CN103288319B - 一种利用零价铁技术加速剩余污泥厌氧发酵的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用零价铁技术加速剩余污泥厌氧发酵的方法，它包括以下步骤：取含固率10%以下的高固污泥与铁屑混合，装入厌氧发酵反应器，接种厌氧微生物。反应器在搅拌状态下进行厌氧发酵，收集发酵过程中产生的甲烷。在搅拌过程中对搅拌转速，反应器内的pH值、温度控制均有要求。发酵结束后，污泥排出。残留的铁屑留在厌氧发酵罐中进行下一批次的污泥发酵。采用了上述技术方案的利用零价铁技术加速剩余污泥厌氧发酵的方法，达到如下技术效果：促进高固污泥经过厌氧发酵后的减量化，同时提高了发酵过程中甲烷生成量。该技术的投资成本少，技术操作简单，处理能力强，可以应用于新建的污泥厌氧发酵设备或现有设备的升级改造。
Description
技术领域
本发明涉及一种污泥厌氧发酵的方法。
背景技术
高固污泥是污水处理厂运行过程中产生的固体废弃物，一般指经过化学混凝和机械压滤的二沉池污泥，其含水率在80-90%。目前城市污水处理厂排放的污泥经本上均为经过压滤后的高固污泥。截至2012年，全国已建有城镇污水处理厂2163座，日处理能力达1426万吨，该数目在未来的二十年还会有较大的增长，如此高的污水处理量，必然导致高固城市污泥的增加，据估计，目前全国高固污泥年产量约为6000万吨左右。目前全国对于高固污泥的处理和处置技术尚未成熟，仅有不到1/3的污水厂有高固污泥稳定处理设施，90%以上的高固污泥未得到妥善处理，高固污泥二次污染现象非常普遍。
厌氧发酵是目前处理固体废弃物最流行的方法之一，不仅可以使固体废弃物减量化，而且可以生成甲烷作为能源。目前，厌氧发酵处理固体含量3-4%的低固污泥技术较成熟，一般经过20-30天的厌氧发酵，可同时实现污泥减量化和能源回收。但是对于含固量为10-20%的城市污泥，普通的厌氧发酵技术较难处理。在实际工程中，有机负荷较高的高固污泥，一般需要进行稀释、预处理、投加促进剂等，才能进行厌氧处理。预处理的目的是对污泥中死亡细胞进行破壁，以提高后续的发酵效果。常用的预处理技术包括碱处理、热处理、超声等。但是这些预处理成本较高，较难在实际中应用。一些人采用投加胃瘤液、厨余垃圾等促进剂的方法，提高厌氧微生物活性等方法的报道。但是也存在着材料不易获得或运行不稳等问题。近年来，国外的利浦罐厌氧技术在国内开始应用，但是在处理高固含量的污泥时，仍然存在较大的性能提升空间。
发明内容
为解决现有技术中高固污泥的厌氧发酵技术周期长、甲烷产量量少等技术问题，本发明提出以下技术方案：一种利用零价铁技术加速剩余污泥厌氧发酵的方法，它包括以下步骤：先取含固率为10%以下的高固污泥。再取片状或颗粒状的铁屑，其表面面积控制在10cm2以内。除去表面油污。表面无锈的铁屑需淋水后在空气中氧化3-5天，使其表面生成厚度为1-2mm的铁锈。按每Kg高固污泥1～20g铁屑的比例将高固污泥与铁屑混合，装入厌氧发酵反应器。每Kg高固污泥添加铁屑最佳比例为10g。按照厌氧微生物与待处理高固污泥1：9的比例接种厌氧微生物，搅拌均匀。厌氧微生物与待处理高固污泥比例的最佳值为1：9。密封好反应器，反应器在搅拌状态下进行厌氧发酵，同时收集发酵过程中产生的甲烷。反应器使用电动搅拌器搅拌。搅拌转速为50～120rpm。最佳搅拌转速为90～100rpm。反应器中pH值控制在6～8之间，最佳pH值为7。反应器中温度控制在25～37℃，最佳温度为37℃。在搅拌状态下进行厌氧发酵，发酵时间为20～25天，最佳时间为22天。发酵结束后，污泥排出。残留的铁屑可以留在厌氧发酵罐中进行下一批次的污泥发酵。
采用了上述技术方案的利用零价铁技术加速剩余污泥厌氧发酵的方法，达到如下技术效果：促进高固污泥经过厌氧发酵后的减量化，同时提高了发酵过程中甲烷生成量。该技术的投资成本少，技术操作简单，处理能力强，可以应用于新建的污泥厌氧发酵设备或现有设备的升级改造。
具体实施方式
本发明的应用机理是：1、铁屑表面的铁锈在微生物的作用下析出，析出的铁氧化物促进铁还原菌的富集，铁还原菌直接与有机物氧化并使其矿化，减少有机负荷，有利于高固污泥的处理。2、铁锈析出后铁屑中的单质铁暴露出来，溶出的铁离子，提高蛋白水解酶的活性，加快污泥的液化和分解，同时促进产甲烷活性，加大产甲烷量。
具体操作步骤如下：1、取高固污泥待发酵，这里的高固污泥可以是污水处理厂沉淀污泥，也可以是经过化学脱水、机械压滤脱水后的固体污泥。这种污泥的含固率是20%，必须将它稀释一倍，至含固率为10%以下。如果原始污泥的含固率不同，则稀释相应份额，使待处理的污泥含固率达到10%以下。
2、取一定量片状或颗粒状的废弃的铁屑，尽量用废弃的铁屑，除去表面油污。铁屑为片状或颗粒状，其表面面积应控制在10cm2以内。若铁屑尺寸较大，需要切成为表面面积10cm2的小块或小片。铁屑表面如有铁锈无需去除。为了增加处理效果，除去表面油污。将其淋水后在空气中氧化3-5天，使其表面生成厚度为1-2mm的铁锈。
3、按每Kg高固污泥1～20g铁屑的比例将高固污泥与铁屑混合，装入厌氧发酵反应器。每Kg高固污泥添加铁屑最佳比例为10g。
4、按照厌氧微生物与待处理高固污泥1：9的比例接种厌氧微生物，然后搅拌，使得铁屑和厌氧微生物均匀分布。厌氧微生物与待处理高固污泥比例的最佳值为1：9。
5、密封好反应器，反应器在搅拌状态下进行厌氧发酵，与此同时收集发酵过程中产生的甲烷。
6、反应器使用电动搅拌器搅拌，搅拌转速为50～120rpm，最佳搅拌转速为90～100rpm，
7、反应器中pH值控制在6～8之间，最佳pH值为7
8、反应器中温度控制在25～37℃，最佳温度为37℃
9、在搅拌状态下进行厌氧发酵，发酵时候间为20～25天，最佳时间为22天。
10、发酵结束后，污泥排出，残留的铁屑可以留在厌氧发酵罐中进行下一批次的污泥发酵。
下面通过实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：
取含固率为10%以下的高固污泥待发酵，取铁屑（片状）按每Kg高固污泥投加10g，随后接种厌氧微生物并搅拌均匀，将混匀后的污泥加入厌氧发酵反应器中，密封好反应器。反应器利用电动搅拌器搅拌，搅拌转速为70rpm，在搅拌状态下进行厌氧发酵20天，pH值控制7，发酵温度37℃。每Kg高固污泥发酵结束后可产甲烷气体15.4L。高固污泥体积减少29.5%。
实施例2：
取含固率为10%以下的高固污泥待发酵，取铁屑（片状）按每Kg高固污泥投加5g，随后接种厌氧微生物并搅拌均匀，将混匀后的污泥加入厌氧发酵反应器中，密封好反应器。反应器利用电动搅拌器搅拌，搅拌转速为70rpm，在搅拌状态下进行厌氧发酵20天，pH值控制7，发酵温度37℃。每Kg高固污泥发酵结束后可产甲烷气体14.2L。高固污泥体积减少27.1%。
实施例3：
取含固率为10%以下的高固污泥待发酵，取铁屑（片状）按每Kg高固污泥投加10g，随后接种厌氧微生物并搅拌均匀，将混匀后的污泥加入厌氧发酵反应器中，密封好反应器。反应器利用电动搅拌器搅拌，搅拌转速为70rpm，在搅拌状态下进行厌氧发酵20天，pH值控制7，发酵温度25℃。每Kg高固污泥发酵结束后可产甲烷气体12.4L。高固污泥体积减少24.5%。
实施例4：
取含固率为10%以下的高固污泥待发酵，取铁屑（片状）按每Kg高固污泥投加10g，随后接种厌氧微生物并搅拌均匀，将混匀后的污泥加入厌氧发酵反应器中，密封好反应器。反应器利用电动搅拌器搅拌，搅拌转速为70rpm，在搅拌状态下进行厌氧发酵25天，pH值控制7，发酵温度37℃。每Kg高固污泥发酵结束后可产甲烷气体16.8L。高固污泥体积减少32.5%。
实施例5：
取含固率为10%以下的高固污泥待发酵，取铁屑（片状）按每Kg高固污泥投加10g，随后接种厌氧微生物并搅拌均匀，将混匀后的污泥加入厌氧发酵反应器中，密封好反应器。反应器利用电动搅拌器搅拌，搅拌转速为90rpm，在搅拌状态下进行厌氧发酵22天，pH值控制7，发酵温度37℃。每Kg高固污泥发酵结束后可产甲烷气体17.5L。高固污泥体积减少34.5%。
本发明通过这样一种利用铁技术促进高固污泥厌氧发酵的技术，使零价铁技术与污泥厌氧发酵技术成功耦合，从而达到显著促进污泥的减量和甲烷生成的技术效果。
Claims (1)
1.一种利用零价铁技术加速剩余污泥厌氧发酵的方法，其特征在于：铁屑表面的铁锈在微生物的作用下析出，析出的铁氧化物促进铁还原菌的富集，铁还原菌直接与有机物氧化并使其矿化，减少有机负荷，有利于高固污泥的处理；铁锈析出后铁屑中的单质铁暴露出来，溶出的铁离子，提高蛋白水解酶的活性，加快污泥的液化和分解，同时促进产甲烷活性，加大产甲烷量；具体操作步骤包括：
(1)取含固率为10％以下的高固污泥；
(2)取片状或颗粒状的铁屑，其表面面积控制在10cm2以内，除去表面油污，表面无锈的铁屑需淋水后在空气中氧化3-5天，使其表面生成厚度为1-2mm的铁锈；
(3)按每kg高固污泥1g铁屑的比例将高固污泥与铁屑混合，装入厌氧发酵罐；
(4)按照厌氧微生物与待处理高固污泥1：5～1：10的比例，接种厌氧微生物，然后搅拌均匀；
(5)密封好厌氧发酵罐，厌氧发酵罐在搅拌状态下进行厌氧发酵，同时收集发酵过程中产生的甲烷；
(6)厌氧发酵罐使用电动搅拌器搅拌，搅拌转速为50～120r/min；
(7)厌氧发酵罐中pH值控制在6～8之间；
(8)厌氧发酵罐中温度控制在25～37℃；
(9)在搅拌状态下进行厌氧发酵，发酵时间为20～25天；
(10)发酵结束后，污泥排出，残留的铁屑留在厌氧发酵罐中进行下一批次的污泥发酵。
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