CN103011542A

CN103011542A - 一种加热法预处理高含固率污泥厌氧消化装置及工艺

Info

Publication number: CN103011542A
Application number: CN2012105411129A
Authority: CN
Inventors: 左剑恶; 刘峰林; 林甲; 陈晓洁
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2013-04-03

Abstract

一种加热法预处理高含固率污泥厌氧消化装置及工艺，在污泥混合单元形成含固率为10％的污泥，经过蠕动泵打入加热罐中的加热管中，在70℃的情况下，加热预处理30～60分钟；最后将经过预处理之后的污泥加入到厌氧消化罐体内，进行搅拌厌氧消化，本发明解决污泥厌氧消化运输量大，成本高，污泥难以水解酸化的问题，实现污泥减量化，资源化及无害化。

Description

一种加热法预处理高含固率污泥厌氧消化装置及工艺

技术领域

本发明涉及一种污泥厌氧消化工艺，特别是涉及到一种加热法预处理高含固率污泥厌氧消化装置及工艺。

背景技术

随着我国经济的发展，人民生活水平的提高，人们在生产生活中产生的污废水也越来越多。目前我国新建污水处理厂数量迅速增多，污水处理率也逐年提高，多数污水处理厂所采用的主要工艺形式是生物处理法。

城市污水的生物处理（活性污泥法或生物膜法）的实质是微生物以污水中胶体状和溶解态的有机污染物作为营养基质的新陈代谢过程，这一过程的结果是污水得到净化，微生物获得能量合成新的细胞。在稳定运行的生物系统中，为维持恒定的生物量，需将生成的多余污泥排出，即剩余污泥的排放。我国污水处理正在以前所未有的速度发展和扩大，随之产生的污泥量也越来越大，污泥处理费用占整个污水处理厂运行费用的比例非常大，一般能够达到25％～40％，甚至高达60％。污泥如果处理或处置不当，会对环境形成危害。为了能够更好的处理污泥，为了防止污泥在环境中造成二次污染，寻找合理的污泥处理处置方法就势在必行。

截止到2008年，我国已建成的污水处理厂达1519座，设计处理能力9092.7万m³/d，污泥产量约1800万吨/年（80％含水率）。但是与此形成鲜明对比的是，全国只有5％的污水处理厂使用厌氧消化技术处理污泥，而更多污水处理厂多选择填埋、堆肥等方式对其污泥进行处理，导致很大的环境问题。

在国外，污泥处置同样是一个非常重要的问题，国外污泥处置与污水处置被人们放在同等重要的位置来讨论，按照欧洲污泥处置技术路线分析，从1998年到2005年，欧洲污泥循环利用以及填埋的比例减少，而焚烧的比例增加，但是大多数污泥处置均首先采用厌氧消化技术对其中的有机物进行稳定化处理，并回收其中的有机能源。

厌氧消化工艺是一种能够使污泥稳定化，无害化，资源化的方法，传统污泥厌氧消化工艺都是针对含固率为4％的污泥进行厌氧消化，污泥厌氧消化含固率越低，污泥运输成本以及厌氧消化管理成本越大。

污泥的组分是微生物，由于微生物细胞外有细胞膜及细胞壁包裹，所以厌氧消化过程中水解酸化速率较慢，需要有效的预处理方法提高水解酸化速率。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种加热法预处理高含固率污泥厌氧消化装置及工艺，解决污泥厌氧消化运输量大，成本高，污泥难以水解酸化的问题，实现污泥减量化，资源化及无害化。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种加热法预处理高含固率污泥厌氧消化装置，包括污泥混合单元1，污泥混合单元1包括固体配送输送带、液体输送管和搅拌装置，污泥混合单元1通过蠕动泵与具有搅拌功能的加热罐2相连通，加热罐2与厌氧消化罐体5一侧相连通，厌氧消化罐体5顶部设置有水封装置7和pH在线监测装置4，厌氧消化罐体5内设置有搅拌器3，厌氧消化罐体5一侧设置有温度计6。

基于上述装置的一种加热法预处理高含固率污泥厌氧消化工艺，包括以下步骤：

步骤一、在污泥混合单元1中，固体配送输送带输送含固率为15-25％的污泥泥饼，液体输送管按同等重量输送污泥脱水上清液，经过搅拌之后，形成含固率为10％的污泥，所述污泥脱水上清液为污泥压滤脱水之后的液体；

步骤二、调节好污泥含固率之后，经过蠕动泵打入加热罐2中的加热管中，在70℃的情况下，加热预处理30～60分钟；

步骤三、将经过预处理之后的污泥加入到厌氧消化罐体5内，进行搅拌厌氧消化，为了保证厌氧消化罐体5内物料与污泥的完全混合和充分接触，搅拌器3转速为90-150r/min，每小时搅拌20-30min，并采用恒温水浴夹套为厌氧消化罐体5保温，温度计6监测保证厌氧消化罐体5内的温度稳定在30-40℃，否则将人工调节温度，pH在线监测装置4监测厌氧消化罐体5内pH值，如果pH值不在7.0～8.0的范围内，要人工调节pH值，厌氧消化罐体5运行过程中，由底部出料口经蠕动泵排出厌氧消化物，厌氧消化罐体5气体采用湿式气体流量计进行计量后储存，之后可以进行收集燃烧发电。

本发明是提供一种新型厌氧消化方法以及一种有效的预处理方法。本发明中，污泥厌氧消化的原料是高含固率污泥，含固率为10％，同时用加热方法对这部分污泥进行预处理，然后进行厌氧消化。经过反复试验，综合经济性考虑，得到70℃加热污泥30～60分钟是最适合条件。

本发明原理如下：

1）所述工艺主要用于污水处理厂污泥的处理处置，中国污泥年产量大，不易处理，污泥的主要特征是成分复杂，不易降解，产量大。传统填埋方法处理污泥，效率低下，污染环境。污泥主要成分是微生物细胞，在厌氧消化过程中，细胞外面细胞壁，细胞膜阻碍污泥水解酸化，降低了污泥厌氧消化速率。加热方法是一种简单易行的预处理方法，经过实验表明，在70℃的情况下，对污泥加热30～60分钟，可以有效地破除污泥微生物细胞膜，细胞壁，显著增加污泥溶解性COD。

2）以往人们往往注意对含固率为4％污泥进行研究，但是缺乏对于高含固率污泥的厌氧消化研究，该专利证实了含固率为10％的污泥厌氧消化的可行性，同时配置以加热预处理方法，使得含固率为10％的污泥能够得到有效的处理处置。

3）所述工艺通过联合三个装置共同完成高含固率污泥厌氧消化，污泥混合单元能够将污泥的含固率搭配到10％，加热罐能够对含固率为10％的污泥进行预处理，破除微生物细胞膜细胞壁，增加污泥的溶解性COD，厌氧消化单元能够有效地回收污泥中的能源，使得污泥减量化，资源化，稳定化，无害化。

本发明的有益效果是：

1）所述工艺通过对高含固率污泥进行加热预处理，有效地破除污泥微生物的细胞壁，细胞膜，使得污泥厌氧消化过程中的水解酸化速率显著提高，解决了污泥厌氧消化过程中的传质问题。

2）所述工艺针对含固率为10％的污泥进行研究，突破以往人们对于污泥厌氧消化的认识，往常人们都关注在含固率为4％污泥的厌氧消化上。高含固率（含固率为10％）污泥厌氧消化能够减少运输成本，减少厌氧消化罐体积，节约建造成本以及管理成本，提高污泥厌氧消化带来的收益。

3）加热预处理温度为70℃，温度容易控制，减少了实际工程中的潜在危险。以往研究表明，高温厌氧消化的速率及产率均高于中温厌氧消化速率产率，而实际工程中污泥厌氧硝化温度大多为35℃，经过70℃温度预处理的污泥，在进入厌氧消化罐中的温度高于35℃，从而能够提高体系中厌氧消化速率及甲烷产量。

4）污泥经过加热预处理之后进行厌氧消化，硝化后的污泥脱水性能明显增加，这也在一定程度上解决了污泥脱水难的问题。

5）高含固率污泥厌氧消化，产生甲烷，回收了能源，甲烷可以发电。同时产生的沼液中富含大量氮磷元素，可以充当化肥，实现了资源再利用。

附图说明

附图为本发明的反应装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作详细叙述。

参照附图，一种加热法预处理高含固率污泥厌氧消化装置，包括污泥混合单元1，污泥混合单元1包括固体配送输送带、液体输送管和搅拌装置，污泥混合单元1通过蠕动泵与加热罐2相连通，加热罐2具有加热、搅拌功能，加热罐2与厌氧消化罐体5一侧相连通，厌氧消化罐体5顶部设置有水封装置7和pH在线监测装置4，水封装置7防止产生沼气泄露，厌氧消化罐体5内设置有搅拌器3，厌氧消化罐体5一侧设置有温度计6。

实施例一

本实施例包括以下步骤：

步骤一、在污泥混合单元1中，固体配送输送带输送含固率为15％的污泥泥饼，液体输送管按同等重量输送污泥脱水上清液，经过搅拌之后，形成含固率为10％的污泥，所述污泥脱水上清液为污泥压滤脱水之后的液体；

步骤二、调节好污泥含固率之后，经过蠕动泵打入加热罐2中的加热管中，在70℃的情况下，加热预处理30分钟；

步骤三、将经过预处理之后的污泥加入到厌氧消化罐体5内，进行搅拌厌氧消化，为了保证厌氧消化罐体5内物料与污泥的完全混合和充分接触，搅拌器3转速为90r/min，每小时搅拌20min，并采用恒温水浴夹套为厌氧消化罐体5保温，温度计6监测保证厌氧消化罐体5内的温度稳定在30℃，否则将人工调节温度，pH在线监测装置4监测厌氧消化罐体5内pH值，如果pH值不在7.0～8.0的范围内，要人工调节pH值，厌氧消化罐体5运行过程中，每天由底部出料口经蠕动泵排出厌氧消化物，厌氧消化罐体5气体采用湿式气体流量计进行计量后储存，之后可以进行收集燃烧发电。

本实施例最终污泥厌氧消化产气率0.38Nm³/kgVS_in。VS降解率为55％。

实施例二

本实施例包括以下步骤：

步骤一、在污泥混合单元1中，固体配送输送带输送含固率为25％的污泥泥饼，液体输送管按同等重量输送污泥脱水上清液，经过搅拌之后，形成含固率为10％的污泥，所述污泥脱水上清液为污泥压滤脱水之后的液体；

步骤二、调节好污泥含固率之后，经过蠕动泵打入加热罐2中的加热管中，在70℃的情况下，加热预处理45分钟；

步骤三、将经过预处理之后的污泥加入到厌氧消化罐体5内，进行搅拌厌氧消化，为了保证厌氧消化罐体5内物料与污泥的完全混合和充分接触，搅拌器3转速为120r/min，每小时搅拌20min，并采用恒温水浴夹套为厌氧消化罐体5保温，温度计6监测保证厌氧消化罐体5内的温度稳定在35℃否则将人工调节温度，pH在线监测装置4监测厌氧消化罐体5内pH值，如果pH值不在7.0～8.0的范围内，要人工调节pH值，厌氧消化罐体5运行过程中，每天由底部出料口经蠕动泵排出厌氧消化物，厌氧消化罐体5气体采用湿式气体流量计进行计量后储存，之后可以进行收集燃烧发电。

本实施例最终污泥厌氧消化产气率0.41Nm³/kgVS_in。VS降解率为58％。

实施例三

本实施例包括以下步骤：

步骤二、调节好污泥含固率之后，经过蠕动泵打入加热罐2中的加热管中，在70℃的情况下，加热预处理60分钟；

步骤三、将经过预处理之后的污泥加入到厌氧消化罐体5内，进行搅拌厌氧消化，为了保证厌氧消化罐体5内物料与污泥的完全混合和充分接触，搅拌器3转速为150r/min，每小时搅拌30min，并采用恒温水浴夹套为厌氧消化罐体5保温，温度计6监测保证厌氧消化罐体5内的温度稳定在40℃否则将人工调节温度，pH在线监测装置4监测厌氧消化罐体5内pH值，如果pH值不在7.0～8.0的范围内，要人工调节pH值，厌氧消化罐体5运行过程中，每天由底部出料口经蠕动泵排出厌氧消化物，厌氧消化罐体5气体采用湿式气体流量计进行计量后储存，之后可以进行收集燃烧发电。

本实施例最终污泥厌氧消化产气率0.43Nm³/kgVS_in。VS降解率为61％。

Claims

1.一种加热法预处理高含固率污泥厌氧消化装置，其特征在于，包括污泥混合单元（1），污泥混合单元（1）包括固体配送输送带、液体输送管和搅拌装置，污泥混合单元（1）通过蠕动泵与具有搅拌功能的加热罐（2）相连通，加热罐（2）与厌氧消化罐体（5）一侧相连通，厌氧消化罐体（5）顶部设置有水封装置（7）和pH在线监测装置（4），厌氧消化罐体（5）内设置有搅拌器（3），厌氧消化罐体（5）一侧设置有温度计（6）。

2.基于权1所述装置的一种加热法预处理高含固率污泥厌氧消化工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、在污泥混合单元（1）中，固体配送输送带输送含固率为15-25％的污泥泥饼，液体输送管按同等重量输送污泥脱水上清液，经过搅拌之后，形成含固率为10％的污泥，所述污泥脱水上清液为污泥压滤脱水之后的液体；

步骤二、调节好污泥含固率之后，经过蠕动泵打入加热罐（2）中的加热管中，在70℃的情况下，加热预处理30～60分钟；

步骤三、将经过预处理之后的污泥加入到厌氧消化罐体（5）内，进行搅拌厌氧消化，为了保证厌氧消化罐体（5）内物料与污泥的完全混合和充分接触，搅拌器（3）转速为90-150r/min，每小时搅拌20-30min，并采用恒温水浴夹套为厌氧消化罐体（5）保温，温度计（6）监测保证厌氧消化罐体（5）内的温度稳定在30-40℃，否则将人工调节温度，pH在线监测装置（4）监测厌氧消化罐体（5）内pH值，如果pH值不在7.0～8.0的范围内，要人工调节pH值，厌氧消化罐体（5）运行过程中，由底部出料口经蠕动泵排出厌氧消化物，厌氧消化罐体（5）气体采用湿式气体流量计进行计量后储存，之后可以进行收集燃烧发电。