CN108383348A - 一种污泥高温厌氧消化制沼气的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种污泥高温厌氧消化制沼气的装置，包括通过管路依次连接的排水槽、第一污泥泵、重力污泥浓缩池、巴斯德杀菌罐、内设搅拌器的高温厌氧消化罐、第三污泥泵、沼渣储存池、污泥离心机、污泥存贮单元，所述高温厌氧消化罐的排气口连接沼气发电设备进气口，所述沼气发电设备排出的余热用于维持巴斯德杀菌罐和高温厌氧消化罐所需温度。本发明还公开了一种污泥高温厌氧消化制沼气的方法。本发明可用于城市污泥的资源化处理和生物质能源回收，相比传统厌氧消化，产气量更高，能量回收更充分，处理后污泥量大大减少，节省了土地占有。
Description
技术领域
本发明属于环境保护技术中固体废弃物资源化领域，具体涉及一种污泥高温厌氧消化制沼气的装置及方法。
背景技术
国家工业化生产的发展，人们生活质量提高，产生的城镇固体废弃物也增加，其中污水处理厂产生的污泥是城市固体废物中特别重要的一部分。城市污水处理厂因净化生活污水而产生的脱水污泥量巨大，截至2014年底，我国城市污水处理厂日处理污水能力达到1.31亿立方米，城市污水的处理率达90.2％。以含水率80％计，全国年污泥总产量将突破3000万吨，排放的污泥量年增长率大于10％。我国污水处理厂对污泥的处理与处置多采用浓缩脱水后进行土地填埋的方法，不仅占用有限的土地资源，而且易造成二次污染。为了实现资源的可持续发展，需要实现对污泥实现资源化利用。
根据反应器的温度，厌氧消化技术可以分为中温厌氧消化(35-40℃)和高温厌氧消化(50-55℃)。中温厌氧消化工艺已广泛应用于污泥的处理，但中温消化的停留时间长,有机物去除率和对大肠杆菌等致病微生物的杀灭率低。而高温消化可以提高代谢速率,并且对有机物去除率和致病细菌的杀灭率均比中温消化工艺要高。
在欧美和日本，许多原有的中温消化池都相继改造为高温消化池，但是在我国建成的城市污水处理厂中,仍采用中温消化的比较多。例如国内运行良好的污泥厌氧消化设施中大连东泰夏家河污泥处理厂、北京小红门污水处理厂污泥消化工程、上海白龙港污水处理厂污泥处理处置工程都是厌氧消化。目前，在高温厌氧消化方面，欧洲各国已开展针对城镇垃圾、污泥进行技术和设备的开发工作。我国在高温厌氧消化技术方面的研究工作开展较少，也缺乏系统性。
污泥高温厌氧消化的难点在于：高温厌氧消化工艺的稳定性比中温差，对设备耐热性、保温性等要求更高，而且接种物的选择比较困难。
发明内容
为了解决上述问题，本发明目的在于提供一种污泥高温厌氧消化制沼气的装置及方法，对传统厌氧消化工艺的改进，实现污泥减量化、资源化、利用高效化。
本发明通过以下技术方案实现：
一种污泥高温厌氧消化制沼气的装置，包括通过管路依次连接的排水槽、第一污泥泵、重力污泥浓缩池、巴斯德杀菌罐、内设搅拌器的高温厌氧消化罐、第三污泥泵、沼渣储存池、污泥离心机、污泥存贮单元，所述高温厌氧消化罐的排气口连接沼气发电设备进气口，所述沼气发电设备排出的余热用于维持巴斯德杀菌罐和高温厌氧消化罐所需温度。
进一步地，所述沼气发电设备排出的上清液回流到曝气池进行处理。
进一步地，所述的搅拌器采用螺带式搅拌器或锚式搅拌器。
一种污泥高温厌氧消化制沼气的方法，包括步骤：
(1)重力浓缩:将含水率为99％的污泥和絮凝剂在排水槽中混合后一起流入重力污泥浓缩池中，进行重力浓缩2-3天，含水率降低到94-96％，上清液回流到曝气池进行处理；
(2)巴斯德杀菌：将浓缩后的污泥在70±1℃的条件下进行巴斯德杀菌预处理2-3天；
(3)发酵启动：将杀菌后的物料冷却到足够温度后，放入高温厌氧消化罐中，在温度55±1℃下启动；
(4)高温制沼气：启动结束后，在厌氧条件下保持高温厌氧消化罐温度在55±1℃下进行制沼气阶段；在制沼气阶段，调节物料的pH值为6.5-7.5，同时加入FeCl3，使高温厌氧消化罐中的FeCl3基于挥发性固体的浓度达到2.5-3.5％；通过搅拌器使物料和产物进行充分混合，并使发酵过程中产生的气体充分溢出，消化好的污泥储存在沼渣储存池中；
(5)沼渣离心脱水：将高温厌氧消化过程结束后的沼渣加入到污泥离心机中，添加FeCl3和絮凝剂，FeCl3和絮凝剂配比浓度为0.2-0.3％，离心后，所述沼渣含水率降低到90-93％；脱水后的沼渣在污泥存贮单元贮存，集中处置；
(6)余热发电：将高温制沼气阶段产生的沼气贮存，并发送至所述沼气发电设备用于发电，余热用于维持巴斯德杀菌罐和高温厌氧消化罐所需温度。
进一步地，所述的絮凝剂采用聚丙烯酰胺、聚合氯化铝铁或聚合硫酸铁。
进一步地，所述絮凝剂配比浓度为0.2-0.3％。
进一步地，所述步骤3中，若初次发酵，加入其他批次发酵结束后剩余沼渣，按污泥与沼渣体积比1：1～3：1进行接种，或加入物料自身体积20-30％的厌氧颗粒污泥进行接种，接种物料与发酵物料混合后进行静置启动，pH大于7.5时，产气主要为甲烷，启动完成。
进一步地，接种前添加FeCl3至浓度为3％，该浓度基于挥发性固体。
进一步地，所述步骤4中，在厌氧消化过程中，制沼气阶段的时间为12-15天。
进一步地，所述污泥离心机的进料流量为40±5m3/h，离心转速为2400-2600r/min。
相比现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明利用高温厌氧消化，补充厌氧消化制沼气过程微生物必要的元素，不但能够提高厌氧消化的效率，减小反应器容积，而且能够提高产气量，减少污泥量，实现污泥的资源化、减量化、无害化。本发明可以有效解决污泥厌氧消化时，由于温度低、缺乏必要生长元素造成的接种污泥活性低，厌氧消化反应慢等问题，可用于城市污泥的资源化处理和生物质能源回收，相比传统厌氧消化，产气量更高，能量回收更充分，处理后污泥量大大减少，节省了土地占有。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例的装置及工艺流程图。
附图标记：1-排水槽；2-浓缩池；3-巴斯德杀菌罐；4-高温厌氧消化罐；5-沼气发电设备；6-沼渣储存池；7-污泥离心机；8-污泥存贮单元；9-第三污泥泵；10-搅拌器；11-第二污泥泵；12-第一污泥泵。A-污泥；B-絮凝剂；C-上清液；D-沼气；E-余热；F-电；G-FeCl3；H-FeCl3和高聚物；I-离心液相。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对发明作进一步详细的描述，可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明。
实施例1
如图1所示，一种污泥高温厌氧消化制沼气的装置，包括通过管路依次连接的排水槽1、第一污泥泵12、重力污泥浓缩池2、巴斯德杀菌罐3、内设搅拌器10的高温厌氧消化罐4、第三污泥泵9、沼渣储存池6、污泥离心机7、污泥存贮单元8，所述高温厌氧消化罐4的排气口连接沼气发电设备5进气口，所述沼气发电设备5排出的余热用于维持巴斯德杀菌罐3和高温厌氧消化罐4所需温度。所述沼气发电设备5排出的上清液回流到曝气池进行处理。所述的搅拌器10采用螺带式搅拌器或锚式搅拌器。
实施例2
一种污泥高温厌氧消化制沼气的方法，包括步骤：
(1)重力浓缩:取污水厂二沉池污泥(含水率为99％)12L，和配比浓度为0.2％的聚丙烯酰胺在排水槽1中混合后通过第一污泥泵12一起流入重力污泥浓缩池2中，环境温度35℃；进行重力浓缩2天，含水率降低到94％，上清液C回流到曝气池进行处理；
(2)巴斯德杀菌：将浓缩后的污泥通过第二污泥泵11送入巴斯德杀菌罐3，在70℃的条件下进行巴斯德杀菌预处理2天；
(3)发酵启动：将杀菌后的物料冷却到足够温度后，放入高温厌氧消化罐4中，在温度55±1℃下启动，若初次发酵，加入其他批次发酵结束后剩余沼渣，按污泥与沼渣体积比1：1进行接种，或加入物料自身体积20％的厌氧颗粒污泥进行接种，接种物料与发酵物料混合后进行静置启动，接种前添加FeCl3至浓度为3％，该浓度基于挥发性固体，每24h监测物料pH，用铝袋收集产气，每24h更换一次，当累积产气量增长缓慢、气体中甲烷含量低于40％时，可认为发酵结束；发酵结束后剩余沼渣的1/2可作为接种物料进行回流，剩余沼渣添加FeCl3和聚丙烯酰胺进行离心脱水；当pH大于7.5时，产气主要为甲烷，启动完成；
(4)高温制沼气：启动结束后，在厌氧条件下保持高温厌氧消化罐4温度在55±1℃下进行制沼气阶段；在制沼气阶段，调节物料的pH值为6.5-7.5，同时加入FeCl3，使高温厌氧消化罐4中的FeCl3浓度达到2.5％，该浓度基于挥发性固体；开启锚式搅拌器，转速10r/min，按照开30min/停2h的间歇运转方式使物料和产物进行充分混合，并使发酵过程中产生的气体充分溢出，在厌氧消化过程中，制沼气阶段的时间为12天，消化好的污泥储存在沼渣储存池6中；
(5)沼渣离心脱水：将高温厌氧消化过程结束后的沼渣加入到污泥离心机7中，添加FeCl3和聚丙烯酰胺，FeCl3和聚丙烯酰胺配比浓度为0.2％，所述污泥离心机7的进料流量为40±5m3/h，离心转速为2400-2600r/min，离心后，所述沼渣含水率降低到90-93％；脱水后的沼渣在污泥存贮单元8贮存，集中处置；
(6)余热发电：将高温制沼气阶段产生的沼气贮存，并发送至所述沼气发电设备5用于发电，余热用于维持巴斯德杀菌罐3和高温厌氧消化罐4所需温度。
如图1所述，本实施例的原料及中间产物包括：A为污泥，B为絮凝剂，C为上清液，D为沼气，E为余热，F为电，G为FeCl3，H为FeCl3和高聚物，I为离心液相。
实施例3
一种污泥高温厌氧消化制沼气的方法，包括步骤：
(1)重力浓缩:取污水厂二沉池污泥(含水率为99％)12L和配比浓度为0.3％的聚合硫酸铁在排水槽1中混合后通过第一污泥泵12一起流入重力污泥浓缩池2中，环境温度35℃；进行重力浓缩3天，含水率降低到96％，上清液回流到曝气池进行处理；
(2)巴斯德杀菌：将浓缩后的污泥通过第二污泥泵11送入巴斯德杀菌罐3，在70℃的条件下进行巴斯德杀菌预处理3天；
(3)发酵启动：将杀菌后的物料冷却到足够温度后，放入高温厌氧消化罐4中，在温度55±1℃下启动，若初次发酵，加入其他批次发酵结束后剩余沼渣，按污泥与沼渣体积比3：1进行接种，或加入物料自身体积30％的厌氧颗粒污泥进行接种，接种物料与发酵物料混合后进行静置启动，接种前添加FeCl3至浓度为3％，该浓度基于挥发性固体，每24h监测物料pH，用铝袋收集产气，每24h更换一次，当累积产气量增长缓慢、气体中甲烷含量低于40％时，可认为发酵结束；发酵结束后剩余沼渣的1/3可作为接种物料进行回流，剩余沼渣添加FeCl3和聚丙烯酰胺进行离心脱水；当pH大于7.5时，产气主要为甲烷，启动完成；
(4)高温制沼气：启动结束后，在厌氧条件下保持高温厌氧消化罐4温度在55±1℃下进行制沼气阶段；在制沼气阶段，调节物料的pH值为6.5-7.5，同时加入FeCl3，使高温厌氧消化罐4中的FeCl3浓度达到2.5％，该浓度基于挥发性固体；开启锚式搅拌器，转速15r/min，按照开10min/停1h的间歇运转方式使物料和产物进行充分混合，并使发酵过程中产生的气体充分溢出，在厌氧消化过程中，制沼气阶段的时间为15天，消化好的污泥储存在沼渣储存池6中；
(5)沼渣离心脱水：将高温厌氧消化过程结束后的沼渣加入到污泥离心机7中，添加FeCl3和聚合硫酸铁，FeCl3和聚合硫酸铁配比浓度为0.2-0.3％，所述污泥离心机7的进料流量为40±5m3/h，离心转速为2400-2600r/min，离心后，所述沼渣含水率降低到90-93％；脱水后的沼渣在污泥存贮单元8贮存，集中处置；
(6)余热发电：将高温制沼气阶段产生的沼气贮存，并发送至所述沼气发电设备5用于发电，余热用于维持巴斯德杀菌罐3和高温厌氧消化罐4所需温度。
如图1所述，本实施例的原料及中间产物包括：A为污泥，B为絮凝剂，C为上清液，D为沼气，E为余热，F为电，G为FeCl3，H为FeCl3和高聚物，I为离心液相。
实施例4
一种污泥高温厌氧消化制沼气的方法，包括步骤：
(1)重力浓缩:取污水厂二沉池污泥(含水率为99％)12L，和配比浓度为0.3％的聚合氯化铝在排水槽1中混合后通过第一污泥泵12一起流入重力污泥浓缩池2中，环境温度35℃；进行重力浓缩3天，含水率降低到96％，上清液回流到曝气池进行处理；
(2)巴斯德杀菌：将浓缩后的污泥通过第二污泥泵11送入巴斯德杀菌罐3，70℃的条件下进行巴斯德杀菌预处理3天；
(3)发酵启动：将杀菌后的物料冷却到足够温度后，放入高温厌氧消化罐4中，在温度55±1℃下启动，若初次发酵，加入其他批次发酵结束后剩余沼渣，按污泥与沼渣体积比2：1进行接种，或加入物料自身体积25％的厌氧颗粒污泥进行接种，接种物料与发酵物料混合后进行静置启动，接种前添加FeCl3至浓度为3％，该浓度基于挥发性固体，每24h监测物料pH，用铝袋收集产气，每24h更换一次，当累积产气量增长缓慢、气体中甲烷含量低于40％时，可认为发酵结束；发酵结束后剩余沼渣的1/2可作为接种物料进行回流，剩余沼渣添加FeCl3和聚丙烯酰胺进行离心脱水；当pH大于7.5时，产气主要为甲烷，启动完成；
(4)高温制沼气：启动结束后，在厌氧条件下保持高温厌氧消化罐4温度在55±1℃下进行制沼气阶段；在制沼气阶段，调节物料的pH值为6.5-7.5，同时加入FeCl3，使高温厌氧消化罐4中的FeCl3浓度达到3.5％，该浓度基于挥发性固体；开启锚式搅拌器，转速10r/min，按照开30min/停2h的间歇运转方式使物料和产物进行充分混合，并使发酵过程中产生的气体充分溢出，在厌氧消化过程中，制沼气阶段的时间为14天，消化好的污泥储存在沼渣储存池6中；
(5)沼渣离心脱水：将高温厌氧消化过程结束后的沼渣加入到污泥离心机7中，添加FeCl3和聚合氯化铝，FeCl3和聚合氯化铝配比浓度为0.3％，所述污泥离心机7的进料流量为40±5m3/h，离心转速为2400-2600r/min，离心后，所述沼渣含水率降低到90-93％；脱水后的沼渣在污泥存贮单元8贮存，集中处置；
(6)余热发电：将高温制沼气阶段产生的沼气贮存，并发送至所述沼气发电设备5用于发电，余热用于维持巴斯德杀菌罐3和高温厌氧消化罐4所需温度。
如图1所述，本实施例的原料及中间产物包括：A为污泥，B为絮凝剂，C为上清液，D为沼气，E为余热，F为电，G为FeCl3，H为FeCl3和高聚物，I为离心液相。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种污泥高温厌氧消化制沼气的装置，其特征在于：包括通过管路依次连接的排水槽(1)、第一污泥泵(12)、重力污泥浓缩池(2)、巴斯德杀菌罐(3)、内设搅拌器(10)的高温厌氧消化罐(4)、第三污泥泵(9)、沼渣储存池(6)、污泥离心机(7)、污泥存贮单元(8)，所述高温厌氧消化罐(4)的排气口连接沼气发电设备(5)进气口，所述沼气发电设备(5)排出的余热用于维持巴斯德杀菌罐(3)和高温厌氧消化罐(4)所需温度。
2.根据权利要求1所述的污泥高温厌氧消化制沼气的装置，其特征在于：所述沼气发电设备(5)排出的上清液回流到曝气池进行处理。
3.根据权利要求1所述的污泥高温厌氧消化制沼气的装置，其特征在于：所述的搅拌器(10)采用螺带式搅拌器或锚式搅拌器。
4.一种污泥高温厌氧消化制沼气的方法，其特征在于，包括步骤：
(1)重力浓缩:将含水率为99％的污泥和絮凝剂在排水槽1中混合后一起流入重力污泥浓缩池(2)中，进行重力浓缩2-3天，含水率降低到94-96％，上清液回流到曝气池进行处理；
(2)巴斯德杀菌：将浓缩后的污泥在70±1℃的条件下进行巴斯德杀菌预处理2-3天；
(3)发酵启动：将杀菌后的物料冷却到足够温度后，放入高温厌氧消化罐(4)中，在温度55±1℃下启动；
(4)高温制沼气：启动结束后，在厌氧条件下保持高温厌氧消化罐(4)温度在55±1℃下进行制沼气阶段；在制沼气阶段，调节物料的pH值为6.5-7.5，同时加入FeCl3，使高温厌氧消化罐(4)中的FeCl3基于挥发性固体的浓度达到2.5-3.5％；通过搅拌器(10)使物料和产物进行充分混合，并使发酵过程中产生的气体充分溢出，消化好的污泥储存在沼渣储存池(6)中；
(5)沼渣离心脱水：将高温厌氧消化过程结束后的沼渣加入到污泥离心机(7)中，添加FeCl3和絮凝剂，FeCl3和絮凝剂配比浓度为0.2-0.3％，离心后，所述沼渣含水率降低到90-93％；脱水后的沼渣在污泥存贮单元(8)贮存，集中处置；
(6)余热发电：将高温制沼气阶段产生的沼气贮存，并发送至所述沼气发电设备(5)用于发电，余热用于维持巴斯德杀菌罐(3)和高温厌氧消化罐(4)所需温度。
5.根据权利要求4所述的污泥高温厌氧消化制沼气的方法，其特征在于：所述的絮凝剂采用聚丙烯酰胺、聚合氯化铝铁或聚合硫酸铁。
6.根据权利要求4所述的污泥高温厌氧消化制沼气的方法，其特征在于：所述絮凝剂配比浓度为0.2-0.3％。
7.根据权利要求4所述的污泥高温厌氧消化制沼气的方法，其特征在于：所述步骤3中，若初次发酵，加入其他批次发酵结束后剩余沼渣，按污泥与沼渣体积比1：1～3：1进行接种，或加入物料自身体积20-30％的厌氧颗粒污泥进行接种，接种物料与发酵物料混合后进行静置启动，pH大于7.5时，产气主要为甲烷，启动完成。
8.根据权利要求7所述的污泥高温厌氧消化制沼气的方法，其特征在于：接种前添加FeCl3至浓度为3％，该浓度基于挥发性固体。
9.根据权利要求4所述的污泥高温厌氧消化制沼气的方法，其特征在于：所述步骤4中，在厌氧消化过程中，制沼气阶段的时间为12-15天。
10.根据权利要求4所述的污泥高温厌氧消化制沼气的方法，其特征在于：所述污泥离心机(7)的进料流量为40±5m3/h，离心转速为2400-2600r/min。
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