專利名稱：一種分離并回流活性污泥的生物質高固體厭氧消化工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于生物質高固體厭氧消化工藝，具體涉及一種分離并回流活性污泥的生物質高固體厭氧消化工藝。
背景技術：
近年來，受化石能源資源不足、化石能源過度消耗引起的嚴重環(huán)境污染、以及石油價格持續(xù)高位運行等的影響，作為目前僅次于煤炭、石油和天然氣而居世界能源消費第四位的生物質能源的開發(fā)與利用受到全世界的普遍關注與高度重視。厭氧消化技術不僅可以減少廢棄物的體積和質量，并且提供可再生能源，是一種可持續(xù)發(fā)展的廢棄物處理技術。采用厭氧處理設備投資少，能耗低、可回收利用沼氣能源。 厭氧消化技術可以有效去除有機污染物，并從生物質能源中回收可再生能源，具有良好的經濟效益和環(huán)境效益。近年來，采用厭氧消化技術，從生物質廢棄物中生產清潔能源的方向，更加符合中國當前的能源政策的發(fā)展需要。因此，利用區(qū)域內豐富的生物質資源，生產以沼氣為主的可再生清潔燃料，有望緩解和改善對我國本來就不豐富的化石能源的依賴。CSTR反應器由于操作容易，運行穩(wěn)定，被廣泛應用于高固體厭氧消化工藝領域，但此工藝物料和微生物在反應器內均勻混合，在排放剩余物時，會導致微生物流失。因此該工藝在高負荷、低停留時間運行時，剩余物排出多，微生物排出量也增多，無法實現(xiàn)污泥停留時間(SRT)和微生物停留時間(CRT)的分離。而厭氧微生物生長世代周期長，如此很容易造成污泥大量流失，從而導致反應器的酸化，進而導致厭氧過程失敗?，F(xiàn)有研究認為，對于纖維素含量較高的生物質如秸稈、能源作物，水解酸化過程是限速步驟，因此很多研究人員研究生物質的預處理，提高其水解速率。而對于纖維素含量較低的生物質如果蔬垃圾、餐廚垃圾，產甲烷過程是其限速步驟。但從整個厭氧過程分析，產甲烷仍是總體的限速步驟，產甲烷菌的種群密度對產甲烷過程仍是關鍵的因素。特別是對于經過預處理的高纖維素生物質和低纖維素生物質，如何截留高效活性厭氧微生物，實現(xiàn) CRT與SRT的分離，在縮短SRT的同時延長CRT，實現(xiàn)厭氧消化反應器內活性厭氧微生物量， 這對于提高高固體厭氧消化效率和運行有機負荷具有重要意義。針對這一問題有人通過投加填料等方法，讓微生物附著在填料上，實現(xiàn)SRT和CRT 的分離，但現(xiàn)有方法還存在著傳質效率較低，易堵塞，攪拌困難等問題，因此需要采用更具有實際可操作性強的技術手段來實現(xiàn)CRT和SRT的分離，在延長CRT的同時，縮短SRT和 HRT。

發(fā)明內容
為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種分離并回流活性污泥的生物質高固體厭氧消化工藝，解決了厭氧消化過程低負荷、水力停留時間(HRT)長、污泥停留時間(SRT)和微生物停留時間(CRT)無法分離等問題，保證生物質高固體厭氧消化工藝的高負荷，高穩(wěn)定、高效率運行，實現(xiàn)生物質高效能源化利用。
為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是一種分離并回流活性污泥的生物質高固體厭氧消化工藝，包括以下步驟，第一步，將生物質加入高固體厭氧反應器，加入量為高固體厭氧反應器容積的 1/30 1/20，反應23士 1小時，出料，出料量與加入量一致；第二步，將出料通過離心設備在12000 15000rpm的轉速下離心10 20分鐘， 離心后為上層的清液層、中間的污泥層以及底層的剩余殘渣層；第三步，將中間的污泥層回流至所述高固體厭氧反應器，并再次在所述高固體厭氧反應器加入生物質，加入量為上一次加料量一致；第四步，反應23士 1小時，出料，出料量與加入量一致；循環(huán)進行第二、三、四步。將生物質加入高固體厭氧反應器的時間為30士5分鐘。所述的高固體厭氧反應器為連續(xù)攪拌反應器系統(tǒng)，即CSTR反應器，離心設備為最高轉速不低于15000rpm的高速離心機。所述第二步中離心后，將上層的清液抽出，底層的剩余殘渣過濾，得到中間的污泥。所述清液抽出后收集作為液肥，所述剩余殘渣過濾后干化處理。所述高固體厭氧反應器的出料口接在離心設備的進料口上。在高固體厭氧反應器中加料之前，先對要加的生物質進行預處理，所述預處理指用機械方式將生物質破碎至粒徑Icm以下，并攪拌均勻。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點1)可以有效減少厭氧消化產物量，并減少剩余物中有機物含量，從而解決厭氧剩余物惡臭和高濃度滲濾液問題；2)大大提高水解酸化菌種群密度，并優(yōu)化水解酸化菌群結構，篩選優(yōu)勢菌種，加速水解酸化過程，提高厭氧消化效率，增大有機負荷，縮短水力停留時間；3)有效截留產甲烷菌，減少產甲烷菌流失，提高產甲烷種群密度，提高產甲烷速率，解決低纖維素生物質高固體厭氧消化易酸化問題，從而保證了厭氧反應器的穩(wěn)定，為厭氧反應器進一步提高有機負荷打下良好基礎；4)反應后的清液可作為高效液肥，剩余殘渣可以經過干化做為建筑材料，提高了廢棄物的利用效率。


附圖是本發(fā)明的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式。實施例一一種分離并回流活性污泥的生物質高固體厭氧消化工藝，包括以下步驟，第一步，將250ml餐廚垃圾加入容積為5L的CSTR厭氧反應器，加料時間30分鐘， 反應時間23小時，出料，出料時間30分鐘，出料總量250ml ；
第二步，將所述厭氧反應器的出料通過離心設備在15000rpm的轉速下離心15分鐘，離心后為上層的清液層、中間的污泥層以及底層的剩余殘渣層；第三步，將上層的清液抽出，底層的剩余殘渣過濾，中間的污泥層回流至CSTR厭氧反應器，并再次在所述厭氧反應器加入250ml餐廚垃圾；第四步，反應23小時，出料，出料量250ml ；循環(huán)進行第二、三、四步，即可循環(huán)利用污泥來處理餐廚垃圾。實施例二一種分離并回流活性污泥的生物質高固體厭氧消化工藝，包括以下步驟，第一步，將170ml果蔬垃圾加入容積為5L的CSTR厭氧反應器，加料時間四分鐘， 反應時間22. 5小時，出料，出料時間32分鐘，出料總量170ml ；第二步，將所述厭氧反應器的出料通過離心設備在12000rpm的轉速下離心10分鐘，離心后為上層的清液層、中間的污泥層以及底層的剩余殘渣層；第三步，將上層的清液抽出，底層的剩余殘渣過濾，中間的污泥層回流至CSTR厭氧反應器，并再次在所述厭氧反應器加入170ml果蔬垃圾；第四步，反應23. 2小時，出料，出料量170ml ；循環(huán)進行第二、三、四步，即可循環(huán)利用污泥來處理果蔬垃圾。實施例三一種分離并回流活性污泥的生物質高固體厭氧消化工藝，包括以下步驟，第一步，將200ml秸稈加入容積為5L的CSTR厭氧反應器，加料時間33分鐘，反應時間24小時，出料，出料時間35分鐘，出料總量200ml ；第二步，將所述厭氧反應器的出料通過離心設備在HOOOrpm的轉速下離心10分鐘，離心后為上層的清液層、中間的污泥層以及底層的剩余殘渣層；第三步，將上層的清液抽出，底層的剩余殘渣過濾，中間的污泥層回流至CSTR厭氧反應器，并在所述厭氧反應器加入200ml果蔬垃圾；第四步，反應22小時，出料，出料量200ml ；循環(huán)進行第二、三、四步，并且每次加入的生物質可以是不同的類型。為了獲得更好的反應效果，在每次加料之前，可以將生物質進行預處理，即用機械方式將生物質破碎至粒徑Icm以下，并攪拌均勻。本發(fā)明所述工藝主要用于處理果蔬垃圾、餐廚垃圾等纖維素含量較低或已經經過預處理的生物質，也可以來處理秸稈和能源作物等纖維素含量較高的生物質。生物質具有高含固率(TS > 10% )、高揮發(fā)性固體含量(VS > 80% )等特點。傳統(tǒng)處理方法效率低， 反應時間長，有機負荷低，產氣效率低，能源回收率低。所述工藝采用污泥回流的方式，將出料中微生物通過高速離心后，進行分層收集。分離得到的上層清夜(70% )可直接作為液肥使用，底層無機物(6%)由于有機物含量低，含水率低，并且總量少，可以干化后制建材。 也可將上清液和底層無機物混合并適當調節(jié)含水率后作為農家肥，用于園林、農業(yè)，并且由于有機物含量低，避免了惡臭氣體的產生。中間層的活性微生物(約對％)，則直接回流進入厭氧消化反應器，可以大大減少了厭氧殘渣的排放總量。通過活性厭氧污泥回流，將促進水解酸化菌的富集和篩選。隨著水解酸化菌對基質的適應，環(huán)境壓力對其進行了優(yōu)勢菌種的篩選，污泥回流將會對優(yōu)勢菌種進行富集，從而加快生物質的水解酸化過程。并且由于水解酸化菌種群密度也會隨回流而增大，單位基質所受到的水解酸化作用增大，促進了基質的水解。再通過CSTR反應器良好的攪拌，促進了生物質與水解酸化菌的接觸和良好的傳質過程，進一步提高水解酸化速率。通過活性厭氧污泥回流，將產甲烷菌也回流至反應器進行富集。這樣解決了產甲烷菌世代周期長，高負荷、低水力停留時間下易流失的問題。此外，由于水解酸化菌富集，水解酸化速率加快，通過回流產甲烷菌增大產甲烷菌量，同時提高產甲烷速率。從而解決以餐廚垃圾為代表的低纖維素含量生物質高固體厭氧消化易酸化而導致反應器不穩(wěn)定的問題。本發(fā)明中，加料時間，出料時間以及加料量與出料量的選擇均非對本發(fā)明的限制， 這樣的選擇只是因為考慮到保證達到最佳效果的同時要節(jié)約材料，如，加料量過大，處理的最終目的仍然可以實現(xiàn)，但是使得反應時間過長，不利于人工控制。
權利要求
1.一種分離并回流活性污泥的生物質高固體厭氧消化工藝，包括以下步驟，第一步，將生物質加入高固體厭氧反應器，加入量為高固體厭氧反應器容積的1/30 1/20，反應23士 1小時，出料，出料量與加入量一致；第二步，將出料通過離心設備在12000 15000rpm的轉速下離心10 20分鐘，離心后為上層的清液層、中間的污泥層以及底層的剩余殘渣層；第三步，將中間的污泥層回流至所述高固體厭氧反應器，并再次在所述高固體厭氧反應器加入生物質，加入量與上一次加料量一致；第四步，反應23士 1小時，出料，出料量與加入量一致；循環(huán)進行第二、三、四步。
2.根據權利要求1所述的一種分離并回流活性污泥的生物質高固體厭氧消化工藝，其特征在于，將生物質加入高固體厭氧反應器的時間為30士5分鐘。
3.根據權利要求1或2所述的一種分離并回流活性污泥的生物質高固體厭氧消化工藝，其特征在于，出料及污泥回流的總時間為30 士 5分鐘。
4.根據權利要求1所述的一種分離并回流活性污泥的生物質高固體厭氧消化工藝，其特征在于，所述的生物質為秸稈、能源作物、果蔬垃圾或者餐廚垃圾。
5.根據權利要求1所述的一種分離并回流活性污泥的生物質高固體厭氧消化工藝，其特征在于，所述的高固體厭氧反應器為連續(xù)攪拌反應器系統(tǒng)，即CSTR反應器。
6.根據權利要求1或2所述的一種分離并回流活性污泥的生物質高固體厭氧消化工藝，其特征在于，所述的離心設備為最高轉速不低于15000rpm的高速離心機。
7.根據權利要求1所述的一種分離并回流活性污泥的生物質高固體厭氧消化工藝，其特征在于，所述第二步中離心后，將上層的清液抽出，底層的剩余殘渣過濾，得到中間的污泥。
8.根據權利要求7所述的一種分離并回流活性污泥的生物質高固體厭氧消化工藝，其特征在于，所述清液抽出后收集作為液肥，所述剩余殘渣過濾后干化處理。
9.根據權利要求1所述的一種分離并回流活性污泥的生物質高固體厭氧消化工藝，其特征在于，所述高固體厭氧反應器的出料口接在離心設備的進料口上。
10.根據權利要求1所述的一種分離并回流活性污泥的生物質高固體厭氧消化工藝， 其特征在于，在高固體厭氧反應器中加料之前，先對要加的生物質進行預處理，所述預處理指用機械方式將生物質破碎至粒徑Icm以下，并攪拌均勻。
全文摘要
本發(fā)明為一種分離并回流活性污泥的生物質高固體厭氧消化工藝，包括以下步驟，第一步，將生物質加入高固體厭氧反應器，反應后出料；第二步，將出料通過離心設備離心，離心后為上層的清液層、中間的污泥層以及底層的剩余殘渣層；第三步，將中間的污泥層回流至所述高固體厭氧反應器，并再次在所述高固體厭氧反應器加入生物質；第四步，反應后出料；循環(huán)進行第二、三、四步；本發(fā)明解決了厭氧消化過程低負荷、水力停留時間長、污泥停留時間和微生物停留時間無法分離等問題，保證生物質高固體厭氧消化工藝的高負荷，高穩(wěn)定、高效率運行，實現(xiàn)生物質高效能源化利用。
文檔編號C02F11/04GK102173552SQ201010623418
公開日2011年9月7日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權日2010年12月31日
發(fā)明者左劍惡, 李晶, 林甲, 王凱軍, 陳曉潔 申請人:清華大學