專利名稱：城市污泥高濃度厭氧消化的處理裝置和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境保護，具體的說是一種城市污泥高濃度厭氧消化的處理裝置和使用方法。
背景技術(shù)：
我國城市污水處理量逐年提高，污水處理過程中產(chǎn)生的污泥也同步增加。目前我國的污水處理能力達1.36億噸/日，城市污水處理率已經(jīng)超過70%。污水處理過程中產(chǎn)生 0. 3-0. 5%污泥，含水量一般99-96%，全國脫水污泥(含水80%)的產(chǎn)生量已超過2500萬噸/年。
城市污泥未經(jīng)穩(wěn)定化處理，隨意填埋、傾倒和用于農(nóng)田使用都可能導(dǎo)致環(huán)境污染。 2009年頒發(fā)的最新相關(guān)規(guī)定已經(jīng)明確界定污水處理廠是污泥安全處置的責任方，負責自行處置或委托相關(guān)專業(yè)公司處置產(chǎn)生的污泥。污泥無害化和穩(wěn)定化是污泥安全處置的最低要求，為了避免城市污泥簡單填埋導(dǎo)致的土壤、地下水和空氣污染，城市污泥亟需無害化、穩(wěn)定化、資源化和減量化處置。
污泥處置主要有三個核心環(huán)節(jié)污泥濃縮、污泥有機物處置和污泥重金屬類污染物處置。污泥濃縮環(huán)節(jié)中，消化或未經(jīng)消化的污泥一般先通過機械方式脫水至含水80%左右，然后依據(jù)污泥具體處置方案，可能利用太陽能、工業(yè)余熱或石灰等方法進一步脫水和干化。污泥有機物處置環(huán)節(jié)中，主要通過三個途徑(焚燒、輔助燃燒或生物消化)實現(xiàn)污泥有機物的穩(wěn)定、減量與資源化利用。直接處置污泥中的重金屬不易，一般通過處置污泥有機質(zhì)來間接實現(xiàn)污泥重金屬的鈍化或固化?？梢哉f，安全、合理地處置污泥中的有機物是安全處置污泥的關(guān)鍵。
基于以上三個污泥處置環(huán)節(jié)，形成了多種多樣的污泥處置方案1)脫水污泥通過燃煤煙氣或水泥生產(chǎn)的余熱干化并用于燃燒、制磚、生產(chǎn)水泥等是不錯的污泥處置方法，但只適合少數(shù)污水處理廠，不少城市的污水處理廠方圓幾十公里也沒有水泥廠或熱電廠；2) 若污泥重金屬含量不超標，污泥脫水后好氧堆肥處理用于生產(chǎn)有機肥是另一個處置污泥的好辦法，但堆肥過程中的臭氣控制非常重要；幻污泥或脫水污泥厭氧消化既實現(xiàn)污泥減量化與穩(wěn)定化，又可以獲得沼氣用于發(fā)電或供熱，消化處理后的污泥若重金屬含量不超標，可以用于園藝種植和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。
由于工業(yè)生產(chǎn)布局不均，我國不少城市污水處理廠產(chǎn)生的污泥中的重金屬類污染相對較輕，在這類污泥的安全處置方案中，非常適合融入污泥厭氧消化處理這一污泥資源化和減量化處置環(huán)節(jié)。不過，污泥厭氧消化有一定的嚴格要求，實現(xiàn)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)并不容易。這是因為，在污泥厭氧消化過程中，有機酸、硫化氫或毒性重金屬的累積均可抑制甲烷產(chǎn)生菌的活性，導(dǎo)致整個厭氧消化系統(tǒng)處理效率低下乃至潰敗。因此，在厭氧消化過程中穩(wěn)定產(chǎn)甲烷菌的生理環(huán)境，是穩(wěn)定厭氧消化的關(guān)鍵。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種城市污泥高濃度厭氧消化的裝置及方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的方案為一種城市污泥高濃度厭氧消化的處理裝置，包括厭氧消化單元、缺氧消化單元和氧化鐵過濾單元，所述處理裝置的殼體內(nèi)部設(shè)有固定式分隔擴散層，該固定式分隔擴散層將殼體內(nèi)部分隔為厭氧消化單元及缺氧消化單元，正負電極分處于厭氧消化單元和缺氧消化單元內(nèi)、通過固定式分隔擴散層隔開；厭氧消化單元內(nèi)設(shè)有陰陽離子交換樹脂混裝柱，在厭氧消化單元的兩側(cè)壁上分別設(shè)有污泥進入口、污泥排出口 ；進水口和出水口分別設(shè)于缺氧消化單元的兩側(cè)壁，所述出水口依次連接氧化鐵過濾單元和排水口。所述正負電極與外源低壓直流電源相連。所述外源低壓直流電源的電壓為 0.4-1.0V。所述缺氧消化單元頂端設(shè)有排氣口。所述厭氧消化單元與缺氧消化單元的體積比為5 1-10 1。所述陰陽離子交換樹脂混裝柱位于厭氧消化單元底部中央，陰陽離子交換樹脂混裝柱占厭氧消化單元體積的1_5%。所述陰陽離子交換樹脂混裝柱中的陰陽離子交換樹脂的質(zhì)量比3 1-1 3。所述污泥進入口和污泥排出口分別位于厭氧消化單元軸向截面的兩側(cè)，污泥排出口高于污泥進入口。所述污泥排出口與出水口位于同側(cè)。城市污泥高濃度厭氧消化的處理裝置的使用方法，向厭氧消化單元內(nèi)添加待處理污泥，利用厭氧消化單元內(nèi)陰陽離子交換樹脂混裝柱中添加可以循環(huán)利用的陰陽離子交換樹脂，輔以缺氧消化單元，并在厭氧消化單元和缺氧消化單元之間施加低壓直流電壓，弱化厭氧消化單位內(nèi)酸性代謝產(chǎn)物累積，提高城市污泥高濃度厭氧消化的系統(tǒng)穩(wěn)定性。所述在厭氧消化單元和缺氧消化單元之間用固定式分隔擴散層隔開；擴散層內(nèi)填充粒徑5-10mm的石英砂。所述缺氧消化單元內(nèi)的pH通過添加硝酸控制在5_10之間。厭氧消化單元利用添加在其內(nèi)的污泥進行厭氧消化處理，厭氧消化單元在進行污泥厭氧消化之前需經(jīng)歷一個啟動階段的培養(yǎng)。在啟動階段，中溫條件下(32-35°C)向厭氧消化區(qū)內(nèi)投入含水98-99.0% (質(zhì)量比)的新鮮污泥，并添加含有0.5-2.0% (質(zhì)量比)的淀粉、I-IOmM的丙酸和I-IOmM的丁酸構(gòu)成的混合液，培養(yǎng)一周；然后每周按厭氧消化單元體積20-80%的比例，用新鮮配置的上述混合液進行置換，持續(xù)三周。與此同時，進行缺氧消化單元的啟動階段的培養(yǎng)。在缺氧消化單元內(nèi)添加0.1-0. 2% (質(zhì)量比)的新鮮污泥，添加l_5mM的硝酸鈉和l_5mM硫化鈉，培養(yǎng)一周；而后每周向缺氧消化單元中添加2_5mM的硝酸，持續(xù)三周。污泥處理中溫條件下(32-35°C )，待處理污泥通過厭氧消化單元的污泥進入口 8 進入?yún)捬跸瘑卧?。含?5-85%的污泥的每周投入量為厭氧消化單元體積的1/3-1/8，污泥的排出體積占污泥投入體積的60-90%，其余部分以液相形式，連續(xù)緩慢地經(jīng)過缺氧消化單元2后，經(jīng)缺氧消化單元2的出水口 11，進入氧化鐵過濾單元3，然后通過排出口 13排出。 缺氧消化單元的PH，通過添加硝酸維持在5-10之間。厭氧消化單元1和缺氧消化單元2之間外加電壓0. 4-1. 0V，并與陰陽離子交換樹脂一起，提高甲烷產(chǎn)生菌適宜生境的穩(wěn)定性。厭氧消化單元和缺氧消化單元產(chǎn)生的氣體由排氣口 12收集。缺氧消化單元的出水經(jīng)氧化鐵過濾后，用作液體氮肥；排出污泥用于有機肥生產(chǎn)。在厭氧消化單元產(chǎn)生的氣體通過分隔擴散層進入缺氧消化單元，并通過缺氧消化單元的排氣口排出。本發(fā)明所具有的優(yōu)點1.降低城市污泥厭氧消化過程中酸性代謝產(chǎn)物累積對相關(guān)微生物菌群活性的不利影響，適合污泥的高濃度厭氧消化。
2.降低污泥厭氧消化過程中的臭氣污染。
3.獲得沼氣和有機肥，實現(xiàn)污泥的資源化利用。


圖1為本發(fā)明污泥厭氧消化的處理裝置。
具體實施方式
實施例1
如圖1所示，處理裝置，包括厭氧消化單元1、缺氧消化單元2和氧化鐵過濾單元 3，所述處理裝置的殼體內(nèi)部設(shè)有固定式分隔擴散層5，該固定式分隔擴散層5將殼體內(nèi)部分隔為厭氧消化單元1及缺氧消化單元2，正負電極6分處于厭氧消化單元1和缺氧消化單元2內(nèi)、通過固定式分隔擴散層5隔開，同時正負電極6與外源低壓直流電源7相連；厭氧消化單元1內(nèi)設(shè)有陰陽離子交換樹脂混裝柱4，在厭氧消化單元1的兩側(cè)壁上分別設(shè)有污泥進入口 8、污泥排出口 9 ；進水口 10和出水口 11分別設(shè)于缺氧消化單元2的兩側(cè)壁，所述出水口 11依次連接氧化鐵過濾單元3和排水口 13，另外排氣口 12設(shè)于缺氧消化單元2頂端。所述污泥進入口 8和污泥排出口 9分別位于厭氧消化單元1軸向截面的兩側(cè)，污泥排出口 9高于污泥進入口 8。所述污泥排出口 9與出水口 11位于同側(cè)。
所述厭氧消化單元與缺氧消化單元由圓柱體的有機玻璃構(gòu)成，內(nèi)徑均為20cm，高分別50cm和IOcm ；固定式分隔擴散層高10cm，填充粒徑為5_10mm的石英砂；正負電極為活性碳纖維，均重50g。正負電極通過鈦絲與低壓直流電源相連。厭氧消化單元內(nèi)陰陽離子交換樹脂的添加質(zhì)量比為1 2，陰離子為強堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂(型號為717)，陽離子樹脂為強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂(型號為73 。樹脂由尼龍紗布包裹，添加總量占厭氧消化單元體積的2%。
處理方法
啟動階段培養(yǎng)厭氧消化單元在進行污泥厭氧消化之前經(jīng)歷一個啟動階段的培養(yǎng)。在啟動階段，中溫條件下(32-35°C)向厭氧消化區(qū)內(nèi)投入含水99.0%的新鮮污泥，并添加含有1. 0%的淀粉、5mM的丙酸和5mM的丁酸的混合液，培養(yǎng)一周，然后每周按厭氧消化單元體積30%的比例，用上述混合液置換，持續(xù)三周。與此同時，進行缺氧消化單元的啟動階段的培養(yǎng)。在缺氧消化單元內(nèi)添加0. 2%的新鮮污泥，添加3mM的硝酸鈉和3mM硫化鈉， 培養(yǎng)一周；而后每周向缺氧消化單元中添加3mM的硝酸，持續(xù)三周。
污泥處理中溫條件下(32-35°C )，待處理污泥通過厭氧消化單元的污泥進入口 8 進入?yún)捬跸瘑卧?。含?5%的污泥(T0C含量18g/L)的每周投入量為5. 0L;每周污泥排出量4. 0L,污泥平均停留時間合21天；每周大約1. OL的液體從厭氧消化單元緩慢流入缺氧消化單元，然后經(jīng)過缺氧單元出水口經(jīng)過氧化鐵過濾單元流出。缺氧消化單元的PH，由進水口添加硝酸維持在5-10之間。厭氧消化單元1和缺氧消化單元2之間外加電壓0. 4V。 厭氧消化和缺氧消化產(chǎn)生的甲烷與氮氣由排氣口 12收集。處理結(jié)果顯示，排出污泥的TOC 平均維持在7g/L之下，去除率在60%以上，氧化鐵過濾單元的出水的氨氮含量在400mg/L 以上，缺氧排氣中硫化氫的含量低于0. 3%。
實施例2與實施例1不同之處在于待處理污泥的含水量為90% ；厭氧消化單元內(nèi)陰陽離子交換樹脂的添加質(zhì)量比1 1，陰離子為強堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂，陽離子樹脂為強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂，添加總量占厭氧消化單元體積的3% ；污泥(T0C含量 24g/L)的每周投入量為3. OL ；每周污泥排出量為2. 5L，污泥平均停留時間合35天；每周大約0. 5L的液體從厭氧消化單元連續(xù)緩慢進入缺氧消化單元，然后經(jīng)過缺氧單元出水口經(jīng)過氧化鐵過濾單元流出；外加電壓為0. 6V。處理結(jié)果顯示，排出污泥的TOC平均維持在9g/ L之下，去除率在60%以上，氧化鐵過濾單元的出水的氨氮含量在600mg/L以上，缺氧排氣中硫化氫的含量低于0.4%。實施例3與實施例1不同之處在于待處理污泥的含水量為85% ；厭氧消化單元內(nèi)陰陽離子交換樹脂的添加質(zhì)量比1 1，陰離子為強堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂，陽離子樹脂為強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂，添加總量占厭氧消化單元體積的4% ；污泥(T0C含量 36g/L)的每周投入量為2. OL ；每周污泥排出量為1. 5L，污泥平均停留時間合53天；每周大約0. 5L左右的液體從厭氧消化單元緩慢進入缺氧消化單元，然后經(jīng)過缺氧單元出水口經(jīng)過氧化鐵過濾單元流出；外加電壓為0. 8V。處理結(jié)果顯示，排出污泥的TOC平均維持在12g/ L之下，去除率在65%以上，氧化鐵過濾單元的出水的氨氮含量在900mg/L以上，缺氧排氣中硫化氫的含量低于0.5%。
權(quán)利要求
1.一種城市污泥高濃度厭氧消化的處理裝置，其特征在于包括厭氧消化單元1、缺氧消化單元2和氧化鐵過濾單元3，所述處理裝置的殼體內(nèi)部設(shè)有固定式分隔擴散層5，該固定式分隔擴散層5將殼體內(nèi)部分隔為厭氧消化單元1及缺氧消化單元2，正負電極6分處于厭氧消化單元1和缺氧消化單元2內(nèi)、通過固定式分隔擴散層5隔開；厭氧消化單元1內(nèi)設(shè)有陰陽離子交換樹脂混裝柱4，在厭氧消化單元1的兩側(cè)壁上分別設(shè)有污泥進入口 8、污泥排出口 9 ；進水口 10和出水口 11分別設(shè)于缺氧消化單元2的兩側(cè)壁，所述出水口 11依次連接氧化鐵過濾單元3和排水口 13。
2.按權(quán)利要求1所述的城市污泥高濃度厭氧消化的處理裝置，其特征在于所述正負電極6與外源低壓直流電源7相連。
3.按權(quán)利要求2所述的城市污泥高濃度厭氧消化的處理裝置，其特征在于所述外源低壓直流電源7的電壓為0. 4-1. 0V。
4.按權(quán)利要求1所述的城市污泥高濃度厭氧消化的處理裝置，其特征在于所述缺氧消化單元2頂端設(shè)有排氣口 12。
5.按權(quán)利要求1所述的城市污泥高濃度厭氧消化的處理裝置，其特征在于所述厭氧消化單元1與缺氧消化單元2的體積比為5 1-10 1。
6.按權(quán)利要求1所述的城市污泥高濃度厭氧消化的處理裝置，其特征在于陰陽離子交換樹脂混裝柱4占厭氧消化單元體積的1-5%。
7.按權(quán)利要求1或6所述的城市污泥高濃度厭氧消化的處理裝置，其特征在于所述陰陽離子交換樹脂混裝柱4中的陰陽離子交換樹脂的質(zhì)量比3 1-1 3。
8.按權(quán)利要求1所述的城市污泥高濃度厭氧消化的處理裝置，其特征在于所述污泥進入口 8和污泥排出口 9分別位于厭氧消化單元1軸向截面的兩側(cè)，污泥排出口 9高于污泥進入口 8。
9.一種權(quán)利要求1所述的城市污泥高濃度厭氧消化的處理裝置的使用方法，其特征在于向厭氧消化單元內(nèi)添加待處理污泥，利用厭氧消化單元內(nèi)陰陽離子交換樹脂混裝柱中添加可以循環(huán)利用的陰陽離子交換樹脂，輔以缺氧消化單元，并在厭氧消化單元和缺氧消化單元之間施加低壓直流電壓，弱化厭氧消化單位內(nèi)酸性代謝產(chǎn)物累積，提高城市污泥高濃度厭氧消化的系統(tǒng)穩(wěn)定性。
10.按權(quán)利要求10所述的城市污泥高濃度厭氧消化的處理裝置的使用方法，其特征在于所述在厭氧消化單元和缺氧消化單元之間用固定式分隔擴散層隔開；擴散層內(nèi)填充粒徑5-10mm的石英砂。
11.按權(quán)利要求10所述的城市污泥高濃度厭氧消化的處理裝置的使用方法，其特征在于所述缺氧消化單元內(nèi)的PH通過添加硝酸控制在5-10之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及環(huán)境保護，具體的說是一種城市污泥高濃度厭氧消化的處理裝置和使用方法。包括厭氧消化單元、缺氧消化單元和氧化鐵過濾單元，所述處理裝置的殼體內(nèi)部設(shè)有固定式分隔擴散層，該固定式分隔擴散層將殼體內(nèi)部分隔為厭氧消化單元及缺氧消化單元，正負電極分處于厭氧消化單元和缺氧消化單元內(nèi)、通過固定式分隔擴散層隔開；厭氧消化單元內(nèi)設(shè)有陰陽離子交換樹脂混裝柱，在厭氧消化單元的兩側(cè)壁上分別設(shè)有污泥進入口、污泥排出口；進水口和出水口分別設(shè)于缺氧消化單元的兩側(cè)壁，所述出水口依次連接氧化鐵過濾單元3和排水口。采用本發(fā)明處理裝置降低城市污泥厭氧消化過程中酸性代謝產(chǎn)物累積對相關(guān)微生物菌群活性的不利影響，適合污泥的高濃度厭氧消化。
文檔編號C05F7/00GK102515453SQ20111037542
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月22日
發(fā)明者史奕, 陳欣, 黃斌 申請人:中國科學院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所