CN110015828A - 活性污泥的两级厌氧消化处理方法及处理系统 - Google Patents

活性污泥的两级厌氧消化处理方法及处理系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种活性污泥的两级厌氧消化处理方法及处理系统,该处理方法包括(1)一级短时厌氧消化,降解易生物降解成分;(2)热水解和固液分离;(3)二级厌氧消化,向一级短时厌氧消化提供自产厌氧菌群。处理系统包括一级厌氧消化反应器、热水解装置、固液分离装置和二级厌氧消化反应器。本发明的方法及系统可有效处理易生物降解成分和难生物降解成分,缩短污泥消化处理时间,提高活性污泥能源和资源的回收率,减少污泥处置成本,平衡废水厂能源消耗,且能提高污泥的环境友好性。

Description

活性污泥的两级厌氧消化处理方法及处理系统
技术领域
本发明属于污泥资源化处理领域,涉及一种活性污泥的厌氧消化处理方法及处理系统,具体涉及一种活性污泥的两级厌氧消化处理方法及处理系统。
背景技术
生物活性污泥是废水处理过程中的主要副产品,在现代生物污水处理厂的运行中,生物活性污泥的处理可占总运行操作费用的50%以上,而且随着日益严格的环境法律和法规,生物活性污泥的处置已成为生物废水处理中主要难题之一。
厌氧消化是目前最为广泛采用的活性污泥处理方法。厌氧消化的机理是利用厌氧微生物的消化作用将活性污泥中的有机物转化成可用于再生燃烧的甲烷气体。厌氧消化处理不仅能减少废水厂最后污泥的处置量,还能为废水厂提供额外的能源。目前厌氧活性污泥处理的主要研究趋势包括:(1)强化厌氧消化的产沼气功能以帮助废水厂达到能源平衡的目标;(2)强化厌氧消化的污泥沼渣去除功能,以减少废水厂沼渣污泥处置费用;(3)减少厌氧消化处理后污泥中的病原菌含量,将消化处理后的沼渣污泥转换成可以商品化的优质肥料,这些研究趋势的最终目标是将厌氧消化技术提升为一种高效资源回收再生技术。
目前强化厌氧消化技术产气效率的主要途径是采用厌氧消化与预处理相结合的方法。生物活性污泥的主要成份是由细胞外聚合物粘结而成的细菌聚合颗粒。活性污泥的厌氧消化过程一般可分为水解、酸化、酸退和甲烷生成四个步骤。水解的作用是破坏活性污泥的聚合结构和细菌的细胞壁结构以释放细胞内的生物有机物质以及将这些生物大分子物质降解成厌氧微生物可以利用的小分子(单糖胺基酸等)。酸化和酸退的作用是将水解后的有机小分子进一步转换成乙酸、二氧化碳及氢气,以供产甲烷菌利用产生甲烷(沼气)。由于活性污泥的颗粒特征及细菌细胞壁的致密组织结构,水解过程往往成为影响消化速率及产气量的关键因素。活性污泥预处理的主要作用就是强化污泥的水解,以增强厌氧消化的速率、产气量及污泥去除率。
目前活性污泥预处理的研究热点包括高温热水解、生物酸化水解、高温高压氧化、超声波处理、高温均质、臭氧化学处理等,高温热水解已成为国际上最为广泛采用的活性污泥预处理技术。污泥热水解技术的特点是把活性污泥加温到150-180℃,以达到破坏污泥絮体结构、破坏细胞壁组织和降解部分大分子物质的目的。目前热水解在活性污泥处理中的应用是将其作为厌氧消化的前置预处理过程,热水解前置预处理可使厌氧消化的产气量增加和减少最后消化沼渣的产出量。虽然高温热水解前置预处理是目前国际上实际应用最广泛的活性污泥厌氧消化强化技术,对活性污泥进行消化前热水解能有效增加污泥中的有机酸及溶解有机物的含量,但是,对活性污泥的整体产气量的加强并不十分明显,这主要是因为预热水解对活性污泥中难降解有机物的溶解影响有限,并且即使没有热水解预处理,活性污泥中大概50%左右的易降解有机物也能很快消化降解。因此,需要寻求一种资源利用率高且更经济有效的活性污泥处理技术。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种可有效处理易生物降解成分和非易生物降解成分、从活性污泥中回收有效能源和资源、减少污泥处置成本、平衡废水厂能源消耗、且能提高污泥的环境友好性的活性污泥的两级厌氧消化处理方法及处理系统。
为解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案。
一种活性污泥的两级厌氧消化处理方法,包括以下步骤:
(1)一级短时厌氧消化:将活性污泥在厌氧菌的作用下进行一级短时厌氧消化,以降解活性污泥中的易生物降解成分,得到一级沼渣和沼气;
(2)热水解和固液分离:将一级沼渣进行热水解,以处理一级沼渣中未降解的有机物,对所得高浓料液进行固液分离,分离出的上清浓液经冷却后部分或全部送至二级厌氧消化工序,分离出的热水解沼渣部分送至二级厌氧消化工序或全部外排;
(3)二级厌氧消化:将所述上清浓液或者将所述上清浓液与热水解沼渣的混合物进行二级厌氧消化,以降解非易生物降解成分并自产厌氧菌群,得到二级沼液和沼气,将二级沼液送至步骤(1)的一级短时厌氧消化工序中,以向一级短时厌氧消化工序提供成熟产甲烷菌,增加一级短时厌氧消化工序的生物降解能力和产沼气能力,实现一级短时厌氧消化处理。
上述的活性污泥的两级厌氧消化处理方法中,优选的,所述步骤(1)中,所述一级短时厌氧消化的时间为0.5天~10天;所述步骤(3)中,所述二级厌氧消化的时间为10天~30天。
上述的活性污泥的两级厌氧消化处理方法中,优选的,所述步骤(1)中,所述一级短时厌氧消化的时间为2天~10天;所述步骤(3)中,所述二级厌氧消化的时间为10天~20天。
上述的活性污泥的两级厌氧消化处理方法中,优选的,所述步骤(2)中,所述热水解的温度为100℃~200℃,所述热水解的时间为15min~30min;所述上清浓液经冷却后部分送至二级厌氧消化工序时,另一部分送至一级厌氧消化工序;所述热水解沼渣部分外排时,另一部分送至二级厌氧消化工序。
上述的活性污泥的两级厌氧消化处理方法中,优选的,所述步骤(1)中,所述一级沼渣主要为固体渣,先将一级沼渣的上清液回送至前期的废水处理工艺,再将去除上清液的一级沼渣进行步骤(2)的热分解;
和/或,所述步骤(3)中,先将所得的二级沼液的上清液回送至前期的废水处理工艺,再将去除上清液的二级沼液送至步骤(1)的一级短时厌氧消化工序中;
和/或,所述步骤(1)和步骤(3)中,所得沼气均外排作为废水厂能源使用;
和/或,所述步骤(2)中,所述热水解沼渣在外排前先经脱水干燥,经外排后用于生产安全肥料。
上述的活性污泥的两级厌氧消化处理方法中,优选的,所述步骤(1)的厌氧菌主要来自二级厌氧消化自产的厌氧菌群,所述厌氧菌群以产甲烷菌为主;
和/或,送至步骤(1)的一级短时厌氧消化工序中的二级沼液与步骤(1)中的活性污泥的质量比为0.1~5∶1。
作为一个总的技术构思,本发明还提供一种活性污泥的两级厌氧消化处理系统,包括一级厌氧消化反应器、热水解装置、固液分离装置和二级厌氧消化反应器,所述一级厌氧消化反应器设有进料口、出料口和回料口,所述固液分离装置设有进料口、出液口和第一出渣口,所述二级厌氧消化反应器设有进液口和出料口,所述一级厌氧消化反应器的出料口通过热水解装置与固液分离装置的进料口连通,所述固液分离装置的出液口与所述二级厌氧消化反应器的进液口连通,所述二级厌氧消化反应器的出液口与所述一级厌氧消化反应器的回料口连通。
上述的活性污泥的两级厌氧消化处理系统中,优选的,所述两级厌氧消化处理系统还包括脱水装置和干燥装置,所述固液分离装置的第一出渣口通过脱水装置与干燥装置连通;
或者,所述两级厌氧消化处理系统还包括脱水干燥装置,所述固液分离装置的第一出渣口与所述脱水干燥装置连通。
上述的活性污泥的两级厌氧消化处理系统中,优选的,所述固液分离装置的出液口与所述二级厌氧消化反应器的进液口通过第一管道连通,所述二级厌氧消化反应器的出料口与所述一级厌氧消化反应器的回料口通过第二管道连通,所述第一管道和第二管道上均设有泵;
和/或,所述一级厌氧消化反应器和所述二级厌氧消化反应器均设有出气口,所述一级厌氧消化反应器的出气口和所述二级厌氧消化反应器的出气口均与第三管道连通;
和/或,所述一级厌氧消化反应器和所述二级厌氧消化反应器均设有上清液出口。
上述的活性污泥的两级厌氧消化处理系统中,优选的,所述一级厌氧消化反应器还设有进液口,所述一级厌氧消化反应器的进液口与所述固液分离装置的出液口通过第四管道连通;
和/或,所述固液分离装置还设有第二出渣口,所述二级厌氧消化反应器还设有进渣口,所述固液分离装置的第二出渣口与所述二级厌氧消化反应器的进渣口通过第五管道连通。
本发明的处理方法中,步骤(1)的一级沼渣为沼渣沼液混合物,以固体沼渣为主,同时包含沼液,整体可呈现分层状态,因此在工艺过程中,优选先将上清液回流至废水厂废水处理工艺中(本发明方法之前的工艺阶段),再将去除了上清液的一级沼渣进行热处理。
步骤(3)得到的二级沼液为沼液与沼渣的混合物,整体可呈现分层状态,因此在工艺过程中,优选先将上清液回流至废水厂废水处理工艺中,再将去除了上清液的二级沼液部分或全部送至步骤(1)的一级短时厌氧消化工序中。
本发明的处理方法中,二级沼液送至步骤(1)的一级短时厌氧消化工序时,可根据一级短时厌氧消化中活性污泥对厌氧菌的需求量来确定二级沼液的回送量,二级沼液的回送量与活性污泥的质量比可优选0.1~5∶1,但不限于此,可视具体需求而定。
本发明的处理方法中,在工艺的最初阶段(相当于系统开机阶段),可根据实际情况加入少量的厌氧菌(优选产甲烷菌),但一级短时厌氧消化的厌氧菌基本来自于二级厌氧消化自产的厌氧菌群。
本发明的处理方法中,一级短时厌氧消化和二级厌氧消化的温度控制在35℃~55℃之间。
本发明的处理方法中,步骤(2)经热水解分离出的上清浓液优选冷却至二级厌氧消化所需控制的温度。
本发明的活性污泥的两级厌氧消化处理方法也可称为活性污泥的两级循环厌氧消化处理方法。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
本发明采用活性污泥的两级循环厌氧消化工艺,主要由一级短时厌氧消化、中间高温热水解和二级常态厌氧消化组成。与传统两级厌氧消化过程相比,本发明工艺的主要创新点包括:
(1)采用了短时固体停留时间的一级消化过程,使活性污泥中大部分易降解的有机固体可以在0.5天~10天(可优选2到10天)之内有效降解。采用短时厌氧消化既能有效地将活性污泥中大部分有机物转换成可利用的沼气,同时因为采用了短时消化,消化池的处理能力可以明显提高。该工艺与传统一级消化处理的主要不同之处在于釆用了二级污泥循环工艺,通过二级污泥的循环来进行一级消化,从而将一级污泥的消化处理时间与产甲烷微生物所需的生长时间完全分离,实现高效短时一级处理。
(2)采用了中间热水解工艺,通过热水解过程集中对难降解有机物含量高的沼渣进行再处理,以加强难降解有机物的水解,有效地降解一级沼渣中未降解的有机物。与传统前置热水解工艺相比,在一级消化后采用热水解工艺能大大减少热水解的沼渣处理量,减少热水解的能量消化,集中对难降解的沼渣进行热水解,也能加强热水解效率。传统前置热水解工艺及其条件主要是针对二沉池活性污泥或初沉池与二沉池的混合污泥而确定的,本发明中热水解主要是对一级厌氧消化处理后的沼渣进行再处理。一级厌氧消化处理后的沼渣从性质上明显有别于废水处理过程产生的活性污泥,沼渣主要由厌氧细菌及产甲烷古菌组成,而且含有较高浓度的难降解有机物,同时沼渣的固形物含量也与活性污泥不同。所以最优的沼渣热水解处理条件需要考虑的因素不同于通常采用的活性污泥热水解条件。除此之外,废水性质及生物废处理过程工艺也对活性污泥和沼渣性质有不同程度的影响。
(3)采用了热水解后进行固液分离并直接排渣工艺。该工艺与传统中间热水解技术不同之处主要在于,传统中间热水解在水解后,直接将处理后的污泥排入二级消化池进行再处理。传统中间热水解工艺实际上是二级消化的预处理过程。本发明采用的中间热水解工艺将对热水解处理的浓料液进行固液分离,并将分离后的上清浓液经冷却后回流至二级或二级+一级消化工序,从热水解浓料液中分离出的沼渣不再全部进入二级消化,而是部分或全部直接脱水干燥,以生产优质安全肥料。热水解后直接排渣的工艺,从根本上改变了厌氧消化从厌氧池排渣的传统工艺设计。改进后的热水解工艺将有利于生产高质、无污染的有机肥料,而且对热水解处理液进行固液分离将更加有利于回收余热,提高过程的热效率。
(4)采用从二级消化池回流至一级短时消化池的消化污泥循环工艺。该工艺的创新点是将传统二级消化的降解产气功能转换成产气和培养菌种的功能,并通过循环活性污泥的方法,向一级短时消化提供成熟稳定的产甲烷菌,以强化一级短时消化的生物降解和产气能力。这个创新点从根本上改变了传统厌氧消化处理时间的确定受制于甲烷产气菌生长时间,导致厌氧消化时间长,反应器处理能力低的缺点。所以,通过采用二级消化污染循环工艺,将可对一级消化的处理时间进行独立设计,改变了短时消化因固体停留时间短产气菌低的缺陷,既能提高短时消化的处理能力又能强化其产气的稳定性。
综上所述,本发明具有与传统二级消化显著不同的设计理念,并能有效改进和提高厌氧消化的处理能力和产气效率,能将活性污泥转换成可利用的再生资源。
附图说明
图1为本发明实施例2中活性污泥的两级厌氧消化处理系统的结构示意图。
图2为本发明实施例5中活性污泥的两级厌氧消化处理系统的结构示意图。
图例说明:
1、一级厌氧消化反应器;2、热水解装置;3、二级厌氧消化反应器;4、固液分离装置;5、脱水装置;6、干燥装置;7、第一管道;8、第二管道;9、泵;10、第三管道;11、第四管道;12、第五管道。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述,但并不因此而限制本发明的保护范围。
以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。实施例中的活性污泥主要针对城市生活废水、生活废水厂的废水产生的活性污泥,但并不限于此。实施例中采用一级厌氧消化和二级厌氧消化都是在缺氧或无氧状态下实施的,活性污泥和反应釜均能提供这样的条件。活性污泥的含水量通常在90%以上。
本发明的活性污泥的两级厌氧消化处理方法,包括以下步骤:
(1)一级短时厌氧消化:将活性污泥在厌氧菌的作用下进行一级短时厌氧消化(厌氧消化时可升温至35℃到55℃),以降解活性污泥中的易生物降解成分,得到一级沼渣和沼气;由于通过二级污泥循环方式向一级厌氧消化工序提供丰富的产沼气菌(产甲烷菌),进入一级消化工序的活性污泥能很快降解。
(2)热水解和固液分离:将一级沼渣进行热水解,以处理(降解)一级沼渣中未降解的有机物,对所得高浓料液进行固液分离,分离出的上清浓液经冷却后部分或全部送至二级厌氧消化工序,分离出的热水解沼渣部分或全部直接外排;
(3)二级厌氧消化:将上述固液分离所得上清浓液单独或者与部分热水解沼渣进行二级厌氧消化(厌氧消化时可升温至35℃到55℃),以降解非易生物降解成分并自产厌氧菌群,得到二级沼液和沼气,将所得二级沼液送至步骤(1)的一级厌氧消化工序中,以向一级短时厌氧消化工序提供成熟产甲烷菌,增加一级短时厌氧消化工序的生物降解能力和产沼气能力,实现一级短时厌氧消化处理。
步骤(1)中,一级短时厌氧消化的时间为0.5天~10天,优选为2天~10天。取得有效短时消化的方法是通过二级沼液循环以消除产甲烷菌生长时间对一级消化处理时间的限制,有效地减少一级消化时间。回送至步骤(1)的二级沼液与活性污泥的质量比为0.1~5∶1。
步骤(2)中,热水解的温度为100℃~200℃,热水解的时间为15min~30min。当上清浓液部分送至二级厌氧消化工序时,另一部分送至一级厌氧消化工序。当热水解沼渣部分直接外排时,另一部分送至二级厌氧消化工序。
步骤(3)中,二级厌氧消化的时间为10天~30天,优选为10天~20天。
步骤(1)中,一级沼渣主要为固体渣,先将一级沼渣的上清液回送至前阶段的废水处理工序,再将去除上清液的一级沼渣送至步骤(2)进行热分解。
步骤(3)中,二级沼液为沼液与沼渣的混合物,先将二级沼液的上清液回送至前阶段的废水处理工序,再将去除上清液的二级沼液送至步骤(1)的一级短时厌氧消化工序中。
步骤(1)和步骤(3)中,所得沼气均外排作为废水厂能源使用。
步骤(2)中,热水解沼渣经脱水干燥后外排,用于生产安全肥料。
实施例1:
一种本发明的活性污泥的两级厌氧消化处理方法,包括以下步骤:
(1)一级短时厌氧消化:向活性污泥中加入厌氧菌进行一级短时厌氧消化5天,以降解活性污泥中的易生物降解成分,得到一级沼渣和沼气,沼气外排作为废水厂能源使用。一级沼渣的上清液将回流至废水厂废水处理工艺流程,将去除上清液后的一级沼渣进入热水解工序。
(2)热水解和固液分离:将去除上清液后的一级沼渣在165℃下热水解15min,以处理一级沼渣中未降解的有机物,对所得高浓料液进行固液分离,分离出的上清浓液冷却至35℃后全部送至二级厌氧消化工序,分离出的热水解沼渣经脱水干燥后外排,用于生产安全肥料。
(3)二级厌氧消化:将步骤(2)所得上清浓液进行二级厌氧消化20天(厌氧过程温度达到35℃),以降解非易生物降解成分并自产厌氧菌群,得到二级沼液和沼气,沼气外排作为废水厂能源使用,将所得二级沼液的上清液回流至废水厂废水处理工艺流程,将去除上清液后的二级沼液回送至一级短时厌氧消化工序中继续处理活性污泥,以向一级短时厌氧消化工序提供成熟产甲烷菌,增强一级厌氧消化工序生物降解能力并增加一级厌氧消化产生的沼气,促进一级短时厌氧消化处理,实现两级厌氧循环消化处理。
本实施例中,回送至一级短时厌氧消化工序中的二级沼液(已去除上清液)与活性污泥的质量比为1.5∶1。
本发明在一级厌氧消化后采用热水解进行处理,可降解部分未降解的有机物,且通过固液分离将沼渣直接外排,在二级厌氧消化过程中培养厌氧菌(主要为产甲烷菌),通过增加消化时间和易降解有机物浓度使得自产厌氧菌群大幅增加,并使厌氧菌在整个系统中循环,特别是可以提供给一级厌氧消化继续处理活性污泥,极大地缩短了一级厌氧消化的时间并大幅节约了成本。
实施例2:
一种本发明的活性污泥的两级厌氧消化处理系统,上述实施例1的方法可采用该处理系统进行实施,但并不限于此。如图1所示,本实施例的系统包括一级厌氧消化反应器1、热水解装置2、固液分离装置4和二级厌氧消化反应器3,一级厌氧消化反应器1设有进料口、出料口和回料口,固液分离装置4设有进料口、出液口和第一出渣口,二级厌氧消化反应器3设有进液口和出料口,一级厌氧消化反应器1的出料口通过热水解装置2与固液分离装置4的进料口连通,固液分离装置4的出液口与二级厌氧消化反应器3的进液口连通,固液分离装置4的第一出渣口通过一脱水装置5与一干燥装置6连通(或者,固液分离装置4的第一出渣口还可以通过一脱水干燥装置连通),二级厌氧消化反应器3的出料口与一级厌氧消化反应器1的回料口连通。
本实施例中,固液分离装置4的出液口与二级厌氧消化反应器3的进液口通过第一管道7连通,二级厌氧消化反应器3的出料口与一级厌氧消化反应器1的回料口通过第二管道8连通,第一管道7和第二管道8上均设有泵9,用于输送料液。
本实施例中,一级厌氧消化反应器1和二级厌氧消化反应器3均设有出气口,一级厌氧消化反应器1的出气口和二级厌氧消化反应器3的出气口均与第三管道10连通。
本实施例中,一级厌氧消化反应器1和二级厌氧消化反应器3均设有与外界连通的上清液出口,分别用于输出一级厌氧消化反应器1中的上清液和二级厌氧消化反应器3中的上清液。
该装置的原理如下:在一级厌氧消化反应器1中,先通过进料口加入活性污泥,主要利用二级厌氧消化自产的产甲烷菌进行一级短时厌氧消化,以降解活性污泥中的易生物降解成分,得到一级沼渣和沼气,将一级沼渣的上清液通过一级厌氧消化反应器1的上清液出口排出,送至废水厂的废水处理工艺流程中,剩下的去除上清液的一级沼渣通过出料口送至热水解装置2中,沼气经出气口由第三管道10排出。在热水解装置2中,对去除上清液的一级沼渣进行热水解,以降解一级沼渣中部分未降解的有机物,所得高浓料液送至固液分离装置4中进行固液分离,分离出的上清浓液冷却后通过固液分离装置4的出液口全部送至二级厌氧消化反应器3中(或者部分送至二级厌氧消化反应器3、部分送至一级厌氧消化反应器1中),分离出的热水解沼渣全部通过脱水装置5和干燥装置6(通过脱水干燥装置也可)进行脱水干燥(或者部分进行脱水干燥,部分送至二级厌氧消化反应器3中与上清浓液混合降解),脱水干燥后的热水解沼渣进行外排,用于生产安全肥料。二级厌氧消化反应器3中,将得到的热水解上清浓液单独(或者与部分热水解沼渣)进行二级厌氧消化,以降解非易生物降解成分并自产厌氧菌群,得到含有厌氧菌群(主要是产甲烷菌)的二级沼液和沼气,将二级沼液的上清液通过二级厌氧消化反应器3的上清液出口排出,送至废水厂的废水处理工艺流程中,剩下的去除上清液的二级沼渣部分或全部送至一级厌氧消化反应器1中用于处理活性污泥,以增加一级厌氧消化工序的生物降解能力和产沼气能力,二级厌氧消化反应器3中产生的沼气经出气口由第三管道10排出,至此,实现了两级厌氧消化循环处理。
实施例3:
一种本发明的活性污泥的两级厌氧消化处理方法,包括以下步骤:
(1)一级短时厌氧消化:向活性污泥中加入厌氧菌进行一级短时厌氧消化8天,以降解活性污泥中的易生物降解成分,得到一级沼渣和沼气,沼气外排作为废水厂能源使用。一级沼渣的上清液将回流至废水厂废水处理工艺流程,将去除上清液后的一级沼渣进入热水解工序。
(2)热水解和固液分离:将去除上清液后的一级沼渣在185℃下热水解15min,以降解一级沼渣中未降解的有机物,对所得高浓料液进行固液分离,分离出的上清浓液冷却至55℃后全部送至二级厌氧消化工序,分离出的沼渣经脱水干燥后外排,用于生产安全肥料。
(3)二级厌氧消化:将步骤(2)所得上清浓液进行二级厌氧消化15天(厌氧过程温度达到55℃),以降解非易生物降解成分并自产厌氧菌群,得到二级沼液和沼气,沼气外排作为废水厂能源使用,将所得二级沼液的上清液回流至废水厂废水处理工艺流程,将去除上清液后的二级沼液回送至一级短时厌氧消化工序中继续处理活性污泥,以增强一级厌氧消化工序生物降解能力并增加一级厌氧消化产生的沼气,实现两级厌氧循环消化处理。
本实施例中,回送至一级短时厌氧消化工序中的二级沼液(已去除上清液)与活性污泥的质量比为4∶1。
本发明在一级厌氧消化后采用热水解进行处理,可降解部分未降解的有机物,且通过固液分离将沼渣直接外排,在二级厌氧消化过程中培养厌氧菌(主要为产甲烷菌),使得自产厌氧菌群大幅增加,并使厌氧菌在整个系统中循环,特别是可以提供给一级厌氧消化继续处理活性污泥,极大地节约了成本。
实施例4:
一种本发明的活性污泥的两级厌氧消化处理方法,包括以下步骤:
(1)一级短时厌氧消化:将活性污泥中在厌氧菌作用下进行一级短时厌氧消化3天,以降解活性污泥中的易生物降解成分,得到一级沼渣和沼气,沼气外排作为废水厂能源使用。一级沼渣的上清液将回流至废水厂废水处理工艺流程,将去除上清液后的一级沼渣进入热水解工序。
(2)热水解和固液分离:将去除上清液后的一级沼渣在200℃下热水解15min,以降解一级沼渣中未降解的有机物,对所得高浓料液进行固液分离,分离出的上清浓液部分(如3/5,但不限于此)冷却至55℃送至二级厌氧消化工序、另一部分上清浓液送至一级厌氧消化工序,分离出的热水解沼渣部分(如90%,但不限于此)经脱水干燥后外排,用于生产安全肥料,另一部分热水解沼渣送至二级厌氧消化工序。
(3)二级厌氧消化:将步骤(2)送至二级厌氧消化工序的上清浓液和热水解沼渣进行二级厌氧消化10天(55℃条件下),以降解非易生物降解成分并自产厌氧菌群,得到二级沼液和沼气,沼气外排作为废水厂能源使用,将所得二级沼液的上清液回流至废水厂废水处理工艺流程,将去除上清液后的二级沼液回送至一级短时厌氧消化工序中继续处理新的活性污泥,以向一级短时厌氧消化工序提供成熟产甲烷菌,增强一级厌氧消化工序生物降解能力并增加一级厌氧消化产生的沼气,实现两级厌氧循环消化处理。
本实施例中,回送至一级短时厌氧消化工序中的二级沼液(已去除上清液)与活性污泥的质量比为2.5∶1。
实施例5:
一种本发明的活性污泥的两级厌氧消化处理系统,上述实施例4的方法可采用该处理系统进行实施,但并不限于此。如图2所示,本实施例的两级厌氧消化处理系统与实施例2基本相同,区别仅在于:一级厌氧消化反应器1还设有进液口,一级厌氧消化反应器1的进液口与固液分离装置4的出液口通过第四管道11连通,用于将固液分离装置4中的另一部分上清浓液送至一级厌氧消化反应器1。固液分离装置4还设有第二出渣口,二级厌氧消化反应器3还设有进渣口,固液分离装置4的第二出渣口与二级厌氧消化反应器3的进渣口通过第五管道12连通,用于将固液分离装置4中的另一部分热水解沼渣送至二级厌氧消化反应器3。
综合上述各实施例可知,本发明在一级厌氧消化后采用热水解进行处理,可降解部分未降解的有机物,且通过固液分离将沼渣直接外排,在二级厌氧消化过程中培养厌氧菌(主要为产甲烷菌),使得自产厌氧菌群大幅增加,并使厌氧菌在整个系统中循环,特别是可以提供给一级厌氧消化继续处理活性污泥,极大地节约了成本。
本发明中,厌氧消化-沼渣热水解-厌氧消化循环技术的主要特点是将热水解过程集中对难降解有机物含量高的沼渣进行再处理,以加强难降解有机物的水解。本发明后置沼渣热水解能有效地减少需要高温热水解处理的污泥量,传统前置高温热水解需要处理废水处理过程中所产生的所有活性污泥,但是即使没有热水解,活性污泥中大概50%左右易降解有机物也能很快消化降解,所以本发明采用后置热水解,仅对沼渣进行热水解,大概可减少50%左右需要热水解的物料,从而大大减少热水解处理过程的能耗。消化后沼渣中主要含有厌氧微生物菌及厌氧消化没能降解的有机物,包括纤维素和细胞壁材料等。试验已证明,高温热水解能促进这些有机物溶解和水解。所以对沼渣进行热处理并将处理后并固液分离得到的高浓液送至二级厌氧消化,能有效提高活性污泥整体产气能力。后置热水解能更好的利用热水解的高温对沼渣杀菌,生产安全优质的沼渣肥料及土地改良剂。后置热水解能有效的减少废水厂沼渣的产量和沼渣脱水性能,并由此减少后续沼渣脱水化学药剂的用量,脱水及最后干燥的能耗和最后沼渣的处置成本。采用从二级消化池回流至一级短时消化池的消化污泥循环工艺是将传统二级消化的降解产气功能转换成产气和培养菌种的功能,并通过循环二级沼液的方法,向一级短时消化提供成熟稳定的产甲烷菌,以强化一级短时消化的生物降解和产气能力,同时,釆用二级消化沼液循环工艺,能完全消除产甲烷菌生长时间对一级消化处理时间的限制,有效地减少一级消化时间,大大增加反应器的处理能力。
本发明的方法将对废水厂活性污泥的处理技术有深远的影响,特别是它对于从废水中回收有效能源和资源,平衡废水厂能源消耗,减少污泥处置成本和减少废水处理厂污泥对环境的不利影响都有重要的现实意义、社会价值和商业价值,可以广泛应用于废水厂污泥处理。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上,然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下,都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰,均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种活性污泥的两级厌氧消化处理方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)一级短时厌氧消化:将活性污泥在厌氧菌的作用下进行一级短时厌氧消化,以降解活性污泥中的易生物降解成分,得到一级沼渣和沼气;
(2)热水解和固液分离:将一级沼渣进行热水解,以处理一级沼渣中未降解的有机物,对所得高浓料液进行固液分离,分离出的上清浓液经冷却后部分或全部送至二级厌氧消化工序,分离出的热水解沼渣部分送至二级厌氧消化工序或全部外排;
(3)二级厌氧消化:将所述上清浓液或者将所述上清浓液与热水解沼渣的混合物进行二级厌氧消化,以降解非易生物降解成分并自产厌氧菌群,得到二级沼液和沼气,将二级沼液送至步骤(1)的一级短时厌氧消化工序中,以向一级短时厌氧消化工序提供成熟产甲烷菌,增加一级短时厌氧消化工序的生物降解能力和产沼气能力,实现一级短时厌氧消化处理。
2.根据权利要求1所述的活性污泥的两级厌氧消化处理方法,其特征在于,所述步骤(1)中,所述一级短时厌氧消化的时间为0.5天~10天;所述步骤(3)中,所述二级厌氧消化的时间为10天~30天。
3.根据权利要求2所述的活性污泥的两级厌氧消化处理方法,其特征在于,所述步骤(1)中,所述一级短时厌氧消化的时间为2天~10天;所述步骤(3)中,所述二级厌氧消化的时间为10天~20天。
4.根据权利要求1所述的活性污泥的两级厌氧消化处理方法,其特征在于,所述步骤(2)中,所述热水解的温度为100℃~200℃,所述热水解的时间为15min~30min;所述上清浓液经冷却后部分送至二级厌氧消化工序时,另一部分送至一级厌氧消化工序;所述热水解沼渣部分外排时,另一部分送至二级厌氧消化工序。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的活性污泥的两级厌氧消化处理方法,其特征在于,所述步骤(1)中,所述一级沼渣主要为固体渣,先将一级沼渣的上清液回送至前期的废水处理工艺,再将去除上清液的一级沼渣进行步骤(2)的热分解;
和/或,所述步骤(3)中,先将所得的二级沼液的上清液回送至前期的废水处理工艺,再将去除上清液的二级沼液送至步骤(1)的一级短时厌氧消化工序中;
和/或,所述步骤(1)和步骤(3)中,所得沼气均外排作为废水厂能源使用;
和/或,所述步骤(2)中,所述热水解沼渣在外排前先经脱水干燥,经外排后用于生产安全肥料。
6.根据权利要求5所述的活性污泥的两级厌氧消化处理方法,其特征在于,所述步骤(1)的厌氧菌主要来自二级厌氧消化自产的厌氧菌群,所述厌氧菌群以产甲烷菌为主;
和/或,送至步骤(1)的一级短时厌氧消化工序中的二级沼液与步骤(1)中的活性污泥的质量比为0.1~5∶1。
7.一种活性污泥的两级厌氧消化处理系统,其特征在于,包括一级厌氧消化反应器(1)、热水解装置(2)、固液分离装置(4)和二级厌氧消化反应器(3),所述一级厌氧消化反应器(1)设有进料口、出料口和回料口,所述固液分离装置(4)设有进料口、出液口和第一出渣口,所述二级厌氧消化反应器(3)设有进液口和出料口,所述一级厌氧消化反应器(1)的出料口通过热水解装置(2)与固液分离装置(4)的进料口连通,所述固液分离装置(4)的出液口与所述二级厌氧消化反应器(3)的进液口连通,所述二级厌氧消化反应器(3)的出液口与所述一级厌氧消化反应器(1)的回料口连通。
8.根据权利要求7所述的活性污泥的两级厌氧消化处理系统,其特征在于,所述两级厌氧消化处理系统还包括脱水装置(5)和干燥装置(6),所述固液分离装置(4)的第一出渣口通过脱水装置(5)与干燥装置(6)连通;
或者,所述两级厌氧消化处理系统还包括脱水干燥装置,所述固液分离装置(4)的第一出渣口与所述脱水干燥装置连通。
9.根据权利要求7所述的活性污泥的两级厌氧消化处理系统,其特征在于,所述固液分离装置(4)的出液口与所述二级厌氧消化反应器(3)的进液口通过第一管道(7)连通,所述二级厌氧消化反应器(3)的出料口与所述一级厌氧消化反应器(1)的回料口通过第二管道(8)连通,所述第一管道(7)和第二管道(8)上均设有泵(9);
和/或,所述一级厌氧消化反应器(1)和所述二级厌氧消化反应器(3)均设有出气口,所述一级厌氧消化反应器(1)的出气口和所述二级厌氧消化反应器(3)的出气口均与第三管道(10)连通;
和/或,所述一级厌氧消化反应器(1)和所述二级厌氧消化反应器(3)均设有上清液出口。
10.根据权利要求7~9中任一项所述的活性污泥的两级厌氧消化处理系统,其特征在于,所述一级厌氧消化反应器(1)还设有进液口,所述一级厌氧消化反应器(1)的进液口与所述固液分离装置(4)的出液口通过第四管道(11)连通;
和/或,所述固液分离装置(4)还设有第二出渣口,所述二级厌氧消化反应器(3)还设有进渣口,所述固液分离装置(4)的第二出渣口与所述二级厌氧消化反应器(3)的进渣口通过第五管道(12)连通。
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