專利名稱：微波和堿聯(lián)合處理循環(huán)回流污泥強化厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于固體廢棄物資源化技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種微波和堿聯(lián)合處理循環(huán)回流污泥強化厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣的方法。
背景技術(shù)：
我國興建了大量污水處理廠，截至2009年，全國已建有城鎮(zhèn)污水處理廠1792座， 處理能力達(dá)9904萬m3/d，平均運行負(fù)荷率為81. 27%。在這些污水處理廠的建設(shè)和運行對城市污染負(fù)荷的削減起到了重要作用的同時，污水處理過程中副產(chǎn)物城市污泥量也日益增加。目前，全國年產(chǎn)濕污泥已近3000萬噸(含水率80% )，污泥處理處置的中心已從簡單的填埋轉(zhuǎn)向以資源化為主的土地利用。而在污泥進(jìn)行土地利用前需要對污泥進(jìn)行穩(wěn)定化處理，回收污泥中含有的大量的生物質(zhì)能，厭氧發(fā)酵是污泥穩(wěn)定化的重要措施之一，不僅過程所需能量較低，還可回收污泥中生物質(zhì)能，是一種非常有應(yīng)用前景的污泥資源化技術(shù)。傳統(tǒng)的厭氧消化具有反應(yīng)緩慢，污泥停留時間長(30 40天)，池體容積龐大，甲烷產(chǎn)量低和污泥降解程度差等缺點，限制了厭氧消化技術(shù)優(yōu)勢的發(fā)揮。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對提高污泥厭氧消化回收生物質(zhì)能的研究多從如何強化預(yù)處理方法等角度加以考慮，而對厭氧消化工藝的改進(jìn)并未得到關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容
針對我國污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣量少、產(chǎn)氣不穩(wěn)定，難于應(yīng)用厭氧穩(wěn)定工藝對其進(jìn)行處理，本發(fā)明的目的是提供一種微波和堿聯(lián)合處理循環(huán)回流污泥強化厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣的方法，通過改造厭氧發(fā)酵工藝，增加循環(huán)回流污泥提高污泥厭氧發(fā)酵的效率。本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供了一種微波和堿聯(lián)合處理循環(huán)回流污泥強化厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣的方法，該方法包括以下步驟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(jìn)料進(jìn)行厭氧消化， 并出料相同體積的污泥，同時回流污泥經(jīng)微波和堿聯(lián)合預(yù)處理后，再循環(huán)進(jìn)行厭氧消化，收集沼氣。所述的厭氧消化過程中污泥停留時間為20 30d。所述的進(jìn)料或出料是指每日進(jìn)料量=每日出料量=發(fā)酵污泥總量/污泥停留時間。所述的混合污泥的含水率為88 98 %。所述的微波和堿聯(lián)合預(yù)處理是指先進(jìn)行堿解調(diào)節(jié)預(yù)處理，然后進(jìn)行微波預(yù)處理， 并在再次進(jìn)行厭氧消化前投加鹽酸調(diào)節(jié)pH至7. 5 ±0. 5。所述的堿解調(diào)節(jié)預(yù)處理是指投加堿性試劑，使污泥處于堿性條件下以達(dá)到破解細(xì)胞壁的目的。
所述的堿性試劑為氫氧化鈉(NaOH)、生石灰(CaO)或氫氧化鈣(Ca (OH) 2)，每克揮發(fā)性有機固體VS投加堿性試劑為0. 05 0. 15g，即0. 05 0. 15g/g VS0所述的微波預(yù)處理的工藝操作條件為微波頻率為2450MHz，微波輻射功率為 100 lOOOw，輻射時間為I 20min。所述的厭氧消化控制溫度為35 ± 2°C或55 ± 2°C，調(diào)節(jié)pH為7. 5 ±0. 5，攪拌速度為 30 250rpm。所述的回流污泥的回流比為5 10%。本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果I、本發(fā)明方法提高了污泥厭氧發(fā)酵生物質(zhì)能回收率，穩(wěn)定產(chǎn)氣量，應(yīng)用方便，進(jìn)一步促進(jìn)污泥資源化。2、本發(fā)明方法增加微波和堿聯(lián)合處理循環(huán)回流污泥系統(tǒng)，既增強了發(fā)酵系統(tǒng)的混合效果，又強化了固體有機物的溶解，使反應(yīng)器高效穩(wěn)定運行。3、本發(fā)明方法提高污泥厭氧消化產(chǎn)氣總量，縮短了污泥停留時間，減小污泥厭氧發(fā)酵罐體積。


圖I表示本發(fā)明的微波和堿聯(lián)合處理循環(huán)回流污泥強化厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣的方法的流程圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖所示實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。實施例I圖I表示本發(fā)明的微波和堿聯(lián)合處理循環(huán)回流污泥強化厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣的方法的流程圖。取某地污水處理廠濃縮污泥和脫水污泥在污泥調(diào)配池中配成含水率為92 %，VS/ TS為0. 45的混合污泥。每日正常進(jìn)出料如下取IL上述混合污泥投入20L有效體積的發(fā)酵罐中，并同時出料IL至集泥池中(對應(yīng)的停留時間為20d)。另在發(fā)酵罐下端設(shè)置循環(huán)出料口，每日通過重力回流IL熟泥(回流比為5%)至堿解調(diào)節(jié)裝置，在120rpm的攪拌條件下投加Na0H，Na0H投加量為0. 05g/gVS，然后再投入至微波輻射裝置，微波頻率為2450MHz， 在1000W條件下經(jīng)微波輻照Imin后通過投加鹽酸調(diào)節(jié)pH至7. 5±0. 5，并通過污泥循環(huán)泵經(jīng)循環(huán)進(jìn)料口泵入發(fā)酵罐中。每日通過沼氣池收集氣體，并控制溫度35±2°C，自動調(diào)節(jié) pH7. 5±0. 5，轉(zhuǎn)速控制為lOOrpm。連續(xù)運行2 3個周期(即40 60d)后，可連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)氣。實驗結(jié)果為，日均產(chǎn)氣量為12 13L，甲烷含量為65. 6%，有機物降解率為34%。比較例I取某地污水處理廠濃縮污泥和脫水污泥在污泥調(diào)配池中配成含水率為92 %，VS/ TS為0. 45的混合污泥。每日正常進(jìn)出料如下取IL上述混合污泥投入20L有效體積的發(fā)酵罐中，并同時出料IL至集泥池中(對應(yīng)的停留時間為20d)。每日通過沼氣池收集氣體， 并控制溫度35±2°C，自動調(diào)節(jié)pH 7. 5±0. 5，轉(zhuǎn)速控制為lOOrpm。連續(xù)運行2 3個周期(即40 60d)后，可連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)氣。實驗結(jié)果為，日均產(chǎn)氣量為10 11L，甲烷含量為64. 5%，有機物降解率為28%。由此可見，實施例I相對比較例I產(chǎn)氣量提高了 15. 4 20. 0%，有機物降解率增聞 了 6 。實施例2取某地污水處理廠濃縮污泥和脫水污泥在污泥調(diào)配池中配成含水率為98 %，VS/ TS為0. 75的混合污泥。每日正常進(jìn)出料如下取2L上述混合污泥投入60L有效體積的發(fā)酵罐中，并同時出料2L至集泥池中(對應(yīng)的停留時間為30d)。另在發(fā)酵罐下端設(shè)置循環(huán)出料口，每日通過重力回流4L熟泥(回流比為6.7%)至堿解調(diào)節(jié)裝置，在120rpm的攪拌條件下投加Ca0，Ca0投加量為0. 10g/gVS，然后再投入至微波輻射裝置，微波頻率為2450MHz， 在600W條件下微波輻照IOmin后通過投加鹽酸調(diào)節(jié)pH至7. 5±0. 5，并通過污泥循環(huán)泵經(jīng)循環(huán)進(jìn)料口泵入發(fā)酵罐中。每日通過沼氣池收集氣體，并控制溫度35±2°C，自動調(diào)節(jié)pH
7.5±0. 5，轉(zhuǎn)速控制為50rpm。連續(xù)運行2 3個周期(即60 90d)后，可連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)氣。 實驗結(jié)果為，日均產(chǎn)氣量為13. 5 14. 5L，甲烷含量為65. 6%，有機物降解率為40%。比較例2取某地污水處理廠濃縮污泥和脫水污泥在污泥調(diào)配池中配成含水率為98 %，VS/ TS為0. 75的混合污泥。每日正常進(jìn)出料如下取2L上述混合污泥投入60L有效體積的發(fā)酵罐中，并同時出料2L至集泥池中(對應(yīng)的停留時間為30d)。每日通過沼氣池收集氣體， 并控制溫度35±2°C，自動調(diào)節(jié)pH 7. 5±0. 5，轉(zhuǎn)速控制為50rpm。連續(xù)運行2 3個周期 (即60 90d)后，可連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)氣。實驗結(jié)果為，日均產(chǎn)氣量為12. 0 13. 0L,甲烷含量為61. 5%，有機物降解率為34%。由此可見，實施例2相對比較例2產(chǎn)氣量提高了 11. 5 12. 5%，有機物降解率增聞 了 6 。實施例3取某地污水處理廠濃縮污泥和脫水污泥在污泥調(diào)配池中配成含水率為88 %，VS/ TS為0. 33的混合污泥。每日正常進(jìn)出料如下取SOOmL上述混合污泥投入20L有效體積的發(fā)酵罐中，并同時出料IL至集泥池中(對應(yīng)的停留時間為25d)。另在發(fā)酵罐下端設(shè)置循環(huán)出料口，每日通過重力回流2L熟泥(回流比為10%)至堿解調(diào)節(jié)裝置，在120rpm的攪拌條件下投加Ca(OH)2, Ca(OH)2投加量為0. 15g/gVS，然后再投入微波輻射裝置中，微波頻率為2450MHz，在800W條件下經(jīng)微波輻照5min后通過投加鹽酸調(diào)節(jié)pH至7. 5±0. 5，并通過污泥循環(huán)泵經(jīng)循環(huán)進(jìn)料口泵入發(fā)酵罐中。每日通過沼氣池收集氣體，并控制溫度55 ± 2°C， 自動調(diào)節(jié)pH7. 5±0. 5，轉(zhuǎn)速控制為250rpm。連續(xù)運行2 3個周期(即50 75d)后，可連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)氣。實驗結(jié)果為，日均產(chǎn)氣量為10 11L，甲烷含量為66. 3%，有機物降解率為 33%。比較例3取某地污水處理廠濃縮污泥和脫水污泥在污泥調(diào)配池中配成含水率為88 %，VS/ TS為0. 33的混合污泥。每日正常進(jìn)出料如下取SOOmL上述混合污泥投入20L有效體積的發(fā)酵罐中，并同時出料IL至集泥池中(對應(yīng)的停留時間為25d)。每日通過沼氣池收集氣體，并控制溫度55±2°C，自動調(diào)節(jié)pH 7. 5±0. 5，轉(zhuǎn)速控制為250rpm。連續(xù)運行2 3個周期(即50 75d)后，可連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)氣。實驗結(jié)果為，日均產(chǎn)氣量為8 9L，甲烷含量為62. 3%，有機物降解率為27%。由此可見，實施例3相對比較例3產(chǎn)氣量提高了 22. 2 25. 0%，有機物降解率增聞 了 6 。實施例4取某地污水處理廠濃縮污泥和脫水污泥在污泥調(diào)配池中配成含水率為94%，VS/ TS為0. 54的混合污泥。每日正常進(jìn)出料如下取1500mL上述混合污泥投入40L有效體積的發(fā)酵罐中，并同時出料1500mL至集泥池中(對應(yīng)的停留時間為23. 7d)。另在發(fā)酵罐下端設(shè)置循環(huán)出料口，每日通過重力回流3L熟泥(回流比為7. 5 % )至堿解調(diào)節(jié)裝置，在120rpm 的攪拌條件下投加Na0H，Na0H投加量為0. 08g/gVS，然后再投入微波輻射裝置中，微波頻率為2450MHz，在200W條件下經(jīng)微波輻照20min后通過投加鹽酸調(diào)節(jié)pH至7. 5±0. 5，并通過污泥循環(huán)泵經(jīng)循環(huán)進(jìn)料口泵入發(fā)酵罐中。每日通過沼氣池收集氣體，并控制溫度55±2°C， 自動調(diào)節(jié)pH7. 5±0. 5，轉(zhuǎn)速控制為250rpm。連續(xù)運行2 3個周期(即53. 4 80. Id)后， 可連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)氣。實驗結(jié)果為，日均產(chǎn)氣量為16 17L，甲烷含量為66. 2%，有機物降解率為 38%。比較例4取某地污水處理廠濃縮污泥和脫水污泥在污泥調(diào)配池中配成含水率為94%，VS/ TS為0. 54的混合污泥。每日正常進(jìn)出料如下取1500mL上述混合污泥投入40L有效體積的發(fā)酵罐中，并同時出料1500mL至集泥池中(對應(yīng)的停留時間為23. 7d)。每日通過沼氣池收集氣體，并控制溫度55±2°C，自動調(diào)節(jié)pH7. 5±0. 5，轉(zhuǎn)速控制為250rpm。連續(xù)運行2 3個周期(即53. 4 80. Id)后，可連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)氣。實驗結(jié)果為，日均產(chǎn)氣量為13 14L， 甲烷含量為63. 2%，有機物降解率為30%。由此可見，實施例4相對比較例4產(chǎn)氣量提高了 21. 4 23. 1%，有機物降解率增聞 了 8 。上述的對實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這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，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.ー種微波和堿聯(lián)合處理循環(huán)回流污泥強化厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣的方法，其特征在于 該方法包括以下步驟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(jìn)料進(jìn)行厭氧消化，井出料相同體積的污泥，同時回流污泥經(jīng)微波和堿聯(lián)合預(yù)處理后，再循環(huán)進(jìn)行厭氧消化，收集沼氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微波和堿聯(lián)合處理循環(huán)回流污泥強化厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣的方法，其特征在于所述的厭氧消化過程中污泥停留時間為20 30d。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微波和堿聯(lián)合處理循環(huán)回流污泥強化厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣的方法，其特征在干所述的進(jìn)料或出料是指每日進(jìn)料量=每日出料量=發(fā)酵污泥總量/污泥停留時間。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微波和堿聯(lián)合處理循環(huán)回流污泥強化厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣的方法，其特征在于所述的混合污泥的含水率為88 98%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微波和堿聯(lián)合處理循環(huán)回流污泥強化厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣的方法，其特征在于所述的微波和堿聯(lián)合預(yù)處理是指先進(jìn)行堿解調(diào)節(jié)預(yù)處理，然后進(jìn)行微波預(yù)處理，并在再次進(jìn)行厭氧消化前投加鹽酸調(diào)節(jié)pH至7. 5±0. 5。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微波和堿聯(lián)合處理循環(huán)回流污泥強化厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣的方法，其特征在于所述的堿解調(diào)節(jié)預(yù)處理是指投加堿性試劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微波和堿聯(lián)合處理循環(huán)回流污泥強化厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣的方法，其特征在于所述的堿性試劑為氫氧化鈉、生石灰或氫氧化鈣，每克揮發(fā)性有機固體 VS投加堿性試劑為0. 05 0. 15g，即0. 05 0. 15g/g VS0
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微波和堿聯(lián)合處理循環(huán)回流污泥強化厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣的方法，其特征在于所述的微波預(yù)處理的エ藝操作條件為微波頻率為2450MHz，微波輻射功率為100 lOOOw，輻射時間為I 20min。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微波和堿聯(lián)合處理循環(huán)回流污泥強化厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣的方法，其特征在于所述的厭氧消化控制溫度為35±2°C或55±2°C，調(diào)節(jié)pH為7. 5±0. 5， 攪拌速度為30 250rpm。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微波和堿聯(lián)合處理循環(huán)回流污泥強化厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣的方法，其特征在于所述的回流污泥的回流比為5 10%。
全文摘要
本發(fā)明屬于固體廢棄物資源化技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種微波和堿聯(lián)合處理循環(huán)回流污泥強化厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣的方法，該方法包括以下步驟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(jìn)料進(jìn)行厭氧消化，并出料相同體積的污泥，同時回流污泥經(jīng)微波和堿聯(lián)合預(yù)處理后，再循環(huán)進(jìn)行厭氧消化，收集沼氣。本發(fā)明方法提高了污泥厭氧發(fā)酵生物質(zhì)能回收率，穩(wěn)定產(chǎn)氣量，應(yīng)用方便，進(jìn)一步促進(jìn)污泥資源化。
文檔編號C02F11/00GK102603135SQ20121007264
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月19日
發(fā)明者嚴(yán)媛媛, 馮雷雨, 周琪, 戴曉虎, 陳漢龍 申請人:同濟大學(xué)