專利名稱：一種提高城市污泥干法發酵性能的方法
技術領域：
本發明屬于固廢資源化領域，涉及一種提高城市污泥干法發酵性能的方法。
背景技術：
伴隨著我國污水處理能力的迅速提升，污泥產生量大幅增長。據估計，我國濕污泥年產量將很快突破3000萬噸。而據我國最新調研數據顯示，當前污泥的實際處理處置率甚至不到30%。這必將嚴重影響我國建設城市污水處理廠削減水體污染物的效果，這些污泥將可能對地下水、土壤等造成二次污染，成為環境安全和公眾健康的威脅。我國能源結構長期以煤炭和石油為主，能源供需矛盾日益突出，能源不足已經成為制約國民經濟發展的瓶頸，而日益嚴重的土壤礦化問題也是關系國民經濟發展的重要制約因素。以污泥厭氧發酵回收生物質能源-沼氣，是符合低碳循環可持續發展的路線，不僅達到減量化、穩定化和安全化目標，同時達到能源最大化和資源最佳化。根據厭氧發酵罐中物料的固體含量(TS)，厭氧發酵技術可分為濕式發酵 (TS ^ 12%)和干式發酵(TS ^20%)兩種，濕式發酵已在城市污泥(TS為2-3% )消化產沼，并已經得到應用。與污泥濕法厭氧發酵相比，污泥干法厭氧發酵的難點在于(I)脫水污泥含水率低、粘滯系數高、TS濃度高，呈非流動狀態，造成反應的基質粘度大；(2)脫水污泥含固率高，污泥中大量的有機質包裹在微生物體內，不利于水解酸化過程的發生，因此， 造成反應底物、中間產物與厭氧微生物之間接觸不良，難以啟動或產沼能力低。上述問題是阻礙污泥的干法厭氧發酵的主要技術瓶頸。國內外對污泥濕法厭氧發酵前預處理技術開展了如下工作，如化學預處理(酸、 堿)、超聲波、微波處理、臭氧氧化等，但是以上方法均是針對濕法污泥厭氧發酵，如堿+超聲波(CN 101565262A)、微波+堿熱水解(CN 101524699A)等預處理手段。對于粘滯性大， 流動性差的干污泥，可采用熱水解預處理(CN 101948228A)，采用高溫熱水解+堿聯合預處理技術應用于污泥干法厭氧發酵方面，國內外均未見報道。由于脫水污泥粘滯性大，流動性差造成的傳質困難，不易直接厭氧發酵等困難；另外污泥中的有機質大部分是微生物的細胞物質，被微生物細胞所包裹，難以為厭氧微生物所利用，限制了污泥的干法厭氧發酵，為了降低污泥直接厭氧發酵的難度和提高污泥干法厭氧發酵的水解效率和產沼效率，對污泥進行堿和熱水解的處理。據文獻報道(Tanaka S.， and Kamiyama K. Thermochemical pretreatment in the anaerobic digestion of waste activated sludge. Water science and technology,2002,46 (10),173-179. ；Delgenes J. P.，Penaud V.，Torijos M. , Moletta R. Investigation on the changes in anaerobic biodegradability and biotoxicity of an inductrial microbial biomass induced by thermochemical pre-treatment. Water science and technology,2000，41 (3)， 137-144.)，與單純的熱處理相比，在相同的溫度條件下，熱處理與化學方法聯合作用不僅增加污泥中有機物的溶解性和有機物的可生化性，而且破壞污泥絮體結構，及污泥中微生物的細胞壁，導致污泥中微生物細胞的破碎，胞內物質溶出。縮短污泥的水解效率，為產甲烷階段做準備。
發明內容
本發明的目的在于針對現有技術的缺陷而提出一種提高城市污泥干法發酵性能的方法。該方法針對城市污泥干法厭氧發酵過程中物料的流動性差、傳質效果差、氣體不易溢出等困難，通過堿和熱水解的聯合作用，提高水解效率和可生物利用有機物的量，從而提高污泥厭氧發酵性能，使城市污泥實現減量化、資源化。為實現上述目的，本發明采用以下技術方案一種提高城市污泥干法發酵性能的方法，包含以下步驟(I)堿+熱水解預處理將固體堿與脫水污泥混合，加入到高壓反應釜中，進行高壓熱水解；(2)將上述步驟(I)中經高壓熱水解預處理過的脫水污泥與固體堿的混合物冷卻；(3)然后將步驟(2)中制得的預處理污泥加入厭氧發酵罐中，與厭氧發酵污泥混合均勻，然后在發酵罐中進行發酵處理。所述的固體堿選自氫氧化鈉或氫氧化鉀。所述的步驟(I)中脫水污泥的含固率為15-25%。所述的步驟⑴中固體堿與脫水污泥的質量比為1% _5%。所述的步驟(I)中高壓熱水解的反應溫度為120-170°C，反應時間為30_60min。所述的步驟(2)的冷卻溫度為至55_60°C。所述的步驟(2)的厭氧發酵處理的溫度為50_60°C，溫度波動不超過±2°C。所述的步驟(3)中，每日連續進出料，預處理污泥的進料量為厭氧發酵污泥體積的 1/10-1/20。所述的步驟(3)中，混合后的污泥在發酵罐中的停留時間為10-20天。本發明的有益效果在于通過投加堿和熱水解的聯合作用有效改善污泥傳質性能及破壞污泥的膠體結構、 絮凝體、微生物細胞，使細胞內有機質流出，加速有機物的快速水解，使難生物降解的有機物轉化為易降解有機物，為厭氧菌提供更多的可生物降解底物，從而提高后續厭氧發酵的效率，顯著提高沼氣的產量。
具體實施例方式下面通過實施例進一步說明本發明實施例I :(I)按照堿與污泥的質量比為3%的比例將氫氧化鈉與含固率為15%的脫水污泥混合，然后加入到高壓反應釜中，進行高壓熱水解；在150°C條件下處理30min ；(2)將上述堿+高壓熱水解處理的污泥冷卻至55 °C左右，污泥粘度降低85 %，污泥中溶的解性化學需氧量(COD)占總COD的50% ;(3)每日加入O. 5L預處理污泥于有效容積為IOL的厭氧發酵罐中，預處理污泥的進料量為接種污泥體積的1/20 ;發酵罐中原有IOL的物料為厭氧發酵污泥，控制發酵罐中的物料溫度為53+2°C，物料在發酵罐中的停留時間為20天，在上述過程中每日連續進出料并且控制攪拌裝置啟動30min，停止30min。與未處理脫水污泥進行厭氧發酵處理相比，污泥中有機物的降解率提高20%，單位體積甲烷產率提高25%。實施例2 (I)按照堿與污泥的質量比為3%的比例將氫氧化鉀與含固率為22%的脫水污泥混合，然后加入到高壓反應釜中，進行高壓熱水解；在150°C條件下處理30min ；(2)將上述堿+高壓熱水解處理的污泥冷卻至55 °C左右，污泥粘度降低90 %，污泥中溶解性化學需氧量(COD)占總COD的45% ;(3)每日加入O. 5L預處理污泥于有效容積為IOL的厭氧發酵罐中，預處理污泥的進料量為接種污泥體積的1/20 ;發酵罐中原有IOL的物料為厭氧發酵污泥，控制發酵罐中的物料溫度為53+2°C，物料在發酵罐中的停留時間為20天，待污泥中有機物的降解率和產氣率穩定后，提高發酵罐每日進料量為1L，污泥停留時間為10天，在上述過程中，連續進出料，并且控制攪拌裝置啟動30分鐘，停止30分鐘。與未處理脫水污泥厭氧發酵處理相比，污泥中有機物的降解率提高18%，單位體積甲烷產率提高30%。實施例3 (I)按照堿與污泥的質量比為5%的比例將氫氧化鈉與含固率為20%的脫水污泥混合，然后加入到高壓反應釜中，進行高壓熱水解；在120°C條件下處理40min ；(2)將上述堿+高壓熱水解處理的污泥冷卻至55°C左右，污泥粘度降低84%，污泥中溶解性化學需氧量(COD)占總COD的55% ;(3)每日加入O. 5L預處理污泥于有效容積為IOL的厭氧發酵罐中，預處理污泥的進料量為接種污泥體積的1/20 ;發酵罐中原有IOL的物料為厭氧發酵污泥，控制發酵罐中的物料溫度為53+2°C，物料在發酵罐中的停留時間為20天，在上述過程中，連續進出料并且控制攪拌裝置啟動30分鐘，停止30分鐘。與未處理脫水污泥進行厭氧發酵處理相比，污泥中有機物的降解率提高16%，單位體積甲烷產率提高33%。實施例4 (I)按照堿與污泥的質量比為1%的比例將氫氧化鈉與含固率20%的脫水污泥混合，然后加入到高壓反應釜中，進行高壓熱水解；在120°C條件下處理60min ；(2)將上述堿+高壓熱水解處理的污泥冷卻至55 °C左右，污泥粘度降低77 %，污泥中溶解性化學需氧量(COD)占總COD的47% ;(3)每日加入O. 5L預處理污泥于有效容積為IOL的厭氧發酵罐中，預處理污泥的進料量為接種污泥體積的1/20 ;發酵罐中原有IOL的物料為厭氧發酵污泥，控制發酵罐中的物料溫度為53+2°C，物料在發酵罐中的停留時間為20天，在上述過程中連續進出料并且控制攪拌攪拌裝置30分鐘，停止30分鐘。與未處理脫水污泥進行厭氧發酵處理相比，污泥中有機物的降解率提高12%，單位體積甲燒廣率提聞28%。上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，不脫離本發明范疇所做出的改進和修改都應該在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種提高城市污泥干法發酵性能的方法，其特征在于包含以下步驟(1)將固體堿與脫水污泥混合，加入到高壓反應釜中，進行高壓熱水解；(2)將上述步驟(I)中經高壓熱水解預處理過的脫水污泥與固體堿的混合物冷卻；(3)然后將步驟(2)中制得的預處理污泥加入厭氧發酵罐中，與厭氧發酵污泥混合均勻，然后在厭氧發酵罐中進行發酵處理。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于所述的固體堿選自氫氧化鈉或氫氧化鉀。
3.根據權利要求I所述的方法，其特征在于所述的步驟(I)中脫水污泥的含固率為 15-25%。
4.根據權利要求I所述的方法，其特征在于所述的步驟(I)中固體堿與脫水污泥的質量比為1% _5%。
5.根據權利要求I所述的方法，其特征在于所述的步驟(I)中高壓熱水解的反應溫度為120-170°C，反應時間為30-60min。
6.根據權利要求I所述的方法，其特征在于所述的步驟(2)的冷卻溫度為至 55-60。。。
7.根據權利要求I所述的方法，其特征在于所述的步驟(2)的厭氧發酵處理的溫度為50-60°C，溫度波動不超過±2°C。
8.根據權利要求I所述的方法，其特征在于所述的步驟(3)中，每日連續進出料，預處理污泥的進料量為厭氧發酵污泥體積的1/10-1/20。
9.根據權利要求I所述的方法，其特征在于所述的步驟(3)中，混合后的污泥在發酵罐中的停留時間為10-20天。
全文摘要
本發明屬于固廢資源化領域，涉及一種提高城市污泥干法發酵性能的方法，其包含以下步驟(1)堿+熱水解預處理將固體堿與脫水污泥混合，加入到高壓反應釜中，進行高壓熱水解；(2)將上述步驟(1)中經高壓熱水解預處理過的脫水污泥與固體堿的混合物冷卻；(3)然后將步驟(2)中制得的預處理污泥加入厭氧發酵罐中，與厭氧發酵污泥混合均勻，然后在發酵罐中進行發酵處理。本發明有效地改善污泥傳質性能及破壞污泥的膠體結構、絮凝體、微生物細胞，使細胞內有機質流出，加速有機物的快速水解，使難生物降解的有機物轉化為易降解有機物，為厭氧菌提供更多的可生物降解底物，從而提高后續厭氧發酵的效率，顯著提高沼氣的產量。
文檔編號C02F11/04GK102583914SQ20121001314
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月16日 優先權日2012年1月16日
發明者周玲玲, 張永吉, 戴曉虎, 董濱, 陳功 申請人:同濟大學