CN101012096A - 一种超声波强化污泥厌氧消化产气方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超声波强化污泥厌氧消化产气方法，属于固体废物处理技术领域。所述方法是将城市生活污水处理厂污泥浓缩池的污泥通过集成化超声波预处理***，超声波在水中的空化效应产生极端的物理条件，污泥的细胞壁结构被破坏，细胞内易降解的有机质溶解于水中，水中的溶解性有机物质含量增加；经过一定的处理时间后，污泥由污泥泵输入厌氧消化罐，在无氧的条件下发生消化；消化产生的沼气经过沼气净化装置可获得甲烷气体；消化残余的污泥通过污泥脱水***后获得干化污泥进行最终处置。污泥中丝状菌被破解，控制了污泥的膨胀与泡沫问题。本发明对于不同规模的污水处理厂，只需要在污水处理厂现有的设施上做相应的改造即可取得良好的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种改善固体废物性质、利用固体废物进行能源回收利用的方法，属于固体废物处理技术领域。
背景技术
城市生活污水厂污泥是由有机残片、细菌菌体、胶体、各种微生物和有机、无机颗粒组成的，含水分90％～99％，而固含物占1％～10％，其中有机物质的含量为50％～60％。污泥中含有大量容易腐烂的物质，以及氮、磷等营养元素和少量镉、铜、汞等重金属物质，必须进行妥当处理处置，否则会给环境带来严重的污染。随着城市生活污水处理率的提高，其污泥的产量也日益增大，目前我国城市污水处理厂的污泥排放量约20万吨干污泥，且每年还以20％的速度在增长。因此污泥的最终处理处置方法成为环境保护领域的关键问题之一。
污泥中丰富的有机成分使得利用污泥的厌氧消化成为污泥处理处置的重要途径之一。厌氧消化是指在无氧的条件下，由兼性菌和专性厌氧菌降解有机物，分解的最终产物为二氧化碳和甲烷的过程。经过厌氧消化产气的污泥，一方面能产生沼气，实现资源的利用，另一方面改善了污泥的脱水性能，减小了污泥的体积，促进了污泥最终的稳定。以污泥作为厌氧消化原料的技术已经相对成熟，在世界各地也有规模化的应用，但是由于污泥细胞壁的结构对胞内易降解物质的水解有抑制作用，使得污泥的厌氧消化耗时较长，产气率有待提高。此外，由于丝状菌的生长，厌氧消化过程中的污泥泡沫问题也影响了污泥的产气。因此，通过一定预处理方法，破坏污泥的细胞壁，使得污泥细胞中的有机物质释放，将明显提高污泥的产气量，降低污泥厌氧消化时间，并强化污泥泡沫的控制，从而推动污泥厌氧消化技术的广泛应用，取得污泥处理处置与资源利用的双赢局面。
发明内容
本发明是针对污泥处置现状存在的问题而提出的一种利用超声波强化污泥厌氧消化产气的技术。
本发明提出的一种超声波强化污泥厌氧消化产气方法，其特征在于：所述方法是将城市生活污水处理厂污泥浓缩池(1)的污泥通过集成化超声波预处理***，超声波发生器(2)产生一定频率和功率的超声波，超声波在水中的空化效应产生极端的物理条件，污泥的细胞壁结构被破坏，细胞内易降解的有机质溶解于水中，水中的溶解性有机物质含量增加；经过一定的处理时间后，污泥由污泥泵输入厌氧消化罐(3)，在无氧的条件下发生消化；消化产生的沼气经过沼气净化装置(4)可获得甲烷气体(6)；消化残余的污泥通过污泥脱水***(5)后获得干化污泥(7)进行最终处置。
在上述的消化产气方法中，所述超声频率为19、25、40、80kHz。
在上述的消化产气方法中，所述超声声能密度控制在0.1-2.0W/ml。
在上述的消化产气方法中，所述反应温度为室温15-20℃，时间为10s-20min内。
在上述的消化产气方法中，所述超声波预处理污泥占消化污泥总量的50％-100％。
本发明的有益效果是：超声波对于污泥厌氧消化产气的强化效果良好，且能耗低，应用方便。
1、污泥厌氧产气总量显著增加，促进了污泥资源化利用。
2、污泥产气速率得到提高，从而缩短了污泥的停留时间，减小了污泥厌氧消化罐的体积。
3、污泥中丝状菌被破解，控制了污泥的膨胀与泡沫问题。
4、本发明对于不同规模的污水处理厂适应性很强，只需要在污水处理厂现有的设施上做相应的改造即可取得良好的效果。
根据试验的结果，我们可以看到超声波强化污泥厌氧消化产气效果良好，消化罐中的泡沫问题也得到了很好的控制。本发明的前述和其它目的、特点和积极效果结合附图对优选实施例的详细说明会变得更加明显。
附图说明
图1为本发明超声波强化污泥厌氧产气***流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案做进一步说明：
请见图1。
附图1图示说明
| 号码 | 内容 | 号码 | 内容 |
| 1 | 污泥浓缩池 | 2 | 集成化超声波调制设备 |
| 3 | 厌氧消化池 | 4 | 沼气净化*** |
| 5 | 污泥脱水*** | 6 | 甲烷 |
| 7 | 干化污泥 |
本发明为解决上述问题而采用的具体技术步骤为：
将城市生活污水处理厂污泥浓缩池(1)的污泥通过集成化超声波预处理***，超声波发生器(2)产生一定频率和功率的超声波，超声波在水中的空化效应产生极端的物理条件，污泥的细胞壁结构被破坏，细胞内易降解的有机质溶解于水中，水中的溶解性有机物质含量增加。经过一定的处理时间后，污泥由污泥泵输入厌氧消化罐(3)，在无氧的条件下发生消化。消化产生的沼气经过沼气净化装置(4)可获得甲烷气体(6)，用以发电或者其他化工行业，消化残余的污泥通过污泥脱水***(5)后获得干化污泥(7)进行最终处置，如生产燃料棒等。
在本发明中，需要有几个关键的参数选定，分别为：温度、时间、超声波频率、超声波功率以及超声波预处理污泥的比例。超声波功率、处理时间以及超声波预处理污泥的比例控制是本技术的关键之处，过弱的超声波对于污泥细胞壁的破解不起作用，而过强的超声波耗能过大，难以实现处理技术的经济化。本发明现选定的超声频率为19、25、40、80kHz，超声声能密度控制在0.1-2.0W/ml，反应温度为室温15-20℃，时间为10s-20min内，超声波预处理污泥占消化污泥总量的50％-100％。本发明使污泥厌氧产气的能力提高30％-60％，使得污泥的资源化利用效果显著增加。由于各地污水成分不同和污水厂采取的工艺有差别，这几个参数也会相应的随之变化，因此在不违背本发明的实质和所附权利要求范围的前提下，在具体实施过程中，可以对本发明中关键参数的选择做出一些适当的改变。
实施例1
深圳市某城市污水处理厂，采用活性污泥法处理，其浓缩污泥的性质如下：
| 含水率(％) | pH值 | 悬浮固体(mg/L) | 挥发性悬浮同体(mg/L) | 溶解性有机物(mg/L) |
| 97.76 | 6.79 | 4698 | 3976 | 1673 |
进入厌氧消化罐的全部污泥在应用了80kHz，0.075W/ml的超声波处理后，污泥最终产气量如下表：
| 时间/s | 0 | 10 | 15 | 20 | 30 | 60 |
| 单位产气量/m3·m-3 | 1.50 | 2.18 | 2.03 | 2.30 | 2.33 | 1.78 |
| 增加比率/％ | 0 | 45.33 | 35.33 | 53.33 | 55.33 | 18.67 |
通过该污水处理厂的规模化应用，超声波对污泥厌氧消化产气量有明显的促进作用，而且对污泥的泡沫效应也有很好的控制，有规模化应用的前景。
实施例2
哈尔滨市某城市污水处理厂，采用活性污泥法处理，其浓缩污泥的性质如下：
| 含水率(％) | pH值 | 悬浮固体(mg/L) | 挥发性悬浮固体(mg/L) | 溶解性有机物(mg/L) |
| 96.97 | 6.72 | 5206 | 4117 | 1840 |
进入厌氧消化罐的污泥其中80％在应用了40kHz，1.000W/ml的超声波处理后，与剩余的污泥混合进行厌氧消化，最终产气量如下表：
| 时间/s | 0 | 10 | 30 | 60 | 90 | 240 |
| 单位产气量/m3·m-3 | 1.77 | 2.49 | 2.57 | 2.69 | 2.63 | 2.15 |
| 增加比率/％ | 0 | 40.68 | 45.20 | 51.98 | 48.59 | 21.47 |
实施例3
北京市某城市污水处理厂，采用活性污泥法处理，其浓缩污泥的性质如下：
| 含水率(％) | pH值 | 悬浮固体(mg/L) | 挥发性悬浮固体(mg/L) | 溶解性有机物(mg/L) |
| 97.03 | 6.69 | 5074 | 4001 | 1769 |
进入厌氧消化罐的污泥其中50％在应用了25kHz，1.500W/ml的超声波处理后，与剩余的污泥混合进行厌氧消化，最终产气量如下表：
| 时间/s | 0 | 1 0 | 60 | 240 | 600 | l200 |
| 单位产气量/m3·m-3 | 1.46 | 2.12 | 2.35 | 2.07 | 2.18 | 1.91 |
| 增加比率/％ | 0 | 45.21 | 60.96 | 41.78 | 49.32 | 30.82 |
Claims (5)
1、一种超声波强化污泥厌氧消化产气方法，其特征在于：所述方法是将城市生活污水处理厂污泥浓缩池(1)的污泥通过集成化超声波预处理***，超声波发生器(2)产生一定频率和功率的超声波，超声波在水中的空化效应产生极端的物理条件，污泥的细胞壁结构被破坏，细胞内易降解的有机质溶解于水中，水中的溶解性有机物质含量增加；经过一定的处理时间后，污泥由污泥泵输入厌氧消化罐(3)，在无氧的条件下发生消化；消化产生的沼气经过沼气净化装置(4)可获得甲烷气体(6)；消化残余的污泥通过污泥脱水***(5)后获得干化污泥(7)进行最终处置。
2、根据权利要求1所述的消化产气方法，其特征在于：所述超声频率为19、25、40、80kHz。
3、根据权利要求1所述的消化产气方法，其特征在于：所述超声声能密度控制在0.1-2.0W/ml。
4、根据权利要求1所述的消化产气方法，其特征在于：所述反应温度为室温15-20℃，时间为10s-20min内。
5、根据权利要求1所述的消化产气方法，其特征在于：所述超声波预处理污泥占消化污泥总量的50％-100％。
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