理提高低有机质污泥厌氧发酵产沼气的方法
技术领域
本发明属于固体废弃物资源化技术领域，涉及一种预处理提高低有机质污泥厌氧发酵产沼气的方法。
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为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。
决定污泥生物质能回收的重要影响因素之一是污泥的有机质含量，国外污泥属于高有机质污泥，含量一般为70％～84％，应用厌氧发酵回收生物质能可取得好的效果并进行推广应用。而我国污泥有机质含量均比较低，常出现启动困难，产气量少，且产气不稳定，限制了污泥厌氧发酵技术在我国大规模应用。通过改善污泥理化性能可以将大量胞内有机物释放，有利于进一步污泥生物质能回收。另一方面，固体含量低，含水率高时，改善污泥理化性能代价大，影响调理技术的进一步应用。
现有的污泥预处理技术仅针对高有机质低浓度的污泥有较高的效果，而对低有机质高浓度的污泥的处理效果尚未明确，其工艺参数也尚未得到优化。
发明内容
针对低有机质污泥启动困难，产气量少，且产气不稳定，难于应用厌氧稳定工艺对其进行处理处置的缺陷，本发明的目的是提供一种预处理提高低有机质污泥厌氧发酵产沼气的方法。
本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种预处理提高低有机质污泥厌氧发酵产沼气的方法，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进行预处理，取上述混合污泥作为进料进行厌氧消化，并出料相同体积的污泥，收集沼气。
所述的混合污泥含水率为85～95％，挥发性有机固体VS占总固体TS的比例为20～45％。
所述的进料或出料是指每日进料量＝每日出料量＝消化污泥总量/污泥停留时间。
所述的厌氧消化过程中污泥停留时间为20～30d。
所述的预处理为碱解预处理、加热预处理或微波预处理。
所述的碱解预处理是指通过投加碱性试剂，使污泥处于碱性条件下并静置12～24h以达到碱性破解的目的，并在再次厌氧消化前投加盐酸调节pH至7.5±0.5。
所述的碱性试剂为氢氧化钠(NaOH)、生石灰(CaO)或氢氧化钙(Ca(OH)2)，每克挥发性有机固体VS投加碱性试剂为0.05～0.15g，即0.05～0.15g/g VS。
所述的微波预处理工艺操作条件为：微波频率为2450MHz，微波辐射功率为100～1000w，辐射时间为1～20min。
所述的加热预处理温度为90～170℃，时间为10～60min。
所述的厌氧消化控制温度为35±2℃或55±2℃，调节pH为7.5±0.5，搅拌速度为50～250rpm。
本发明同现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明方法提高低有机质污泥厌氧发酵产气效率，稳定产气量，且能耗低，应用方便，进一步促进污泥资源化。
2、本发明方法缩短了低有机质污泥厌氧启动时间，提高了低有机质污泥厌氧消化产气总量，促进了低有机质污泥资源化利用。
3、本发明方法使得低有机质污泥产气稳定，并提高污泥产气速率，缩短了污泥停留时间，减小污泥厌氧发酵罐体积。
附图说明
图1表示本发明的碱解预处理提高低有机质污泥厌氧发酵产沼气的方法的流程图。
图2表示本发明的微波预处理提高低有机质污泥厌氧发酵产沼气的方法的流程图。
图3表示本发明的加热预处理提高低有机质污泥厌氧发酵产沼气的方法的流程图。
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表示本发明的碱解预处理提高低有机质污泥厌氧发酵产沼气的方法的流程图。
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为78.91％)和浓缩污泥(含水率为96.17％)在污泥调配池中配成含水率为90.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体占总固体的比例为32.5％。然后将上述污泥投入碱调节池，在120rpm的搅拌条件下投加氢氧化钠，氢氧化钠投加量为0.05g/gVS，搅拌均匀之后在静置池中静置24h，再投加盐酸调节pH至7.5±0.5。取1L已处理好的上述污泥投入20L有效体积的发酵罐中(污泥停留时间为20d)，并出料1L至集泥池中。每日通过沼气池收集气体，并控制温度35±2℃，自动调节pH 7.5±0.5，转速控制为250rpm。连续运行2～3个周期(即40～60d)后，可连续稳定产气。实验结果为，日均产气量为10.5L，甲烷含量为61.99％，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78.91％)和浓缩污泥(含水率为96.17％)在污泥调配池中配成含水率为90.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体占总固体的比例为32.5％。取1L上述污泥投入20L有效体积的发酵罐中(污泥停留时间为20d)，并出料1L至集泥池中。每日通过沼气池收集气体，并控制温度35±2℃，自动调节pH 7.5±0.5，转速控制为250rpm。连续运行2～3个周期(即40～60d)后，可连续稳定产气。实验结果为，日均产气量为8.2L，甲烷含量为60.12％，有机物降解率为24％。
由此可见，实施例1相比比较例1产气量提高了28.0％，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79.11％)和浓缩污泥(含水率为97.62％)在污泥调配池中配成含水率为85.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体占总固体的比例为20.0％。然后将上述污泥投入碱调节池，在120rpm的搅拌条件下投加氧化钙，氧化钙投加量为0.10g/gVS，搅拌均匀之后在静置池中静置12h，再投加盐酸调节pH至7.5±0.5。取1L已处理好的上述污泥投入25L有效体积的发酵罐中(污泥停留时间为25d)，并出料1L至集泥池中。每日通过沼气池收集气体，并控制温度35±2℃，自动调节pH 7.5±0.5，转速控制为150rpm。连续运行2～3个周期(即50～75d)后，可连续稳定产气。实验结果为，日均产气量为8.4L，甲烷含量为65.56％，有机物降解率为28％。
比较例2
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为79.11％)和浓缩污泥(含水率为97.62％)在污泥调配池中配成含水率为85.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体占总固体的比例为20.0％。取1L上述污泥投入25L有效体积的发酵罐中(污泥停留时间为25d)，并出料1L至集泥池中。每日通过沼气池收集气体，并控制温度35±2℃，自动调节pH 7.5±0.5，转速控制为150rpm。连续运行2～3个周期(即50～75d)后，可连续稳定产气。实验结果为，日均产气量为6.0L，甲烷含量为65.56％，有机物降解率为20.0％。
由此可见，实施例2相比比较例2产气量提高了40.0％，有机物降解率增高了8％。
实施例3
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为78.11％)和浓缩污泥(含水率为98.35％)在污泥调配池中配成含水率为95.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体占总固体的比例为45.0％。然后将上述污泥投入碱调节池，在120rpm的搅拌条件下投加氢氧化钙，氢氧化钙投加量为0.15g/gVS，搅拌均匀之后在静置池中静置18h，再投加盐酸调节pH至7.5±0.5。取1L已处理好的上述污泥投入30L有效体积的发酵罐中(污泥停留时间为30d)，并出料1L至集泥池中。每日通过沼气池收集气体，并控制温度55±2℃，自动调节pH 7.5±0.5，转速控制为50rpm。连续运行2～3个周期(即60～90d)后，可连续稳定产气。实验结果为，日均产气量为8.6L，甲烷含量为67.26％，有机物降解率为38％。
比较例3
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为78.11％)和浓缩污泥(含水率为98.35％)在污泥调配池中配成含水率为95.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体占总固体的比例为45.0％。取1L上述污泥投入30L有效体积的发酵罐中(污泥停留时间为30d)，并出料1L至集泥池中。每日通过沼气池收集气体，并控制温度55±2℃，自动调节pH 7.5±0.5，转速控制为50rpm。连续运行2～3个周期(即60～90d)后，可连续稳定产气。实验结果为，日均产气量为7.3L，甲烷含量为65.32％，有机物降解率为29％。
由此可见，实施例3相比比较例3产气量提高了17.8％，有机物降解率增高了9％。
实施例4
图2表示本发明的微波预处理提高低有机质污泥厌氧发酵产沼气的方法的流程图。
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为78.91％)和浓缩污泥(含水率为96.17％)在污泥调配池中配成含水率为90.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体占总固体的比例为32.5％。然后将上述污泥投入微波辐射装置，微波频率为2450MHz，在1000W条件下经微波辐照1min。取1L已处理好的上述污泥投入20L有效体积的发酵罐中(污泥停留时间为20d)，并出料1L至集泥池中。每日通过沼气池收集气体，并控制温度35±2℃，自动调节pH 7.5±0.5，转速控制为250rpm。连续运行2～3个周期(即40～60d)后，可连续稳定产气。实验结果为，日均产气量为11.0L，甲烷含量为65.36％，有机物降解率为33％。
由此可见，实施例4相比比较例1产气量提高了34％，有机物降解率增高了9％。
实施例5
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为79.11％)和浓缩污泥(含水率为97.62％)在污泥调配池中配成含水率为85.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体占总固体的比例为20.0％。然后将上述污泥投入微波辐射装置，微波频率为2450MHz，在600W条件下微波辐照10min。取1L已处理好的上述污泥投入25L有效体积的发酵罐中(污泥停留时间为25d)，并出料1L至集泥池中。每日通过沼气池收集气体，并控制温度35±2℃，自动调节pH 7.5±0.5，转速控制为150rpm。连续运行2～3个周期(即50～75d)后，可连续稳定产气。实验结果为，日均产气量为8.7L，甲烷含量为64.59％，有机物降解率为29％。
由此可见，实施例5相比比较例2产气量提高了45.0％，有机物降解率增高了9％。
实施例6
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为78.11％)和浓缩污泥(含水率为98.35％)在污泥调配池中配成含水率为95.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体占总固体的比例为45.0％。然后将上述污泥投入微波辐射装置中，微波频率为2450MHz，在100W条件下经微波辐照20min。取1L已处理好的上述污泥投入30L有效体积的发酵罐中(污泥停留时间为30d)，并出料1L至集泥池中。每日通过沼气池收集气体，并控制温度55±2℃，自动调节pH 7.5±0.5，转速控制为50rpm。连续运行2～3个周期(即50～75d)后，可连续稳定产气。实验结果为，日均产气量为8.8L，甲烷含量为65.36％，有机物降解率为39％。
由此可见，实施例6相比比较例3产气量提高了19.2％，有机物降解率增高了10％。
实施例7
图3表示本发明的加热预处理提高低有机质污泥厌氧发酵产沼气的方法的流程图。
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为78.91％)和浓缩污泥(含水率为96.17％)在污泥调配池中配成含水率为90.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体占总固体的比例为32.5％。然后将上述污泥投入加热预处理装置中，经120度加热30min。取1L已处理好的上述污泥投入20L有效体积的发酵罐中(污泥停留时间为20d)，并出料1L至集泥池中。每日通过沼气池收集气体，并控制温度35±2℃，自动调节pH 7.5±0.5，转速控制为250rpm。连续运行2～3个周期(即40～60d)后，可连续稳定产气。实验结果为，日均产气量为11.1L，甲烷含量为62.58％，有机物降解率为34％。
由此可见，实施例7相比比较例1产气量提高了35.4％，有机物降解率增高了10％。
实施例8
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为79.11％)和浓缩污泥(含水率为97.62％)在污泥调配池中配成含水率为85.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体占总固体的比例为20.0％。然后将上述污泥投入加热预处理装置中，经90℃加热60min。取1L已处理好的上述污泥投入25L有效体积的发酵罐中(污泥停留时间为25d)，并出料1L至集泥池中。每日通过沼气池收集气体，并控制温度35±2℃，自动调节pH 7.5±0.5，转速控制为150rpm。连续运行2～3个周期(即50～75d)后，可连续稳定产气。实验结果为，日均产气量为9.0L，甲烷含量为66.35％，有机物降解率为30％。
由此可见，实施例8相比比较例2产气量提高了50.0％，有机物降解率增高了10％。
实施例9
取某地污水处理厂脱水污泥(含水率为78.11％)和浓缩污泥(含水率为98.35％)在污泥调配池中配成含水率为95.0％的混合污泥，此时其挥发性有机固体占总固体的比例为45.0％。然后将上述污泥投加热预处理装置，经170度加热10min。取1L已处理好的上述污泥投入30L有效体积的发酵罐中(污泥停留时间为30d)，并出料1L至集泥池中。每日通过沼气池收集气体，并控制温度55±2℃，自动调节pH 7.5±0.5，转速控制为50rpm。连续运行2～3个周期(即50～75d)后，可连续稳定产气。实验结果为，日均产气量为9.0L，甲烷含量为66.39％，有机物降解率为40％。
由此可见，实施例9相比比较例3产气量提高了23.3％，有机物降解率增高了11％。
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 (10)

1.一种预处理提高低有机质污泥厌氧发酵产沼气的方法，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进行预处理，取上述混合污泥作为进料进行厌氧消化，并出料相同体积的污泥，收集沼气。
2.根据权利要求1所述的预处理提高低有机质污泥厌氧发酵产沼气的方法，其特征在于：所述的混合污泥含水率为85～95％，挥发性有机固体VS占总固体TS的比例为20～45％。
3.根据权利要求1所述的预处理提高低有机质污泥厌氧发酵产沼气的方法，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＝消化污泥总量/污泥停留时间。
4.根据权利要求1所述的预处理提高低有机质污泥厌氧发酵产沼气的方法，其特征在于：所述的厌氧消化过程中污泥停留时间为20～30d。
5.根据权利要求1所述的预处理提高低有机质污泥厌氧发酵产沼气的方法，其特征在于：所述的预处理为碱解预处理、加热预处理或微波预处理。
6.根据权利要求5所述的预处理提高低有机质污泥厌氧发酵产沼气的方法，其特征在于：所述的碱解预处理是指通过投加碱性试剂，使污泥处于碱性条件下并静置12～24h，并在再次厌氧消化前投加盐酸调节pH至7.5±0.5。
7.根据权利要求6所述的预处理提高低有机质污泥厌氧发酵产沼气的方法，其特征在于：所述的碱性试剂为氢氧化钠、生石灰或氢氧化钙，每克挥发性有机固体VS投加碱性试剂为0.05～0.15g，即0.05～0.15g/g VS。
8.根据权利要求5所述的预处理提高低有机质污泥厌氧发酵产沼气的方法，其特征在于：所述的微波预处理工艺操作条件为：微波频率为2450MHz，微波辐射功率为100～1000w，辐射时间为1～20min。
9.根据权利要求5所述的预处理提高低有机质污泥厌氧发酵产沼气的方法，其特征在于：所述的加热预处理温度为90～170℃，时间为10～60min。
10.根据权利要求1所述的预处理提高低有机质污泥厌氧发酵产沼气的方法，其特征在于：所述的厌氧消化控制温度为35±2℃或55±2℃，调节pH为7.5±0.5，搅拌速度为50～250rpm。
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