一種熱堿強化三段式城市污泥厭氧消化的方法
【專利摘要】本發明屬固廢資源化領域，具體涉及一種三段式提高城市污泥水解酸化效果并提升后續厭氧消化性能的方法。具體為：將城市生活污水處理廠產生的城市污泥（剩余污泥或脫水污泥）送入水解反應裝置進行熱堿聯合預處理以強化水解；將上步處理后的城市污泥取出，置于酸化反應裝置進行熱堿聯合強化酸化；將上步進行強化酸化后的城市污泥取出，進入厭氧消化裝置，進行厭氧消化；消化所產生沼氣經過氣體收集裝置進行收集并測定甲烷含量。本發明提高了低有機質污泥厭氧消化產氣總量及有機物降解率，并可縮短達到相同降解率時的停留時間，大大縮小反應器體積，促進了城市的污泥資源化利用。
【專利說明】一種熱堿強化三段式城市污泥厭氧消化的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬固廢資源化領域，具體涉及一種熱堿強化三段式城市污泥厭氧消化的方法。
【背景技術】
[0002]隨著污水處理技術的推廣及經濟社會的不斷發展，污泥產量日益增加，直接導致污泥問題的日益緊迫。以含水率80%計，全國年污泥總產生量很快將突破3000萬t，按照預測到2020年污泥產量將突破年6000萬t。污泥成分復雜，含有大量的有機污染物，有毒有害的重金屬，病原微生物、寄生蟲卵，鹽類以及放射性核素等難降解物質，如果處理不當，排放后會對環境造成嚴重的污染，污泥的處理與處置已經成為了亟待解決的問題。同時污泥中含有大量有機物，可以通過厭氧消化產生沼氣，回收污泥中生物質能，實現污泥的減量化、無害化和資源化，是污泥的一種重要處理技術。
[0003]厭氧消化過程為以下三階段:水解階段，產酸階段，產甲烷階段。其中水解階段分別是是復雜非溶解性聚合物轉化為簡單溶解性單體和二聚體的過程，酸化階段是將簡單溶解性單體和二聚體通過產酸菌的生物作用轉化為揮發性脂肪酸的過程，而揮發性脂肪酸尤其是乙酸是后續甲烷化過程的直接底物。因此，提高污泥水解酸化效果對于強化產甲烷具有重大意義。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提出一種熱堿強化三段式城市污泥厭氧消化的方法。
[0005]本發 明提出的一種熱堿強化三段式城市污泥厭氧消化的方法，所述方法依次經過水解反應裝置、酸化反應裝置和厭氧消化裝置，具體步驟如下:
(1)將城市生活污水處理廠產生的城市污泥送入水解反應裝置，進行熱堿聯合預處理，以強化水解，預處理在厭氧條件下進行，控制條件為溫度65-150°C，持續時間為20min-2d ；
(2)將經步驟(1)處理后的城市污泥取出，置于酸化反應裝置進行熱堿聯合強化酸化，酸化階段在厭氧條件下進行，控制條件為溫度50-75°C，持續時間為3-5天。
[0006](3)將經步驟(2)進行強化酸化后的城市污泥取出，進入厭氧消化裝置，進行厭氧消化，處理溫度為33-37°C或53-57°C，停留時間為15-30天。
[0007]本發明中，步驟(1)中所述城市污泥為剩余污泥或脫水污泥中任一種或一種以上。
[0008]本發明中，步驟(1)及(2)中的堿可以為NaOH、KOH、CaOH或CaO的任意一種。
[0009]本發明中，步驟(1)的預處理和步驟(2)中的酸化過程中，pH可不控制或調堿性至pH值為8-12。
[0010]本發明中，所述水解反應裝置、酸化反應裝置及厭氧消化裝置之間設置熱交換器，進行熱回收，實現熱能最大化利用。
[0011]本發明中，所述強化水解反應裝置及強化酸化反應裝置均為獨立連續運行反應器。[0012]本發明中，在酸化反應裝置中增加污泥循環接種，每天循環污泥量為酸化反應裝置體積的3-5倍。
[0013]本發明中，步驟(3)中調節厭氧消化裝置內pH值為7.2-8.5。
[0014]本發明提出的提升污泥厭氧消化性能的方法，其突出特點是通過對污泥厭氧消化過程的三段反應(水解，酸化，甲烷化)采用分段式反應器來實現，發揮各段的物理，生物的優勢，具體為先對污泥進行強化水解處理，之后再進行強化酸化處理，最后再進一步對城市污泥進行厭氧消化。本發明方法能夠有效提高總有機物降解率及總產氣量，是實現污泥減量化、資源化的有效手段。
[0015]根據試驗結果，通過聯合預處理后，污泥液相中的溶解性COD濃度提高了約26倍，產甲烷量提高了 30%以上。本發明的前述和其目的、特征和良好效果通過對實施例的詳細說明會更加明顯。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明裝置的結構示意圖。
[0017]圖中標號:1為水解反應裝置，2熱交換器,3為酸化反應裝置,4為熱交換器,5為
厭氧消化裝置。
【具體實施方式】
[0018]下面通過實 施例進一步說明本發明。
[0019]實施例1:
取某地污水處理廠的脫水污泥(含水率為78.02%)，其揮發性有機固體占總固體的比例為56.08%。然后將上述污泥投入水解反應罐，控制溫度70°C，pH 12.0，持續時間為Id。然后再投入酸化反應裝置中，控制溫度55°C，pH 10.0，持續時間為4天。之后將處理好的上述污泥300mL投入6L有效體積的厭氧消化裝置發酵罐中(污泥停留時間為20d)，每日收集氣體，并控制溫度35 士 2 V，自動調節pH 7.2-8.2 V，轉速控制為160rpm。連續運行2-3個周期(即40-60d)至連續穩定產氣，實驗結果為日均產氣為6.3L，甲烷含量為57.13%，有機物降解率為47%。
[0020]比較例1:
取某地污水處理廠的脫水污泥(含水率為78.02%)，其揮發性有機固體占總固體的比例為56.08%。取上述污泥300mL投入6L有效體積的發酵罐中(污泥停留時間為20d)，每日收集氣體，并控制溫度35 士 2 V，自動調節pH 7.2-8.2 V，轉速控制為160rpm。連續運行2-3個周期(即40-60d)至連續穩定產氣，實驗結果為日均產氣為4.7L，甲烷含量為55.29%，有機物降解率為34.2%。
[0021]由此可見，實施例1相比比較例I產氣量提高了 34.0%，有機物降解率增高了
13.2%。
[0022]實施例2:
取某地污水處理廠的脫水污泥(含水率為80.46%)和剩余污泥(含水率為95.92%)在污泥調配池中調配含水率為90.0%,其揮發性有機固體占總固體的比例為47.50%。然后將上述污泥投入水解反應罐，控制溫度130°C，pH 9.0，持續時間為21!。然后再投入酸化反應裝置中，控制溫度55°C，pH 10.0，持續時間為4天。之后將處理好的上述污泥300mL投入6L有效體積的厭氧消化裝置發酵罐中(污泥停留時間為20d)，每日收集氣體，并控制溫度35 士 2V，自動調節pH 7.2-8.2V，轉速控制為160rpm。連續運行2-3個周期(即40-60d)至連續穩定產氣，實驗結果為日均產氣為5.2L，甲烷含量為58.63%，有機物降解率為 45.7%。
[0023]比較例2:
取某地污水處理廠的脫水污泥(含水率為80.46%)和剩余污泥(含水率為95.92%)在污泥調配池中調配含水率為90.0%,其揮發性有機固體占總固體的比例為47.50%o取上述污泥300mL投入6L有效體積的發酵罐中(污泥停留時間為20d)，每日收集氣體，并控制溫度35 士 2V，自動調節pH 7.2-8.2V，轉速控制為160rpm。連續運行2-3個周期(即40-60d)至連續穩定產氣，實驗結果為日均產氣為3.5L，甲烷含量為56.28%，有機物降解率為 31%。
[0024]由此可見，實施例2相比比較例2產氣量提高了 48.5%,有機物降解率增高了
14.Tl。
[0025]實施例3:
取某地污水處理廠的剩余污泥(含水率為97.6%)，其揮發性有機固體占總固體的比例為56.8%。然后將上述污泥投入水解反應罐，控制溫度150°C，pH不調節，持續時間為30min。然后再投入酸化反應裝置中，控制溫度55°C，pH 10.0，持續時間為3天。之后將處理好的上述污泥300mL投入6L有效體積的厭氧消化裝置發酵罐中(污泥停留時間為20d)，每日收集氣體，并控制溫度35 士 2 V，自動調節pH 7.2-8.2 V，轉速控制為160rpm。連續運行2-3個周期(即40-60d)至連續穩定產氣，實驗結果為日均產氣為2.6L，甲烷含量為60.39%，有機物降解率為41%。
[0026]比較例3:
取某地污水處理廠的剩余污泥(含水率為97.6%)，其揮發性有機固體占總固體的比例為56.8%。取上述污泥300mL投入6L有效體積的發酵罐中(污泥停留時間為20d)，每日收集氣體，并控制溫度35 士 2 V，自動調節pH 7.2-8.2 V，轉速控制為160rpm。連續運行2-3個周期(即40-60d)至連續穩定產氣，實驗結果為日均產氣為1.8L，甲烷含量為59.26%，有機物降解率為28%。
[0027]由此可見，實施例3相比比較例3產氣量提高了 44.4%,有機物降解率增高了 13%。
[0028]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】
1.一種熱堿強化三段式城市污泥厭氧消化的方法，其特征在于所述方法依次經過水解反應裝置、酸化反應裝置和厭氧消化裝置，具體步驟如下: (1)將城市生活污水處理廠產生的城市污泥送入水解反應裝置，進行熱堿聯合預處理，以強化水解，預處理在厭氧條件下進行，控制條件為溫度65-150°C，持續時間為20min-2d ； (2)將經步驟(1)處理后的城市污泥取出，置于酸化反應裝置進行熱堿聯合強化酸化，酸化階段在厭氧條件下進行，控制條件為溫度50-75°C，持續時間為3-5天； (3)將經步驟(2)進行強化酸化后的城市污泥取出，進入厭氧消化裝置，進行厭氧消化，處理溫度為33-37°C或53-57°C，停留時間為15-30天。
2.根據權利要求1所述的熱堿強化三段式城市污泥厭氧消化的方法，其特征在于步驟(I)中所述城市污泥為剩余污泥或脫水污泥中任一種或一種以上。
3.根據權利要求1所述的熱堿強化三段式城市污泥厭氧消化的方法，其特征在于步驟(I)及(2)中的堿為NaOH、KOH、CaOH或CaO的任意一種。
4.根據權利要求1所述的熱堿強化三段式城市污泥厭氧消化的方法，其特征在于步驟(I)的預處理和步驟(2)中的酸化過程中，pH可不控制或調堿性至pH值為8-12。
5.根據權利要求1所述的熱堿強化三段式城市污泥厭氧消化的方法，其特征在于所述水解反應裝置、酸化反應裝置及厭氧消化裝置之間設置熱交換器，進行熱回收。
6.根據權利要求1所述的熱堿強化三段式城市污泥厭氧消化的方法，其特征在于所述強化水解反應裝置及強化酸化反應裝置均為獨立連續運行反應器。
7.根據權利要求1所述的熱堿強化三段式城市污泥厭氧消化的方法，其特征在于在酸化反應裝置中增加污泥循環接種，每天循環污泥量為酸化反應裝置體積的3-5倍。
8.根據權利要求1所述的熱堿強化三段式城市污泥厭氧消化的方法，其特征在于步驟(3)中調節厭氧消化裝置內pH值為7.2-8.5。
【文檔編號】C02F11/04GK103613261SQ201310577852
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月19日 優先權日:2013年11月19日
【發明者】戴曉虎, 劉曉光, 易境, 戴翎翎, 董濱 申請人:同濟大學