專利名稱：一種低強(qiáng)度超聲波破解污泥與農(nóng)作物秸稈混合發(fā)酵方法及其在改善中溫厭氧消化中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于污泥處理處置與生物質(zhì)能源利用領(lǐng)域，更具體地說涉及一種污泥處理與處置方法與農(nóng)作物秸桿能源利用技術(shù)，特別涉及一種低強(qiáng)度超聲波破解后污泥與農(nóng)作物秸桿混合發(fā)酵改善中溫厭氧消化效果的方法。
背景技術(shù)：
活性污泥法處理污水作為一種生物處理過程，廣泛應(yīng)用于城市污水廠和工業(yè)污水廠。近年來，城市污水廠數(shù)量不斷增加，活性污泥法處理污水過程中產(chǎn)生的剩余污泥產(chǎn)量隨之迅速的增長(zhǎng)，僅2010年一年就產(chǎn)生了超過6百萬噸的干污泥。污泥得不到有效地處理與處置會(huì)導(dǎo)致一系列的環(huán)境問題，我國(guó)污泥處置還處于嚴(yán)重滯后的狀態(tài)。另外，我國(guó)每年農(nóng)作物秸桿產(chǎn)量巨大，農(nóng)作物秸桿可以作為一種資源加以利用，但是在我國(guó)的廣大農(nóng)村地區(qū)，農(nóng)作物秸桿大部分都被直接焚燒或者廢棄堆置。這不僅造成了秸桿資源的浪費(fèi)，因而合理高效利用農(nóng)作物秸桿資源已經(jīng)成為整個(gè)社會(huì)關(guān)注的問題。厭氧消化技術(shù)是目前我國(guó)大部分污水處理廠處理污泥所最常用的一種工藝，污泥經(jīng)厭氧消化，產(chǎn)生生物能(沼氣)，這樣不僅會(huì)產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益(沼氣可用于發(fā)電，轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)燃?xì)?，而且可提高污泥的生物穩(wěn)定性，削減污泥對(duì)環(huán)境的污染負(fù)荷，對(duì)污泥后處置和資源化利用相對(duì)有利。總之，從污泥生物能利用和保護(hù)環(huán)境的角度分析，厭氧消化既是一種可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)，也是一種較為經(jīng)濟(jì)合理的污泥處理途徑。但是反應(yīng)基質(zhì)中的C/ N比對(duì)消化過程有較大影響。一般認(rèn)為消化原料的C/N值為20 : I 30 : I較為合適。 但污泥的C/N值較低，一般都在5 I以下，反應(yīng)體系含氮量過高，導(dǎo)致厭氧消化產(chǎn)氣量低。 將污泥與農(nóng)作物秸桿(C/N值為50 I)混合進(jìn)行厭氧發(fā)酵，可調(diào)節(jié)厭氧消化原料C/N。但是，污泥中細(xì)胞壁保護(hù)細(xì)胞免受滲透裂解，造成了污泥混合厭氧消化需要較長(zhǎng)的水力停留時(shí)間，一般為20-30d天(d，一天為24h)，這造成了污泥消化構(gòu)筑物體積巨大，增加了建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種低強(qiáng)度超聲波破解污泥與農(nóng)作物秸桿混合發(fā)酵方法及其在改善中溫厭氧消化中的應(yīng)用，改善污泥的中溫厭氧消化性能， 提高污泥的產(chǎn)氣量和穩(wěn)定性，縮短厭氧消化時(shí)間。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種低強(qiáng)度超聲波破解污泥與農(nóng)作物秸桿混合發(fā)酵方法，將污泥和秸桿進(jìn)行混合發(fā)酵，其中所述污泥經(jīng)過低強(qiáng)度超聲波預(yù)處理；所述秸桿經(jīng)過預(yù)處理池中自來水的浸泡處理。所述污泥選用污水處理廠生物處理系統(tǒng)中排出的剩余污泥，由探頭式超聲處理器進(jìn)行破解，經(jīng)超聲破解后，污泥絮體被打碎，液相中總化學(xué)需氧量(TCOD)進(jìn)一步增加 1000_3000mg/L。低強(qiáng)度超聲破解剩余污泥最佳條件為污泥含固率(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))2-3%，破解時(shí)間為Ι-lOmin，優(yōu)選3-8min ;破解所用超聲處理器形式為多探頭式(例如4_8個(gè)探頭)，超聲頻率為20-40kHz，探頭直徑為20-30mm，超聲聲能密度為O. 2-0. 8kW/m3，優(yōu)選O. 5-0. 8kff/m3。所述秸桿可以選用農(nóng)作物秸桿(例如農(nóng)作物玉米秸桿、小麥秸桿、高粱秸桿、玉米秸桿、水稻秸桿)，利用機(jī)械粉碎機(jī)將其粉碎，粉碎后過篩子，篩分后的秸桿存放在通風(fēng)干燥處保存?zhèn)溆茫諚U粉末尺寸優(yōu)選20 50目。預(yù)處理時(shí)，稱取篩分后秸桿粉末，按照固液質(zhì)量比為I : 10 I : 20，將農(nóng)作物秸桿浸泡于自來水中，在秸桿預(yù)處理池中處理12 48h， 優(yōu)選20-40h。預(yù)處理后農(nóng)作物秸桿液相中總化學(xué)需氧量(TCOD)增加2000-5000mg/L，且液相中纖維素等物質(zhì)顯著增加。預(yù)處理后農(nóng)作物秸桿與污泥混合，混合質(zhì)量比為I : 1-1 2. 5，優(yōu)選為I :1.4 I 2. 5，進(jìn)入中溫厭氧消化池進(jìn)行消化，水力停留時(shí)間為200-300小時(shí)，優(yōu)選216-288小時(shí)，更加優(yōu)選240-260小時(shí)。上述方法在改善中溫厭氧消化中的應(yīng)用，將污泥與秸桿的混合物進(jìn)入中溫厭氧消化池進(jìn)行消化，進(jìn)入產(chǎn)甲烷階段，此階段水力停留時(shí)間為200-300小時(shí)，優(yōu)選216-288小時(shí)。 較單純污泥厭氧消化和產(chǎn)氣中的CH4均有較大幅度的增加。與傳統(tǒng)單純污泥中溫厭氧消化相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于中溫厭氧消化原料C/N 合適，利用低強(qiáng)度超聲波處理污泥，有效降低超聲預(yù)處理能耗和提高污泥的水解產(chǎn)酸速率， 提高污泥液相中有機(jī)物含量，改善中溫厭氧消化性能，提高產(chǎn)氣量和穩(wěn)定性，最終提高消化產(chǎn)氣效率，使得產(chǎn)氣量增加，產(chǎn)氣中甲烷氣體含量增加，并有效的縮短厭氧消化時(shí)間。本發(fā)明可以應(yīng)用于污水處理廠中溫厭氧消化工藝升級(jí)改造、新建中溫厭氧消化工藝等，經(jīng)推廣后可以提高污泥處理處置水平，減少污泥產(chǎn)量，充分利用秸桿資源，改善環(huán)境質(zhì)量，產(chǎn)生顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。


圖I本發(fā)明技術(shù)方案的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例來說明本發(fā)明的技術(shù)方案。實(shí)施例I稱取玉米秸桿粉末，過50目篩，將玉米秸桿粉末與自來水按照固液比為 I 10(質(zhì)量比)充分混合，保證秸桿浸泡于自來水中。在秸桿預(yù)處理池中處理12h。預(yù)處理后液相中TCOD提高2000mg/L污泥經(jīng)污泥泵輸送至多探頭式超聲波處理器出個(gè))進(jìn)行破解，超聲反應(yīng)器頻率為 20kHz，探頭直徑為20mm，聲能密度為O. 2kW/m3，污泥含固率為2. 3%，破解時(shí)間為3min。破解后污泥液相中TCOD提聞1000mg/L。預(yù)處理后濕玉米秸桿與污泥進(jìn)入混合池充分混合(混合質(zhì)量比為I : I. 4)，將混合物進(jìn)入中溫厭氧消化池反應(yīng)，水力停留時(shí)間200h。濕玉米秸桿與污泥混合厭氧消化累計(jì)產(chǎn)氣量較單純污泥厭氧消化提高了 6倍以上。產(chǎn)氣中CH4比例最高達(dá)到了 54. 6%，較單純污泥厭氧消化提高25%。實(shí)施例2稱取小麥秸桿粉末，過20目篩，將小麥秸桿粉末與自來水按照固液比為 I 12(質(zhì)量比)充分混合，保證秸桿浸泡于自來水中。在秸桿預(yù)處理池中處理20h。預(yù)處理后液相中TCOD提高2511mg/L污泥經(jīng)污泥泵輸送至多探頭式超聲波處理器出個(gè))進(jìn)行破解，超聲反應(yīng)器頻率為 28kHz，探頭直徑為25mm，聲能密度為O. 5kW/m3，污泥含固率為2. 1%，破解時(shí)間為8min。破解后污泥液相中TCOD提高1742mg/L。預(yù)處理后濕小麥秸桿與污泥進(jìn)入混合池充分混合(混合質(zhì)量比為I : I. 6)，將混合物進(jìn)入中溫厭氧消化池反應(yīng)，水力停留時(shí)間216h。濕小麥秸桿與污泥混合厭氧消化累計(jì)產(chǎn)氣量較單純污泥厭氧消化提高了 5倍以上。產(chǎn)氣中CH4比例最高達(dá)到了 50. 6%，較單純污泥厭氧消化提高20%。實(shí)施例3稱取高粱秸桿粉末，過20目篩，將高粱秸桿粉末與自來水按照固液比為 I 15(質(zhì)量比)充分混合，保證秸桿浸泡于自來水中。在秸桿預(yù)處理池中處理40h。預(yù)處理后液相中TCOD提高3217mg/L污泥經(jīng)污泥泵輸送至多探頭式超聲波處理器出個(gè))進(jìn)行破解，超聲反應(yīng)器頻率為 28kHz，探頭直徑為25mm，聲能密度為O. 8kW/m3，污泥含固率為2. 4%，破解時(shí)間為lOmin。破解后污泥液相中TCOD提高2327mg/L。預(yù)處理后濕高粱秸桿與污泥進(jìn)入混合池充分混合(混合質(zhì)量比為I : I. 8)，將混合物進(jìn)入中溫厭氧消化池反應(yīng)，水力停留時(shí)間288h。濕高粱秸桿與污泥混合厭氧消化累計(jì)產(chǎn)氣量較單純污泥厭氧消化提高了 7倍以上。產(chǎn)氣中CH4比例最高達(dá)到了 63. 6%，較單純污泥厭氧消化提高32%。實(shí)施例4稱取水稻秸桿粉末，過30目篩，將水稻秸桿粉末與自來水按照固液比為 I 20(質(zhì)量比)充分混合，保證秸桿浸泡于自來水中。在秸桿預(yù)處理池中處理48h。預(yù)處理后液相中TCOD提高3079mg/L污泥經(jīng)污泥泵輸送至多探頭式超聲波處理器進(jìn)行破解，超聲反應(yīng)器頻率為40kHz， 探頭直徑為20mm，聲能密度為O. 76kW/m3，污泥含固率為2. 3%，破解時(shí)間為Imin。破解后污泥液相中TCOD提高2673mg/L。預(yù)處理后濕水稻秸桿與污泥進(jìn)入混合池充分混合(混合質(zhì)量比為I : 1)，將混合物進(jìn)入中溫厭氧消化池反應(yīng)，水力停留時(shí)間240h。濕水稻秸桿與污泥混合厭氧消化累計(jì)產(chǎn)氣量較單純污泥厭氧消化提高了 5倍以上。產(chǎn)氣中CH4比例最高達(dá)到了 55%，較單純污泥厭氧消化提高24%。實(shí)施例5稱取玉米秸桿粉末，過40目篩，將玉米秸桿粉末與自來水按照固液比為 I 18(質(zhì)量比)充分混合，保證秸桿浸泡于自來水中。在秸桿預(yù)處理池中處理48h。預(yù)處理后液相中TCOD提高4272mg/L污泥經(jīng)污泥泵輸送至多探頭式超聲波處理器進(jìn)行破解，超聲反應(yīng)器頻率為28kHz， 探頭直徑為30mm，聲能密度為O. 80kW/m3，污泥含固率為2. 2%，破解時(shí)間為lOmin。破解后污泥液相中TCOD提高2523mg/L。預(yù)處理后濕玉米秸桿與污泥進(jìn)入混合池充分混合(混合質(zhì)量比為I : 2. 5)，將混合物進(jìn)入中溫厭氧消化池反應(yīng)，水力停留時(shí)間260h。濕玉米秸桿與污泥混合厭氧消化累計(jì)產(chǎn)氣量較單純污泥厭氧消化提高了 8倍以上。產(chǎn)氣中CH4比例最高達(dá)到了 68. 5%，較單純污泥厭氧消化提高35%。實(shí)施例6稱取一定量篩分后的高粱秸桿粉末，過20目篩，將高粱秸桿粉末與自來水按照固液比為I : 15(質(zhì)量比)充分混合，保證秸桿浸泡于自來水中。在秸桿預(yù)處理池中處理40h。 預(yù)處理后液相中TCOD提高5000mg/L污泥經(jīng)污泥泵輸送至多探頭式超聲波處理器出個(gè))進(jìn)行破解，超聲反應(yīng)器頻率為 28kHz，探頭直徑為25mm，聲能密度為O. 5kW/m3，污泥含固率為2. 4%，破解時(shí)間為IOmin。破解后污泥液相中TCOD提聞3000mg/L。預(yù)處理后濕高粱秸桿與污泥進(jìn)入混合池充分混合(混合質(zhì)量比為I : 2)，將混合物進(jìn)入中溫厭氧消化池反應(yīng)，水力停留時(shí)間300h。濕高粱秸桿與污泥混合厭氧消化累計(jì)產(chǎn)氣量較單純污泥厭氧消化提高了 7倍以上。產(chǎn)氣中CH4比例最高達(dá)到了 63. 6%，較單純污泥厭氧消化提高32%。以上對(duì)本發(fā)明做了示例性的描述，應(yīng)該說明的是，在不脫離本發(fā)明的核心的情況下，任何簡(jiǎn)單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費(fèi)創(chuàng)造性勞動(dòng)的等同替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種低強(qiáng)度超聲波破解污泥與農(nóng)作物秸桿混合發(fā)酵方法，將污泥和秸桿進(jìn)行混合發(fā)酵，其特征在于，其中所述污泥經(jīng)過低強(qiáng)度超聲波預(yù)處理；所述秸桿經(jīng)過預(yù)處理池中自來水的浸泡處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種低強(qiáng)度超聲波破解污泥與農(nóng)作物秸桿混合發(fā)酵方法， 其特征在于，所述污泥選用污水處理廠生物處理系統(tǒng)中排出的剩余污泥，由探頭式超聲處理器進(jìn)行破解，經(jīng)超聲破解后，污泥絮體被打碎，液相中總化學(xué)需氧量(TCOD)進(jìn)一步增加 1000_3000mg/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種低強(qiáng)度超聲波破解污泥與農(nóng)作物秸桿混合發(fā)酵方法，其特征在于，低強(qiáng)度超聲破解剩余污泥的條件為污泥含固率(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))2-3%，破解時(shí)間為Ι-lOmin，優(yōu)選3-8min ;破解所用超聲處理器形式為多探頭式(例如4_8個(gè)探頭)，超聲頻率為20-40kHz，探頭直徑為20-30mm，超聲聲能密度為O. 2-0. 8kff/m3,優(yōu)選O. 5-0. 8kW/m3。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種低強(qiáng)度超聲波破解污泥與農(nóng)作物秸桿混合發(fā)酵方法，其特征在于，所述秸桿可以選用農(nóng)作物秸桿，利用機(jī)械粉碎機(jī)將其粉碎，粉碎后過篩子，篩分后的秸桿存放在通風(fēng)干燥處保存?zhèn)溆?，秸桿粉末尺寸優(yōu)選20 50目。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種低強(qiáng)度超聲波破解污泥與農(nóng)作物秸桿混合發(fā)酵方法，其特征在于，預(yù)處理時(shí)，稱取篩分后秸桿粉末，按照固液質(zhì)量比為I : 10 I : 20，將農(nóng)作物秸桿浸泡于自來水中，在秸桿預(yù)處理池中處理12 48h，優(yōu)選20-40h，預(yù)處理后農(nóng)作物秸桿液相中總化學(xué)需氧量(TCOD)增加2000-5000mg/L，且液相中纖維素等物質(zhì)顯著增加。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種低強(qiáng)度超聲波破解污泥與農(nóng)作物秸桿混合發(fā)酵方法，其特征在于，預(yù)處理后農(nóng)作物秸桿與污泥混合，混合質(zhì)量比為I : 1-1 2.5，優(yōu)選為 I : 1.4 I : 2. 5，進(jìn)入中溫厭氧消化池進(jìn)行消化，水力停留時(shí)間為200-300小時(shí)，優(yōu)選 216-288小時(shí)，更加優(yōu)選240-260小時(shí)。
7.如權(quán)利要求I所述的混合發(fā)酵方法在改善中溫厭氧消化中的應(yīng)用，其特征在于，將污泥與秸桿的混合物進(jìn)入中溫厭氧消化池進(jìn)行消化，進(jìn)入產(chǎn)甲烷階段，此階段水力停留時(shí)間為200-300小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的混合發(fā)酵方法在改善中溫厭氧消化中的應(yīng)用，其特征在于， 產(chǎn)甲烷階段的水力停留時(shí)間為216-288小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低強(qiáng)度超聲波破解污泥與農(nóng)作物秸稈混合發(fā)酵方法及其在改善中溫厭氧消化中的應(yīng)用，將污泥和秸稈進(jìn)行混合發(fā)酵，其中污泥經(jīng)過低強(qiáng)度超聲波預(yù)處理；秸稈經(jīng)過預(yù)處理池中自來水的浸泡處理。本發(fā)明的技術(shù)方案提供改善污泥的中溫厭氧消化性能，提高污泥的產(chǎn)氣量和穩(wěn)定性，縮短厭氧消化時(shí)間。
文檔編號(hào)C02F11/04GK102583928SQ20121001754
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者季民, 王拓, 王芬 申請(qǐng)人:天津大學(xué)