專利名稱：一種基于污泥改性預(yù)處理的高級(jí)干法厭氧消化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬固廢資源化領(lǐng)域，具體涉及一種基于污泥改性預(yù)處理的高級(jí)干法厭氧消化方法。
背景技術(shù)：
城市污水處理廠因凈化生活污水而產(chǎn)生的脫水污泥量巨大，目前全年的可收集量在沈00萬(wàn)噸左右，污水處理廠對(duì)污泥的處理與處置多采用濃縮脫水后進(jìn)行土地填埋的方法，不僅占用有限的土地資源，而且易造成二次污染。另外，填埋的資源利用率較低，不符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的原則。近年來(lái)，全球能源結(jié)構(gòu)正經(jīng)歷以礦物能源為主向多種能源并存的方向的轉(zhuǎn)變，糧食安全和環(huán)境惡化等問(wèn)題也日益突出，采用厭氧發(fā)酵技術(shù)回收污泥中的非糧生物質(zhì)能源一沼氣逐漸得到重視。根據(jù)反應(yīng)器中物料的固體含量(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彡15%)兩種。濕式發(fā)酵技術(shù)在市政污泥(TS為洲左右)消化產(chǎn)沼、禽畜糞便厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼和有機(jī)垃圾厭氧產(chǎn)沼等方面已經(jīng)得到應(yīng)用，各方面的技術(shù)已經(jīng)比較成熟。與濕法發(fā)酵工藝相比，干法消化工藝具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)負(fù)荷大，容積產(chǎn)能高，設(shè)備體積大大減??；(2)需水量低或不需水，節(jié)約水資源；(3)產(chǎn)生沼液少，廢渣含水量低，后續(xù)處理費(fèi)用低；(4)運(yùn)行過(guò)程穩(wěn)定，無(wú)濕法工藝中的浮渣、沉淀等問(wèn)題；( 臭氣排放少等。目前，在干法消化方面，歐洲各國(guó)已開展針對(duì)含水率較低的生活垃圾進(jìn)行厭氧發(fā)酵技術(shù)和設(shè)備的開發(fā)工作。我國(guó)在干法消化技術(shù)方面的研究工作開展較少，也缺乏系統(tǒng)性。相關(guān)干法消化方法主要針對(duì)農(nóng)用秸稈(CN101338273、CN101338325)、有機(jī)垃圾 (CN101381674A)，關(guān)于以脫水污泥進(jìn)行干法消化的方法，以及提高污泥干法消化性能的預(yù)處理方法，均未見報(bào)道。在污泥干法消化過(guò)程中，由于反應(yīng)基質(zhì)粘度大、TS濃度高，造成反應(yīng)中間產(chǎn)物與能量在介質(zhì)中傳遞、擴(kuò)散困難；另外，由于污泥中含大量難降解物質(zhì)及好氧處理過(guò)程中的微生物殘?bào)w，細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)限制進(jìn)一步生物轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致水解酸化菌不易繁殖，產(chǎn)甲烷階段可利用的底物不足，產(chǎn)氣速度慢，是污泥干法消化工藝的重要難點(diǎn)之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服城市污泥干法消化過(guò)程中由于物料中含大量難降解物質(zhì)和微生物殘?bào)w而造成的水解酸化過(guò)程慢、產(chǎn)甲烷底物不足、發(fā)酵過(guò)程緩慢等問(wèn)題，提供一種基于污泥改性預(yù)處理的高級(jí)干法厭氧消化方法。本發(fā)明提出的基于污泥改性預(yù)處理的高級(jí)干法厭氧消化方法，具體步驟如下 (1)改性預(yù)處理
將脫水污泥在一定溫度和壓力下預(yù)處理10飛0分鐘，冷卻至發(fā)酵溫度35 42°C或 5(T60°C中的某一溫度值，得到改性污泥；(2)啟動(dòng)
首次運(yùn)行時(shí)，需首先進(jìn)行啟動(dòng)，即將步驟(1)所得改性污泥與接種污泥按1 :l(Tl 1體積比充分混合，放入?yún)捬醢l(fā)酵罐中，開啟控溫裝置，使物料溫度控制在發(fā)酵溫度，靜置3 10 天；之后進(jìn)行連續(xù)進(jìn)出料，通過(guò)控制每天進(jìn)、出料量逐漸提高運(yùn)行負(fù)荷，所述進(jìn)料采用步驟 (1)所得改性污泥，進(jìn)料量為0. 5-1 m3/d，每提高一次負(fù)荷，保持在該負(fù)荷水平下運(yùn)行12 30 天，待消化參數(shù)出料VS和日產(chǎn)氣量穩(wěn)定后，再次提高負(fù)荷，直至達(dá)到計(jì)劃負(fù)荷；
(3)厭氧消化
厭氧消化工藝啟動(dòng)后，進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段；連續(xù)進(jìn)出料，控制物料停留時(shí)間為12 20 天，使消化負(fù)荷保持在設(shè)定水平。(4)沼渣處理
消化過(guò)程中的出料為沼渣，沼渣可進(jìn)行脫水后作為碳土利用或干化后進(jìn)行焚燒處置。本發(fā)明中，步驟(1)中所采用脫水污泥的含固率為15 25%，干固體中有機(jī)質(zhì)含量為45 80% ；預(yù)處理溫度為13(Tl80°C，壓力為0. 3 1. OMPa0本發(fā)明中，步驟O)中接種污泥可采用未預(yù)處理的脫水污泥、厭氧發(fā)酵后熟污泥、 其他厭氧反應(yīng)器的顆粒污泥或污泥厭氧消化后的沼渣。本發(fā)明中，步驟( 和步驟C3)中，連續(xù)進(jìn)出料運(yùn)行過(guò)程中，需按時(shí)啟動(dòng)攪拌裝置， 使物料得到必要混合。本發(fā)明中，步驟( 和步驟(3)中，需保持物料溫度為設(shè)定的消化溫度，溫度波動(dòng) (2°C。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
1.經(jīng)過(guò)高壓改性預(yù)處理后，物料粘度可降低50、0%，有利于干法消化過(guò)程充分傳質(zhì)以及微生物、酶與底物充分混合；
2.高壓改性預(yù)處理可破壞污泥中大量微生物殘?bào)w的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，使胞內(nèi)物質(zhì)溶出，并促進(jìn)污泥中難降解物質(zhì)如胞外聚合物等分解為易降解物質(zhì)，可提高物料的厭氧可降解性， 加快消化進(jìn)程(使干法消化時(shí)間縮短50、0%)，為產(chǎn)甲烷菌提供發(fā)酵底物，強(qiáng)化產(chǎn)氣(使產(chǎn)氣量提高30 50%)。3.本發(fā)明中，泄壓產(chǎn)生的閃蒸蒸汽可會(huì)用于污泥預(yù)熱，從而減少高壓預(yù)處理所需輸入的熱量，污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣可一部分用于污泥改性預(yù)處理所需熱量。
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1
取污水廠A脫水污泥裝入高溫高壓預(yù)處理罐，在160°C、0. 6MPa條件下預(yù)處理30min， 預(yù)處理后的污泥抽至儲(chǔ)泥罐內(nèi)冷卻至35°C ；將有效容積為20m3的厭氧消化罐內(nèi)裝入IOm3 改性污泥和IOm3未改性的脫水污泥，充分混合均勻后靜置，開啟控溫裝置，使物料溫度穩(wěn)定在35士 1°C，10天后，連續(xù)進(jìn)出料，進(jìn)料為改性后冷卻至35°C的污泥，進(jìn)料量為0. 6m3/d，使物料停留時(shí)間為30天；待出料有機(jī)質(zhì)含量及日產(chǎn)氣量穩(wěn)定后，提高負(fù)荷，控制進(jìn)料量為0. 8 m3/d，使物料停留時(shí)間為25d ；待出料有機(jī)質(zhì)含量及日產(chǎn)氣量穩(wěn)定后，提高負(fù)荷，控制進(jìn)料量為1.0 m3/d，使物料停留時(shí)間為20d，待出料有機(jī)質(zhì)含量及日產(chǎn)氣量穩(wěn)定后，可保持該狀態(tài)連續(xù)運(yùn)行；連續(xù)進(jìn)出料過(guò)程中，控制攪拌電機(jī)開lh，停Ih運(yùn)轉(zhuǎn)，使物料進(jìn)行必要混合；厭氧消化沼渣進(jìn)行脫水至含水率60%，作為碳土加以利用。
實(shí)施例2:
取污水廠B脫水污泥裝入高溫高壓預(yù)處理罐，在160°C、0. 6MPa條件下預(yù)處理50min， 預(yù)處理后的污泥抽至儲(chǔ)泥罐內(nèi)冷卻至50°C;將有效容積為20m3的厭氧消化罐內(nèi)裝入5m3改性污泥和15m3未改性的脫水污泥，充分混合均勻后靜置，開啟控溫裝置，使物料溫度穩(wěn)定在 50士 1°C，5天后，連續(xù)進(jìn)出料，進(jìn)料為改性后冷卻至50°C的污泥，進(jìn)料量為0. 6m3/d,使物料停留時(shí)間為30天；待出料有機(jī)質(zhì)含量及日產(chǎn)氣量穩(wěn)定后，提高負(fù)荷，控制進(jìn)料量為0. 8m3/ d，使物料停留時(shí)間為25d ；待出料有機(jī)質(zhì)含量及日產(chǎn)氣量穩(wěn)定后，提高負(fù)荷，控制進(jìn)料量為 1. 0m3/d，使物料停留時(shí)間為20d，待出料有機(jī)質(zhì)含量及日產(chǎn)氣量穩(wěn)定后，可保持該狀態(tài)連續(xù)運(yùn)行；連續(xù)進(jìn)出料過(guò)程中，控制攪拌電機(jī)開lh，停Ih運(yùn)轉(zhuǎn)，使物料進(jìn)行必要混合；厭氧消化沼渣進(jìn)行脫水至含水率60%，作為碳土加以利用。
權(quán)利要求
1.一種基于污泥改性預(yù)處理的高級(jí)干法厭氧消化方法，其特征在于具體步驟如下(1)改性預(yù)處理將脫水污泥在一定溫度和壓力下預(yù)處理1(Γ60分鐘，冷卻至發(fā)酵溫度35 42°C或 5(T60°C中的某一溫度值，得到改性污泥；(2)啟動(dòng)首次運(yùn)行時(shí)，需首先進(jìn)行啟動(dòng)，即將步驟(1)所得改性污泥與接種污泥按1 :l(Tl 1體積比充分混合，放入?yún)捬醢l(fā)酵罐中，開啟控溫裝置，使物料溫度控制在發(fā)酵溫度，靜置3 10 天；之后進(jìn)行連續(xù)進(jìn)出料，通過(guò)控制每天進(jìn)、出料量逐漸提高運(yùn)行負(fù)荷，所述進(jìn)料采用步驟 (1)所得改性污泥，進(jìn)料量為0. 5-1 m3/d，每提高一次負(fù)荷，保持在該負(fù)荷水平下運(yùn)行12 30 天，待消化參數(shù)出料VS和日產(chǎn)氣量穩(wěn)定后，再次提高負(fù)荷，直至達(dá)到計(jì)劃負(fù)荷；(3)厭氧消化厭氧消化工藝啟動(dòng)后，進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段；連續(xù)進(jìn)出料，控制物料停留時(shí)間為12 20 天，使消化負(fù)荷保持在設(shè)定水平；(4)沼渣處理消化過(guò)程中的出料為沼渣，沼渣可進(jìn)行脫水后作為碳土利用或干化后進(jìn)行焚燒處置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于污泥改性預(yù)處理的高級(jí)干法厭氧消化方法，其特征在于步驟(1)中脫水污泥的含固率為15 25%，干固體中有機(jī)質(zhì)含量為45 80%;預(yù)處理溫度為 130 180°C，壓力為 0. 3 1. OMPa0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于污泥改性預(yù)處理的高級(jí)干法厭氧消化方法，其特征在于步驟O)中接種污泥可采用未預(yù)處理的脫水污泥、厭氧發(fā)酵后熟污泥、其他厭氧反應(yīng)器的顆粒污泥或污泥厭氧消化后的沼渣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于污泥改性預(yù)處理的高級(jí)干法厭氧消化方法，其特征在于步驟( 和步驟(3)中，連續(xù)進(jìn)出料運(yùn)行過(guò)程中，需按時(shí)啟動(dòng)攪拌裝置，使物料得到必要混合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于污泥改性預(yù)處理的高級(jí)干法厭氧消化方法，其特征在于步驟(2)和步驟(3)中，需保持物料溫度為設(shè)定的消化溫度，溫度波動(dòng)≤2°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于污泥改性預(yù)處理的高級(jí)干法厭氧消化方法，步驟為將脫水污泥在一定溫度和壓力下預(yù)處理10~60分鐘，冷卻至發(fā)酵溫度35~42℃或50~60℃中的某一溫度值，得到改性污泥；所得改性污泥與接種污泥按110~11體積比充分混合，放入?yún)捬醢l(fā)酵罐中，開啟控溫裝置，使物料溫度控制在發(fā)酵溫度，靜置3~10天；之后進(jìn)行連續(xù)進(jìn)出料，通過(guò)控制每天進(jìn)、出料量逐漸提高運(yùn)行負(fù)荷，進(jìn)料采用改性污泥，進(jìn)料量為0.5－1m3/d，每提高一次負(fù)荷，保持在該負(fù)荷水平下運(yùn)行12~30天，待消化參數(shù)出料VS和日產(chǎn)氣量穩(wěn)定后，再次提高負(fù)荷，直至達(dá)到計(jì)劃負(fù)荷；厭氧消化工藝啟動(dòng)后，進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段；連續(xù)進(jìn)出料，控制物料停留時(shí)間為12~20天，使消化負(fù)荷保持在設(shè)定水平；沼渣處理。本發(fā)明可降低污泥粘度、提高干法消化速率和產(chǎn)氣量，相比濕式發(fā)酵，可節(jié)省設(shè)備投資和土地占用。
文檔編號(hào)C02F11/00GK102180576SQ201110064020
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者周玲玲, 戴曉虎, 段妮娜, 董濱 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)