CN102603142A - 预处理循环回流污泥强化厌氧发酵产生沼气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于固体废弃物资源化技术领域，公开了一种预处理循环回流污泥强化厌氧发酵产生沼气的方法，该方法包括以下步骤：将浓缩污泥和脱水污泥配成混合污泥，取上述混合污泥作为进料进行厌氧消化，并出料相同体积的污泥，同时回流污泥经预处理后，再循环进行厌氧消化，收集沼气。本发明方法提高了污泥厌氧消化产气总量，缩短了污泥停留时间，减小了污泥厌氧发酵罐体积。

Description

预处理循环回流污泥强化厌氧发酵产生沼气的方法
技术领域
本发明属于固体废弃物资源化技术领域，涉及一种预处理循环回流污泥强化厌氧发酵产生沼气的方法。
背景技术
我国兴建了大量污水处理厂，截至2009年，全国已建有城镇污水处理厂1792座，处理能力达9904万m3/d，平均运行负荷率为81.27％。在这些污水处理厂的建设和运行对城市污染负荷的削减起到了重要作用的同时，污水处理过程中副产物城市污泥量也日益增加。目前，全国年产湿污泥已近3000万吨(含水率80％)，污泥处理处置的中心已从简单的填埋转向以资源化为主的土地利用。而在污泥进行土地利用前需要对污泥进行稳定化处理，回收污泥中含有的大量的生物质能，厌氧消化是污泥稳定化的重要措施之一，不仅过程所需能量较低，还可回收污泥中生物质能，是一种非常有应用前景的污泥资源化技术。
传统的厌氧消化工艺由于具有反应缓慢，污泥停留时间长(30～40天)，池体容积庞大，甲烷产量低和污泥降解程度差等缺点，限制了厌氧消化技术优势的发挥。近年来，国内外学者对提高污泥厌氧消化回收生物质能的研究多从如何强化预处理方法等角度加以考虑，而对厌氧发酵工艺的改进并未得到关注。
发明内容
针对我国污泥厌氧发酵产气量少、产气不稳定，难于应用厌氧稳定工艺对其进行处理的缺陷，本发明的目的是提供一种预处理循环回流污泥强化厌氧发酵产气的方法，该方法提高污泥厌氧消化产气总量，缩短了污泥停留时间。
本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种预处理循环回流污泥强化厌氧发酵产生沼气的方法，该方法包括以下步骤：
将浓缩污泥和脱水污泥配成混合污泥，取上述混合污泥作为进料进行厌氧消化，并出料相同体积的污泥，同时回流污泥经预处理后，再循环进行厌氧消化，收集沼气。
所述的混合污泥含水率为88～98％。
所述的回流污泥的回流比为5～10％。
所述的进料或出料是指每日进料量＝每日出料量＝消化污泥总量/污泥停留时间。
所述的厌氧消化过程中污泥停留时间为20～30d。
所述的预处理为碱解预处理、加热预处理或微波预处理。
所述的碱解预处理是指通过投加碱性试剂，使污泥处于碱性条件下并搅拌1～6h以达到碱性破解的目的，并在再次厌氧消化前投加盐酸调节pH至7.5±0.5。
所述的碱性试剂为氢氧化钠(NaOH)、生石灰(CaO)或氢氧化钙(Ca(OH)2)，每克挥发性有机固体VS投加碱性试剂为0.05～0.15g，即0.05～0.15g/g VS。
所述的加热预处理温度为90～170℃，时间为10～60min。
所述的微波预处理工艺操作条件为：微波频率为2450MHz，微波辐射功率为100～1000w，辐射时间为1～20min。
所述的厌氧消化控制温度为35±2℃或55±2℃，调节pH为7.5±0.5，搅拌速度为30～250rpm。
本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
1、本发明方法提高污泥厌氧发酵生物质能回收率，稳定产气量，应用方便，进一步促进污泥资源化。
2、本发明方法增加碱解处理循环回流污泥***，既增强了发酵***的混合效果，又强化了固体有机物的溶解，使反应器高效稳定运行。
3、本发明方法提高了污泥厌氧消化产气总量，缩短了污泥停留时间，减小了污泥厌氧发酵罐体积。
4、本发明方法可以实现熟料强化处理后回流利用，为发酵微生物提供丰富的有机底物，提高污泥厌氧发酵沼气生产量，缩短厌氧发酵周期。
附图说明
图1表示本发明的碱解预处理循环回流污泥强化厌氧发酵产生沼气的方法的流程图。
图2表示本发明的加热预处理循环回流污泥强化厌氧发酵产生沼气的方法的流程图。
图3表示本发明的微波预处理循环回流污泥强化厌氧发酵产生沼气的方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
图1表示本发明的碱解处理循环回流污泥强化厌氧发酵产生沼气的方法的流程图。
取某地污水处理厂浓缩污泥和脱水污泥在污泥调配池中配成含水率为92％，VS/TS为0.45的混合污泥。每日正常进出料如下：取1L上述混合污泥投入20L有效体积的发酵罐中(对应的污泥停留时间为20d)，并同时出料1L至集泥池中。另在发酵罐下端设置循环出料口，每日通过重力回流1L(回流比为5％)熟泥至碱解调节装置中，在120rpm的搅拌条件下投加NaOH，NaOH投加量为0.05g/gVS。反应2h后投加盐酸调节pH至7.5，再通过污泥循环泵经循环进料口泵入发酵罐中。每日通过沼气池收集气体，并控制温度35±2℃，自动调节pH 7.5±0.5，转速控制为100rpm。连续运行2～3个周期(即40～60d)后，可连续稳定产气。实验结果为，日均产气量为12～13L，甲烷含量为65.2％，有机物降解率为35％。比较例1
取某地污水处理厂浓缩污泥和脱水污泥在污泥调配池中配成含水率为92％，VS/TS为0.45的混合污泥。每日正常进出料如下：取1L上述混合污泥投入20L有效体积的发酵罐中(对应的污泥停留时间为20d)，并同时出料1L至集泥池中。每日通过沼气池收集气体，并控制温度35±2℃，自动调节pH 7.5±0.5，转速控制为100rpm。连续运行2～3个周期(即40～60d)后，可连续稳定产气。实验结果为，日均产气量为10～11L，甲烷含量为62.3％，有机物降解率为28％。
由此可见，实施例1相比比较例1日均产气量提高了182～20％，有机物降解率增高了7％。
实施例2
取某地污水处理厂浓缩污泥和脱水污泥在污泥调配池中配成含水率为98％，VS/TS为0.75的混合污泥。每日正常进出料如下：取2L上述混合污泥投入60L有效体积的发酵罐中(对应污泥停留时间为30d)，并同时出料2L至集泥池中。另在发酵罐下端设置循环出料口，每日通过重力回流4L熟泥(回流比为6.7％)至碱解调节装置中，在120rpm的搅拌条件下投加CaO，CaO投加量为0.010g/gVS。反应6h后投加盐酸调节pH至7.5，再通过污泥循环泵经循环进料口泵入发酵罐中。每日通过沼气池收集气体，并控制温度35±2℃，自动调节pH 7.5±0.5，转速控制为50rpm。连续运行2～3个周期(即60～90d)后，可连续稳定产气。实验结果为，日均产气量为11.0～12.0L，甲烷含量为67.4％，有机物降解率为45％。
比较例2
取某地污水处理厂浓缩污泥和脱水污泥在污泥调配池中配成含水率为98％，VS/TS为0.75的混合污泥。每日正常进出料如下：取2L上述混合污泥投入60L有效体积的发酵罐中(对应污泥停留时间为30d)，并同时出料2L至集泥池中。每日通过沼气池收集气体，并控制温度35±2℃，自动调节pH 7.5±0.5，转速控制为50rpm。连续运行2～3个周期(即60～90d)后，可连续稳定产气。实验结果为，日均产气量为9.0～10.0L，甲烷含量为63.6％，有机物降解率为36％。
由此可见，实施例2相比比较例2日均产气量提高了20.0～33.3％，有机物降解率增高了9％。
实施例3
取某地污水处理厂浓缩污泥和脱水污泥在污泥调配池中配成含水率为88％，VS/TS为0.33的混合污泥。每日正常进出料如下：取800mL上述混合污泥投入20L有效体积的发酵罐中(对应的污泥停留时间为25d)，并同时出料800mL至集泥池中。另在发酵罐下端设置循环出料口，每日通过重力回流2L熟泥(回流比为10％)至碱解调节装置中，在120rpm的搅拌条件下投加Ca(OH)2，Ca(OH)2投加量为0.15g/gVS。反应4h后投加盐酸调节pH至7.5，再通过污泥循环泵经循环进料口泵入发酵罐中。每日通过沼气池收集气体，并控制温度55±2℃，自动调节pH 7.5±0.5，转速控制为250rpm。连续运行2～3个周期(即50～75d)后，可连续稳定产气。实验结果为，日均产气量为10～11L，甲烷含量为66.3％，有机物降解率为31％。
比较例3
取某地污水处理厂浓缩污泥和脱水污泥在污泥调配池中配成含水率为88％，VS/TS为0.33的混合污泥。每日正常进出料如下：取800mL上述混合污泥投入20L有效体积的发酵罐中(对应的污泥停留时间为25d)，并同时出料800mL至集泥池中。每日通过沼气池收集气体，并控制温度55±2℃，自动调节pH 7.5±0.5，转速控制为250rpm。连续运行2～3个周期(即50～75d)后，可连续稳定产气。实验结果为，日均产气量为8～9L，甲烷含量为63.3％，有机物降解率为22％。
由此可见，实施例3相比比较例3日均产气量提高了22.2～25.0％，有机物降解率增高了9％。
实施例4
取某地污水处理厂浓缩污泥和脱水污泥在污泥调配池中配成含水率为94％，VS/TS为0.45的混合污泥。每日正常进出料如下：取1500mL上述混合污泥投入40L有效体积的发酵罐中(对应的污泥停留时间为26.7d)，并同时出料1500mL至集泥池中。另在发酵罐下端设置循环出料口，每日通过重力回流3L熟泥(回流比为7.5％)至碱解调节装置中，在120rpm的搅拌条件下投加NaOH，NaOH投加量为0.08g/gVS。反应4h后投加盐酸调节pH至7.5，再通过污泥循环泵经循环进料口泵入发酵罐中。每日通过沼气池收集气体，并控制温度55±2℃，自动调节pH 7.5±0.5，转速控制为250rpm。连续运行2～3个周期(即53.4～80.1d)后，可连续稳定产气。实验结果为，日均产气量为15～16L，甲烷含量为65.5％，有机物降解率为38％。
比较例4
取某地污水处理厂浓缩污泥和脱水污泥在污泥调配池中配成含水率为94％，VS/TS为0.45的混合污泥。每日正常进出料如下：取1500mL上述混合污泥投入40L有效体积的发酵罐中(对应的污泥停留时间为26.7d)，并同时出料1500mL至集泥池中。每日通过沼气池收集气体，并控制温度55±2℃，自动调节pH 7.5±0.5，转速控制为250rpm。连续运行2～3个周期(即53.4～80.1d)后，可连续稳定产气。实验结果为，日均产气量为12～13L，甲烷含量为61.2％，有机物降解率为31％。
由此可见，实施例4相比比较例4日均产气量提高了23.1～25.0％，有机物降解率增高了7％。
实施例5
图2表示本发明的加热预处理循环回流污泥强化厌氧发酵产生沼气的方法的流程图。
将某地污水处理厂浓缩污泥和脱水污泥在污泥调配池中配成含水率为92％，VS/TS为0.45的混合污泥。每日正常进出料如下：取1L上述混合污泥投入20L有效体积的发酵罐中(对应的污泥停留时间为20d)，并同时出料1L至集泥池中。另在发酵罐下端设置循环出料口，每日通过重力回流1L污泥(回流比为5％)至加热预处理装置中，经120度加热30min后通过污泥循环泵经循环进料口泵入发酵罐中。每日通过沼气池收集气体，并控制温度35±2℃，自动调节pH 7.5±0.5，转速控制为100rpm。连续运行2～3个周期(即40～60d)后，可连续稳定产气。实验结果为，日均产气量为13～14L，甲烷含量为65.3，有机物降解率为36％。
实施例5相对比较例1日均产气量提高了27.3～30.0％，有机物降解率增高了7％。
实施例6
将某地污水处理厂浓缩污泥和脱水污泥在污泥调配池中配成含水率为98％，VS/TS为0.75的混合污泥。每日正常进出料如下：取2L上述混合污泥投入60L有效体积的发酵罐中(对应的污泥停留时间为30d)，并同时出料2L至集泥池中。另在发酵罐下端设置循环出料口，每日通过重力回流4L污泥(回流比为6.7％)至加热预处理装置中，经90℃加热60min后通过污泥循环泵经循环进料口泵入发酵罐中。每日通过沼气池收集气体，并控制温度35±2℃，自动调节pH 7.5±0.5，转速控制为50rpm。连续运行2～3个周期(即50～75d)后，可连续稳定产气。实验结果为，日均产气14.0～15.0L，甲烷含量为65.3％，有机物降解率为46％。
实施例6相对比较例2日均产气量提高了50.5～55.6％，有机物降解率增高了10％。
实施例7
将某地污水处理厂浓缩污泥和脱水污泥在污泥调配池配成含水率为88％，VS/TS为0.33的厌氧消化污泥。每日正常进出料如下：取800mL上述剩余污泥投入20L有效体积的发酵罐中(对应的污泥停留时间为25d)，并同时出料800mL至集泥池中。另在发酵罐下端设置循环出料口，每日通过重力回流2L污泥(回流比为10％)至加热预处理装置，经170度加热10min后通过污泥循环泵经循环进料口泵入发酵罐中。每日通过沼气池收集气体，并控制温度55±2℃，自动调节pH 7.5±0.5，转速控制为250rpm。连续运行2～3个周期(即50～75d)后，可连续稳定产气。实验结果为，日均产气量为12～13L，甲烷含量为64.7％，有机物降解率为33％。
实施例7相对比较例3日均产气量提高了44.4～50.0％，有机物降解率增高了11％。
实施例8
取某地污水处理厂浓缩污泥和脱水污泥在污泥调配池中配成含水率为94％，VS/TS为0.45的混合污泥。每日正常进出料如下：取1500mL上述混合污泥投入40L有效体积的发酵罐中(对应的污泥停留时间为26.7d)，并同时出料1500mL至集泥池中。另在发酵罐下端设置循环出料口，每日通过重力回流3L熟泥(回流比为7.5％)至加热预处理装置，经120度加热20min后通过污泥循环泵经循环进料口泵入发酵罐中。每日通过沼气池收集气体，并控制温度55±2℃，自动调节pH 7.5±0.5，转速控制为250rpm。连续运行2～3个周期(即53.4～80.1d)后，可连续稳定产气。实验结果为，日均产气量为16～17L，甲烷含量为65.5％，有机物降解率为40％。
实施例8相对比较例4日均产气量提高了30.8～33.3％，有机物降解率增高了8％。
实施例9
图3表示本发明的微波预处理循环回流污泥强化厌氧发酵产生沼气的方法的流程图。
取某地污水处理厂浓缩污泥和脱水污泥在污泥调配池中配成含水率为92％，VS/TS为0.45的混合污泥。每日正常进出料如下：取1L上述混合污泥投入20L有效体积的发酵罐中(对应的污泥停留时间为20d)，并同时出料1L至集泥池中。另在发酵罐下端设置循环出料口，每日通过重力回流1L(回流比为5％)熟泥至微波辐射装置，微波频率为2450MHz，在1000W条件下经微波辐照1min后通过污泥循环泵泵入发酵罐中。每日通过沼气池收集气体，并控制温度35±2℃，自动调节pH 7.5±0.5，转速控制为100rpm。连续运行2～3个周期(即40～60d)后，可连续稳定产气。实验结果为，日均产气量为12.5～13.5L，甲烷含量为64.3％，有机物降解率为35.5％。
实施例9相对比较例1日均产气量提高了22.7～25.0％，有机物降解率增高了7.5％。
实施例10
将某地污水处理厂浓缩污泥和脱水污泥在污泥调配池中配成含水率为98％，VS/TS为0.75的混合污泥。每日正常进出料如下：取2L上述混合污泥投入60L有效体积的发酵罐中(对应的污泥停留时间为30d)，并同时出料2L至集泥池中。另在发酵罐下端设置循环出料口，每日通过重力回流4L污泥(回流比为6.7％)至至微波辐射装置，微波频率为2450MHz，在600W条件下微波辐照4min后通过污泥循环泵泵入发酵罐中。每日通过沼气池收集气体，并控制温度35±2℃，自动调节pH 7.5±0.5，转速控制为50rpm。连续运行2～3个周期(即50～75d)后，可连续稳定产气。实验结果为，日均产气12.0～13.0L，甲烷含量为64.9％，有机物降解率为45.5％。
实施例10相对比较例2日均产气量提高了30.0～33.3％，有机物降解率增高了9.5％。
实施例11
将某地污水处理厂浓缩污泥和脱水污泥在污泥调配池配成含水率为88％，VS/TS为0.33的厌氧消化污泥。每日正常进出料如下：取800mL上述剩余污泥投入20L有效体积的发酵罐中(对应的污泥停留时间为25d)，并同时出料800mL至集泥池中。另在发酵罐下端设置循环出料口，每日通过重力回流2L污泥(回流比为10％)至微波辐射装置中，微波频率为2450MHz，在800W条件下经微波辐照5min后通过污泥循环泵泵入发酵罐中。每日通过沼气池收集气体，并控制温度55±2℃，自动调节pH 7.5±0.5，转速控制为250rpm。连续运行2～3个周期(即50～75d)后，可连续稳定产气。实验结果为，日均产气量为11～12L，甲烷含量为65.2％，有机物降解率为32％。
实施例11相对比较例3日均产气量提高了33.3～37.5％，有机物降解率增高了10％。
实施例12
取某地污水处理厂浓缩污泥和脱水污泥在污泥调配池中配成含水率为94％，VS/TS为0.45的混合污泥。每日正常进出料如下：取1500mL上述混合污泥投入40L有效体积的发酵罐中(对应的污泥停留时间为26.7d)，并同时出料1500mL至集泥池中。另在发酵罐下端设置循环出料口，每日通过重力回流3L熟泥(回流比为7.5％)至微波辐射装置中，微波频率为2450MHz，在200W条件下经微波辐照20min后通过污泥循环泵泵入发酵罐中。每日通过沼气池收集气体，并控制温度55±2℃，自动调节pH 7.5±0.5，转速控制为250rpm。连续运行2～3个周期(即53.4～80.1d)后，可连续稳定产气。实验结果为，日均产气量为15.5～16.5L，甲烷含量为66.5％，有机物降解率为39％。
实施例12相对比较例4日均产气量提高了26.9～29.2％，有机物降解率增高了8％。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种预处理循环回流污泥强化厌氧发酵产生沼气的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
将浓缩污泥和脱水污泥配成混合污泥，取上述混合污泥作为进料进行厌氧消化，并出料相同体积的污泥，同时回流污泥经预处理后，再循环进行厌氧消化，收集沼气。
2.根据权利要求1所述的预处理循环回流污泥强化厌氧发酵产生沼气的方法，其特征在于：所述的混合污泥含水率为88～98％，所述的回流污泥的回流比为5～10％。
3.根据权利要求1所述的预处理循环回流污泥强化厌氧发酵产生沼气的方法，其特征在于：所述的进料或出料是指每日进料量＝每日出料量＝消化污泥总量/污泥停留时间。
4.根据权利要求1所述的预处理循环回流污泥强化厌氧发酵产生沼气的方法，其特征在于：所述的厌氧消化过程中污泥停留时间为20～30d。
5.根据权利要求1所述的预处理循环回流污泥强化厌氧发酵产生沼气的方法，其特征在于：所述的预处理为碱解预处理、加热预处理或微波预处理。
6.根据权利要求5所述的预处理循环回流污泥强化厌氧发酵产生沼气的方法，其特征在于：所述的碱解预处理是指通过投加碱性试剂，使污泥处于碱性条件下搅拌1～6h，并在再次厌氧消化前投加盐酸调节pH至7.5±0.5。.
7.根据权利要求6所述的预处理循环回流污泥强化厌氧发酵产生沼气的方法，其特征在于：所述的碱性试剂为氢氧化钠、生石灰或氢氧化钙，每克挥发性有机固体VS投加碱性试剂为0.05～0.15g，即0.05～0.15g/g VS。
8.根据权利要求5所述的预处理循环回流污泥强化厌氧发酵产生沼气的方法，其特征在于：所述的加热预处理温度为90～170℃，时间为10～60min。
9.根据权利要求5所述的预处理循环回流污泥强化厌氧发酵产生沼气的方法，其特征在于：所述的微波预处理工艺操作条件为：微波频率为2450MHz，微波辐射功率为100～1000w，辐射时间为1～20min。
10.根据权利要求1所述的预处理循环回流污泥强化厌氧发酵产生沼气的方法，其特征在于：所述的厌氧消化控制温度为35±2℃或55±2℃，调节pH为7.5±0.5，搅拌速度为30～250rpm。
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