專利名稱：一種提高城市污泥干法發(fā)酵性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于固廢資源化領(lǐng)域，涉及一種提高城市污泥干法發(fā)酵性能的方法。
背景技術(shù)：
伴隨著我國(guó)污水處理能力的迅速提升，污泥產(chǎn)生量大幅增長(zhǎng)。據(jù)估計(jì)，我國(guó)濕污泥年產(chǎn)量將很快突破3000萬(wàn)噸。而據(jù)我國(guó)最新調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前污泥的實(shí)際處理處置率甚至不到30%。這必將嚴(yán)重影響我國(guó)建設(shè)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(duì)地下水、土壤等造成二次污染，成為環(huán)境安全和公眾健康的威脅。我國(guó)能源結(jié)構(gòu)長(zhǎng)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(jīng)成為制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，而日益嚴(yán)重的土壤礦化問(wèn)題也是關(guān)系國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要制約因素。以污泥厭氧發(fā)酵回收生物質(zhì)能源-沼氣，是符合低碳循環(huán)可持續(xù)發(fā)展的路線，不僅達(dá)到減量化、穩(wěn)定化和安全化目標(biāo)，同時(shí)達(dá)到能源最大化和資源最佳化。根據(jù)厭氧發(fā)酵罐中物料的固體含量(TS)，厭氧發(fā)酵技術(shù)可分為濕式發(fā)酵 (TS ^ 12%)和干式發(fā)酵(TS ^20%)兩種，濕式發(fā)酵已在城市污泥(TS為2-3% )消化產(chǎn)沼，并已經(jīng)得到應(yīng)用。與污泥濕法厭氧發(fā)酵相比，污泥干法厭氧發(fā)酵的難點(diǎn)在于(I)脫水污泥含水率低、粘滯系數(shù)高、TS濃度高，呈非流動(dòng)狀態(tài)，造成反應(yīng)的基質(zhì)粘度大；(2)脫水污泥含固率高，污泥中大量的有機(jī)質(zhì)包裹在微生物體內(nèi)，不利于水解酸化過(guò)程的發(fā)生，因此， 造成反應(yīng)底物、中間產(chǎn)物與厭氧微生物之間接觸不良，難以啟動(dòng)或產(chǎn)沼能力低。上述問(wèn)題是阻礙污泥的干法厭氧發(fā)酵的主要技術(shù)瓶頸。國(guó)內(nèi)外對(duì)污泥濕法厭氧發(fā)酵前預(yù)處理技術(shù)開(kāi)展了如下工作，如化學(xué)預(yù)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(duì)濕法污泥厭氧發(fā)酵，如堿+超聲波(CN 101565262A)、微波+堿熱水解(CN 101524699A)等預(yù)處理手段。對(duì)于粘滯性大， 流動(dòng)性差的干污泥，可采用熱水解預(yù)處理(CN 101948228A)，采用高溫?zé)崴?堿聯(lián)合預(yù)處理技術(shù)應(yīng)用于污泥干法厭氧發(fā)酵方面，國(guó)內(nèi)外均未見(jiàn)報(bào)道。由于脫水污泥粘滯性大，流動(dòng)性差造成的傳質(zhì)困難，不易直接厭氧發(fā)酵等困難；另外污泥中的有機(jī)質(zhì)大部分是微生物的細(xì)胞物質(zhì)，被微生物細(xì)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(fā)酵，為了降低污泥直接厭氧發(fā)酵的難度和提高污泥干法厭氧發(fā)酵的水解效率和產(chǎn)沼效率，對(duì)污泥進(jìn)行堿和熱水解的處理。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)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(xué)方法聯(lián)合作用不僅增加污泥中有機(jī)物的溶解性和有機(jī)物的可生化性，而且破壞污泥絮體結(jié)構(gòu)，及污泥中微生物的細(xì)胞壁，導(dǎo)致污泥中微生物細(xì)胞的破碎，胞內(nèi)物質(zhì)溶出?？s短污泥的水解效率，為產(chǎn)甲烷階段做準(zhǔn)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提出一種提高城市污泥干法發(fā)酵性能的方法。該方法針對(duì)城市污泥干法厭氧發(fā)酵過(guò)程中物料的流動(dòng)性差、傳質(zhì)效果差、氣體不易溢出等困難，通過(guò)堿和熱水解的聯(lián)合作用，提高水解效率和可生物利用有機(jī)物的量，從而提高污泥厭氧發(fā)酵性能，使城市污泥實(shí)現(xiàn)減量化、資源化。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種提高城市污泥干法發(fā)酵性能的方法，包含以下步驟(I)堿+熱水解預(yù)處理將固體堿與脫水污泥混合，加入到高壓反應(yīng)釜中，進(jìn)行高壓熱水解；(2)將上述步驟(I)中經(jīng)高壓熱水解預(yù)處理過(guò)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(yù)處理污泥加入?yún)捬醢l(fā)酵罐中，與厭氧發(fā)酵污泥混合均勻，然后在發(fā)酵罐中進(jìn)行發(fā)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(zhì)量比為1% _5%。所述的步驟(I)中高壓熱水解的反應(yīng)溫度為120-170°C，反應(yīng)時(shí)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(fā)酵處理的溫度為50_60°C，溫度波動(dòng)不超過(guò)±2°C。所述的步驟(3)中，每日連續(xù)進(jìn)出料，預(yù)處理污泥的進(jìn)料量為厭氧發(fā)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(fā)酵罐中的停留時(shí)間為10-20天。本發(fā)明的有益效果在于通過(guò)投加堿和熱水解的聯(lián)合作用有效改善污泥傳質(zhì)性能及破壞污泥的膠體結(jié)構(gòu)、 絮凝體、微生物細(xì)胞，使細(xì)胞內(nèi)有機(jī)質(zhì)流出，加速有機(jī)物的快速水解，使難生物降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為易降解有機(jī)物，為厭氧菌提供更多的可生物降解底物，從而提高后續(xù)厭氧發(fā)酵的效率，顯著提高沼氣的產(chǎn)量。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例I :(I)按照堿與污泥的質(zhì)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(yīng)釜中，進(jìn)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(xué)需氧量(COD)占總COD的50% ;(3)每日加入O. 5L預(yù)處理污泥于有效容積為IOL的厭氧發(fā)酵罐中，預(yù)處理污泥的進(jìn)料量為接種污泥體積的1/20 ;發(fā)酵罐中原有IOL的物料為厭氧發(fā)酵污泥，控制發(fā)酵罐中的物料溫度為53+2°C，物料在發(fā)酵罐中的停留時(shí)間為20天，在上述過(guò)程中每日連續(xù)進(jìn)出料并且控制攪拌裝置啟動(dòng)30min，停止30min。與未處理脫水污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵處理相比，污泥中有機(jī)物的降解率提高20%，單位體積甲烷產(chǎn)率提高25%。實(shí)施例2 (I)按照堿與污泥的質(zhì)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(yīng)釜中，進(jìn)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(xué)需氧量(COD)占總COD的45% ;(3)每日加入O. 5L預(yù)處理污泥于有效容積為IOL的厭氧發(fā)酵罐中，預(yù)處理污泥的進(jìn)料量為接種污泥體積的1/20 ;發(fā)酵罐中原有IOL的物料為厭氧發(fā)酵污泥，控制發(fā)酵罐中的物料溫度為53+2°C，物料在發(fā)酵罐中的停留時(shí)間為20天，待污泥中有機(jī)物的降解率和產(chǎn)氣率穩(wěn)定后，提高發(fā)酵罐每日進(jìn)料量為1L，污泥停留時(shí)間為10天，在上述過(guò)程中，連續(xù)進(jìn)出料，并且控制攪拌裝置啟動(dòng)30分鐘，停止30分鐘。與未處理脫水污泥厭氧發(fā)酵處理相比，污泥中有機(jī)物的降解率提高18%，單位體積甲烷產(chǎn)率提高30%。實(shí)施例3 (I)按照堿與污泥的質(zhì)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(yīng)釜中，進(jìn)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(xué)需氧量(COD)占總COD的55% ;(3)每日加入O. 5L預(yù)處理污泥于有效容積為IOL的厭氧發(fā)酵罐中，預(yù)處理污泥的進(jìn)料量為接種污泥體積的1/20 ;發(fā)酵罐中原有IOL的物料為厭氧發(fā)酵污泥，控制發(fā)酵罐中的物料溫度為53+2°C，物料在發(fā)酵罐中的停留時(shí)間為20天，在上述過(guò)程中，連續(xù)進(jìn)出料并且控制攪拌裝置啟動(dòng)30分鐘，停止30分鐘。與未處理脫水污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵處理相比，污泥中有機(jī)物的降解率提高16%，單位體積甲烷產(chǎn)率提高33%。實(shí)施例4 (I)按照堿與污泥的質(zhì)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(yīng)釜中，進(jìn)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(xué)需氧量(COD)占總COD的47% ;(3)每日加入O. 5L預(yù)處理污泥于有效容積為IOL的厭氧發(fā)酵罐中，預(yù)處理污泥的進(jìn)料量為接種污泥體積的1/20 ;發(fā)酵罐中原有IOL的物料為厭氧發(fā)酵污泥，控制發(fā)酵罐中的物料溫度為53+2°C，物料在發(fā)酵罐中的停留時(shí)間為20天，在上述過(guò)程中連續(xù)進(jìn)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(jìn)行厭氧發(fā)酵處理相比，污泥中有機(jī)物的降解率提高12%，單位體積甲燒廣率提聞28%。上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說(shuō)明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種提高城市污泥干法發(fā)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(yīng)釜中，進(jìn)行高壓熱水解；(2)將上述步驟(I)中經(jīng)高壓熱水解預(yù)處理過(guò)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(yù)處理污泥加入?yún)捬醢l(fā)酵罐中，與厭氧發(fā)酵污泥混合均勻，然后在厭氧發(fā)酵罐中進(jìn)行發(fā)酵處理。
2.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(zhì)量比為1% _5%。
5.根據(jù)權(quán)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(yīng)溫度為120-170°C，反應(yīng)時(shí)間為30-60min。
6.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述的步驟(2)的厭氧發(fā)酵處理的溫度為50-60°C，溫度波動(dòng)不超過(guò)±2°C。
8.根據(jù)權(quán)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(xù)進(jìn)出料，預(yù)處理污泥的進(jìn)料量為厭氧發(fā)酵污泥體積的1/10-1/20。
9.根據(jù)權(quán)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(fā)酵罐中的停留時(shí)間為10-20天。
全文摘要
本發(fā)明屬于固廢資源化領(lǐng)域，涉及一種提高城市污泥干法發(fā)酵性能的方法，其包含以下步驟(1)堿+熱水解預(yù)處理將固體堿與脫水污泥混合，加入到高壓反應(yīng)釜中，進(jìn)行高壓熱水解；(2)將上述步驟(1)中經(jīng)高壓熱水解預(yù)處理過(guò)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(yù)處理污泥加入?yún)捬醢l(fā)酵罐中，與厭氧發(fā)酵污泥混合均勻，然后在發(fā)酵罐中進(jìn)行發(fā)酵處理。本發(fā)明有效地改善污泥傳質(zhì)性能及破壞污泥的膠體結(jié)構(gòu)、絮凝體、微生物細(xì)胞，使細(xì)胞內(nèi)有機(jī)質(zhì)流出，加速有機(jī)物的快速水解，使難生物降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為易降解有機(jī)物，為厭氧菌提供更多的可生物降解底物，從而提高后續(xù)厭氧發(fā)酵的效率，顯著提高沼氣的產(chǎn)量。
文檔編號(hào)C02F11/04GK102583914SQ20121001314
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者周玲玲, 張永吉, 戴曉虎, 董濱, 陳功 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)