一種利用木炭促進(jìn)污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種利用木炭促進(jìn)污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷的方法，包括以下步驟：(1)按體積百分比計(jì)，將0.5～5.0％的干燥的木炭粉末投加到污泥中，得混合物料，調(diào)節(jié)該混合物料pH值為7.5～8.0；(2)將混合物料放入密封厭氧消化設(shè)備內(nèi)，30～40℃中溫條件或50～60℃高溫條件下通過(guò)攪拌的方式對(duì)污泥進(jìn)行厭氧消化。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明選用木炭粉末作為投加物，使污泥中的有機(jī)物得到充分的回收和再利用，減少了污泥對(duì)環(huán)境的污染，污泥厭氧消化啟動(dòng)時(shí)間提前15～25％，產(chǎn)甲烷量提高40～60％；本方法操作簡(jiǎn)單，投資和處理費(fèi)用低，既有利于減少污泥對(duì)環(huán)境的污染，而且污泥厭氧消化后產(chǎn)生的有機(jī)殘余物和木炭不用分離，可作為土壤調(diào)理劑直接施用于土壤。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種利用木炭促進(jìn)污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于固廢資源化領(lǐng)域，涉及一種對(duì)污泥進(jìn)行厭氧消化產(chǎn)甲烷的工藝，尤其 是涉及利用木炭促進(jìn)污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 城市污水處理廠(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，所產(chǎn)生的污泥量日益增加。通過(guò)"十一五"污水處理 廠(chǎng)的建設(shè)，每年污泥產(chǎn)量已接近3000萬(wàn)噸（含水率80%脫水污泥計(jì)）以上，且以每年10% 的速度遞增。厭氧消化是指在無(wú)氧條件下，由兼性菌和專(zhuān)性厭氧菌降解有機(jī)物，分解的最終 產(chǎn)物為二氧化碳和甲烷的過(guò)程。經(jīng)過(guò)厭氧消化的污泥，一方面能產(chǎn)生甲烷，實(shí)現(xiàn)資源的利 用；另一方面改善了污泥的脫水性能，減小了污泥的體積，促進(jìn)了污泥最終的穩(wěn)定。
[0003] 傳統(tǒng)的厭氧消化具有反應(yīng)緩慢，污泥停留時(shí)間長(zhǎng)（20?30天），池體容積龐大，甲 烷產(chǎn)量低和污泥降解程度差（僅能去除30?40%的揮發(fā)性固體）等缺點(diǎn)，限制了厭氧消化 技術(shù)優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮。為了提高污泥厭氧消化效率，常需要采用預(yù)處理的方法提高污泥的可溶 性和分散性。目前，很多研究采用超聲波處理、堿處理、熱化學(xué)處理和熱處理或幾種預(yù)處理 組合手段進(jìn)行污泥厭氧消化。比如，中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利（申請(qǐng)?zhí)?0071063132. 9)利用超聲波在 水中的空化效應(yīng)產(chǎn)生極端的物理?xiàng)l件，破壞污泥的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷； 中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利（申請(qǐng)?zhí)?01110326906)利用超聲波和過(guò)氧化氫預(yù)處理促進(jìn)污泥厭氧消化的 方法，是將過(guò)氧化氫加入污泥中，經(jīng)快速攪拌后送入超聲波反應(yīng)器中進(jìn)行超聲處理，甲烷產(chǎn) 量提高了 10?20%。中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利（申請(qǐng)?zhí)?00910052495. 1)聯(lián)合應(yīng)用超聲波和投加氫氧 化鈉技術(shù)用于污泥處理，產(chǎn)甲烷量提高了 40. 6%;中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利（申請(qǐng)?zhí)?00410014082. 1) 用較高穿透性能的Y射線(xiàn)對(duì)污泥進(jìn)行輻照處理，輻照后的污泥與接種污泥進(jìn)行厭氧消化 反應(yīng)；中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利（申請(qǐng)?zhí)?01010266174. 4)首先利用污泥電化學(xué)氧化技術(shù)破壞污泥絮 體，實(shí)現(xiàn)對(duì)污泥的水解，其次在污泥厭氧酸化階段，控制生物菌群以產(chǎn)酸菌為主，使水解后 的污泥發(fā)酵酸化，在最后的產(chǎn)甲烷階段，通過(guò)調(diào)控pH值選擇優(yōu)勢(shì)甲烷菌群，提高甲烷產(chǎn)量； 中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利（申請(qǐng)?zhí)?01110169395.4)在污泥中投加高鐵酸鹽生產(chǎn)廢液，產(chǎn)氣量提高 60%以上。這些方法均可以有效地?fù)羝莆勰嗟募?xì)胞壁，使絮體中胞內(nèi)外有機(jī)物由固相轉(zhuǎn)移 至液相中，促進(jìn)污泥水解。然而對(duì)于堿預(yù)處理方式，堿投加量大、運(yùn)行費(fèi)用高、對(duì)儀器和設(shè)備 造成腐蝕，還會(huì)增加后續(xù)處理的難度。超聲波和Y射線(xiàn)預(yù)處理由于能耗高，成本高、反應(yīng)條 件苛刻且具有一定危險(xiǎn)性，限制了規(guī)?；瘧?yīng)用?？紤]到實(shí)際上的工業(yè)化應(yīng)用以及消化殘余 物的最終農(nóng)用，應(yīng)采用相對(duì)低能耗、反應(yīng)條件溫和、保護(hù)農(nóng)用土壤的方式促進(jìn)污泥厭氧消化 產(chǎn)甲烷潛力。
[0004] 木炭是木材或木質(zhì)原料經(jīng)過(guò)熱解得到的深褐色或黑色多孔性物質(zhì)。木炭分子細(xì)密 多孔、具有較大的比表面積和超強(qiáng)的吸附特性，在環(huán)境科學(xué)、土壤學(xué)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面有很廣 闊的應(yīng)用前景。而且我國(guó)木材資源豐富，木炭具有來(lái)源豐富、成本低廉和性能優(yōu)良等特性。
[0005] 由于木炭孔隙多、比表面積較大，對(duì)污泥有很好的吸附和分散效果；木炭的多孔性 和表面特性也能夠增加微生物持有量；木炭的中偏堿性可調(diào)節(jié)污泥消化過(guò)程pH值消除揮 發(fā)性有機(jī)酸對(duì)厭氧消化的抑制作用。因此木炭對(duì)于污泥消化過(guò)程中甲烷產(chǎn)量的增加，以及 縮短產(chǎn)甲烷所需時(shí)間具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種利用木炭促進(jìn) 污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷的方法，利用木炭粉末的表面積大、高孔隙率、強(qiáng)吸附性能，保證木炭 粉末與污泥消化產(chǎn)物充分接觸；并且在污泥降解的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)木炭的加速污泥厭氧啟動(dòng)時(shí) 間和提高產(chǎn)甲烷量的優(yōu)勢(shì)。
[0007] 本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0008] -種利用木炭促進(jìn)污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷的方法，該方法包括以下步驟：
[0009] (1)按體積百分比計(jì)，將0. 5?5. 0%的干燥的木炭粉末投加到污泥中，得混合物 料，調(diào)節(jié)該混合物料pH值為7. 5?8. 0 ;
[0010] ⑵將混合物料放入密封厭氧消化設(shè)備內(nèi)，30?40°C中溫條件或50?60°C高溫 條件下通過(guò)攪拌的方式對(duì)污泥進(jìn)行厭氧消化。
[0011] 所述的木炭粉末為粒徑< 0. 5mm的木炭粉末。木炭具有pH中偏堿性、不易降解、 孔隙率高、比表面積大、吸附性強(qiáng)等特點(diǎn)。
[0012] 所述的污泥的含水率為80?95%，污泥中有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以干基計(jì)為40? 80%。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：
[0014] 一、厭氧消化過(guò)程產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)酸會(huì)導(dǎo)致pH的降低，從而抑制產(chǎn)甲烷量，而 木炭呈堿性可調(diào)節(jié)消化過(guò)程pH達(dá)到消除揮發(fā)性有機(jī)酸對(duì)厭氧消化抑制作用的效果。
[0015] 二、木炭粉末對(duì)厭氧消化過(guò)程中的污泥具有分散作用，使污泥中有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可 溶性的有機(jī)物，繼而增加厭氧消化效果。
[0016] 三、木炭的多孔隙和高表面積會(huì)增加微生物的持有量。
[0017] 四、木炭本身具有改善土壤理化性質(zhì)的功能，污泥厭氧消化后產(chǎn)生的有機(jī)殘余物 和木炭不用分離，可作為土壤調(diào)理劑直接施用于土壤。
[0018] 本發(fā)明選用木炭粉末作為投加物，使污泥中的有機(jī)物得到充分的回收和再利用。 減少了污泥對(duì)環(huán)境的污染，污泥厭氧消化啟動(dòng)時(shí)間提前15?25%，產(chǎn)甲烷量提高40? 60%。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0021] 實(shí)施例1
[0022] (1)取城市污水廠(chǎng)初沉污泥，污泥的TSS(指污泥中懸浮物的濃度）為10g/L、 VSS (指污泥中懸浮物經(jīng)高溫575 °C煅燒后，揮發(fā)掉的有機(jī)物的濃度）為5. 9g/L，投加木炭粉 末 〇· lg;
[0023] (2)放入密封厭氧消化設(shè)備內(nèi)，培養(yǎng)溫度控制在35°C，pH控制在7. 8 ;通過(guò)攪拌的 方式對(duì)污泥進(jìn)行厭氧消化處理，重復(fù)培養(yǎng)3次。
[0024] 采用如上所述的處理方法，污泥的甲烷產(chǎn)率比不投加木炭粉末的工況相比，甲烷 產(chǎn)率提高了 40%，污泥厭氧消化啟動(dòng)時(shí)間提前20%。
[0025] 實(shí)施例2
[0026] (1)取城市污水廠(chǎng)二沉污泥，污泥的TSS為10g/L、VSS為5. 9g/L，投加木炭粉末 〇· lg ；
[0027] (2)放入密封厭氧消化設(shè)備內(nèi)，培養(yǎng)溫度控制在35°C，pH控制在7. 8 ;通過(guò)攪拌的 方式對(duì)污泥進(jìn)行厭氧消化處理，重復(fù)培養(yǎng)3次。
[0028] 采用如上所述的處理方法，污泥的甲烷產(chǎn)率比不投加木炭粉末的工況相比，甲烷 產(chǎn)率提高了 40%，污泥厭氧消化啟動(dòng)時(shí)間提前20%。
[0029] 實(shí)施例3
[0030] (1)取城市污水廠(chǎng)脫水污泥，污泥的TSS為8g/L、VSS為7. 5g/L，投加木炭粉末 〇· lg ；
[0031] (2)放入密封厭氧消化設(shè)備內(nèi)，培養(yǎng)溫度控制在35°C，pH控制在7. 8 ;通過(guò)攪拌的 方式對(duì)污泥進(jìn)行厭氧消化處理，重復(fù)培養(yǎng)3次。
[0032] 采用如上所述的處理方法，污泥的甲烷產(chǎn)率比不投加木炭粉末的工況相比，甲烷 產(chǎn)率提高了 40%，污泥厭氧消化啟動(dòng)時(shí)間提前20%。
[0033] 實(shí)施例4
[0034] 一種利用木炭促進(jìn)污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷的方法，如圖1所示，包括以下步驟：
[0035] (1)按體積百分比計(jì)，將0· 5%的干燥的木炭粉末（粒徑<0· 5mm)投加到污泥（污 泥的含水率為80%，污泥中有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以干基計(jì)為40% )中，得混合物料，調(diào)節(jié)該混 合物料pH值為7. 5?8. 0 ;
[0036] ⑵將混合物料放入密封厭氧消化設(shè)備內(nèi)，30?40°C中溫條件下通過(guò)攪拌的方式 對(duì)污泥進(jìn)行厭氧消化。
[0037] 污泥厭氧消化后得到甲烷，污泥厭氧消化后產(chǎn)生的厭氧消化殘余物和木炭不用分 離，可作為土壤調(diào)理劑直接施用于土壤。
[0038] 選用木炭粉末作為投加物，使污泥中的有機(jī)物得到充分的回收和再利用。減少了 污泥對(duì)環(huán)境的污染，污泥厭氧消化啟動(dòng)時(shí)間提前15%，產(chǎn)甲烷量提高40%。
[0039] 實(shí)施例5
[0040] 一種利用木炭促進(jìn)污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷的方法，如圖1所示，包括以下步驟：
[0041] (1)按體積百分比計(jì)，將5. 0%的干燥的木炭粉末（粒徑<0· 5mm)投加到污泥（污 泥的含水率為95%，污泥中有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以干基計(jì)為80% )中，得混合物料，調(diào)節(jié)該混 合物料pH值為7. 5?8. 0 ;
[0042] (2)將混合物料放入密封厭氧消化設(shè)備內(nèi)，50?60°C高溫條件下通過(guò)攪拌的方式 對(duì)污泥進(jìn)行厭氧消化。
[0043] 污泥厭氧消化后得到甲烷，污泥厭氧消化后產(chǎn)生的厭氧消化殘余物和木炭不用分 離，可作為土壤調(diào)理劑直接施用于土壤。
[0044] 選用木炭粉末作為投加物，使污泥中的有機(jī)物得到充分的回收和再利用。減少了 污泥對(duì)環(huán)境的污染，污泥厭氧消化啟動(dòng)時(shí)間提前25%，產(chǎn)甲烷量提高60%。
[0045] 實(shí)施例6
[0046] -種利用木炭促進(jìn)污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷的方法，如圖1所示，包括以下步驟：
[0047] (1)按體積百分比計(jì)，將2. 0%的干燥的木炭粉末（粒徑<0· 5mm)投加到污泥（污 泥的含水率為90%，污泥中有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以干基計(jì)為60% )中，得混合物料，調(diào)節(jié)該混 合物料pH值為7. 5?8. 0 ;
[0048] (2)將混合物料放入密封厭氧消化設(shè)備內(nèi)，30?40°C中溫條件下通過(guò)攪拌的方式 對(duì)污泥進(jìn)行厭氧消化。
[0049] 污泥厭氧消化后得到甲烷，污泥厭氧消化后產(chǎn)生的厭氧消化殘余物和木炭不用分 離，可作為土壤調(diào)理劑直接施用于土壤。
[0050] 選用木炭粉末作為投加物，使污泥中的有機(jī)物得到充分的回收和再利用。減少了 污泥對(duì)環(huán)境的污染，污泥厭氧消化啟動(dòng)時(shí)間提前20%，產(chǎn)甲烷量提高50%。
【權(quán)利要求】
1. 一種利用木炭促進(jìn)污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷的方法，其特征在于，該方法包括以下步 驟： (1) 按體積百分比計(jì)，將0. 5?5. 0 %的干燥的木炭粉末投加到污泥中，得混合物料，調(diào) 節(jié)該混合物料pH值為7. 5?8. 0 ; (2) 將混合物料放入密封厭氧消化設(shè)備內(nèi)，30?40°C中溫條件或50?60°C高溫條件 下通過(guò)攪拌的方式對(duì)污泥進(jìn)行厭氧消化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用木炭促進(jìn)污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷的方法，其特征在 于，所述的木炭粉末為粒徑< 〇. 5mm的木炭粉末。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用木炭促進(jìn)污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷的方法，其特征在 于，所述的污泥的含水率為80?95%，污泥中有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以干基計(jì)為40?80%。
【文檔編號(hào)】C02F11/04GK104150730SQ201310175120
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2013年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月13日
【發(fā)明者】何品晶, 張繼寧, 羅承皓, 呂凡, 章驊, 邵立明 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)