CN107117788A - 强化剩余污泥产甲烷的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于环境保护以及资源化技术领域，具体涉及强化剩余污泥产甲烷的方法，以污水处理厂的剩余污泥为原料，通过投加活性炭，在厌氧反应器内与污泥中的厌氧微生物联合作用，利用污泥中富含的有机物高效转化为甲烷气体。与现有技术相比，本方法操作简单，投资和处理费用低，能够有效强化剩余污泥厌氧消化产甲烷，同时达到污泥减量的效果。

Description

强化剩余污泥产甲烷的方法
技术领域
本发明属于环境保护以及资源化技术领域，涉及强化剩余污泥产甲烷的方法。
背景技术
近年来，我国城镇化进程逐步加快，污水处理率也显著提高。相对应地，污水生物处理过程中产生的剩余污泥也大量增加。据估计，截止到2015年底，我国的污泥产量将达到3400万吨(80％含水率)。如果污泥处理处置不当，排放后将造成严重的环境二次污染。在国家节能减排政策影响下，厌氧消化逐渐成为优先采用的污泥处理技术。
污泥厌氧消化是指在无氧条件下，由兼性菌和专性厌氧菌降解有机物，分解的最终产物为二氧化碳和甲烷的过程。经过厌氧消化的污泥，一方面能产生甲烷，实现资源化利用；另一方面改善了污泥的脱水性能，减小了污泥的体积，促进了污泥最终的稳定。传统的厌氧消化具有反应缓慢，污泥停留时间长(20～30天)，池体容积庞大，甲烷产量低和污泥降解程度差(仅能去除30～40％的挥发性固体)等缺点，限制了厌氧消化技术优势的发挥。目前国内外很多学者提出用预处理的方法促进污泥的厌氧发酵，如投加酸碱处理、热处理、微波处理等，但由于这类方法一般都成本高、能耗大，因此难以得到有效推广，人们仍然在寻找一种更廉价方便的污泥厌氧发酵促进方法。
众所周知，剩余污泥厌氧消化主要分为三个阶段。第一阶段，在水解细菌的作用下，将复杂的有机物质(包括碳水化合物、蛋白质、脂肪等)转化为单糖、氨基酸、脂肪酸等；第二阶段，在产氢产乙酸菌的作用下，将第一阶段的产物转化为氢、二氧化碳和乙酸；第三阶段，在产甲烷菌的作用下，将乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇等转化为甲烷、碳酸以及新的细胞物质。可以看出，厌氧消化三个阶段均为以微生物作用为主导的由大分子有机物到小分子有机物的电子转移过程。厌氧消化过程中通过调控电子转移过程预期同样能够改善厌氧消化效果。通常条件下，无机碳材料具有加速电子传输效率的性能。然而，在污泥厌氧消化系统中，通过投加无机碳材料强化电子传输效率以达到提高产甲烷效果的研究还未见报道。因此，开发新型的强化剩余污泥厌氧消化产甲烷的方法，仍是目前本领域中的研究热点和重点。
发明内容
为了克服目前现有技术中的缺陷以及开发新型的剩余污泥厌氧消化高效产甲烷的方法，本发明人进行了深入的研究和探索，在付出了足够的创造性劳动后，从而完成了本发明。
具体而言，本发明的目的是提供一种利用活性炭强化剩余污泥产甲烷的方法。
更具体而言，本发明中提出的利用活性炭强化剩余污泥产甲烷的方法，所述方法包括如下步骤：以污水处理厂的剩余污泥为原料，通过投加活性炭材料，在厌氧反应器内与污泥中的厌氧微生物联合作用，将污泥中富含的有机物转化为甲烷。
在本发明的所述方法中，所述活性炭的粒径范围为0.075-1.5mm，例如可为0.075mm、0.01mm、0.02mm、0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.5mm、1.0mm或1.5mm；
其中，所述铁粉的粒径范围优选为0.1-1.0mm，例如可为0.1mm、0.2mm、0.5mm或1.0mm；
在本发明的所述方法中，所述活性炭的用量与污泥干重的质量比为0.01∶1-0.5∶1，例如可为0.01∶1、0.02∶1、0.05∶1、0.08∶1、0.1∶1、0.2∶1、0.3∶1、0.4∶1或0.5∶1；
其中，所述活性炭的用量与污泥干重的质量比优选为0.1∶1-0.3∶1，例如可为0.1∶1、0.2∶1或0.3∶1。
在本发明的所述方法中，所述污泥在反应器中厌氧消化温度为20-55℃，例如可为20℃、25℃、35℃、45℃或55℃；
其中，所述厌氧消化温度优选为20-35℃，例如可为20℃、25℃或35℃。
在本发明的所述方法中，所述厌氧消化的运行时间为12-18天(d)，例如可为12天、13天、14天、15天、16天、17天或18天；
其中，所述厌氧发酵的运行时间优选为13-16天，例如可为13天、14天、15天或16天。
在本发明的所述方法中，所述污泥中有机物主要为蛋白质和/或多糖类物质，这些都是污泥中通常大量存在的常规物质，在此不再一一赘述。
在本发明的所述方法中，所述厌氧反应器属于本领域中的公知和常规设备，在此不再进行详细描述。
在本发明的所述方法中，所述厌氧微生物也是本领域中的常规微生物，本领域技术人员可进行合适的选择与确定，在此不再进行详细描述。
如上所述，本发明提供了强化剩余污泥产甲烷的方法，通过特定的工艺操作和技术手段的综合使用与协同，本发明的方法获得了多种优势以及实际运用中可产生多种效果，例如：
1.投加活性炭促进污水处理厂剩余污泥厌氧消化产甲烷，不但实现了剩余污泥的减量化，而且极大程度地提高了剩余污泥厌氧消化产甲烷量，实现了剩余污泥资源化的目的。
2.投加活性炭可以大大缩短剩余污泥厌氧消化时间，具有较高的实际应用价值。
综上所述，本发明提供了一种强化剩余污泥产甲烷的方法，所述方法产生了诸多有益效果，在环境治理、废弃资源综合利用等方面具有良好的应用前景。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明进行详细说明，但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。其中，所有实施例和/或对比例中所使用的污泥中，总悬浮固体含量为20g/L，挥发性悬浮固体含量为13g/L。
实施例1
将污水处理厂产生的剩余污泥加入到在工作容积为10L厌氧反应器中作为厌氧消化的底物，厌氧消化温度为35℃，向反应器中投加粒径为0.4mm的活性炭，其用量与污泥干重的质量比为0.2∶1，通过污泥中的厌氧微生物与活性炭的联合作用将污泥有机物转化为甲烷。其中污泥在反应器中的停留时间为13天。
实施例2
将污水处理厂产生的剩余污泥加入到在工作容积为10L厌氧反应器中作为厌氧消化的底物，厌氧消化温度为35℃，向反应器中投加粒径为0.4mm的活性炭，其用量与污泥干重的质量比为0.1∶1，通过污泥中的厌氧微生物与活性炭的联合作用将污泥有机物转化为甲烷。其中污泥在反应器中的停留时间为13天。
实施例3
将污水处理厂产生的剩余污泥加入到在工作容积为10L厌氧反应器中作为厌氧消化的底物，厌氧消化温度为35℃，向反应器中投加粒径为0.4mm的活性炭，其用量与污泥干重的质量比为0.3∶1，通过污泥中的厌氧微生物与活性炭的联合作用将污泥有机物转化为甲烷。其中污泥在反应器中的停留时间为13天。
实施例4
将污水处理厂产生的剩余污泥加入到在工作容积为10L厌氧反应器中作为厌氧消化的底物，厌氧消化温度为35℃，向反应器中投加粒径为0.1mm的活性炭，其用量与污泥干重的质量比为0.2∶1，通过污泥中的厌氧微生物与活性炭的联合作用将污泥有机物转化为甲烷。其中污泥在反应器中的停留时间为13天。
实施例5
将污水处理厂产生的剩余污泥加入到在工作容积为10L厌氧反应器中作为厌氧消化的底物，温度为35℃，向反应器中投加粒径为1.0mm的活性炭，其用量与污泥干重的质量比为0.2∶1，通过污泥中的厌氧微生物与活性炭的联合作用将污泥有机物转化为甲烷。其中污泥在反应器中的停留时间为13天。
实施例6
将污水处理厂产生的剩余污泥加入到在工作容积为10L厌氧反应器中作为厌氧消化的底物，厌氧消化温度为55℃，向反应器中投加粒径为0.4mm的活性炭，其用量与污泥干重的质量比为0.2∶1，通过污泥中的厌氧微生物与活性炭的联合作用将污泥有机物转化为甲烷。其中污泥在反应器中的停留时间为13天。
实施例7
将污水处理厂产生的剩余污泥加入到在工作容积为10L厌氧反应器中作为厌氧消化的底物，厌氧消化温度为20℃，向反应器中投加粒径为0.4mm的活性炭，其用量与污泥干重的比值为0.2∶1，通过污泥中的厌氧微生物与活性炭的联合作用将污泥有机物转化为甲烷。其中污泥在反应器中的停留时间为13天。
实施例8
将污水处理厂产生的剩余污泥加入到在工作容积为10L厌氧反应器中作为厌氧消化的底物，厌氧消化温度为35℃，向反应器中投加粒径为0.4mm的活性炭，其用量与污泥干重的质量比为0.2∶1，通过污泥中的厌氧微生物与活性炭的联合作用将污泥有机物转化为甲烷。其中污泥在反应器中的停留时间为12天。
实施例9
将污水处理厂产生的剩余污泥加入到在工作容积为10L厌氧反应器中作为厌氧消化的底物，厌氧消化温度为35℃，向反应器中投加粒径为0.4mm的活性炭，其用量与污泥干重的质量为0.2∶1，通过污泥中的厌氧微生物与活性炭的联合作用将污泥有机物转化为甲烷。其中污泥在反应器中的停留时间为16天。
对比例1-9
除将实施例1-9中未加入活性炭外，其它操作均不变(即只通过污泥本身所含有的微生物作用，将污泥中富含的有机物转化为甲烷)，从而重复进行了实施例1-9，得到对比例1-9。
对上述各个实施例和对比例所累计产生的甲烷量进行测量，其结果如下表所示：
由上表可见，当采用本发明的方法时，能够得到良好产量的甲烷气体。而当未加入活性炭时，都将导致剩余污泥产甲烷量显著降低，产量急剧降低0.28至0.41m3CH4/m3-反应器/天。
综上所述，本发明提供了强化剩余污泥产甲烷的方法，所述方法产生了诸多有益效果，在环境治理、废弃资源综合利用等方面具有良好的应用前景。
应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。

Claims (8)

1.强化剩余污泥产甲烷的方法，其特征在于以污水处理厂的剩余污泥为原料，通过投加活性炭，在厌氧反应器内与污泥中的厌氧微生物联合作用，将污泥中有机物转化为甲烷。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述活性炭的用量与污泥干重的质量比为0.01∶1-0.5∶1。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述活性炭的用量与污泥干重的质量比优选为0.1∶1-0.3∶1。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述活性炭的粒径范围为0.075-1.5mm。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述活性炭的粒径范围优选为0.1-1.0mm。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述污泥在反应器中厌氧消化温度控制为20-55℃。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述厌氧消化温度为20-35℃。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述厌氧消化的运行时间为10-18天。
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