一種提高剩余污泥厭氧消化產甲烷量的預處理方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種提高剩余污泥厭氧消化產甲烷量的預處理方法。屬于污泥處理與資源化技術領域。采用微波和過氧化物聯合使用
【背景技術】
[0002]目前，世界上應用最為廣泛的污水生物處理技術是活性污泥法，該方法對城市污染負荷的削減起到了重要的作用。但活性污泥法一直存在一個弊端，就是會產生大量的剩余污泥。隨著污水處理量的日益增加以及污水處理效率的不斷提高，剩余污泥產量呈現遞增趨勢，污泥的處理和處置成為污水處理廠的一大難題。而污泥中含有豐富的有機成分，若可以回收利用這些資源，將大大降低污泥處理處置所產生的經濟壓力。因此，近年來，污泥處理處置已經從簡單的污泥填埋轉向污泥資源化。利用污泥厭氧消化從污泥中回收生物質能一沼氣，是一種非常有應用前景的污泥資源化技術。厭氧消化是在無氧條件下，由兼性菌和專性厭氧菌將有機物分解為二氧化碳和甲烷的過程。經厭氧消化的污泥，不僅可以產生沼氣實現污泥資源化，還減少了污泥的體積，有利于污泥后續的處理。污泥厭氧消化可以分為溶解，水解，產酸和甲烷化四個過程。通常污泥的溶解和水解速率較慢，是污泥厭氧消化的限速步驟。因此在污泥厭氧消化過程中，如果可以提高污泥的溶解和水解速率，則可以縮短污泥厭氧消化的水力停留時間，進而促進甲烷化過程。提高污泥溶解和水解的方法很多，包括物理(超聲波預處理，熱處理)，化學(臭氧預處理，酸堿預處理)，生物(酶處理)等方法，這些方法的基本原理都是促進污泥中的大分子有機物分解為小分子易生物降解的有機物，從而有利于后續的酸化和甲烷化。
[0003]中國專利CN102603136B公布了一種利用微波和熱聯合調理污泥提高低有機質污泥厭氧發酵生產沼氣的方法，該方法將濃縮污泥和脫水污泥配成混合污泥進行預處理，取上述混合污泥作為進料進行厭氧消化，并出料相同體積的污泥，收集沼氣，可以縮短低有機質污泥厭氧啟動時間，提高低有機質污泥厭氧消化產氣總量，促進低有機質污泥資源化利用。中國專利CN103172237A公布了一種蒸汽爆破預處理污泥厭氧消化產氣的方法，即將含水率為55-85%的脫水污泥按質量比加入5-10%。的SDS(十二烷基硫磺酸鈉)，再放入氣爆機后，通入含水率為1-2%的飽和水蒸汽，在所需的溫度和壓力下維持2-10min，打開氣爆機的放料閥門收集物料，在預處理后的物料中放入接種物，接種量為物料質量的3-50 %，攪拌均勻后密封發酵，可提高污泥的可生化性，有利于微生物的降解，提高污泥的利用率及產氣量。中國專利CN103193369A公布了一種提高污水廠剩余污泥產甲烷的方法，先將污泥與黑麥草充分混合發酵水解產酸，再將混合物進行厭氧發酵產甲烷。該發明以能源草促進污水廠剩余污泥產甲烷的方法，不但可以同時提高污泥產短鏈脂肪酸量和產甲烷量，而且使污泥中有機物得到更充分的回收和再利用，減少了污泥對環境的污染。中國專利CN102603142A公布了一種預處理循環回流污泥強化厭氧發酵產生沼氣的方法，將濃縮污泥和脫水污泥配成混合污泥，取上述混合污泥作為進料進行厭氧消化，并出料相同體積的污泥，同時回流污泥經預處理后，再循環進行厭氧消化，收集沼氣。該發明提高了污泥厭氧消化產氣量，縮短了污泥停留時間，減小了污泥厭氧發酵罐體積。中國專利CN101012096A公布了一種超聲波強化污泥厭氧消化產氣方法，將城市生活污水處理廠污泥濃縮池的污泥通過集成化超聲波預處理系統，超聲波在水中的空化效應產生極端的物理條件，污泥的細胞壁結構被破壞，細胞內易降解的有機質溶解于水中，水中的溶解性有機物質含量增加，經過一定的處理時間后，污泥由污泥栗輸入厭氧消化罐，在無氧的條件下發生消化，消化產生的沼氣經過沼氣凈化裝置可獲得甲烷氣體，消化殘余的污泥通過污泥脫水系統后獲得干化污泥進行最終處置。
[0004]近年來，微波作為一種新技術被廣泛應用于污泥的預處理過程中，諸多研究表明，微波技術可以提高污泥的溶解性，促進有機物的溶出，微波技術對污泥中的絮體結構產生破壞作用，釋放胞外及胞內的有機物，從而提高了污泥的產酸以及后續的沼氣產量，有利于污泥的減量化，并縮短了污泥停留時間。微波技術促進污泥溶解的機理包括:(1)電磁場能使極性分子產生高速旋轉碰撞而產生熱效應，從而改變體系的熱力學函數，降低反應的活化能和分子的化學鍵強度(例如，文獻Environmental Technology，2013 (34)，711-718)；
(2)微波還有非熱效應的特點，即在微波場中劇烈的極性分子震蕩能使化學鍵斷裂(例如，文獻 Water Research, 2008 (42), 4674-4682 ； Journal of Environmental Sciences2012 (24)，2060-2067)。微波的電磁及熱效應對污泥的絮體結構及微生物的細胞壁產生破壞作用，導致絮體物質結構松散，細胞壁的剛性結構不穩定，從而更容易被解離。與傳統加熱相比，微波加熱不是熱傳遞過程，而是一種容積加熱，沒有熱傳遞過程的熱損失，因此理論上，微波加熱的熱效率比傳統加熱法高。設備體積小、熱源與介質不直接接觸、易于控制、無廢物生成(例如，文獻 Journal of Hazardous Materials，2015 (283)，856-864 ;Renewable and Sustainable Energy Reviews，2013 (18)，288-305)。隨著對微波技術應用于污泥研究的深入，也將微波與其他技術聯合使用，研究的較多的是微波/酸，微波/堿以及微波/H202。結果表明，微波與其他技術聯合使用均比單獨使用時對污泥的溶解效果更好，沼氣產量也更高。有研究表明，微波和堿聯用產生協同作用，協同作用的原因是微波和堿對污泥的作用機制不同，不同的處理方式對污泥產生不同的破壞，微波通過熱及非熱效應對污泥絮體及細胞進行攻擊，使得污泥結構變得松散，從而更容易被堿攻擊(例如，文獻B1resource Technology，2011 (102)，7633-7640)。另有報道指出，微波可以激發 H202產生更多的羥基自由基(H0.)，從而提高H202的利用效率。Η 202可顯著增加細胞膜的滲透性和流動性，對生物細胞有攻擊性(例如，文獻Journal of Hazardous Materials，2010 (181)，1143-1147)ο
[0005]過氧化鈣是一種白色或淺黃色固體粉末，在潮濕介質中可緩慢釋放出H202，理論上lg CaO#釋放出0.47g H 202和1.03g Ca(0H) 2。作為一種“固態雙氧水”，Ca02已經被廣泛地應用于原位化學修復中，其中對土壤、沉積物、地表水中的難降解有機污染物如碳氫化合物，多氯聯苯，鄰苯二甲酸酯，四氯乙烯等有較好的去除效果，并且比液態H202有更高的利用效率。過氧化鈣應用于污泥厭氧消化預處理目前只有2篇論文報道(文獻WaterResearch，2015 (71)，125-139 ；ffater Research，2015 (83)，84-93)，其研究表明，過氧化鈣溶于水可同時產生氫氧化鈣和雙氧水，從而形成一種堿性的高級氧化條件，促進污泥水解和酸化的進程，并可以導致其他揮發性短鏈脂肪酸向乙酸的轉化，但單獨使用過氧化鈣會抑制產甲烷過程。
[0006]因此，微波技術和過氧化鈣技術單獨處理污泥時，雖然均可以促進污泥厭氧消化的水解和酸化等過程，但過氧化鈣單獨使用會抑制產甲烷過程，微波單獨使用雖然可以促進產甲烷，但促進效果還有待提高。目前還沒有將微波和過氧化鈣聯用的研究或技術發明。
【發明內容】
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[0007]本發明的目的在于公開一種提高剩余污泥厭氧消化產甲烷量的預處理方法。
[0008]為了達到上述目的，本發明將微波與過氧化鈣聯合使用，對污泥厭氧消化進行預處理，由于產生了電磁-熱-堿-高級氧化條件，在多重協同效應下達到更佳的處理效果，不但可以促進污泥水解酸化，而且可以促進產甲烷，達到更好的污泥資源化。
[0009]具體步驟如下:
[0010]先將污水處理廠二沉池內的剩余污泥濃縮至揮發性懸浮固體濃度VSS = 8g/L-9.5g/L，