CN105505996A - 一种沼渣热裂解固态产物及其运用方法 - Google Patents

一种沼渣热裂解固态产物及其运用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种沼渣热裂解固态产物及其运用方法，将污泥与园林废弃物进行联合厌氧消化处理，获得的沼渣取出部分经过压滤脱水后，在水热条件下制备成材料前体，将材料前体进行热裂解，产物粉碎过筛，获得颗粒，将颗粒与接种污泥混合，强化接种微生物的活性，制备成强化型接种污泥，所获得的强化型接种污泥和粉碎过筛获得的颗粒回用到厌氧消化处理过程中。本发明提高了污泥与园林废弃物联合厌氧消化过程的甲烷产生效率，缩短了厌氧消化时间，提高废弃物处置效率，增加了废物的利用价值，是一种绿色环保的新型城市固体废弃物处理与资源化的方法。

Description

一种沼渣热裂解固态产物及其运用方法
技术领域
本发明涉及城市有机固体废弃物处置与资源化利用领域，尤其涉及一种沼渣热裂解固态产物及其运用方法。
背景技术
随着我国城市污水厂的数量和污水处理量的大幅增加，污泥的产量也随之增大。由于污泥含水率高，有机质含量大，易腐化发臭，使得污泥的处理成本高，处置难度较大。2010年，全国城镇污水处理的湿污泥产量为2000多万吨，然而，仅有20％左右的污泥进行了无害化处理和资源化利用，大量的污泥未得妥善处理，危害生态环境。
在污泥的各种处置方法中，厌氧消化技术起到越来越重要的作用。污泥厌氧消化是指兼性菌和厌氧菌在无氧条件下，将污泥中的可生物降解有机物分解成甲烷、二氧化碳和水等，并使之稳定化的过程，是污泥减量化、稳定化的常用手段之一。经厌氧消化后的污泥，含有更多的有效厌氧消化菌群，一般可作为接种污泥使用。
由于污泥中有机碳含量低，单独厌氧消化时营养不均衡，沼气产量不高。因此，在污泥厌氧消化过程中往往需要加入秸秆、园林废弃物或者厨余垃圾等其他物质进行联合厌氧消化。但是，传统的联合厌氧消化工艺的反应周期长，同时还存在高有机酸、高氨氮等不利因子，使得厌氧消化受到抑制，造成甲烷转化率低，限制了联合厌氧消化技术在污泥处置中的应用。为提高污泥厌氧消化效率，发明专利申请CN104529106A和发明专利申请CN102838262A提出了投加硫酸铜或者高铁酸盐生产废液的促进方法，发明专利申请CN104261644A公开了电解预处理的循环污泥与原始污泥相混合的技术，但是，这些方法由于存在成本高或者能耗大的缺点，不利于生产中的规模化应用。
发明内容
本发明所要解决的问题是克服现有技术存在的不足，提供一种沼渣热裂解固态产物回用强化厌氧消化工艺，提升厌氧消化效率的方法，其涉及的厌氧消化工艺特指污泥与园林废弃物联合厌氧消化工艺，其涉及的沼渣特指污泥与园林废弃物联合厌氧消化工艺产生的消化剩余固体产物。本发明所述的接种污泥是前次污泥与园林废弃物联合厌氧消化后的剩余物。
热裂解技术是当前废弃物处置的一个热门工艺，通常是指在缺氧环境下，物料被加热升温引起分子分解产生固态物质、可冷凝液体和气体产物的过程。现有研究发现污泥和园林废弃物联合厌氧消化产生的沼渣剩余物可以作为热裂解的原料，从而制备具有高孔隙度和吸附性能的沼渣热裂解固态产物。本发明中温度在320℃即可产生所述的裂解固态产物。
本发明制备的沼渣热裂解固态产物具有偏碱性、比表面积大和孔隙多的特点，可用于调控pH，有效吸附有害物质，降低氨氮和有机酸中毒的危害，改善微生物生长代谢速率，提高厌氧消化效率，促进废弃物资源化利用。
如果将这种疏松多孔的固态产物回用厌氧消化工艺中，其对微生物生长代谢有益，可以强化微生物活动，提高厌氧消化体系的稳定性。
实施例4的结果显示，相比只接种常规接种污泥的厌氧消化体系，沼渣热裂解固态产物的引入增强了厌氧消化效率，至消化结束沼气总产量提高了59.7％，甲烷产量提高了63.0％。
具体方案如下：
一种疏松多孔的物质，其特征在于：将污泥与园林废弃物进行厌氧消化处理，获得的部分沼渣经过预处理后制备成材料前体；将材料前体进行热裂解，获得疏松多孔的物质。
其进一步的技术方案是，所述预处理是将沼渣先经过压滤脱水，然后在水热条件下制备成材料前体。
其进一步的技术方案是，所述的厌氧消化处理的温度为35℃。
其进一步的技术方案是，320-500℃限氧条件下热裂解。
一种疏松多孔的物质的用途：将疏松多孔的物质用于调控含有微生物体系的pH，降低体系氨氮和有机酸对微生物的毒害作用。
一种疏松多孔的物质的用途：将疏松多孔的物质粉碎过筛，获得颗粒，将部分颗粒与接种污泥混合后培养，制备成强化型接种污泥，将所获得的强化型接种污泥和所述的颗粒加入污泥与园林废弃物厌氧消化体系，用于增强厌氧消化效果；所述的接种污泥为前次污泥与园林废弃物联合厌氧消化后的剩余物。
其进一步的技术方案是，所述的颗粒粒径为0.2-5mm；
任选的，所述的强化型接种污泥和所述的颗粒的质量比例为1:2-2:1。
其进一步的技术方案是，所述的强化型接种污泥和所述的颗粒加入污泥与园林废弃物厌氧消化体系的比例为，强化型接种污泥占厌氧消化体系中总固体质量的1-3％，所述的颗粒占厌氧消化体系中总固体质量的1-5％。
一种城市固体废弃物处理与资源化的方法：将污泥与园林废弃物进行厌氧消化处理，厌氧消化获得的部分沼渣经过压滤脱水后，在水热条件下制备成材料前体，将材料前体进行热裂解，产物粉碎过筛，获得颗粒，将部分颗粒与接种污泥混合，制备成强化型接种污泥，所获得的强化型接种污泥和另一部分颗粒回用到厌氧消化处理过程中，获得沼气、沼液和沼渣；所述的接种污泥为前次污泥与园林废弃物联合厌氧消化后的剩余物；
任选的，所述的厌氧消化处理的温度为35℃；
任选的，所述的热裂解是在320-500℃限氧条件下进行；
任选的，所述的颗粒的粒径为0.2-5mm；
任选的，所述的接种污泥和所述的颗粒的质量比例为1:2-2:1；
任选的，所述的强化型接种污泥和所述的颗粒加入污泥与园林废弃物厌氧消化体系的比例为，所述的强化型接种污泥占厌氧消化体系中总固体质量的1-3％，所述的颗粒占厌氧消化体系中总固体质量的1-5％。
任选的，所述的沼气用作燃料。
有益效果：(1)本发明利用沼渣热裂解固态产物回用促进了污泥与园林废弃物联合厌氧消化过程中的产甲烷作用，缩短了厌氧消化时间，提高废弃物处置效率，同时为厌氧消化剩余物(沼渣)提出新的资源化利用途径。
(2)沼渣热裂解固态产物疏松多孔，能够为微生物提供生长位点，促进微生物的生长繁殖，通过沼渣热裂解固态产物与接种污泥的混合培养制备强化型接种污泥，将提高接种污泥中的微生物活性。
(3)沼渣热裂解固态产物的酸性中和能力及其吸附性能，避免厌氧消化过程中水解和酸化阶段所产生的过量有机造成的pH急剧降低，能够缓冲厌氧消化体系pH的急剧波动，促进产甲烷菌在适宜pH环境下进行生长代谢。
(4)沼渣热裂解固态产物多孔结构及独特表面特性可有效提高对厌氧消化过程中产生的NH4 +及重金属离子的吸附能力，减少厌氧消化过程中的不利因子。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的沼渣热裂解固态产物的扫描电镜图片(放大倍数1000倍)；
图2是本发明实施例1提供的沼渣热裂解固态产物的傅里叶红外光谱扫描图谱；
图3是本发明实施例提供的一种城市固体废弃物处理与资源化的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步阐述。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
将某污水厂获得的污泥与收集的园林废弃物(茅草)，在35℃下联合厌氧消化，产生的部分沼渣压滤脱水，在水热条件(200℃，1.1MPa，1小时)下制备材料前体，随后在500℃限氧条件下热裂解，将所获得的固态产物粉碎过筛，颗粒尺寸控制在0.2-5mm之间。厌氧消化剩下的污泥作为接种污泥。
对热裂解固体产物进行比表面积和孔隙度分析，同时通过热裂解固体产物的扫描电镜图像观察微观结构，如图1所示；测定热裂解固体产物的傅里叶红外光谱，如图2所示。
从图1可以看出，沼渣热解固态产物具有良好的孔隙结构；比表面积和孔隙度分析结果显示，其比表面积达到51.8m2/g，孔隙体积为0.20cm2/g，平均孔径为10.59nm，进一步表征了其疏松多孔的性能。
从傅里叶红外光谱图(图2)可以看出，沼渣热解固态产物的表面存在羧基、酚羟基等诸多官能团，具有潜在的化学活性，对于厌氧消化过程中产生的NH4 +离子及重金属离子具有吸附能力，可消减厌氧消化过程中的不利因子。
图3是一种城市固体废弃物处理与资源化的工艺流程图，该方法将污泥与园林废弃物进行厌氧消化处理，厌氧消化剩下的污泥作为接种污泥，厌氧消化获得的沼渣经过压滤脱水后，在水热条件下制备成材料前体，将材料前体进行热裂解，产物粉碎过筛，获得颗粒，将部分颗粒与接种污泥混合，强化接种微生物的活性，制备成强化型接种污泥，所获得的强化型接种污泥和所述的颗粒回用到厌氧消化处理过程中，获得沼气、沼液和沼渣。
实施例2
将实施例1获得的沼渣热裂解固体产物与接种污泥按质量比1:2混合，35℃下培养24小时强化接种微生物活性，制备成强化型接种污泥备用。
将污泥与园林废弃物加入厌氧消化反应器中，同时加入实施例1获得的沼渣热裂解固态产物，并接种强化型接种污泥，在中温条件(35℃)下展开厌氧消化。沼渣热裂解固态产物占厌氧消化体系中总固体含量的1％，强化型接种污泥占厌氧消化体系中总固体含量的2％。实验结果表明，相比只接种常规接种污泥的厌氧消化体系，沼渣热裂解固态产物的引入增强了厌氧消化效率，至消化结束沼气产量提高了20.1％，甲烷含量提高了9.6％。
实施例3
将实施例1获得的沼渣热裂解固体产物与接种污泥按质量比1:1混合，35℃下培养24小时强化接种微生物活性，制备成强化型接种污泥备用。
将污泥与园林废弃物加入厌氧消化反应器中，同时加入实施例1获得的沼渣热裂解固态产物，并接种强化型接种污泥，在中温条件(35℃)下展开厌氧消化。沼渣热裂解固态产物占厌氧消化体系中总固体含量的2％，强化型接种污泥占厌氧消化体系中总固体含量的2％。实验结果表明，相比只接种常规接种污泥的厌氧消化体系，沼渣热裂解固态产物的引入增强了厌氧消化效率，至消化结束沼气产量提高了23.9％，甲烷含量提高了13.5％。
实施例4
将实施例1获得的沼渣热裂解固体产物与接种污泥按质量比2:1混合，35℃下培养24小时强化接种微生物活性，制备成强化型接种污泥备用。
将污泥与园林废弃物加入厌氧消化反应器中，同时加入实施例1获得的沼渣热裂解固态产物，并接种强化型接种污泥，在中温条件(35℃)下展开厌氧消化。沼渣热裂解固态产物占厌氧消化体系中总固体含量的5％，强化型接种污泥占厌氧消化体系中总固体含量的3％。实验结果表明，相比只接种常规接种污泥的厌氧消化体系，沼渣热裂解固态产物的引入增强了厌氧消化效率，至消化结束沼气总产量提高了59.7％，甲烷产量提高了63.0％。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种疏松多孔的物质，其特征在于：将污泥与园林废弃物进行联合厌氧消化处理，获得的沼渣经预处理后制备成材料前体；将材料前体进行热裂解，获得疏松多孔的物质。
2.根据权利要求1所述的一种疏松多孔的物质，其特征在于：所述预处理是将沼渣先经过压滤脱水，然后在水热条件下制备成材料前体。
3.根据权利要求1所述的一种疏松多孔的物质，其特征在于：所述的厌氧消化温度为35℃。
4.根据权利要求1所述的一种疏松多孔的物质，其特征在于：所述的热裂解过程的条件是，320-500℃限氧条件下热裂解。
5.一种权利要求1所述的疏松多孔的物质的用途，其特征在于：将权利要求1所述的疏松多孔的物质用于调控含有微生物体系的pH、氨氮及有机酸浓度，降低毒害因素对体系的影响。
6.一种权利要求1所述的疏松多孔的物质的用途，其特征在于：将权利要求1所述的疏松多孔的物质粉碎过筛，获得颗粒，将一部分颗粒与接种污泥混合后培养，制备成强化型接种污泥，将所获得的强化型接种污泥和另一部分颗粒加入污泥与园林废弃物厌氧消化体系，用于增强厌氧消化效果；所述的接种污泥为前次污泥与园林废弃物联合厌氧消化后的剩余物。
7.根据权利要求6所述的一种疏松多孔的物质的用途，其特征在于：所述的颗粒的粒径为0.2-5mm；
任选的，所述的接种污泥和所述的颗粒的质量比例为1:2-2:1。
8.根据权利要求6所述的一种疏松多孔的物质的用途，其特征在于：所述的强化型接种污泥和所述的颗粒加入污泥与园林废弃物厌氧消化体系的比例为：所述的强化型接种污泥占厌氧消化体系中总固体质量的1-3％，所述的颗粒占厌氧消化体系中总固体质量的1-5％。
9.一种城市固体废弃物处理与资源化的方法，其特征在于：将污泥与园林废弃物进行厌氧消化处理，厌氧消化获得的沼渣经过压滤脱水后，在水热条件下制备成材料前体，将材料前体进行热裂解，产物粉碎过筛，获得颗粒，将一部分颗粒与接种污泥混合，制备成强化型接种污泥，所获得的强化型接种污泥和另一部分颗粒回用到厌氧消化处理过程中，获得沼气、沼液和沼渣；所述的接种污泥为前次污泥与园林废弃物联合厌氧消化后的剩余物；
任选的，所述的厌氧消化处理的温度为35℃；
任选的，所述的热裂解是在320-500℃限氧条件下进行；
任选的，所述的颗粒的粒径为0.2-5mm；
任选的，所述的接种污泥和所述的颗粒的质量比例为1:2-2:1；
任选的，所述的强化型接种污泥和所述的颗粒加入污泥与园林废弃物厌氧消化体系的比例为：所述的强化型接种污泥占厌氧消化体系中总固体质量的1-3％，所述的颗粒占厌氧消化体系中总固体质量的1-5％。
任选的，所述的沼气用作燃料。
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