一种电子束辐照预处理污泥以提高沼气产率和产量的方法与流程

本发明涉及环境工程技术领域，更准确的说涉及一种电子束辐照预处理污泥以提高沼气产率和产量的方法。

背景技术：

现阶段市政污水处理厂多采用活性污泥法作为处理生活污水的主要方式，活性污泥法能从污水中去除溶解性的和胶体状态的可生化有机物以及能被活性污泥吸附的悬浮固体和其他一些物质，同时也能去除一部分磷素和氮素，典型的活性污泥法由曝气池、沉淀池、污泥回流系统和剩余污泥排除系统组成。污水和回流的活性污泥一起进入曝气池形成混合液，从空气压缩机站送来的压缩空气，通过铺设在曝气池底部的空气扩散装置，以细小气泡的形式进入污水中，目的是增加污水中的溶解氧含量，还使混合液处于剧烈搅动的状态，形悬浮状态。溶解氧、活性污泥与污水互相混合、充分接触，使活性污泥反应得以正常进行。采用活性污泥法在净化水质的同时，伴随着大量初沉/剩余污泥的产生，初沉/剩余污泥量约占处理污水总体积的0.3％～1.0％，初沉/剩余污泥处理问题是市政污水厂目前面临的一个重大问题。

由于市政污水处理厂的初沉/剩余污泥含有大量微生物、悬浮物、胶体及氮磷等营养物质，若是不能妥善地处理处置，会对环境产生二次污染。同时，由于初沉/剩余污泥中存在大量的有机物质，利用初沉/剩余污泥厌氧消化产生沼气可以有效地回收利用其中的有机物质，也可有效解决市政污水厂大量初沉/剩余污泥的处理处置问题，实现减量化、无害化、资源化。

厌氧消化三段论是目前厌氧消化产生沼气领域较为公认的理论模式，包括水解发酵、产酸发酵、产甲烷发酵三个阶段，其中水解速率较慢，为整个厌氧消化过程的速率控制步骤，导致污泥厌氧消化停留时间长、占地面积大、产气量及产气速率不高。为了提高初沉/剩余污泥厌氧消化产沼气的效率，需要对初沉/剩余污泥进行预处理，预处理的目的是破坏初沉/剩余污泥中微生物的细胞壁，释放出细胞内的有机物质，并促进细胞外的大分子有机物质水解成可以被厌氧微生物利用的小分子有机物质，从而加快厌氧消化的水解过程。

现有技术常用的预处理方法包括热预处理、超声波预处理、臭氧预处理、碱预处理、微波预处理等方法。热预处理是一种较为传统的处理方法，但其需要一定的特殊设备，处理工艺较为复杂，成本较高；超声波预处理可以显著提高污泥的生物产气量及产气速率，但其影响因素较多，超声波频率、强度及处理时间等都对可生物降解性的增加产生不同程度的影响，为了达到理想效果，需要对超声波处理过程中的各项参数进行综合考量调整，操作较为复杂；臭氧预处理对于沼气产量及产率有一定的促进作用，但臭氧的添加量不易控制，且其促进作用不如热预处理明显；碱预处理在一定程度上能提高厌氧发酵水解过程的速率，但提高率并不明显，需要与其他预处理方法联合使用；微波预处理升温快、能耗少，且产生的有毒气体较少，但影响微波预处理的因素较多，如微波功率、密度、处理时间、温度等，为了达到明显的提高率，需要对微波预处理的各项因素进行调整，操作复杂。为了获得更好的处理效果，现有技术还包括将上述处理方法联合使用的处理方式，联合使用方式处理效果最佳，但是需要调节参数很多，操作复杂，成本较高。

综上，为了能够优化厌氧消化污泥产生沼气的产率和效率，本领域需要一种能够快捷有效地对污泥进行预处理的方法。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种电子束辐照预处理污泥以提高沼气产率和产量的方法，采用电子加速器产生电子束，对污泥进行辐照预处理，电子束辐照预处理在空气中进行，无需额外处理设备，通过设定电子束辐照剂量即可完成电子束辐照预处理参数设定，经过预处理的污泥进入三段污泥制沼气装置，经过水解发酵、产酸发酵、产甲烷发酵三个阶段制沼气。

根据本发明的目的提出一种电子束辐照预处理污泥以提高沼气产率和产量的方法，包括步骤：

(a)将待处理的污泥导入辐照池内；

(b)设定电子加速器的电子束辐照剂量；

(c)电子加速器产生电子束对辐照池内的污泥进行辐照处理；

(d)将辐照处理后的污泥导入三段污泥制沼气装置产生沼气。

优选地，所述步骤(b)中的电子束辐辐照剂量的范围为0～10kgy。

优选地，所述步骤(b)中的电子束辐辐照剂量为10kgy。

优选地，所述步骤(c)中电子加速器产生电子束对辐照池内的污泥进行辐照处理在空气中进行。

优选地，所述步骤(c)中所述电子加速器沿垂直于水平面的方向向下对所述辐照池中的污泥进行辐照处理。

优选地，所述步骤(d)中的三段污泥制沼气装置包括水解发酵池、产酸发酵池和产甲烷发酵池，辐照池的污泥出口与水解发酵池的污泥入口通过管道连通，水解发酵池的污泥出口与产酸发酵池的污泥入口通过管道连通，产酸发酵池的污泥出口与产甲烷发酵池的污泥入口通过管道连通。

优选地，所述辐照池污泥出口和水解发酵池污泥入口之间的管道上设置阀体，所述水解发酵池污泥出口和产酸发酵池之间的管道上设置阀体，所述产酸发酵池和所述产甲烷发酵池之间的管道上设置阀体。

优选地，所述步骤(d)具体包括步骤：

(d1)将辐照处理后的污泥导入水解发酵池，水解发酵池中的水解细菌将不溶性有机物水解为溶解性有机物，将大分子物质转化为小分子物质；

(d2)将水解发酵后的污泥从水解发酵池导入产酸发酵池，产酸发酵池中的酸化菌使水解后的污泥发酵酸化；

(d3)将产酸发酵后的污泥从产酸发酵池导入产甲烷发酵池，通过甲烷发酵池中的甲烷菌产生甲烷，实现沼气制备。

与现有技术相比，本发明公开的一种电子束辐照预处理污泥以提高沼气产率和产量的方法的优点在于：通过电子束辐照能够有效地破坏污泥中微生物的细胞壁，进而可以提高污泥预处理的效率，提高沼气产率和产量；采用电子束辐照预处理污泥的方式参数设置简单、无需额外设备、无需与其他预处理方法联合使用，方法简单快捷，且处理成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明一种电子束辐照预处理污泥以提高沼气产率和产量的方法的流程图。

图2所示为本发明一种电子束辐照预处理污泥以提高沼气产率和产量的方法步骤(d)的具体步骤流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种电子束辐照预处理污泥以提高沼气产率和产量的方法的步骤包括：

(a)将待处理的污泥导入辐照池内；

(b)设定电子加速器的电子束辐照剂量；

(c)电子加速器产生电子束对辐照池内的污泥进行辐照处理；

(d)将辐照处理后的污泥导入三段污泥制沼气装置产生沼气。

其中，所述步骤(a)中的辐照池的容量可依据实际需求进行设置，所述辐照池无密闭要求。

所述步骤(b)中的电子束辐辐照剂量的范围为0～10kgy，具体的辐照剂量值根据所需处理的污泥量进行确定，为了保证辐照充分，优选10kgy。

所述步骤(c)中电子束辐照过程在空气中进行。所述电子加速器沿垂直于水平面的方向向下对所述辐照池中的污泥进行辐照处理。

所述步骤(d)中的三段污泥制沼气装置包括水解发酵池、产酸发酵池和产甲烷发酵池，辐照池的污泥出口与水解发酵池的污泥入口通过管道连通，水解发酵池的污泥出口与产酸发酵池的污泥入口通过管道连通，产酸发酵池的污泥出口与产甲烷发酵池的污泥入口通过管道连通。优选地，所述辐照池污泥出口和水解发酵池污泥入口之间的管道上设置阀体，所述水解发酵池污泥出口和产酸发酵池之间的管道上设置阀体，所述产酸发酵池和所述产甲烷发酵池之间的管道上设置阀体。通过上述阀体可以控制污泥在所述三段污泥制沼气装置中的流动状态，以充分完成各项反应流程。

所述步骤(d)具体包括步骤：

(d1)将辐照处理后的污泥导入水解发酵池，水解发酵池中的水解细菌将不溶性有机物水解为溶解性有机物，将大分子物质转化为小分子物质；

(d2)将水解发酵后的污泥从水解发酵池导入产酸发酵池，产酸发酵池中的酸化菌使水解后的污泥发酵酸化；

(d3)将产酸发酵后的污泥从产酸发酵池导入产甲烷发酵池，通过甲烷发酵池中的甲烷菌产生甲烷，实现沼气制备。

具体的，由于通过步骤(a)、(b)、(c)实现了污泥预处理，处理后最大程度地降低了污泥中的生物活性，破坏了污泥中微生物的细胞壁，溶出了细胞内的有机物质，在进行所述所述步骤(d1)时，水解发酵池中的水解细菌能够快捷有效地将不溶性有机物水解为溶解性有机物。通过步骤(a)、(b)、(c)的污泥预处理，还有助于提高水解细菌对大分子物质的转化效率，提高大分子物质转化为小分子物质的速率，进而提高水解速率。

由于现有的污泥厌氧消化技术中水解速率较慢，为整个厌氧消化过程的速率控制步骤，导致污泥厌氧消化停留时间长、占地面积大、产气量及产气速率不高，从而通过提高水解速率能够提高整个污泥厌氧消化的速率，进而提高沼气的产率和产量。

综上，通过电子束辐照能够有效地破坏污泥中微生物的细胞壁，进而可以提高污泥预处理的效率，提高沼气产率和产量；采用电子束辐照预处理污泥的方式参数设置简单、无需额外设备、无需与其他预处理方法联合使用，方法简单快捷，且处理成本较低。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。