CN112661376A - 一种城市污泥预处理方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种城市污泥预处理方法及其应用。该城市污泥预处理方法，将生物炭固体酸与城市污泥混合，进行水热反应。本发明通过采用生物炭固体酸对城市污泥进行高温水热预处理，从而促进城市污泥中胞外聚合物和细胞壁中木质纤维素快速降解，缩短城市污泥水解产酸阶段反应时间，提升水解产酸反应能力和效率，进而使经过预处理的城市污泥可以进行厌氧消化反应产生沼气，提高城市污泥的资源化利用率。

Description

一种城市污泥预处理方法及其应用
技术领域
本发明属于固体废弃物治理和利用技术领域，具体涉及一种城市污泥预处理方法及其应用。
背景技术
城市污泥作为污水处理厂不可避免的副产物，容易对环境造成二次污染，大大降低污水处理设施的环境效益，但同时城市污泥主要由微生物构成，其中含有大量的有机物，可通过厌氧消化产生甲烷、氢气等高附加值产物，实现了污泥资源化利用。
厌氧消化处理城市污泥具有很大的技术优势和广阔的应用前景，但由于技术发展和工艺水平的限制，实际中污泥的厌氧消化仍处于研究阶段，并未被广泛地商业化运作。其主要原因是城市污泥中含有大量的微生物细胞，胞外聚合物与微生物细胞通过各种作用力粘接在一起，形成一个巨大的、稳定的三维网状结构，并吸附了大量的有机质，同时稳定的半刚性结构的细胞壁阻隔了微生物细胞内可利用的有机质扩散与解聚。胞外聚合物稳定的结构和难于生物降解的细胞壁及外源性木质纤维素，使得传统的厌氧消化过程需要较长的停留时间且有机物转化效率低下。
发明内容
为了克服现有利用城市污泥产沼气过程中存在水解产酸反应速率较低的问题，本发明的第一方面的目的，在于提供一种城市污泥预处理方法。
本发明的第二方面的目的，在于提供一种城市污泥产沼气的方法。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
本发明的第一个方面，提供一种城市污泥预处理方法，将生物炭固体酸与城市污泥混合，进行水热反应。
所述生物炭固体酸与城市污泥的质量比优选为(1～10)：1；更优选为(2～8)：1；最优选为(2～3)：1。
所述城市污泥的固含量优选为7～13％；更优选为8～12％；最优选为10～11％。
所述生物炭固体酸优选由生物质经磺化得到，具体如下：将生物质与浓硫酸混合，170～220℃下磺化反应3～5h。
所述水热反应的条件优选为50～90℃下反应0.5～5h；更优选为55～85℃下反应2～3h；最优选为75～80℃下反应2～3h。
本发明的第二个方面，提供一种城市污泥产沼气的方法，包含第一方面的城市污泥预处理方法。
一种城市污泥产沼气的方法，包括如下步骤：
(1)将生物炭固体酸与城市污泥混合，进行水热反应，过滤，得到水解液；
(2)步骤(1)得到的水解液进行厌氧消化反应，得到沼气。
步骤(1)中所述生物炭固体酸与城市污泥的质量比优选为(1～10)：1；更优选为(2～8)：1；最优选为(2～3)：1。
步骤(1)中所述城市污泥的固含量优选为7～13％；更优选为8～12％；最优选为10～11％。
步骤(1)中所述生物炭固体酸优选由生物质经磺化得到，具体如下：将生物质与浓硫酸混合，170～220℃下磺化反应3～5h。
步骤(1)中所述水热反应的条件优选为50～90℃下反应0.5～5h；更优选为55～85℃下反应2～3h；最优选为75～80℃下反应2～3h。
步骤(1)中所述水解液的pH优选为3～7；更优选为3.7～4.8；最优选为4.3～4.8。
步骤(1)中所述水解液的固含量≤10％。
步骤(2)中所述厌氧消化反应的温度优选为35～55℃。
本发明的有益效果是：
本发明通过采用生物炭固体酸对城市污泥进行高温水热预处理，从而促进城市污泥中胞外聚合物和细胞壁中木质纤维素快速降解，缩短城市污泥水解产酸阶段反应时间，提升水解产酸反应能力和效率，进而使经过预处理的城市污泥可以进行厌氧消化反应产生沼气，提高城市污泥的资源化利用率。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。
本实施例中所使用的材料、试剂等，如无特别说明，为从商业途径得到的试剂和材料。
实施例1一种城市污泥产沼气的方法
一种城市污泥产沼气的方法，包括如下步骤：
(1)城市污泥预处理：使用常规污泥浓缩机将从普通市政污水处理厂获取的城市污泥浓缩至固含量为10％，然后将生物炭固体酸与浓缩后的城市污泥按照质量比为2：1的比例混合，在产酸反应器中进行75℃下水热处理2小时，使得到的混合液pH为4.5；对混合液进行过滤，得到挥发性脂肪酸(VFAs)总量相对较高，浓度为9281.36mg/L，主要组分为乙酸、丙酸和丁酸，浓度分别为：762.55mg/L，7501.64mg/L和422.31mg/L，其中丙酸含量≥80％，pH为4.8的滤液(水解液)。
(2)使用水泵将步骤(1)得到的水解液加入厌氧消化罐进行厌氧消化反应，温度为35℃。
上述的生物炭固体酸由微晶纤维素与浓硫酸按质量比1:10混合，在200℃下反应5h，过滤、洗涤至中性，烘干获得。
在实际操作中，产生的沼气可用于制备生物燃气，步骤(2)将水解液过滤后的发酵剩余物可进一步固液分离得到沼液和沼渣，其中沼液可运回到污水厂继续处理，沼渣进行好氧堆沤以获得有机肥作为土壤改良剂，一部分沼渣还可制备成生物炭作为固体酸催化剂基质。
经检测，在厌氧消化反应阶段，水解液进入厌氧消化罐后立即产气，厌氧消化反应阶段反应没有延滞期；表明经过生物炭固体酸水热预处理的水解液是很好的产甲烷原料，小分子有机酸能迅速被产甲烷菌利用合成甲烷。
实施例2一种城市污泥产沼气的方法
一种城市污泥产沼气的方法，包括如下步骤：
(1)城市污泥预处理：使用常规污泥浓缩机将从普通市政污水处理厂获取的城市污泥浓缩至固含量为11％，然后将生物炭固体酸与浓缩后的城市污泥按照质量比为3：1的比例混合，在产酸反应器中进行80℃下水热处理3小时，使得到的混合液pH为4；对混合液进行过滤，得到挥发性脂肪酸(VFAs)总量相对较高，浓度为11371.45mg/L，主要组分为乙酸、丙酸和丁酸，浓度分别为：1109.96mg/L，9217.87mg/L和715.38mg/L；其中丙酸含量≥84％，pH为4.3的滤液(水解液)。
(2)使用水泵将步骤(1)得到的水解液加入厌氧消化罐进行厌氧消化反应，温度为55℃。
上述的生物炭固体酸由微晶纤维素与浓硫酸按质量比1:10混合，在200℃下反应5h，过滤、洗涤至中性，烘干获得。
在实际操作中，产生的沼气可用于制备生物燃气，步骤(2)将水解液过滤后的发酵剩余物可进一步固液分离得到沼液和沼渣，其中沼液可运回到污水厂继续处理，沼渣进行好氧堆沤以获得有机肥作为土壤改良剂，一部分沼渣还可制备成生物炭作为固体酸催化剂基质。
经检测，在厌氧消化反应阶段，水解液进入厌氧消化罐后立即产气，厌氧消化反应阶段反应没有延滞期；表明经过生物炭固体酸水热预处理的水解液是很好的产甲烷原料，小分子有机酸能迅速被产甲烷菌利用合成甲烷。
对比例1一种城市污泥产沼气的方法
一种城市污泥产沼气的方法，包括如下步骤：
(1)城市污泥预处理：使用常规污泥浓缩机将从普通市政污水处理厂获取的城市污泥浓缩至固含量为10％，在产酸反应器中进行75℃下水热处理2小时，使得到的混合液pH为6.8；对混合液进行过滤，pH为6.8的滤液(水解液)。
(2)使用水泵将步骤(1)得到的水解液加入厌氧消化罐进行厌氧消化反应，温度为35℃。
经检测，本对比例在厌氧消化反应阶段，厌氧消化反应基本未能启动，未检测到有甲烷气体产生；与实施例1相比，未添加生物炭固体酸进行预处理的城市污泥不能在常规条件下自行进行厌氧消化反应产甲烷。
对比例2一种城市污泥产沼气的方法
一种城市污泥产沼气的方法，包括如下步骤：
(1)城市污泥预处理：使用常规污泥浓缩机将从普通市政污水处理厂获取的城市污泥浓缩至固含量为10％，然后将生物炭固体酸与浓缩后的城市污泥按照质量比为0.5：1的比例混合，在产酸反应器中进行75℃下水热处理2小时，使得到的混合液pH为6.2，对混合液进行过滤，滤液中总VFAs浓度为325.16mg/L。
(2)使用水泵将步骤(1)得到的水解液加入厌氧消化罐进行厌氧消化反应，温度为35℃。
上述的生物炭固体酸由微晶纤维素与浓硫酸按质量比1:10混合，在200℃下反应5h，过滤、洗涤至中性，烘干获得。
经检测，本对比例在厌氧消化反应阶段，厌氧消化反应基本未能启动，未检测到有甲烷气体产生；与实施例1相比，混合少量生物炭固体酸对城市污泥进行预处理所得水解液不能在常规条件下自行进行厌氧消化反应产甲烷。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种城市污泥预处理方法，将生物炭固体酸与城市污泥混合，进行水热反应。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述生物炭固体酸与城市污泥的质量比为(1～10)：1。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
所述城市污泥的固含量为7～13％；
所述生物炭固体酸优选由生物质经磺化得到。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于：
所述水热反应的条件为50～90℃下反应0.5～5h。
5.一种城市污泥产沼气的方法，其特征在于：包含权利要求1～4中任一项所述的城市污泥预处理方法。
6.一种城市污泥产沼气的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将生物炭固体酸与城市污泥混合，进行水热反应，过滤，得到水解液；
(2)步骤(1)得到的水解液进行厌氧消化反应，得到沼气。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：
步骤(1)中所述生物炭固体酸与城市污泥的质量比为(1～10)：1。
8.根据权利要求6～7中任一项所述的方法，其特征在于：
步骤(1)中所述水热反应的条件为50～90℃下反应0.5～5h。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：
步骤(1)中所述水解液的pH为3～7。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：
步骤(2)中所述厌氧消化反应的温度为35～55℃。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004275813A (ja) * 2003-03-13 2004-10-07 Hitachi Kiden Kogyo Ltd 汚泥の処理方法
CN101787400A (zh) * 2010-03-31 2010-07-28 华南理工大学 一种固体酸水解植物纤维的方法
CN102241464A (zh) * 2011-06-01 2011-11-16 北京中持绿色能源环境技术有限公司 城市污泥处理方法及其设备
CN108786916A (zh) * 2018-05-24 2018-11-13 上海大学 污泥炭基固体酸及其制备方法与应用
CN109650535A (zh) * 2019-01-02 2019-04-19 齐鲁工业大学 一种木质素及其衍生炭在厌氧消化中的应用
CN111118066A (zh) * 2020-01-22 2020-05-08 广东省石油与精细化工研究院 一种生物炭固体酸强化的两相厌氧发酵产沼气的方法
KR20200091102A (ko) * 2019-01-22 2020-07-30 황명회 하수처리장 바이오가스를 활용한 고체 산화물 연료 전지를 이용한 슬러지 건조시스템

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004275813A (ja) * 2003-03-13 2004-10-07 Hitachi Kiden Kogyo Ltd 汚泥の処理方法
CN101787400A (zh) * 2010-03-31 2010-07-28 华南理工大学 一种固体酸水解植物纤维的方法
CN102241464A (zh) * 2011-06-01 2011-11-16 北京中持绿色能源环境技术有限公司 城市污泥处理方法及其设备
CN108786916A (zh) * 2018-05-24 2018-11-13 上海大学 污泥炭基固体酸及其制备方法与应用
CN109650535A (zh) * 2019-01-02 2019-04-19 齐鲁工业大学 一种木质素及其衍生炭在厌氧消化中的应用
KR20200091102A (ko) * 2019-01-22 2020-07-30 황명회 하수처리장 바이오가스를 활용한 고체 산화물 연료 전지를 이용한 슬러지 건조시스템
CN111118066A (zh) * 2020-01-22 2020-05-08 广东省石油与精细化工研究院 一种生物炭固体酸强化的两相厌氧发酵产沼气的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘建伟等: "《生活垃圾综合处理与资源化利用技术》", 30 September 2018, 中国环境科学出版社 *
李进军等: "《绿色化学导论（第二版）》", 31 August 2015, 武汉大学出版社 *

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