CN114133125B - 一种基于泥质特征的污泥高级厌氧消化系统动态运行方法 - Google Patents

一种基于泥质特征的污泥高级厌氧消化系统动态运行方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114133125B
CN114133125B CN202111462995.XA CN202111462995A CN114133125B CN 114133125 B CN114133125 B CN 114133125B CN 202111462995 A CN202111462995 A CN 202111462995A CN 114133125 B CN114133125 B CN 114133125B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sludge
controlled
anaerobic digestion
digestion
controls
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111462995.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN114133125A (zh
Inventor
申世峰
郭兴芳
李劢
顾淼
熊会斌
陶润先
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North China Municipal Engineering Design and Research Institute Co Ltd
Original Assignee
North China Municipal Engineering Design and Research Institute Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North China Municipal Engineering Design and Research Institute Co Ltd filed Critical North China Municipal Engineering Design and Research Institute Co Ltd
Priority to CN202111462995.XA priority Critical patent/CN114133125B/zh
Publication of CN114133125A publication Critical patent/CN114133125A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114133125B publication Critical patent/CN114133125B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/02—Biological treatment
    • C02F11/04—Anaerobic treatment; Production of methane by such processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于泥质特征的污泥高级厌氧消化系统动态运行方法，属于环境保护技术领域。本发明以城镇污水处理厂污泥为处理对象，根据污泥泥质季节性波动特征，优化调控污泥高级厌氧消化系统预处理单元、厌氧消化单元的关键控制参数以及餐厨垃圾等有机基质与污泥协同处理的投配比，构建了基于泥质特征的污泥高级厌氧消化系统动态运行方法，达到污泥处理减污降碳协同增效目的。本发明可显著提升污泥高级厌氧消化系统运行效能和稳定性，提升污泥能源化效率，同时可实现餐厨垃圾、粪便、农业废弃物等有机基质的协同处理和能源化资源化。

Description

一种基于泥质特征的污泥高级厌氧消化系统动态运行方法
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种基于泥质特征的污泥高级厌氧消化系统动态运行方法。
背景技术
近年来，随着我国城镇化水平的不断提高，城镇污水处理厂的建设得到了高速的发展，污水处理率显著提高，污泥产生量随之大幅度增加，截至2019年年底，城镇污水处理厂干污泥产生量达到1232万吨左右。污泥作为污水中大部分污染物的载体，若不能合理处理处置，会造成环境的二次污染，也会造成大量的能源浪费。
污泥厌氧消化利用兼性厌氧菌和专性厌氧菌进行生化反应，分解污泥中有机质的同时产生CH4等气体的消化技术，是实现污泥减量化、无害化、稳定化、资源能源化及污水处理厂碳补偿和碳减排的重要技术措施。我国城镇污水处理厂污泥具有有机质含量低、C/N低等特点，导致传统厌氧消化存在停留时间长、有机物降解率低等问题，为此采用包括热水解等预处理或者与餐厨垃圾等有机废弃物协同消化等技术措施，来提高污泥厌氧消化效率。
但同时由于我国城镇污水处理厂污泥有机物含量和组分的季节性变化较大，夏季污泥有机物含量普遍偏低、冬春季污泥有机质含量相对高，如何根据污泥泥质的季节性变化特征，灵活调控包括热水解等预处理单元、厌氧消化单元的关键控制参数以及餐厨等有机废弃物与污泥调配比例等，提高厌氧消化工艺运行效能和稳定性，实现减污降碳协同增效至关重要。为此，构建基于泥质特征的污泥高级厌氧消化系统的动态运行调控方法，来指导污泥厌氧消化工程的设计与运行是亟需解决的问题。
发明内容
本发明针对城镇污水处理厂污泥泥质季节性波动大，影响污泥厌氧消化系统运行效率和运行稳定性的问题，提供了一种基于泥质特征的污泥高级厌氧消化系统动态运行方法，该运行方法可显著提升消化系统运行效能和稳定性，提升污泥能源化效率，同时可实现与餐厨垃圾、粪便、园林和农业废弃物等有机基质的协同处理，达到减污降碳协同增效作用。
如上构思，本发明采用的技术方案是：一种基于泥质特征的污泥高级厌氧消化系统动态运行方法，所述污泥高级厌氧消化系统包括预处理单元、厌氧消化单元和有机基质投料口，其中预处理单元采用热水解或加碱热水解工艺，厌氧消化单元采用中温消化，其特征在于：根据污泥泥质季节性变化特征，调控预处理单元和厌氧消化单元运行控制参数，即
当污泥有机物含量低于54％时，所述预处理单元若采用热水解压力控制为0.14～0.40MPa、温度控制为120℃～170℃、停留时间控制为30～60min，若采用加碱热水解压力控制为0.14～0.30MPa、温度控制为120℃～140℃、停留时间控制为15～60min、加碱量控制为0.02～0.08gNaOH/gVS；所述厌氧消化单元进泥含固率控制为12％～15％、消化时间控制为15～18d；
当污泥有机物含量54％-60％时，所述预处理单元若采用热水解压力控制为0.14～0.4MPa、温度控制为120℃～170℃、停留时间控制为45～90min，若采用加碱热水解压力控制为0.14～0.30MPa、温度控制为120℃～140℃、停留时间控制为15～45min、加碱量控制为0.02～0.06gNaOH/gVS；所述厌氧消化单元进泥含固率控制为10％～12％、消化时间控制为18～20d；
当污泥有机物含量高于60％时，所述预处理单元若采用热水解压力控制为0.14～0.40MPa、温度控制为120℃～170℃、停留时间控制为60～90min，若采用加碱热水解压力控制为0.14～0.30MPa、温度控制为120℃～140℃、停留时间控制为15～45min、加碱量控制为0.01～0.04gNaOH/gVS；所述厌氧消化单元进泥含固率控制为10％～12％、消化时间控制为20～23d。
优选地，所述有机基质投料口投加有机基质与污泥协同消化，有机基质和污泥的混合物料C/N控制为12～14。
优选地，所述预处理单元采用热水解或加碱热水解工艺，加碱热水解所用的碱为商业用碱、废碱或废碱液。
优选地，所述有机基质投料口投加餐厨垃圾与污泥协同消化，餐厨垃圾与污泥投配比按VS控制，二者VS比为2:3～4:3。
优选地，所述厌氧消化单元pH值控制为6.8～7.8，VFA/碱度(VFA以乙酸表示，碱度以CaCO3计)控制为0.01～0.08，ORP控制为低于-400mv。
本发明的优点和积极效果如下：
1、本发明可显著提升污泥厌氧消化系统运行效能和稳定性，提升污泥能源化效率，达到污泥处理减污降碳协同增效目的；
2、本发明可实现餐厨垃圾、粪便、农业废弃物等有机基质的协同处理和能源化资源化；
3、本发明操作性强，可用于指导污泥厌氧消化系统的日常运行，具有十分广泛的工程应用价值。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
本发明提供一种基于泥质特征的污泥高级厌氧消化系统动态运行方法，所述污泥高级厌氧消化系统包括预处理单元、厌氧消化单元和有机基质投料口，其中预处理单元采用热水解或加碱热水解工艺，加碱热水解所用的碱可为商业用碱，也可为废碱、废碱液，厌氧消化单元采用中温消化，其特征在于：根据污泥泥质季节性变化特征，调控预处理单元和厌氧消化单元运行控制参数，即
当污泥有机物含量低于54％时，所述预处理单元若采用热水解压力控制为0.14～0.40MPa、温度控制为120℃～170℃、停留时间控制为30～60min，若采用加碱热水解压力控制为0.14～0.30MPa、温度控制为120℃～140℃、停留时间控制为15～60min、加碱量控制为0.02～0.08gNaOH/gVS；所述厌氧消化单元进泥含固率控制为12％～15％、消化时间控制为15～18d；
当污泥有机物含量54％-60％时，所述预处理单元若采用热水解压力控制为0.14～0.4MPa、温度控制为120℃～170℃、停留时间控制为45～90min，若采用加碱热水解压力控制为0.14～0.30MPa、温度控制为120℃～140℃、停留时间控制为15～45min、加碱量控制为0.02～0.06gNaOH/gVS；所述厌氧消化单元进泥含固率控制为10％～12％、消化时间控制为18～20d；
当污泥有机物含量高于60％时，所述预处理单元若采用热水解压力控制为0.14～0.40MPa、温度控制为120℃～170℃、停留时间控制为60～90min，若采用加碱热水解压力控制为0.14～0.30MPa、温度控制为120℃～140℃、停留时间控制为15～45min、加碱量控制为0.01～0.04gNaOH/gVS；所述厌氧消化单元进泥含固率控制为10％～12％、消化时间控制为20～23d。
优选地，所述有机基质投料口投加餐厨垃圾、粪便、园林和农业废弃物等有机基质与污泥协同消化，有机基质和污泥的混合物料C/N控制为12～14，不能超过14。
优选地，所述有机基质投料口投加餐厨垃圾与污泥协同消化，餐厨垃圾不进行预处理，餐厨垃圾与污泥投配比按VS控制，二者VS比为2:3～4:3。
优选地，所述厌氧消化单元pH值控制为6.8～7.8，VFA/碱度(VFA以乙酸表示，碱度以CaCO3计)控制为0.01～0.08，ORP控制为低于-400mv。
实施例1：
某城镇污水处理厂脱水污泥有机物含量为59.34～60％，C/N约7.3左右、pH为6.31～6.86，采用污泥单独厌氧消化时，进泥含水率、温度、消化时间控制为88～90％、35±0.5℃和19.8d，消化系统的有机物降解率、单位污泥产气量、去除单位有机物产气量分别为19.3～20.9％(均值为20.1％)、6.6～9.3(均值7.6m3/m3)、0.60～0.77(均值0.66m3/kgVS)；采用加碱热水解预处理，压力、温度、消解时间和碱投加量分别为0.14Mpa、124℃、45min和0.04gNaOH/gVS，厌氧消化单元参数相同，消化系统的有机物降解率、单位污泥产气量、去除单位有机物产气量分别为23.8～26.3％(均值24.8％)、12.1～17.0(均值13.7m3/m3)、0.75～1.04(均值0.90m3/kgVS)，预处理后消化系统的有机物降解率、单位污泥产气量、去除单位有机物产气量平均分别提高23.4％、80.3％、36.4％。
实施例2：
某城镇污水处理厂污泥有机物含量为66.26～67.44％、C/N5.6，pH为6.01～6.77，采用污泥单独厌氧消化时，进泥含水率、温度、消化时间控制为、88～90％、35±0.5℃、20d，消化系统的有机物降解率、单位污泥产气量、去除单位有机物产气量分别为24.0～30.7％(均值27.6％)、10.03～12.2m3/m3(11.6m3/m3)、0.58～0.72m3/kgVS(均值0.66m3/kgVS)；采用加碱热水解预处理，压力、温度、消解时间、碱投加量分别为0.14Mpa、124℃、40min、0.02gNaOH/gVS，厌氧消化单元参数相同，消化系统的有机物降解率、单位有机物产气量、去除单位有机物产气量分别为34.2～41.8％(均值37.6％)、16.0～19.2m3/m3(17.3m3/m3)、0.61～0.84m3/kgVS(均值0.73m3/kgVS)，预处理后消化系统的有机物降解率、单位污泥产气量、去除单位有机物产气量平均分别提高36.2％、49.1％、10.6％。
实施例3：
某城镇污水处理厂脱水污泥，采用加碱热水解预处理-高级厌氧消化系统对污泥进行处理，分别考察污泥预处理单独厌氧消化、污泥和餐厨垃圾混合预处理后协同厌氧消化、污泥单独预处理后与餐厨垃圾混合进行协同消化的处理性能。
脱水污泥泥饼pH为7.10～7.15、含水率为81.89％～82.02％、有机物含量为57.53％～57.60％、C/N为7.27～7.32，餐厨垃圾pH为5.60～6.60、含水率为84.03％～88.02％、有机物含量为86.22％～88.92％、C/N为22.12～23.10。
污泥预处理单独厌氧消化，加碱热水解预处理单元压力、温度、停留时间及碱投加量分别控制为0.14MPa、124℃、45min、0.02gNaOH/gVS，厌氧消化单元进泥含固率、温度、消化时间分别控制为10％左右、35±0.3℃、20d，消化系统的单位污泥产气量、去除单位有机物产气量、有机物降解率分别为13.7～16.9m3/m3(均值15.2m3/m3)、0.74～0.91m3/kgVS(均值0.79m3/kgVS)、29.2～33.7％(均值31.1％)。
污泥和餐厨垃圾混合后预处理，污泥与餐厨垃圾VS之比1:1，加碱热水解预处理单元压力、温度、停留时间、碱投加量分别控制为0.14MPa、124℃、45min、0.02gNaOH/gVS，厌氧消化单元进样含固率、温度、消化时间分别控制为10％左右、35±0.3℃、20d，消化系统的单位污泥产气量、去除单位有机物产气量、有机物降解率分别为41.3～52.44m3/m3(均值15.2m3/m3)、1.03～1.28m3/kgVS(均值0.79m3/kgVS)、47.7～51.2％(均值50.0％)。
污泥加碱热水解预处理后，与餐厨垃圾混合后进入厌氧消化系统，污泥与餐厨垃圾VS之比1:1，混合物料含固率为10％左右。在相同预处理单元和厌氧消化单元运行控制参数下，消化系统单位污泥产气量、去除单位有机物产气量、有机物降解率分别为41.3～55.9m3/m3(均值48.5m3/m3)、1.04～1.39m3/kgVS(均值1.18m3/kgVS)、52.9～57.6％(均值55.3％)。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非是本发明的限制性实施方式，凡本领域的技术人员在本发明的实质内容的基础上所进行的修饰或等效变形，均在本发明的技术范畴。

Claims (5)

1.一种基于泥质特征的污泥高级厌氧消化系统动态运行方法，所述污泥高级厌氧消化系统包括预处理单元、厌氧消化单元和有机基质投料口，其中预处理单元采用热水解或加碱热水解工艺，厌氧消化单元采用中温消化，其特征在于：根据污泥泥质季节性变化特征，调控预处理单元和厌氧消化单元运行控制参数，即：
当污泥有机物含量低于54％时，所述预处理单元若采用热水解压力控制为0.14～0.40MPa、温度控制为120℃～170℃、停留时间控制为30～60min，若采用加碱热水解压力控制为0.14～0.30MPa、温度控制为120℃～140℃、停留时间控制为15～60min、加碱量控制为0.02～0.08gNaOH/gVS；所述厌氧消化单元进泥含固率控制为12％～15％、消化时间控制为15～18d；
当污泥有机物含量54％-60％时，所述预处理单元若采用热水解压力控制为0.14～0.4MPa、温度控制为120℃～170℃、停留时间控制为45～90min，若采用加碱热水解压力控制为0.14～0.30MPa、温度控制为120℃～140℃、停留时间控制为15～45min、加碱量控制为0.02～0.06gNaOH/gVS；所述厌氧消化单元进泥含固率控制为10％～12％、消化时间控制为18～20d；
当污泥有机物含量高于60％时，所述预处理单元若采用热水解压力控制为0.14～0.40MPa、温度控制为120℃～170℃、停留时间控制为60～90min，若采用加碱热水解压力控制为0.14～0.30MPa、温度控制为120℃～140℃、停留时间控制为15～45min、加碱量控制为0.01～0.04gNaOH/gVS；所述厌氧消化单元进泥含固率控制为10％～12％、消化时间控制为20～23d。
2.根据权利要求1所述的一种基于泥质特征的污泥高级厌氧消化系统动态运行方法，其特征在于：所述有机基质投料口投加有机基质与污泥协同消化，有机基质和污泥的混合物料C/N控制为12～14。
3.根据权利要求1所述的一种基于泥质特征的污泥高级厌氧消化系统动态运行方法，其特征在于：所述预处理单元采用热水解或加碱热水解工艺，加碱热水解所用的碱为商业用碱或废碱。
4.根据权利要求1所述的一种基于泥质特征的污泥高级厌氧消化系统动态运行方法，其特征在于：所述有机基质投料口投加餐厨垃圾与污泥协同消化，餐厨垃圾与污泥投配比按VS控制，二者VS比为2:3～4:3。
5.根据权利要求1所述的一种基于泥质特征的污泥高级厌氧消化系统动态运行方法，其特征在于：所述厌氧消化单元pH值控制为6.8～7.8，VFA/碱度，VFA以乙酸表示，碱度以CaCO 3 计，控制为0.01～0.08，ORP控制为低于-400mv。
CN202111462995.XA 2021-12-02 2021-12-02 一种基于泥质特征的污泥高级厌氧消化系统动态运行方法 Active CN114133125B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111462995.XA CN114133125B (zh) 2021-12-02 2021-12-02 一种基于泥质特征的污泥高级厌氧消化系统动态运行方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111462995.XA CN114133125B (zh) 2021-12-02 2021-12-02 一种基于泥质特征的污泥高级厌氧消化系统动态运行方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114133125A CN114133125A (zh) 2022-03-04
CN114133125B true CN114133125B (zh) 2022-11-18

Family

ID=80387785

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111462995.XA Active CN114133125B (zh) 2021-12-02 2021-12-02 一种基于泥质特征的污泥高级厌氧消化系统动态运行方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114133125B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10216785A (ja) * 1997-02-07 1998-08-18 Ebara Corp し尿、厨芥、汚泥の処理方法
CN102603141A (zh) * 2012-03-19 2012-07-25 同济大学 一种预处理提高低有机质污泥厌氧发酵产沼气的方法
CN106242215A (zh) * 2016-08-12 2016-12-21 同济大学 一种快速启动污泥超高温厌氧消化系统的方法
CN106430887A (zh) * 2016-11-03 2017-02-22 江苏中宜金大环保产业技术研究院有限公司 一种高含固率污泥厌氧消化产甲烷的方法
CN112047590A (zh) * 2020-08-31 2020-12-08 同济大学 一种利用餐厨垃圾预醇化强化污泥厌氧消化的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10216785A (ja) * 1997-02-07 1998-08-18 Ebara Corp し尿、厨芥、汚泥の処理方法
CN102603141A (zh) * 2012-03-19 2012-07-25 同济大学 一种预处理提高低有机质污泥厌氧发酵产沼气的方法
CN106242215A (zh) * 2016-08-12 2016-12-21 同济大学 一种快速启动污泥超高温厌氧消化系统的方法
CN106430887A (zh) * 2016-11-03 2017-02-22 江苏中宜金大环保产业技术研究院有限公司 一种高含固率污泥厌氧消化产甲烷的方法
CN112047590A (zh) * 2020-08-31 2020-12-08 同济大学 一种利用餐厨垃圾预醇化强化污泥厌氧消化的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
污泥厌氧消化产沼性能强化的工程措施研究;申世峰等;《环境卫生工程》;20220831;第30卷(第4期);第30-34页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114133125A (zh) 2022-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Effects of digestate recirculation ratios on biogas production and methane yield of continuous dry anaerobic digestion
CN101913747B (zh) 一种利用造纸污泥和餐厨垃圾联合发酵产甲烷的方法
CN108265087B (zh) 一种促进污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸的方法
Kovalev et al. Effect of low digestate recirculation ratio on biofuel and bioenergy recovery in a two-stage anaerobic digestion process
CN110295201B (zh) 木质纤维素水解液制备沼气的方法
Kang et al. Enhanced anaerobic digestion of organic waste
WO2023115862A1 (zh) 一种耦合嵌入式热水解的污泥与餐厨协同消化工艺
CN102531303A (zh) 一种通过污泥改性改善城市污泥干法发酵性能的方法
CN114410535B (zh) 一种复合菌剂及其制备微生物复合碳源的方法、微生物复合碳源在污水处理中的应用
Wang et al. Chemical modification of straw hydrochar as additive to improve the anaerobic digestion performance of sludge hydrothermal carbonization wastewater
CN114133125B (zh) 一种基于泥质特征的污泥高级厌氧消化系统动态运行方法
CN113387526A (zh) 热碱联合预处理牛粪强化厌氧发酵产甲烷的方法
Chen et al. Directional production of even carbon volatile fatty acids from peanut meal: effects of initial pH and hydraulic residence time
CN116254171A (zh) 一种纤维素类生物质低碳高效循环能源化利用系统
CN112680198A (zh) 一种基于含铁污泥的化学发热材料及其制备方法
CN111762881A (zh) 通过膜吸收调控氨氮的高含氮有机物厌氧发酵系统及方法
CN117210512B (zh) 等离子体耦合离子液体促进污泥产短链脂肪酸的应用
Szaja et al. Recent developments in the application of ultrasonication in pre-treatment of municipal sewage sludge
Li et al. Effect of the Influent TS Concentration on High Solid Thermophilic Methane Fermentation of Organic Fraction of Minicipal Solid Waste
CN115432805B (zh) 一种短程硝化同步厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化实现发酵类废水深度脱氮除硫的方法与装置
US20230357066A1 (en) Method for promoting methane production from sludge by anaerobic digestion in high ammonia-nitrogen habitat using biochar with high c/n ratio
Zhang et al. Co-fermentation of waste activated sludge and agricultural waste for hydrogen production: effect of the carbon-to-nitrogen mass ratio
Zobeashia et al. The impact of physicochemical parameter in anaerobic digestion of organic wastes
CN109666704B (zh) 一种糠醛废水与作物秸秆全浆厌氧发酵制取甲烷的方法
CN116804212A (zh) 一种缓解厌氧消化酸化的方法及其应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant