CN105601069A - 一种污泥厌氧消化产甲烷的快速启动系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种污泥厌氧消化产甲烷的快速启动系统，包括破碎机、混合池、厌氧反应池，破碎机用于对水葫芦进行破碎，破碎机的出口通过管路连接到混合池的入口，混合池设有脱水污泥入口，混合池为密闭结构，混合池的出口通过管路连接到密闭的厌氧反应池。本发明还提供了一种污泥厌氧消化产甲烷的快速启动方法。本发明采用在污泥中适量投加高C/N水葫芦的方式来启动厌氧消化系统,既能有效保证系统稳定，同时又能缩短启动周期；采用固定起始投加量和逐步升高投加负荷的方式启动厌氧消化系统，能够保证产甲烷菌快速适应环境并维持适宜的产酸菌和产甲烷菌比例。采用高性能的研磨粉碎设备对水葫芦进行破碎，使水葫芦与污泥的混合效果更好。

Description

一种污泥厌氧消化产甲烷的快速启动系统及方法

技术领域

本发明属固体废弃物资源化领域，具体涉及一种污泥厌氧消化产甲烷的快速启动系统及方法。

背景技术

城市污水处理过程中会有大量的污泥产生。随着城市污水处理量和处理率的增加，污泥的产量越来越大。污泥成分复杂，不仅含有机质，也含有致病菌和重金属。如果不进行妥善处理，将对环境和人类健康产生极大的危害。污泥厌氧消化既可以将污泥中的有机质转化为高热量的沼气，又可以杀灭致病菌及稳定重金属，因此成为目前国际上广泛采用的污泥处理方法之一。

然而，污泥厌氧消化存在启动时间长的问题。厌氧消化反应器规模较大，少则几千方，高达几万方，若完全采用接种泥进行驯化启动，则成本过高，若不使用接种泥，而采用污泥直接启动，则耗时长，启动时间可持续3-8个月或更长的时间。污泥直接启动时间长的原因，一方面是产甲烷菌本身难以培养。甲烷菌种类少，多为古菌属、对生存环境要求严格、世代周期长，因此较难培养繁殖。另一方面是由于污泥的碳氮比(C/N)低。污泥的C/N含量约为4-8，远达不到微生物生长所需要的C/N(20-30)。如果在产甲烷菌培养过程中提高污泥的C/N，将大大缩短产甲烷菌的培养周期。因此寻找一种高C/N且厌氧消化效能好的物料即可以有效缩短启动时间。

水葫芦,又名凤眼莲,为多年生漂浮性草本植物。它原产于巴西或南美洲国家。由于它适应性强，繁殖快，极易破环当地的生态系统，被世界各国公认为最重要的生物入侵物种之一。然而水葫芦自身养分含量高，干物质含氮量平均2.5％以上，且C/N为15:1～25:1。因此，在厌氧消化产甲烷时，采用水葫芦为发酵原料，不仅可以使水葫芦无害化，还能将其转变为可利用的清洁能源。

发明内容

本发明的目的是提出一种通过在污泥中添加水葫芦来快速启动污泥厌氧消化的系统及方法，从而大大降低厌氧消化系统的启动时间和启动费用。

本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：

一种污泥厌氧消化产甲烷的快速启动系统，包括破碎机、混合池、厌氧反应池，所述破碎机用于对水葫芦进行破碎，所述破碎机的出口通过管路连接到所述混合池的入口，所述混合池设有脱水污泥入口，所述混合池为密闭结构，混合池的出口通过管路连接到密闭的厌氧反应池。

进一步的，还包括储存池，在所述破碎机的出口与所述混合池的入口之间设有所述储存池，所述储存池的入口与所述破碎机的出口连通，所述储存池的出口与所述混合池的入口连通。

在所述储存池的底部设有第一螺旋输送机，所述第一螺旋输送机的输出端与所述储存池的出口连接。

更进一步的，还包括脱水机，在所述储存池和所述混合池之间设有所述脱水机，所述脱水机的入口通过管路与所述储存池的出口连通，并在所述脱水机的入口与所述储存池的出口之间的管路上设有第一输送泵，所述脱水机的出口与所述混合池的入口连通。

所述混合池的内部设有第一立式搅拌机和第二螺旋输送机，所述立式搅拌机置于所述混合池的中央，所述第二螺旋输送机的输出端与所述混合池的出口连接，所述储存池的出口与所述厌氧反应池之间的管路上设有第二输送泵。

所述厌氧反应池为回转体结构，并且底部呈锥形，在所述厌氧反应池的内部设有第二立式搅拌机。

在所述厌氧反应池的内部设有加热盘管，所述加热盘管自所述厌氧反应池的底部进入，然后螺旋上升，自所述厌氧反应池的侧壁伸出。

一种污泥厌氧消化产甲烷的方法，包括：

将水葫芦粉碎后送入密闭的混合池内进行混合，混合之后再送入密闭的厌氧反应池内进行厌氧反应。

优选的，将所述水葫芦粉碎后首先进入储存池进行储存，然后经过脱水机的脱水作用后送入所述混合池内进行混合；在所述厌氧反应池内发生厌氧反应的过程中，通过厌氧反应池内部的第二立式搅拌机间歇性运行搅拌，并对所述厌氧反应池的中部和下部加热使所述厌氧反应池内部的温度保持在35±2℃。

本发明具有如下优点：

1.针对污泥C/N低导致污泥厌氧消化启动过程耗时长且厌氧系统不稳定等问题，本发明采用在污泥中适量投加高C/N水葫芦的方式来启动厌氧消化系统,这样既能有效保证系统稳定，同时又能缩短启动周期。

2.针对厌氧消化系统启动过程中产甲烷菌对环境要求高且世代周期较长的问题，本发明采用固定起始投加量和逐步升高投加负荷的方式启动厌氧消化系统，这样做能够保证产甲烷菌快速适应环境并维持适宜的产酸菌和产甲烷菌比例。

3.采用高性能的研磨粉碎设备对水葫芦进行破碎，使水葫芦与污泥的混合效果更好。水葫芦经济易得，启动成本低。本发明工艺配置合理，工艺结构简单，启动快，启动成本低。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明的结构原理示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例所述一种污泥厌氧消化产甲烷的快速启动系统，包括破碎机、混合池、厌氧反应池，所述破碎机用于对水葫芦进行破碎，所述破碎机的出口通过管路连接到所述混合池的入口，所述混合池设有脱水污泥入口，所述混合池为密闭结构，混合池的出口通过管路连接到密闭的厌氧反应池。

进一步的，还包括储存池，在所述破碎机的出口与所述混合池的入口之间设有所述储存池，所述储存池的入口与所述破碎机的出口连通，所述储存池的出口与所述混合池的入口连通。

在所述储存池的底部设有第一螺旋输送机，所述第一螺旋输送机的输出端与所述储存池的出口连接。

更进一步的，还包括脱水机，在所述储存池和所述混合池之间设有所述脱水机，所述脱水机的入口通过管路与所述储存池的出口连通，并在所述脱水机的入口与所述储存池的出口之间的管路上设有第一输送泵，所述脱水机的出口与所述混合池的入口连通。

所述混合池的内部设有第一立式搅拌机和第二螺旋输送机，所述立式搅拌机置于所述混合池的中央，所述第二螺旋输送机的输出端与所述混合池的出口连接，所述储存池的出口与所述厌氧反应池之间的管路上设有第二输送泵。

所述厌氧反应池为回转体结构，并且底部呈锥形，在所述厌氧反应池的内部设有第二立式搅拌机。

在所述厌氧反应池的内部设有加热盘管，所述加热盘管自所述厌氧反应池的底部进入，然后螺旋上升，自所述厌氧反应池的侧壁伸出。

一种污泥厌氧消化产甲烷的方法，包括：

将水葫芦粉碎后送入密闭的混合池内进行混合，混合之后再送入密闭的厌氧反应池内进行厌氧反应。

优选的，将所述水葫芦粉碎后首先进入储存池进行储存，然后经过脱水机的脱水作用后送入所述混合池内进行混合；在所述厌氧反应池内发生厌氧反应的过程中，通过厌氧反应池内部的第二立式搅拌机间歇性运行搅拌，并对所述厌氧反应池的中部和下部加热使所述厌氧反应池内部的温度保持在35±2℃。

具体的处理过程包括：

(1)水葫芦预处理：将从池塘或湖等途径取来的水葫芦通过破碎机1进行破碎，使水葫芦的粒径尽可能小。破碎后的水葫芦先进入储存池2中，通过底部的第一螺旋输送机3和第一输送泵4，将破碎后的水葫芦输送至脱水机5进行脱水，使其含水率与污泥本身的含水率接近；

(2)物料混合：脱水后的水葫芦进入混合池6，加入脱水污泥，将处理后的水葫芦与污泥以一定的比例混合，通过第一立式搅拌机7搅拌均匀。推荐混合比例为水葫芦与污泥的干基重量比为1:9；

(3)厌氧消化池的开启：混合物料通过底部的第二螺旋输送机8和第二输送泵9进入厌氧反应池10，厌氧反应池内设置第二立式搅拌机11，间歇运行，调节搅拌电机转速为10～25r/min，使搅拌电机每天搅拌时间为6-18小时，厌氧消化池内部安装有加热盘管12，往加热盘管12内通入热水，给物料加热，保持温度为35±2℃；

(4)产甲烷菌的培养：将水葫芦和污泥的混合物转入厌氧反应池，在厌氧反应池中进行产甲烷菌的培养。混合物的起始投加量为厌氧反应池容积的1％，并按30％的递增速率逐步增加投加量，同时逐步提高搅拌器的搅拌强度和搅拌时间。产甲烷菌培养过程中，每天测定进泥的含水率、有机物含量，检测消化池内混合物的挥发性脂肪酸、总碱度、pH和温度。同时，检测消化池内气体的甲烷、氧气和二氧化碳的含量。当沼气中甲烷体积分数大于55％，氧气体积分数小于2％时，表示启动成功。

厌氧反应池的容积为3000m³，内部安装有加热盘管，往加热盘管内通入热水，给物料加热，使物料温度稳定在35±2℃。搅拌轴为纵向桨叶式搅拌轴。搅拌方式为间歇搅拌，起始转速为10r/min，逐步增至25r/min。搅拌电机每天搅拌时间起始为6小时，逐步增至18小时。取污水厂脱水污泥，测定其含水率。取水葫芦，并对其进行破碎，使破碎后的水葫芦的平均粒径小于2mm。对破碎后的水葫芦进行脱水，使其含水率与脱水污泥本身的含水率接近。将水葫芦与脱水污泥以1:9的比例混合，得到水葫芦和脱水污泥的混合物。第1天向厌氧消化池内投入30m³的混合物，第2-4天向厌氧消化池内投入39m³的混合物，第5-8天向厌氧消化池内投入51m³的混合物，据此，依次增加混合物的投加量。污泥投加过程中，第16日已经产生沼气，在沼气成分超过爆炸极限后关闭人孔，启动超压负压装置。自混合物投入厌氧消化池起，每日测定混合物的含水率、有机物含量，检测消化池内混合物的挥发性脂肪酸、总碱度、pH和温度。同时，检测消化池内气体的甲烷、氧气和二氧化碳的含量。消化池启动后第22天时，沼气中甲烷体积分数达到58％，氧气体积分数降低至1％，启动成功。

本发明具有如下优点：

1.针对污泥C/N低导致污泥厌氧消化启动过程耗时长且厌氧系统不稳定等问题，本发明采用在污泥中适量投加高C/N水葫芦的方式来启动厌氧消化系统,这样既能有效保证系统稳定，同时又能缩短启动周期。

2.针对厌氧消化系统启动过程中产甲烷菌对环境要求高且世代周期较长的问题，本发明采用固定起始投加量和逐步升高投加负荷的方式启动厌氧消化系统，这样做能够保证产甲烷菌快速适应环境并维持适宜的产酸菌和产甲烷菌比例。

3.采用高性能的研磨粉碎设备对水葫芦进行破碎，使水葫芦与污泥的混合效果更好。水葫芦经济易得，启动成本低。本发明工艺配置合理，工艺结构简单，启动快，启动成本低。

Claims (9)

1.一种污泥厌氧消化产甲烷的快速启动系统，包括破碎机、混合池、厌氧反应池，所述破碎机用于对水葫芦进行破碎，其特征在于，所述破碎机的出口通过管路连接到所述混合池的入口，所述混合池设有脱水污泥入口，所述混合池为密闭结构，混合池的出口通过管路连接到密闭的厌氧反应池。

2.如权利要求1所述的污泥厌氧消化产甲烷的快速启动系统，其特征在于，

还包括储存池，在所述破碎机的出口与所述混合池的入口之间设有所述储存池，所述储存池的入口与所述破碎机的出口连通，所述储存池的出口与所述混合池的入口连通。

3.如权利要求2所述的污泥厌氧消化产甲烷的快速启动系统，其特征在于，

在所述储存池的底部设有第一螺旋输送机，所述第一螺旋输送机的输出端与所述储存池的出口连接。

4.如权利要求2或3所述的污泥厌氧消化产甲烷的快速启动系统，其特征在于，

还包括脱水机，在所述储存池和所述混合池之间设有所述脱水机，所述脱水机的入口通过管路与所述储存池的出口连通，并在所述脱水机的入口与所述储存池的出口之间的管路上设有第一输送泵，所述脱水机的出口与所述混合池的入口连通。

5.如权利要求4所述的污泥厌氧消化产甲烷的快速启动系统，其特征在于，

所述混合池的内部设有第一立式搅拌机和第二螺旋输送机，所述立式搅拌机置于所述混合池的中央，所述第二螺旋输送机的输出端与所述混合池的出口连接，所述储存池的出口与所述厌氧反应池之间的管路上设有第二输送泵。

6.如权利要求1至3、或5之一所述的污泥厌氧消化产甲烷的快速启动系统，其特征在于，

所述厌氧反应池为回转体结构，并且底部呈锥形，在所述厌氧反应池的内部设有第二立式搅拌机。

7.如权利要求6所述的污泥厌氧消化产甲烷的快速启动系统，其特征在于，

在所述厌氧反应池的内部设有加热盘管，所述加热盘管自所述厌氧反应池的底部进入，然后螺旋上升，自所述厌氧反应池的侧壁伸出。

8.一种污泥厌氧消化产甲烷的方法，包括：

将水葫芦粉碎后送入密闭的混合池内进行混合，混合之后再送入密闭的厌氧反应池内进行厌氧反应。

9.如权利要求8所述的污泥厌氧消化产甲烷的快速启动系统，其特征在于，

将所述水葫芦粉碎后首先进入储存池进行储存，然后经过脱水机的脱水作用后送入所述混合池内进行混合；优选的，在所述厌氧反应池内发生厌氧反应的过程中，通过厌氧反应池内部的第二立式搅拌机间歇性运行搅拌，并对所述厌氧反应池的中部和下部加热使所述厌氧反应池内部的温度保持在35±2℃。