专利名称：一种通过污泥改性改善城市污泥干法发酵性能的方法
技术领域：
本发明属于固废资源化领域，涉及一种通过污泥改性改善城市污泥干法发酵性能的方法。
背景技术：
伴随着我国污水处理能力的迅速提升，污泥产生量大幅增长。据估计，我国湿污泥年产量将很快突破3000万吨。而据我国最新调研数据显示，当前污泥的实际处理处置率甚至不到30%。这必将严重影响我国建设城市污水处理厂削减水体污染物的效果，这些污泥将可能对地下水、土壤等造成二次污染，成为环境安全和公众健康的威胁。我国能源结构长期以煤炭和石油为主，能源供需矛盾日益突出，能源不足已经成为制约国民经济发展的瓶颈。以污泥厌氧发酵回收生物质能源-沼气，是符合低碳循环可持续发展的路线，不仅达到减量化、稳定化和安全化目标，同时达到能源最大化和资源最佳化。根据厌氧发酵罐中物料的固体含量(TS)，厌氧发酵技术可分为湿式发酵 (TS < 12%)和干式发酵(TS彡20%)两种，湿式发酵已在城市污泥(TS为2-3%)消化产沼，并已经得到应用。与污泥湿法厌氧发酵相比，污泥干法厌氧发酵的难点在于(1)脱水污泥含水率低、粘滞系数高、TS浓度高，呈非流动状态，造成反应的基质粘度大；( 脱水污泥含固率高，污泥中大量的有机质包裹在微生物体内，不利于水解酸化过程的发生，因此， 造成反应底物、中间产物与厌氧微生物之间接触不良，难以启动或产沼能力低。上述问题是阻碍污泥的干法厌氧发酵的主要技术瓶颈。为了提高污泥的沼气产量，可采用的预处理方法有机械破解、化学预处理(酸、 碱处理)、超声波处理、微波处理、臭氧氧化等。但由于单一的预处理，其效果并不明显。因此目前的研究往往是针对多种预处理方法进行组合，来明显提高沼气产量。如碱+超声波(CN101565^2A)、微波+碱热水解(CN 101524699A)等预处理手段。而这些预处理方法主要适用于含固率较低的污泥。对于粘滞性大，流动性差的脱水污泥，可采用热水解预处理 (CN101948228A)，存在着投资建设运行费用较高，处理效果不显著等特点。关于采用热处理 +过氧化氢组合预处理方法，用于提高城市污泥干法厌氧发酵性能的方法，国内外未见报道。过氧化氢是一种较强氧化剂，它能够破坏微生物的细胞壁，释放细胞中有机质，过氧化氢发生氧化的过程中，产生羟基自由基降解污泥中溶出的大量的难生物降解有机质， 提高污泥中有机质可生化性。过氧化氢酶是一种末端呼吸酶，存在于所有的活性的好氧微生物中，它能够将过氧化氢分解为水和氧分子，这种酶可以对细胞起到一定的保护作用。过氧化氢酶可在较宽的PH范围(3.0-9.0)内保持活性，但对于温度相对敏感，超过40°C逐渐丧失活性，因此，先将污泥加热至过氧化氢酶失活的温度，有效发挥过氧化氢的氧化作用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷而提供了一种通过污泥改性改善城市污泥干法发酵性能的方法。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案一种通过污泥改性改善城市污泥干法发酵性能的方法，包含以下步骤(1)加热处理将脱水污泥加热；(2)过氧化氢氧化处理将过氧化氢加入到加热后的脱水污泥中，并混合均勻，进行氧化处理，保持步骤(1)的加热温度；(3)厌氧发酵调节步骤( 中处理过的污泥的温度，然后将其加入至厌氧发酵罐中，与厌氧发酵污泥混合均勻后在发酵罐中进行发酵处理。所述的步骤(1)中脱水污泥的含固率为15-20%，优选20%。所述的步骤(1)中的加热温度为45_90°C，优选60°C。所述的步骤O)中过氧化氢的浓度为10-30%，优选30%。所述的步骤(2)中的过氧化氢的加入量为H202/TC0D(TC0D是化学需氧量)的比值为 0. 3-2. 0，优选 1-2. 0。所述的步骤O)中的温度保持时间为10-30min。所述的步骤(3)中的厌氧发酵温度是50-60°C，每次发酵的温度波动范围为士2°C 之间。所述的步骤C3)中，每日连续进出料，步骤( 处理过的污泥的进料量为发酵罐中厌氧发酵污泥体积的1/10-1/20。所述的步骤(3)中将污泥的温度调节为55-60°C。所述的步骤(3)中，发酵罐中污泥混合物的停留时间为10-20天。本发明具有以下优点1.不产生的有害的氧化副产物。2.与其他氧化剂对污泥的预处理方法相比，如臭氧，过氧化氢需要设备简单、操作维护方便、节省投资。3.采用热+过氧化氢预处理，通过加热物料，提高反应温度，有效的利用过氧化氢的氧化作用，有助于厌氧微生物细胞壁破裂，细胞物质溶出、明显改善污泥中有机质的可生化性，显著提高沼气的产量。4.相对于未经过氧化氢处理的污泥，达到相同的产气率，所需的时间明显缩短。
具体实施例方式下面通过实施例进一步说明本发明实施例1 (1)将含固率为20%的脱水污泥进行预处理，在水浴中加热至65°C ；(2)按照H202/TC0D比值为1. 0加入过氧化氢加入浓度为30 %的H2A于加热至 65°C的脱水污泥中，使其混合均勻，在65°C条件下反应30min ；(3)随后冷却至约55°C，将改性的污泥加入至有效容积IOL的厌氧发酵罐中，使得发酵罐中的厌氧发酵污泥与进料充分混合，每日连续进出料，步骤( 处理过的污泥的进料量为发酵罐中厌氧发酵污泥体积的1/20，进料量为0. 5L/d，控制污泥停留时间为20天， 保持反应器内物料温度为53士2°C，在上述过程中连续进出料过程中，控制搅拌装置工作频率，搅拌10分钟，停止10分钟。对比例1与实施例1同，只是脱水污泥不经过预处理。实施例1与对比例1相比，预处理后污泥有机物的降解率提高13%，单位体积甲烷产率提高30%。实施例2 (1)将含固率为20%的脱水污泥进行预处理，在水浴中加热至65°C ；(2)按照H202/TC0D比值为2. 0加入H2O2，加入浓度为30%的H2A于加热至65°C的脱水污泥中，使其混合均勻，在65°C条件下反应20min ；(3)随后冷却至约55°C，将改性的污泥加入至有效容积IOL的厌氧发酵罐中，使得发酵罐中的厌氧发酵污泥与进料充分混合，每日连续进出料，步骤( 处理过的污泥的进料量为发酵罐中厌氧发酵污泥体积的1/20，进料量为0. 5L/d，控制污泥停留时间为20天， 保持反应器内物料温度为53士2°C，在上述过程中控制搅拌装置工作频率，搅拌10分钟，停止10分钟。对比例2与实施例2同，只是脱水污泥不经过预处理。实施例2与对比例2相比，预处理后污泥有机物的降解率提高18 %，单位体积甲烷产率提高37%。实施例3:(1)将含固率为20%的脱水污泥进行预处理在水浴中加热至45°C ；(2)按照H202/TC0D的比值为2. 0，加入浓度为30%的H2A于加热至45°C的脱水污泥中，使其混合均勻，在45°C条件下反应20min ；(3)随后冷却至约55°C，将改性的污泥加入至有效容积IOL的厌氧发酵罐中，使得发酵罐中的厌氧发酵污泥与进料充分混合，每日连续进出料，步骤( 处理过的污泥的进料量为发酵罐中厌氧发酵污泥体积的1/20，进料量为0. 5L/d，控制污泥停留时间为20天， 保持反应器内物料温度为53士2°C，在上述过程中连续进出料过程中，控制搅拌装置工作频率，搅拌10分钟，停止10分钟。与未处理脱水污泥进行高温厌氧发酵相比，预处理后污泥有机物的降解率提高 10 %，单位体积甲烷产率提高20 %。对比例3与实施例3同，只是脱水污泥不经过预处理。实施例3与对比例3相比，预处理后污泥有机物的降解率提高10 %，单位体积甲烷产率提高20%。实施例4 (1)将含固率为20%的进行任何，在水浴中加热至90°C ；(2)按照H202/TC0D的比值为2. 0，加入浓度为30%的H2A于加热至90°C的脱水污泥中，使其混合均勻，在90°C条件下反应IOmin ；(3)随后冷却至约55°C，随后冷却至约55°C，将改性的污泥加入至有效容积IOL的厌氧发酵罐中，使得发酵罐中的厌氧发酵污泥与进料充分混合，每日连续进出料，步骤O)处理过的污泥的进料量为发酵罐中厌氧发酵污泥体积的1/10，进料量为1.0L/d，控制污泥停留时间为10天，保持反应器内物料温度为53士2°C，在上述过程中连续进出料过程中，控制搅拌装置工作频率，搅拌10分钟，停止10分钟。与未处理脱水污泥直接进行高温厌氧发酵相比，预处理后污泥有机物的降解率提高15%，单位体积甲烷产率提高40%。对比例4与实施例4同，只是脱水污泥不经过预处理。实施例4与对比例4相比，预处理后污泥有机物的降解率提高15%，单位体积甲烷产率提高40%。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。
权利要求
1.一种通过污泥改性改善城市污泥干法发酵性能的方法，其特征在于包含以下步骤(1)加热处理将脱水污泥加热；(2)过氧化氢氧化处理将过氧化氢加入到加热后的脱水污泥中，并混合均勻，进行氧化处理，保持步骤(1)的加热温度；(3)厌氧发酵调节步骤O)中处理过的污泥的温度，然后将其加入至厌氧发酵罐中， 与厌氧发酵污泥混合均勻后在发酵罐中进行发酵处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤(1)中脱水污泥的含固率为 15-20%，优选 20%。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤(1)中的加热温度为 45-90°C，优选 60°C。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤O)中过氧化氢的浓度为 10-30%，优选 30%。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤O)中的过氧化氢的加入量为 H202/TC0D 的比值为 0. 3-2. 0，优选 1-2. 0。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤O)中的温度保持时间为 10_30mino
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤(3)中的厌氧发酵温度是 50-60°C，每次发酵的温度波动范围为士2°C之间。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤(3)中，每日连续进出料，步骤( 处理过的污泥的进料量为发酵罐中厌氧发酵污泥体积的1/10-1/20 ；或所述的步骤(3)中将污泥的温度调节为55-60°C ； 或所述的步骤(3)中，发酵罐中污泥的停留时间为10-20天。
全文摘要
本发明属于固废资源化领域，涉及一种通过污泥改性改善城市污泥干法发酵性能的方法，该方法包含以下步骤(1)加热处理将脱水污泥加热；(2)过氧化氢氧化处理将过氧化氢加入到加热后的脱水污泥中，并混合均匀，进行氧化处理，保持步骤(1)的加热温度；(3)厌氧发酵将步骤(2)处理过的污泥温度调节至55-60℃，然后将其加入至厌氧发酵罐中，与厌氧发酵污泥混合均匀后在发酵罐中进行厌氧发酵处理。本发明不产生的有害的氧化副产物；本发明需要设备简单、操作维护方便、节省投资。相对于未经过氧化氢处理的污泥，达到相同的产气率，所需的时间明显缩短。
文档编号C02F11/04GK102531303SQ201210012900
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月16日 优先权日2012年1月16日
发明者周玲玲, 张永吉, 戴晓虎, 王田田, 董滨 申请人:同济大学