CN103613261A - 一种热碱强化三段式城市污泥厌氧消化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属固废资源化领域，具体涉及一种三段式提高城市污泥水解酸化效果并提升后续厌氧消化性能的方法。具体为：将城市生活污水处理厂产生的城市污泥（剩余污泥或脱水污泥）送入水解反应装置进行热碱联合预处理以强化水解；将上步处理后的城市污泥取出，置于酸化反应装置进行热碱联合强化酸化；将上步进行强化酸化后的城市污泥取出，进入厌氧消化装置，进行厌氧消化；消化所产生沼气经过气体收集装置进行收集并测定甲烷含量。本发明提高了低有机质污泥厌氧消化产气总量及有机物降解率，并可缩短达到相同降解率时的停留时间，大大缩小反应器体积，促进了城市的污泥资源化利用。

Description

一种热碱强化三段式城市污泥厌氧消化的方法
技术领域
本发明属固废资源化领域，具体涉及一种热碱强化三段式城市污泥厌氧消化的方法。
背景技术
随着污水处理技术的推广及经济社会的不断发展，污泥产量日益增加，直接导致污泥问题的日益紧迫。以含水率80%计，全国年污泥总产生量很快将突破3000万t,按照预测到2020年污泥产量将突破年6000万t。污泥成分复杂，含有大量的有机污染物，有毒有害的重金属，病原微生物、寄生虫卵，盐类以及放射性核素等难降解物质，如果处理不当，排放后会对环境造成严重的污染，污泥的处理与处置已经成为了亟待解决的问题。同时污泥中含有大量有机物，可以通过厌氧消化产生沼气，回收污泥中生物质能，实现污泥的减量化、无害化和资源化，是污泥的一种重要处理技术。
厌氧消化过程为以下三阶段:水解阶段,产酸阶段,产甲烷阶段。其中水解阶段分别是是复杂非溶解性聚合物转化为简单溶解性单体和二聚体的过程，酸化阶段是将简单溶解性单体和二聚体通过产酸菌的生物作用转化为挥发性脂肪酸的过程，而挥发性脂肪酸尤其是乙酸是后续甲烷化过程的直接底物。因此，提高污泥水解酸化效果对于强化产甲烷具有重大意义。
发明内容
本发明的目的是提出一种热碱强化三段式城市污泥厌氧消化的方法。
本发明提出的一种热碱强化三段式城市污泥厌氧消化的方法，所述方法依次经过水解反应装置、酸化反应装置和厌氧消化装置，具体步骤如下：
(1)将城市生活污水处理厂产生的城市污泥送入水解反应装置，进行热碱联合预处理，以强化水解，预处理在厌氧条件下进行，控制条件为温度65-150℃，持续时间为20min-2d；
(2）将经步骤(1）处理后的城市污泥取出，置于酸化反应装置进行热碱联合强化酸化，酸化阶段在厌氧条件下进行，控制条件为温度50-75℃，持续时间为3-5天。
(3）将经步骤(2）进行强化酸化后的城市污泥取出，进入厌氧消化装置，进行厌氧消化，处理温度为33-37℃或53-57℃，停留时间为15-30天。
本发明中，步骤(1）中所述城市污泥为剩余污泥或脱水污泥中任一种或一种以上。
本发明中，步骤(1）及(2）中的碱可以为NaOH、KOH、CaOH或CaO的任意一种。
本发明中，步骤(1）的预处理和步骤(2)中的酸化过程中，pH可不控制或调碱性至pH值为8-12。
本发明中，所述水解反应装置、酸化反应装置及厌氧消化装置之间设置热交换器，进行热回收，实现热能最大化利用。
本发明中，所述强化水解反应装置及强化酸化反应装置均为独立连续运行反应器。
本发明中，在酸化反应装置中增加污泥循环接种，每天循环污泥量为酸化反应装置体积的3-5倍。
本发明中，步骤(3）中调节厌氧消化装置内pH值为7.2-8.5。
本发明提出的提升污泥厌氧消化性能的方法，其突出特点是通过对污泥厌氧消化过程的三段反应（水解，酸化，甲烷化）采用分段式反应器来实现，发挥各段的物理，生物的优势，具体为先对污泥进行强化水解处理，之后再进行强化酸化处理，最后再进一步对城市污泥进行厌氧消化。本发明方法能够有效提高总有机物降解率及总产气量，是实现污泥减量化、资源化的有效手段。
根据试验结果,通过联合预处理后,污泥液相中的溶解性COD浓度提高了约26倍,产甲烷量提高了30%以上。本发明的前述和其目的、特征和良好效果通过对实施例的详细说明会更加明显。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图。
图中标号：1为水解反应装置，2热交换器，3为酸化反应装置，4为热交换器，5为厌氧消化装置。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例1：
取某地污水处理厂的脱水污泥(含水率为78.02%)，其挥发性有机固体占总固体的比例为56.08%。然后将上述污泥投入水解反应罐,控制温度70℃，pH 12.0，持续时间为1d。然后再投入酸化反应装置中, 控制温度55℃，pH 10.0，持续时间为4天。之后将处理好的上述污泥300mL投入6L有效体积的厌氧消化装置发酵罐中(污泥停留时间为20d),每日收集气体,并控制温度35士2℃,自动调节pH 7.2-8.2℃,转速控制为160rpm。连续运行2-3个周期(即40-60d)至连续稳定产气，实验结果为日均产气为6.3L，甲烷含量为57.13%，有机物降解率为47%。
比较例1：
取某地污水处理厂的脱水污泥(含水率为78.02%)，其挥发性有机固体占总固体的比例为56.08%。取上述污泥300mL投入6L有效体积的发酵罐中(污泥停留时间为20d),每日收集气体,并控制温度35士2℃,自动调节pH 7.2-8.2℃,转速控制为160rpm。连续运行2-3个周期(即40-60d)至连续稳定产气，实验结果为日均产气为4.7L，甲烷含量为55.29%，有机物降解率为34.2%。
由此可见,实施例1相比比较例1产气量提高了34.0%,有机物降解率增高了13.2%。
实施例2：
取某地污水处理厂的脱水污泥(含水率为80.46%)和剩余污泥(含水率为95.92%)在污泥调配池中调配含水率为90.0%,其挥发性有机固体占总固体的比例为47.50%。然后将上述污泥投入水解反应罐,控制温度130℃，pH 9.0，持续时间为2h。然后再投入酸化反应装置中, 控制温度55℃，pH 10.0，持续时间为4天。之后将处理好的上述污泥300mL投入6L有效体积的厌氧消化装置发酵罐中(污泥停留时间为20d),每日收集气体,并控制温度35士2℃,自动调节pH 7.2-8.2℃,转速控制为160rpm。连续运行2-3个周期(即40-60d)至连续稳定产气，实验结果为日均产气为5.2L，甲烷含量为58.63%，有机物降解率为45.7%。
比较例2：
取某地污水处理厂的脱水污泥(含水率为80.46%)和剩余污泥(含水率为95.92%)在污泥调配池中调配含水率为90.0%,其挥发性有机固体占总固体的比例为47.50%。取上述污泥300mL投入6L有效体积的发酵罐中(污泥停留时间为20d),每日收集气体,并控制温度35士2℃,自动调节pH 7.2-8.2℃,转速控制为160rpm。连续运行2-3个周期(即40-60d)至连续稳定产气，实验结果为日均产气为3.5L，甲烷含量为56.28%，有机物降解率为31%。
由此可见,实施例2相比比较例2产气量提高了48.5%,有机物降解率增高了14.7%。
实施例3：
取某地污水处理厂的剩余污泥(含水率为97.6%),其挥发性有机固体占总固体的比例为56.8%。然后将上述污泥投入水解反应罐,控制温度150℃，pH不调节，持续时间为30min。然后再投入酸化反应装置中, 控制温度55℃，pH 10.0，持续时间为3天。之后将处理好的上述污泥300mL投入6L有效体积的厌氧消化装置发酵罐中(污泥停留时间为20d),每日收集气体,并控制温度35士2℃,自动调节pH 7.2-8.2℃,转速控制为160rpm。连续运行2-3个周期(即40-60d)至连续稳定产气，实验结果为日均产气为2.6L，甲烷含量为60.39%，有机物降解率为41%。
比较例3：
取某地污水处理厂的剩余污泥(含水率为97.6%),其挥发性有机固体占总固体的比例为56.8%。取上述污泥300mL投入6L有效体积的发酵罐中(污泥停留时间为20d),每日收集气体,并控制温度35士2℃,自动调节pH 7.2-8.2℃,转速控制为160rpm。连续运行2-3个周期(即40-60d)至连续稳定产气，实验结果为日均产气为1.8L，甲烷含量为59.26%，有机物降解率为28%。
由此可见,实施例3相比比较例3产气量提高了44.4%,有机物降解率增高了13%。
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 (8)

1.一种热碱强化三段式城市污泥厌氧消化的方法，其特征在于所述方法依次经过水解反应装置、酸化反应装置和厌氧消化装置，具体步骤如下：
(1)将城市生活污水处理厂产生的城市污泥送入水解反应装置，进行热碱联合预处理，以强化水解，预处理在厌氧条件下进行，控制条件为温度65-150℃，持续时间为20min-2d；
(2）将经步骤(1）处理后的城市污泥取出，置于酸化反应装置进行热碱联合强化酸化，酸化阶段在厌氧条件下进行，控制条件为温度50-75℃，持续时间为3-5天；
(3）将经步骤(2）进行强化酸化后的城市污泥取出，进入厌氧消化装置，进行厌氧消化，处理温度为33-37℃或53-57℃，停留时间为15-30天。
2.根据权利要求1所述的热碱强化三段式城市污泥厌氧消化的方法，其特征在于步骤(1）中所述城市污泥为剩余污泥或脱水污泥中任一种或一种以上。
3.根据权利要求1所述的热碱强化三段式城市污泥厌氧消化的方法，其特征在于步骤(1）及(2）中的碱为NaOH、KOH、CaOH或CaO的任意一种。
4.根据权利要求1所述的热碱强化三段式城市污泥厌氧消化的方法，其特征在于步骤(1）的预处理和步骤(2)中的酸化过程中，pH可不控制或调碱性至pH值为8-12。
5.根据权利要求1所述的热碱强化三段式城市污泥厌氧消化的方法，其特征在于所述水解反应装置、酸化反应装置及厌氧消化装置之间设置热交换器，进行热回收。
6.根据权利要求1所述的热碱强化三段式城市污泥厌氧消化的方法，其特征在于所述强化水解反应装置及强化酸化反应装置均为独立连续运行反应器。
7.根据权利要求1所述的热碱强化三段式城市污泥厌氧消化的方法，其特征在于在酸化反应装置中增加污泥循环接种，每天循环污泥量为酸化反应装置体积的3-5倍。
8.根据权利要求1所述的热碱强化三段式城市污泥厌氧消化的方法，其特征在于步骤(3）中调节厌氧消化装置内pH值为7.2-8.5。
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