CN104478183B - 一种利用能源草和厌氧发酵技术联合处理市政污泥的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用能源草和厌氧发酵技术联合处理市政污泥的方法，根据初沉污泥和活性污泥性质的不同，采用不同的处理方法，对于有机物含量高的活性污泥，将其与鲜能源草混合进行厌氧发酵稳定处理；对于无机物含量高的初沉污泥，将其与发酵产生的沼渣混合后使用植物(能源草)土地***进行稳定化处理，在适应不同污泥特性的同时，解决了污泥中泥砂多导致厌氧发酵***利用效率差、发酵所需碳源不易寻找等问题，弥补了传统污泥处理处置方法难以资源化利用的缺点，能够在处理市政污泥的同时实现能源化、资源化综合利用，通过植物稳定法制备土壤改良剂不仅为污泥最终处置找到了出路，也最大化了污泥的利用价值。

Description

一种利用能源草和厌氧发酵技术联合处理市政污泥的方法
技术领域：
本发明涉及废物资源化技术领域，具体涉及一种利用能源草和厌氧发酵技术联合处理市政污泥的方法。
背景技术：
随着经济的发展及城市化进程的加快，我国污水处理率日益提高，城市污泥作为污水处理的必然附属产物其产量也与日俱增。目前，全国污水处理厂有3000多座，日处理污水量达1.4亿吨，污泥产生量(按含水率80％计)超过14万吨/日。污泥含有病原体、重金属和持久性有机物等有毒有害物质，未经有效处理处置，极易对地下水、土壤等造成二次污染，直接威胁环境安全和公众健康。
市政污泥主要来源于初次沉淀池、二次沉淀池等工艺环节，主要分为初沉污泥和活性污泥(剩余污泥)。初沉污泥指从初次沉淀池沉淀下来并排除的污泥，其含水率通常为97％～98％；活性污泥指传统活性污泥工艺等生物处理***中排放的剩余污泥，其含水率通常为99.2％～99.8％。污泥性质是选择污泥处理处置工艺的重要依据，衡量污泥性质的指标主要有含水率、挥发分、植物营养成分等。挥发分是污泥最重要的化学性质。一般情况下，初沉污泥挥发性固体的比例为50％～60％，活性污泥为60％～85％。我国污水处理厂污泥中植物营养成分总体状况如下表所示：
污泥类型 总氮(TN) 磷(P2O5) 钾(K)
初沉污泥 2.0～3.4 1.0～3.0 0.1～0.3
活性污泥 3.5～7.2 3.3～5.0 0.2～0.4
由于市政污泥具有有机物含量高、富含植物营养物质的特点，世界水环境组织(TheWaterEnvironmentFederation,WEF)已将污泥(sludge)更名为生物有机固体(biosolids)。目前，污泥处置主要包括卫生填埋、焚烧、土地利用及制造建筑材料等方法。鉴于市政污泥的上述特点及我国国情，资源化利用将是污泥处理处置的主要方向。
目前，利用厌氧消化技术对污泥进行稳定化处理，不仅能够以厌氧发酵的形式回收能源，还能以发酵残余物的形式进行土地利用，实现资源梯级利用的同时还避免了焚烧等处置方法二次污染的潜在威胁。但传统污泥厌氧发酵存在以下问题：
(1)厌氧发酵的最佳碳氮比为25～30，而污泥碳氮比较低(10～20)，发酵产气不稳定，往往需要添加碳源，且寻找合适的碳源较困难；
(2)未区别处理初沉污泥(含沙量大、无机物多)和活性污泥，导致发酵物料中泥砂等无机物含量高，不仅侵占反应器容积，还影响厌氧发酵效果；
(3)污泥中往往含有微量重金属，仅进行厌氧消化无法削减重金属含量；
(4)产气量少，能源回收率较低。
能源草一般具有根系发达、适应性强、生长快、植株高大、生物质量高、对土壤要求低等特点，除在绿化荒山、水土保持、改善土壤结构等方面有应用外，也已逐渐成为新兴生物质能源原料。
发明内容：
本发明的目的是提供一种利用能源草和厌氧发酵技术联合处理市政污泥的方法。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种利用能源草和厌氧发酵技术联合处理市政污泥的方法，包括以下步骤：
a、将市政污泥中的活性污泥浓缩至含水率97％～98％后，跟鲜能源草按质量比1:1～2:1混合进行厌氧发酵，产生的沼气用于发电或制备生物天然气；对发酵剩余物进行固液分离，得到沼渣和沼液；所述沼液回到污水厂继续处理；沼气发电或制备生物天然气产生的余热用于烘干能源草，得到含水率为20％～30％的干能源草；
b、将市政污泥中的初沉污泥脱水至含水率80％～85％后与步骤a中得到的沼渣按质量比2:1～3:1混合，添加步骤a中得到的含水率为20％～30％的干能源草将含水率调至50％～60％，好氧堆沤5～8天；堆沤后的污泥施用于种有能源草的土地处理***，施用厚度控制在30～50cm，能源草每3～4个月刈割一次，刈割后收集15～25cm表层污泥作为土壤改良剂。
所述能源草选自巨菌草、杂交狼尾草、柳枝稷、芒草、象草等中的任一种。
所述市政污泥中的活性污泥指二次沉淀池中排出的污泥。
所述市政污泥中的初沉污泥选自沉砂池或初次沉淀池沉淀下来并排除的污泥。
上述步骤中，所述厌氧发酵采用中温厌氧发酵(35℃～37℃)，发酵残余物固液分离采用压滤，沼气发电使用燃气内燃机，堆沤采用常温堆沤。
与现有技术相比，本发明的优点是：
(1)根据初沉污泥和活性污泥性质的不同，采用不同的处理方法，对于有机物含量高的活性污泥，将其与鲜能源草混合进行厌氧发酵稳定处理；对于无机物含量高的初沉污泥，将其与发酵产生的沼渣混合后使用植物(能源草)土地***进行稳定化处理，不仅充分适应了不同污泥的特点，还有效避免了大量泥沙等有机物进入厌氧发酵***，提高了***的利用效率；
(2)上述土地***种植的能源草是污泥厌氧发酵的优良碳源，解决了碳源寻找困难的问题；利用种植的能源草和活性污泥进行混合厌氧发酵，弥补了污泥单独厌氧发酵碳氮比低、碳源不足的缺点，可大幅提高沼气产量；厌氧发酵产生的沼气用于发电或制备生物天然气，为污水和污泥处理提供能源，可大大降低污水和污泥的处理费用；经能源草稳定化后的污泥可作为土壤改良剂进行土地利用，实现了资源的梯级利用；
(3)使用能源草处理初沉污泥与沼渣的混合物，不仅实现初沉污泥和沼渣的减量化，还可以利用能源草的植物蒸腾作用，削减最终产品中重金属含量；
总之，本发明提供了一种利用能源草和厌氧发酵技术联合处理市政污泥的方法，对不同工艺阶段污泥分别处理，适应不同污泥特性的同时，解决了污泥中泥砂多导致厌氧发酵***利用效率差、发酵所需碳源不易寻找等问题，弥补了传统污泥处理处置方法难以资源化利用的缺点，能够在处理市政污泥的同时实现能源化、资源化综合利用，通过植物稳定法制备土壤改良剂不仅为污泥最终处置找到了出路，也最大化了污泥的利用价值。
附图说明：
图1是本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式：
以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
下面实施例中，所述污泥浓缩采用常规污泥浓缩机(离心浓缩和带式浓缩)，所述厌氧发酵采用中温厌氧发酵(35℃～37℃)，发酵残余物固液分离采用带式压滤机，沼气发电使用燃气内燃机，污泥脱水采用常规带式压滤机，堆沤采用常温堆沤。
实施例1：利用巨菌草和厌氧发酵技术联合处理市政污泥的方法
如图1所示，利用巨菌草和厌氧发酵技术联合处理市政污泥的方法，包括以下步骤：
a、将市政污泥中的活性污泥浓缩至含水率97％～98％后，跟鲜巨菌草按质量比为1:1～2:1混合进行中温厌氧发酵，产生的沼气用于发电；对发酵剩余物进行固液分离，得到沼渣和沼液；所述沼液回到污水厂继续处理；所述沼气发电产生的余热用于烘干巨菌草，得到含水率为20％的干巨菌草；
b、将市政污泥中的初沉污泥脱水至含水率80％～85％后与步骤a中得到的沼渣按质量比2:1～3:1混合，添加步骤a中得到的含水率为20％的干巨菌草将含水率调至50％，好氧堆沤5天，堆沤后的污泥、沼渣混合物含水率降至30％以下；堆沤后的污泥施用于种有巨菌草的土地处理***，施用厚度控制在30cm，巨菌草每3个月刈割一次，刈割后收集15cm表层污泥作为土壤改良剂。
厌氧发酵的最佳碳氮比为25～30，本实施例中鲜巨菌草碳氮比约为40，与污泥混合后，发酵原料碳氮比可调整到30，以此碳氮比进行厌氧发酵时，污泥产气量可提高约15％，厌氧发酵容积产气率可由1.0～1.1m3/(m3·d)提高到1.4～1.5m3/(m3·d)，大大提高了设备产能，相比单独发酵，每千方罐体每天可多产气400～500m3，多产电1000kwh；与此同时，经巨菌草稳定后的污泥可减量50％～60％，巨菌草每亩干草产量可达到3吨；此外利用本方法后厌氧发酵罐中砂石等无机物大量减少，发酵罐月排砂次数可减少约20％。
实施例2：利用柳枝稷和厌氧发酵技术联合处理市政污泥的方法
a、将市政污泥中的活性污泥浓缩至含水率97％～98％后，跟鲜柳枝稷按质量比1:1～2:1混合进行中温厌氧发酵，产生的沼气用于发电；对发酵剩余物进行固液分离，得到沼渣和沼液；所述沼液回到污水厂继续处理；所述沼气发电产生的余热用于烘干柳枝稷，得到含水率为30％的干柳枝稷；
b、将市政污泥中的初沉污泥脱水至含水率80％～85％后与步骤a中得到的沼渣按质量比2:1～3:1混合，添加步骤a中得到的含水率为30％的干柳枝稷将含水率调至60％，好氧堆沤8天，堆沤后的污泥、沼渣混合物含水率降至30％以下；堆沤后的污泥施用于种有柳枝稷的土地处理***，施用厚度控制在50cm，柳枝稷每4个月刈割一次，刈割后收集25cm表层污泥作为土壤改良剂。
实施例3：利用象草和厌氧发酵技术联合处理市政污泥的方法
a、将市政污泥中的活性污泥浓缩至含水率97～％98％后，跟鲜象草按质量比1:1～2:1混合进行中温厌氧发酵，产生的沼气制备生物天然气；对发酵剩余物进行固液分离，得到沼渣和沼液；所述沼液回到污水厂继续处理；制备生物天然气产生的余热用于烘干象草得到含水率为25％的干象草；
b、将市政污泥中的初沉污泥脱水至含水率80％～85％后与步骤a中得到的沼渣按质量比3:1混合，添加步骤a中得到的含水率为25％的干象草将含水率调至55％，好氧堆沤7天，堆沤后的污泥、沼渣混合物含水率降至30％以下；堆沤后的污泥施用于种有象草的土地处理***，施用厚度控制在40cm，象草每4个月刈割一次，刈割后收集20cm表层污泥作为土壤改良剂。

Claims (2)

1.一种利用能源草和厌氧发酵技术联合处理市政污泥的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将市政污泥中的活性污泥浓缩至含水率97％～98％后，跟鲜能源草按质量比1:1～2:1混合进行厌氧发酵，产生的沼气用于发电或制备生物天然气；对发酵剩余物进行固液分离，得到沼渣和沼液；所述沼液回到污水厂继续处理；沼气发电或制备生物天然气产生的余热用于烘干能源草，得到含水率为20％～30％的干能源草；所述市政污泥中的活性污泥指二次沉淀池中排出的污泥；所述厌氧发酵采用中温厌氧发酵，具体温度为35℃～37℃；
b、将市政污泥中的初沉污泥脱水至含水率80％～85％后与步骤a中得到的沼渣按质量比2:1～3:1混合，添加步骤a中得到的含水率为20％～30％的干能源草将含水率调至50％～60％，好氧堆沤5～8天；堆沤后的污泥施用于种有能源草的土地处理***，施用厚度控制在30～50cm，能源草每3～4个月刈割一次，刈割后收集15～25cm表层污泥作为土壤改良剂。
2.根据权利要求1所述的利用能源草和厌氧发酵技术联合处理市政污泥的方法，其特征在于，所述能源草选自巨菌草、杂交狼尾草、柳枝稷、芒草、象草中的任一种。
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